автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка принципов построения и оптико-электронных систем обеспечения безопасности подъемно-транспортных машин

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

1.1 Общая классификация кранов и приборов их безопасности.

1.2 Существующие методы измерения вылета стрелы.

1.2.1 Универсальные методы.

1.2.2 Системы определения местоположения объекта.

1.3 Выводы.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫЛЕТА.

2.1 Общая постановка задачи ориентирования и методы ее решения.

2.2 Определение местоположения объекта на плоскости.

2.3 Выводы.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫЛЕТА.

3.1 Разработка принципов построения измерителя вылета.

3.2 Анализ точности полученной методики измерений.

3.3 Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСПЫТАНИЕ.

4.1 Задачи экспериментальных исследований.

4.2 Макет установки для исследования функциональных возможностей.

4.3 Экспериментальные исследования точностных возможностей макета и методики.

4.3.1 Методика.

4.3.2 Экспериментальное определение влияния расположения излучателя на площадке на точность измерения.

4.3.3 Экспериментальное определение влияния азимутального положения стрелы на точность измерения.

4.3.4 Влияние количества выборок измерения на точность.

4.4 Выводы.

В настоящее время грузоподъемные машины оснащены современными системами безопасности, включающими в себя устройства защиты от перегрузок, ограничители грузоподъемности микропроцессорного типа. В большинстве своем данный тип приборов устанавливается на стреловых самоходных кранах, отличающихся от остальных мобильностью, что позволяет использовать их в различных отраслях народного хозяйства. В последнее время намечена тенденция на выпуск новых модификаций данного типа кранов, а также переоборудование уже существующих модификаций стреловых самоходных кранов современными системами безопасности.

В микропроцессорные ограничители грузоподъемности, устанавливаемые на стреловые самоходные краны, закладывается программа, позволяющая учитывать конструктивные особенности каждой модификации, такие как деформации под воздействием нагрузки, трение в узлах и т.п. Это достигается введением специальных коэффициентов в математическую модель идеального крана.

Коэффициенты определяются экспериментальным путем. Составляется таблица отношения давления в гидросистеме крана к вылету стрелы. Для этого производится поднятие тарированных грузов и измерение давления и вылета при каждом конкретном грузе. Давление измеряется преобразователями давления, входящими в комплект ограничителя грузоподъемности. Измерение вылета должно осуществляться средствами не связанными с конструкцией крана.

В основном измерения вылета производятся с помощью универсальных измерительных средств.

Наиболее простой и часто используемый способ, это измерение с помощью рулетки. Начало рулетки закрепляется на оси вращения поворотной платформы. Измерение производится по крюковой обойме крана. Такой метод дает достаточную точность, однако при поднятии груза доступ к крюковой обойме осложнен. Для проведения замера вылета необходимо подняться на груз, что является нарушением техники безопасности и сопряжено с риском для жизни и здоровья. Хотя данный метод наиболее часто используется, он не приемлем по приведенным причинам.

Также существуют другие методы, при которых используются геодезические приборы. Такие методы безопасны, но довольно трудоемки и требуют специальных навыков для правильного проведения измерений. Также они не позволяю автоматизировать процесс адаптации.

Очевидно, что существующие методики не могут быть признаны оптимальными из-за опасности для жизни и нерациональности использования их возможностей.

Наиболее рациональным оказалось бы создание специализированных систем измерения вылета, учитывающих особенности проведения измерений, конструкции объекта измерений и коммуникационных особенностей, которые дали бы возможность автоматизировать процесс привязки путем введения вычислительной техники и соответствующей взаимосвязи измерительных систем.

Однако этот подход требует серьезных обоснований, теоретических и экспериментальных исследований вопросов, связанных с выбором оптимальной методики и принципа построения системы, а также исследования влияния на точность измерения конструктивных особенностей системы и объекта измерений.

Целью диссертационной работы являются теоретические и экспериментальные исследования принципов построения систем измерения вылета, разработка соответствующей методики измерения и оценка влияния на точность конструктивных параметров системы.

Для реализации поставленной цели в работе должны быть решены следующие задачи:

- на основании анализа известных методов и устройств определить направление исследований с целью построения общей структуры системы;

- разработать методику проведения измерений, основанную на полученных принципах построения системы;

- выработать рекомендации для проектирования и расчета систем данного типа;

- теоретически и экспериментально исследовать влияние конструктивных особенностей системы на точность проводимых измерений.

