Общими признаками известного деррик-крана и разработанного двухстрелового ГПК являются: рамная конструкция опорной платформы (базового шасси); поворотная платформа; две стрелы; две мачты (две поворотные колонны) для устройства с одной поворотной платформой и двумя поворотными колоннами; механизмы приводов.
Отличительными признаками являются: мобильный характер опорной платформы на базе автомобильного или гусеничного самоходного шасси; количество поворотных платформ (две) в устройстве с двумя поворотными платформами; возможность независимого поворота каждой из двух поворотных колонн вокруг вертикальной оси на поворотной платформе в отличие от неповоротных мачт прототипа (в устройстве с одной поворотной платформой и двумя поворотными колоннами); телескопическая конструкция стрел.
Для изготовления предложенной конструкции ГПК могут использоваться серийно выпускаемые компоненты существующих ГПК и кранов-манипуляторов: базовые шасси, поворотные платформы, телескопические стрелы, поворотные колонны, компоненты приводов.
Использование новых элементов (вторая поворотная платформа в устройстве с двумя поворотными платформами либо две обладающих возможностью независимо вращаться поворотных колонны в устройстве с одной поворотной платформой и двумя поворотными колоннами) обеспечивает возможность изменения угла в плане между двумя стрелами. Это расширяет зону, обслуживаемую ГПК в плане, и позволяет обеспечить заданные значения угловых координат груза без помощи стропальщиков в начальном положении, в процессе перемещения и в конечном положении в широких пределах, не нарушая при этом требования безопасности по вертикальному расположению грузовых канатов.
Использование новых элементов (стрел телескопической конструкции) обеспечивает увеличение возможных значений вылета стрелы и высоты подъема груза, и расширяет геометрические размеры зоны, обслуживаемой ГПК.
Использование новых элементов (мобильное базовое шасси опорной платформы) обеспечивает повышение мобильности, маневренности и независимости передвижения ГПК как в пределах той или иной строительной площадки, так и между ними, снижение трудоемкости и стоимости работ по монтажу и демонтажу ГПК для перемещения на другой объект, по подготовке площадок для его эксплуатации. Обеспечивается возможность использования ГПК вне пролетных строений, повышается его универсальность и технологичность.
360
Структура и особенности предложенной разработки позволяют обеспечить требуемые значения как линейных, так и угловых координат груза в широких пределах. Изготовление двухстрелового ГПК производится из узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей монографии изложены основные результаты научных исследований, проводимых в СибАДИ, направленных на разработку эффективных методик и алгоритмов планирования оптимальной траектории перемещения груза в неоднородном организованном пространстве конфигураций ГПК с учетом угловой ориентации груза для систем автоматического управления ГПК. При выполнении исследований были реализованы следующие результаты:
∙Разработаны методики предварительной обработки дискретных пространственных данных с целью повышения эффективности решения задач поиска оптимальной траектории перемещения объектагруза. Методики позволяют учесть угловые координаты и произвольную форму объекта-груза, а также ограничения, накладываемые на все координаты объекта.
∙Разработаны методики формирования оптимальной траектории перемещения объекта-груза в неоднородном организованном трехмерном пространстве на основе: генетического подхода, модифицированного алгоритма роевого интеллекта, модифицированного алгоритма вероятностной дорожной карты, алгоритма декомпозиции линейных и угловых координат, модифицированного направленного волнового алгоритма, а также их программные реализации. Методики позволяют учесть угловые координаты и произвольную форму груза,
атакже ограничения, накладываемые на все координаты груза.
∙Проведен сравнительный анализ алгоритмических и программных реализаций методик планирования траектории в неоднородном организованном трехмерном пространстве по принятым статистическим критериям оценки эффективности на основе метода эталонных тестов. Анализ позволил выявить функциональные зависимости между оптимальностью алгоритма, временной и пространственной сложностью алгоритма и разработать алгоритм поддержи принятия решения по выбору наиболее эффективных для заданных условий методик.
361
∙Разработаны методики определения управляемых координат ГПК по известным координатам груза с учетом углов наклона опорной платформы и без учета последних (решение обратной задачи кинематики ГПК).
∙Предложены временной и энергетический критерии оценки эффективности рабочего процесса ГПК, определяемые в пространстве его конфигураций. Разработана комплексная методика планирования оптимальной по принятым критериям траектории в пространстве конфигураций ГПК на примере стрелового крана на основе алгоритма вероятностной дорожной карты с ограничениями по устойчивости. Комплексная методика включает в себя методики реализации найденных траекторий перемещения объекта-груза в пространстве конфигураций кинематически избыточного ГПК с учетом углов наклона опорной платформы и без учета последних. Она позволяет учесть угловые координаты и произвольную форму груза, произвольную форму препятствий в рабочей области, а также ограничения, накладываемые на все управляемые координаты ГПК.
∙Разработана комплексная методика синтеза оптимальных значений технологических параметров рабочего процесса одиночного ГПК по принятым критериям эффективности перемещения груза. В качестве структурных составляющих она включает методики: планирования траектории в пространстве конфигураций ГПК, определения временной и энергетической функций стоимости изменения управляемых обобщенных координат, проверки положения ГПК в пространстве конфигураций по ограничению на устойчивость, определения управляемых координат ГПК по известным координатам груза, дискретной локальной оптимизации заданной траектории в неоднородном организованном трехмерном пространстве по предложенным критериям эффективности. Для всех перечисленных частных методик разработаны и реализованы алгоритмы и их программные реализации.
