Границы рабочего поля

Все больше внимания уделяется сегодня разработке и производству грузоподъемных мобильных машин (ГПМ) с переменным опорным контуром. Это особенно актуально для пожарных автолестниц и автоподъемников, что диктуется стесненными условиями их установки на месте применения.

Рис. 1

Зачастую обстановка вокруг зданий и сооружений не позволяет использовать опорный контур ГПМ с полностью выдвинутыми опорами. Это подталкивает к решению проблемы с помощью формирования опорного контура выносными опорами, выставленными на разную длину. Предлагаем способ анализа с предварительной оценкой возможностей функционирования разрабатываемой ГПМ с переменным опорным контуром на этапе проектирования при помощи САПР. Это продолжение работы, результаты которой были опубликованы в журнале "Конструктор. Машиностроитель" №30, 35.

Выпускаемые в настоящее время промышленные изделия имеют ряд особенностей в работе с переменным опорным контуром. Чаще всего производители закладывают возможность перемещения сразу пары опор, находящихся по одну сторону от продольной оси базового шасси. Мы рассмотрим вариант с независимым перемещением каждой выносной опоры контура.

Ограничения в функционировании ГПМ при выдвинутых на разные расстояния выносных опорах обычно возлагаются на микропроцессорную систему. Для выполнения защитных функций (предотвращения опрокидывания ГПМ), как правило, используется система, состоящая из датчиков и микропроцессорного устройства, позволяющего после сбора и обработки информации о положении рабочих органов в режиме реального времени оценить степень грузовой устойчивости при конкретном положении выносных опор и рабочих органов. Причем электронная система должна производить блокирование движений в сторону увеличения опрокидывающего момента при достижении рабочей платформой (люлькой) границы рабочего поля. Окончательное подтверждение возможностей функционирования ГПМ с переменным опорным контуром производится путем измерения реакции на каждой из выносных опор в различных положениях рабочих органов на реально изготовленном изделии. Для снижения ошибочных решений на этапе проектирования можно получить данные о величине возможного вылета, что полезно для анализа работы ГПМ с переменным опорным контуром.

Рис. 2

На наш взгляд, использование трехмерной модели, созданной в CAD-системе, позволяет провести предварительную оценку грузовой устойчивости с разной длиной выставленных выносных опор. В нашем случае исследования проводились с использованием трехмерной модели, созданной в САПР КОМПАС-3D V14. Уровень данной версии программного продукта позволил нам выполнить работу по анализу функционирования трехмерной модели с переменным опорным контуром, что само по себе является решением нетривиальной прикладной задачи.

Полностью параметризованная трехмерная модель позволяет имитировать в трехмерном пространстве системы КОМПАС-3D работу узлов и механизмов надстройки, включая перемещение по заданным параметрам элементов опорного контура, подъемно-поворотного устройства и телескопической лестницы.

На рис. 1 показана используемая нами трехмерная модель автолестницы. Исследования на данной трехмерной модели проводились с целью получения предварительных данных для занесения их в память микропроцессорной системы управления изделием, на основании которых должны выполняться функции ограничения вылета и угла подъема для каждого положения стрелы при разной длине выдвигания выносных опор. Для сокращения времени процесса исследования выносные опоры на нашей модели перемещались дискретно с шагом 300 мм.

Структура получения и обработки информации при анализе устойчивости ГПМ при работе с переменным опорным контуром приведена на рис. 2. Данная структурная схема предлагает порядок взаимодействия элементов системы управления ГПМ с переменным опорным контуром. Датчики положения опор определяют расстояние выдвижения каждой из опор. Датчики положения рабочих органов следят за вылетом и углом подъема стрелы. Датчики перегрузки определяют степень нагружения на вершине стрелы. Микропроцессорное устройство получает цифровую информацию от сенсоров, анализирует ее по разработанному алгоритму и формирует сигналы ограничения движений рабочих органов для конкретной комбинации положения выносных опор.

В качестве примера, на рис. 3 приведена диаграмма фрагмента исследований положения модели с выдвинутыми опорами (опора 1 – на 0 мм, опора 2 – на 900 мм, опора 3 – на 0 мм, опора 4 – на 300 мм), при угле подъема стрелы 0° и рабочим вылетом 14 м. Это соответствует положению опор и стрелы на рис. 1. Цветом выделена разрешенная рабочая зона для указанных условий. При анализе в качестве исходного материала была использована параметрическая трехмерная модель серийно выпускаемого изделия АЛ 30 (43253) 04ПС. С помощью данной модели были определены:

• Проекции на опорную поверхность перемещения центра масс изделия;

• Граница окружности перемещения центра масс изделия (перемещение стрелы в горизонтальной плоскости 0°– 360°) при нормативном коэффициенте устойчивости Ку = 1,4;

• Зоны рабочего вылета при изменяющихся границах опорного контура.

Рис. 3

На основании проведенного анализа для различных положений выносных опор при наиболее неблагоприятных положениях стрелы на модели ГПМ определены предварительные границы рабочего поля, обеспечивающие устойчивость проектируемого изделия с учетом нормативного коэффициента. Полученные таким образом данные можно использовать как предварительные для внесения в таблицу переменных микропроцессорной системы при отладке прикладного программного обеспечения.

Окончательно данные в эту таблицу вносятся после их проверки в процессе испытаний изготовленного промышленного образца изделия.

По результатам исследований можно уверенно сказать, что для каждой ГПМ необходимо проводить исследования на собственной трехмерной параметрической модели, так как каждое изделие имеет свои уникальные технические параметры. Приведенная для примера трехмерная модель автолестницы АЛ 30 имеет в своем составе более двенадцати тысяч компонентов, поэтому подобные исследования требуют хороших вычислительных ресурсов. Мы намерены и в дальнейшем использовать САПР при разработке подъемной техники.

Беляев К. А., Бесов О. А., ведущие инженеры,
Шаламов А. Г., главный конструктор,
Инженерный центр инновационной техники,
ООО "Пожарные системы" (г. Тверь)

Фото и материалы предоставлены ООО "Пожарные системы"