На защиту автором выносятся следующие результаты диссертационной работы:

- теоретическое обоснование принципа построения оптико-электронной системы измерения вылета, построенной на основе использования лазерной плоскости;

- методика расчета и рекомендации для проектирования систем данного типа;

- методика проведения измерений и привязки системы к объекту измерений;

- результаты экспериментальных исследований влияния местоположения излучающего блока системы на точность измерения.

4.4 Выводы

Разработан и изготовлен макет для проведения исследований функциональных возможностей системы. Исследования макета показали, что теоретические выводы, сделанные в третьей главе, верны.

Установлено, что точность измерения связана с положением излучающего блока на рабочей площадке. Целесообразно устанавливать его в точке, координаты которой равны половине суммы максимального и минимального вылета стрелы при ее максимальной длине.

Экспериментальные исследования показали, что нецелесообразно использовать датчик азимута, входящий в комплект ограничителя грузоподъемности, а вместо него ввести дополнительное устройство, такое как инкрементный датчик угла поворота.

Для повышения точности системы возможно использование в ее конструкции системы стабилизации, предназначенной для поддержания в процессе работы вертикальной оси оптической головки.

Заключение

В диссертационной работе основное внимание было уделено теоретическому и экспериментальному исследованию влияния конструктивных особенностей системы и объекта измерений на точность измерений, рациональному выбору структуры системы, теоретическому обоснованию и экспериментальной проверке работы установки при различных исходных данных, разработке методики проведения измерений и привязки системы к объекту измерений, а также влиянию отдельных блоков на общую точность измерения. Основные результаты работы заключаются в следующем:

- проведен анализ литературных источников и методик проведения измерений вылета стрелы для стреловых самоходных кранов. Дана их сравнительная оценка с точки зрения функциональности, точности, безопасности. Установлено, что существующие устройства и методы не соответствуют требуемому уровню безопасности или требуют специальной подготовки;

- на основании проведенного теоретического анализа установлено, что наиболее перспективным является измерение бесконтактным методом с использованием оптико-электронных систем, создающих лазерную плоскость, которые позволяют повысить безопасность работы и снизить трудоемкость измерений;

- выбрана структурная схема построения систем данного типа, разработана последовательность расчета систем;

- определены требования к отдельным узлам системы, даны рекомендации по выбору отдельных устройств;

- предложена схема устройства измерения вылета и методика проведения измерений;

- разработан макет устройства для проверки методики измерения и исследования влияния исходных данных. На основании экспериментальных

1. A.A. Богорад, А. Т. Загузин. Грузоподъемные краны машиностроительных предприятия. М.: Высшая школа, 1990. -510 с.2. . И.И. Абрамович, В.Н. Березин, А.Г. Яуре. Справочник: Грузоподъемные краны промышленных предприятий, М.:, Машиностроение, 1989. 458 с.

2. М.П. Александров, J1.H. Колобов, H.A. Лобов и др. Грузоподъемные машины. М: Машиностроение, 1986. 257 с.

3. В.И. Поляков, М.Д. Полосин. Машины грузоподъемные для строительно-монтажных работ, Справочное пособие по строительным машинам. М.: Стройиздат, 1993. 423 с.

4. И.И. Ивашков. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин., М.: Машиностроение, 1981. 374 с.

5. H.A. Шишков. Надежность и безопасность грузоподъемных машин. М.: Недра, 1990.-261 с.

6. H.A. Шишков. Обеспечение безопасности при эксплуатации грузоподъемных кранов на строительстве. М.: Стройиздат, 1986. 341 с.

7. A.A. Вайсон. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1989. -387 с.

8. В.Н. Федосеев. Справочник: Приборы и устройства безопасности грузоподъемных машин. М.: Машиностроение, 1990. 545 с.

9. Старцев Ю.П., Червяков А.П., Мухин J1.H., Федоров И.Г., Алексанкин В.А. и др. "Ограничитель нагрузки грузоподъемного крана " Заявка на полезную модель №97112655/20 (013534) от 25.07.97. Положительное решение экспертизы от 13.11.97 МПК 6В66С23/90

10. М.М. Гохберга. Справочник по кранам. М.: Машиностроение, 1988. 298 с.

11. В.А. Сушинский, Д.М. Маш, H.A. Шишков. Приборы безопасности грузоподъемных кранов М.: ЦЕЗАН, 1996. 397 с.

12. М.Д. Полосин. Устройство и эксплуатация подъемно-транспортных и строительных машин. М.: Академия, 1999. 365 с.

13. С.П. Епифанов, В.И. Поляков. Краны стреловые пневмоколесные и гусеничные. М.: Высшая школа, 1979. 321 с.

14. Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. Восьмая международная научно-техническая конф. М.: МГТУ, 1997. - 53 с.