∙Разработана комплексная методика синтеза оптимальных значений технологических параметров совмещенного рабочего процесса двух ГПК, перемещающих общий груз, по принятым комплексным критериям эффективности. Разработаны алгоритмы, входящие в комплексную методику, и получены их программные реализации. Разработанная комплексная методика позволяет оптимизировать в заданных пределах с учетом возможных ограничений технологические параметры совмещенного рабочего процесса двух ГПК, перемещающих общий груз, в частности положение двух базовых шасси ГПК в пространстве, углы подъема стрелы, величины выдвижения телескопиче-
362
ских звеньев и длины грузовых канатов от оголовка стрелы во всех точках положения груза на его траектории при любой форме препятствий в рабочей области.
∙Разработана методика автоматического горизонтирования опорной платформы ГПК с выносными, выдвижными или откидными гидравлическими опорами и поддержания ее на заданной высоте в процессе работы машины. Она позволяет предотвратить ситуации отрыва опор от грунта, выдвижения штоков гидроцилиндров опор на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Это повышает запас управляемости углами наклона платформы. Методика позволила значительно упростить задачу определения значений управляемых координат ГПК по известным значениям координат точки груза (решение обратной кинематической задачи).
∙Разработаны конструкции винтовых и гидравлических устройств заземления и повышения устойчивости ГПК. Предложенные устройства конструктивно связаны с опорными элементами платформы и используют уже имеющиеся на ГПК гидроцилиндры или гидромоторы для вывешивания опорной платформы. При этом ликвидируется ручной труд в процессе заземления ГПК, достигается снижение времени на заземление, совмещение заземления с вывешиванием на гидравлических опорах, происходит сокращение площади на поверхности земли, занимаемой заземляющим устройством, повышение устойчивости ГПК против опрокидывания в рабочем режиме.
∙Разработана конструкция двухстрелового ГПК, который содержит две поворотные платформы или две поворотные колонны, по одной для каждой стрелы. Достигается расширение технологических возможностей ГПК по перемещению крупногабаритных и длинномерных грузов с обеспечением требуемых значений не только линейных, но и угловых координат груза, повышение мобильности, маневренности и независимости передвижения ГПК. Обеспечиваются заданные в широких пределах значения угловых координат груза в начальном положении, в процессе перемещения и в конечном положении.
363
Библиографический список
1.Абрамович, И.И. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: справочник / И.И. Абрамович, В.Н. Березин, А.Г. Яуре. – М.: Машиностроение, 1989. – 360 с.
2.Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем / под ред. П. Д. Крутько. – М.: Радио и связь, 1988. – 306 с.
3.Алексеева, Т.В. Гидравлические машины, гидропривод мобильных машин: учеб. пособие / Т. В. Алексеева, Б. П. Воловиков, Н. С. Галдин, Э. Б. Шер-
ман. – Омск: ОмПИ, 1987. – 88 с.
4.Алексеева, Т.В. Отдельные разделы гидропривода мобильных машин: учеб. пособие / Т. В. Алексеева, Б. П. Воловиков, Н. С. Галдин. – Омск: ОмПИ, 1989. – 69 с.
5.Андронов, А.М. Теория вероятностей и математическая статистика / А.М. Андронов, Е.А. Копытов, Л.Я. Гринглаз. – СПб.: Питер, 2004. – 461 с.
6.Анисимов, В.А. Разработка кранов-манипуляторов / В.А. Анисимов, О.Е. Смирнов // Строительные и дорожные машины. – 1996. – № 8. – С. 12–17.
7.Антонов, А.В. Системный анализ / А.В. Антонов. – М.: Высшая школа, 2004. – 454 с.
8.Антонов, А.С. Под законом Амдала / А.С. Антонов // Компьютера. – 2002. – № 5. – С. 24-27.
9.Ануфриев, И.Е. MATLAB 7 / И. Е. Ануфриев, А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 1104 с.
10.Артеменко, В.Г. AutoCAD Map 3D: получение доступа к геопростран-
ственным данным / В.Г. Артеменко // CADmaster, 2007. – № 4(39). – С. 58-61.
11.Асанов, М.О. Дискретная математика: графы, матроиды, алгоритмы / М.О. Асанов, В.А. Баранский, В.В. Расин. – Ижевск: ННЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. – 288 с.
12.Байкалов, В.А. Расчет манипуляционных систем роботов / В.А. Байкалов. – Красноярск: КрПИ, 1989. – 76 с.
13.Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс: пер. с англ. / Б. Банди. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.
14.Банди, Б. Основы линейного программирования: пер. с англ. / Б. Банди.
–М.: Радио и связь, 1989. – 176 с.
15.Беляев, В.В. Основы оптимизационного синтеза при проектировании землеройно-транспортных машин / В. В. Беляев. – 2-е изд., перераб. и доп. –
Омск: ОТИИ, 2006. – 143 с.
16.Берзин, Е.А. Элементарные решения неэлементарных задач на графах: учеб. пособие / Е.А. Берзин; под ред. А.Н. Кудинова. – Тверь: Изд-во ТГТУ, 2005. – 136 с.
17.Бок, Т. Роботизация строительных процессов / Т. Бок, А.Г. Булгаков. –
М.: ВНИИНПТИ, 1995. – 68 с.
18.Бочаров, П.П. Теория вероятностей. Математическая статистика / П. П. Бочаров, А. В. Печинкин. – М.: Физматлит, 2005. – 296 с.
19.Браунли, К.А. Статистическая теория и методология в науке и технике /
К.А. Браунли. – М.: Наука, 1977. – 408 с.
364