15. Но вые материалы и технологии: Тез. докл. Всероссийской научно-технической конф. М.: MATH, 1998. - 200-201 с.

16. Сборник статей и сообщений научно-практической конференции по безопасности подъемных сооружений. Новочеркасск.: НГТУ, 1998. - 146 с.

17. Яворский В.М., Детлаф A.A. Справочник по физике. М.: Наука, 1964. 325 с.

18. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов, М.: Наука, 1980 356 с.

19. Решетников A.B. и др., Гироскопические системы, М.: "Машиностроение" 1983.-265 с.

20. Выборы принципиальных основ построения систем навигации роботизированного агрегата и макетирование аппаратуры и создание программного обеспечения, обеспечивающих заданную точность. Отчет по 11НИР, М.: ВНИИстройдормаш, 1988. - 135 с.

21. Laser range finding sensor for robotics. Clergeon H., Placko D., Guillon S., "Proc. 6'h Int. Conf. Rob. Vision and Sens. Contr., Paris, 2-5 June, 1986", Kemp-ston; Berlin, e.a., 1986, pp. 235-244

22. Барышева M.H., Дементьев B.E. Использование сканирующего лазерного излучателя при нивелировании. Автомобильные дороги, 1986, №10, с. 13-14109

23. Шереметьев Л.Г. Статистическая теория лазерной связи. М.: Связь, 1971, 264 с.

24. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. Киев, "Вища школа", 1981, -362 с.

25. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Сов. радио, 1983, 496 с.

26. Смирнов В.А. Введение в оптическую радиоэлектронику. М.: Сов. радио. 1973,-206 с.

27. Байбородин Ю.В. Справочник по лазерной технике. Киев, Техника, 1978, 195-198 с.

28. Смирнов В.А. Влияние состояния атмосферы на затухание оптического излучения в наземных каналах связи. Радиотехника, 1975, №11, с.З

29. Ефремов А.Н. и др. Лазерная техника в мелиоративном строительстве. -М., Агропромиздат, 1989. 328 с.

30. Парвулюсов Ю.Б., Солдатов В.П., Якуиленков Ю.Г. Проектирование оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1990, 432 с.

31. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1989, 360 с.

32. Якушенков Ю.Т. Проектирование оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1981, 263 с.

33. Дубовик A.C., Апенко М.И. и др. Прикладная оптика. М.: Наука, 1982, 612 с.

34. Зб.Звелто О. Принципы лазеров. М.: Мир, 1984, -400 с.

35. Аксененков М.Д., Бараночников M.JI. Справочник приемники оптического излучения. М.: Радио и связь, 1987. 296 с.

36. Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. М.: Сов. радио, 1978.-264 с.

37. Ишалин Г.Г., Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1986. 175 с.

38. Плотников B.C. Геодезические приборы. М.: Недра, 1987. 396 с.

39. Справочник конструктора оптико-механических приборов / Под ред. В. А. Панова. Л.: Машиностроение, 1980. 742 с.

40. МсCray A., Smith P.D. Laser Applications (ed. M. Ross), Academic Press, New York, Vol. 1, 1977, pp. 1-39.

41. Ready J.F., Industrial Applications of Laser, Academic Press, New York, Vol. 1, 1978, Ch. 13-16.

42. Автоматизация измерений и контроля электрических и неэлектрических величин. /Под ред. A.A. Сазонова. М.: Издательство стандартов, 1987. -328 с.

43. Новицкий П.В., Зограф H.A. Оценка погрешностей результатов измерений. J1.: Энергоатомиздат, 1985. 248 с.

44. Интерфейс для программируемых приборов в системах автоматизации эксперимента /Н.И. Гореликов, А.Н. Домарецкий, С.Н. Домарецкий, В.А. Лескин и dp. М.: Наука, 1981 354 с.

45. Кассандрова О.Н., Лебедев B.B. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970, 105 с.

46. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1982. 224 с.

47. Устойчивые статистические методы оценки данных / Под ред. Р.Л. Лоре-на, Г.Н. Уилкинсона: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1984. 232 с.

48. Ковалев ВН., Руфов В.Е., Иванищев К.В., Кузин Э.Н., Малиновский Е.Ю. др. Способ определения местоположения строительного агрегата на рабочей площадке. Заявка на изобретение№4827047/23 (055900) от 21.05.90. Положительное решение экспертизы от 22.05.91.

49. Ковалев В.Н., Руфов В.Е., Иванищев К.В., Кузин Э.Н., Малиновский Е.Ю. др. Способ определения местоположения строительного агрегата на рабочей площадке. A.c. №1636556 от 08.12.88.