автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Роботизированные технологии локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов

На правах рукописи

КРУСАНОВ Виктор Сергеевич

РОБОТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ПРОСЫПЕЙ И

ПРОЛИВОВ

Специальность 05.02.05 - роботы, мехатроника и робототехнические системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель: -доктор технических наук, старший научный сотрудник

Маленков Михаил Иванович

Официальные оппоненты: -доктор технических наук, профессор

Поршнев Геннадий Павлович

-кандидат технических наук, доцент

Машков Константин Юрьевич

Ведущая организация:

ФГУП НИКИЭТ им.Н. А. Доллежаля, Москва.

Защита состоится « 5 » апреля 2005 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.12 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29,1 учебный корпус, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан «''/^февраля 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.229.12

кандидат технических наук, доцент

Евграфов А.Н

/зогч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. По мере перехода общества на более высокие ступени развития ценность человеческой жизни и здоровья неуклонно возрастает и, в связи с этим, возрастает потребность в технических средствах, способных защитить человека в экстремальных условиях. Атомная энергетика относится к тем отраслям, которые, при минимальном ущербе, наносимом окружающей среде, способны производить наибольшее количество энергии на единицу затраченных природных ресурсов и человеческого труда. При этом все большее внимание уделяется безопасности ядерных технологий, так как чрезвычайные ситуации в отрасли способны нанести ущерб здоровью человека.

К таким техногенным чрезвычайным ситуациям относятся разного рода инциденты на ядерных энергетических установках, случаи непггатного обращения с ядерными отходами и нештатные ситуации при перевозке и переработке высокотоксичных химических веществ. Произошедшие в последнее время террористические акты показали, что в их подготовке задействованы огромные финансовые ресурсы и специалисты, владеющие всеми современными достижениями науки и техники. Поэтому, к сожалению, нельзя исключить проведения акции с разбрасыванием радиоактивных материалов в густонаселенных городах любой страны мира.

Все вышесказанное делает разработку робототехнического оборудования для ликвидации последствий радиационных инцидентов весьма актуальной проблемой, над решением которой работает целый ряд отечественных и зарубежных организаций. Можно отметить, в частности, разработки робототехнических комплексов, приборов, навесного оборудования и дезактивационных технологий, выполненные в НИКИМТ, ИТУЦР НИКИМТ, ВНИИТрансмаш, НИКИЭТ им.Н.А.Доллежаля, ИФТП, РНЦ Курчатовский институт, ЦНИИ РТК, СКТБ ПР МГТУ им.Н.Э.Баумана, НТЦ «Ровер» им. А.Л.Кемурджиана, ЮжУГТУ, III III «Рарос», расчетно-теоретические и экспериментальные исследования мобильных роботов различного назначения, выполненные в ИПМ РАН им. М.В. Келдыша, Инсппуте Механики МГУ им. М.В.Ломоносова, Институте проблем механики РАН, СПбГПУ, других предприятиях и организациях. Из зарубежных организаций, работающих в данном направлении, наиболее известны ядерный центр в Карлсруэ (ФРГ), «Remotec» и «Red Zone» (США), «GROUP INTRA» и «Cibemetix» (Франция).

Ключевой задачей современного этапа развития рассматриваемого направления робототехники является переход от создания отдельных устройств к разработке комплексных роботизированных технологий локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений. Такие технологии включают в себя помимо мобильного робота: метод радиационной разведки, метод дезактивации или локализации, приборы и навесное оборудование для реализации этих методов И алгоритм эффективного шмтяьчпртта игрт v»»ttttpv^ п целОМ.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | ,

БИБЛИОТЕКА 1 •»

""ШШ

СЛе* 09

Поэтому целью диссертационной работы является разработка роботизированных технологий локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений, включая обоснование рекомендаций по проектированию навесного и прицепного оборудования робототехнических комплексов для ликвидации последствий радиационных инцидентов.

Для достижения этой цели были сформулированы следующие основные задачи:

- анализ известных методов локализации и дезактивации с точки зрения возможности их адаптации к проведению дистанционных работ робототехническими комплексами;

- обоснование критериев эффективности и структуры необходимого навесного оборудования робототехнических комплексов для реализации роботизированных технологий локализации и дезактивации с использованием полимерных композиций;

- разработка методик экспериментов и исследование физико-механических характеристик взаимодействия полимерных композиций с навесным оборудованием робототехнических комплексов и дезактивируемыми поверхностями

- разработка математических моделей, синтез механизмов и предложение проектных решений по конструкции навесного и прицепного оборудования, оптимально сопрягающегося с робототехническим комплексом;

- разработка алгоритмов выполнения технологических процессов дистанционной локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов;

- проведение комплексных испытаний нового оборудования в составе робототехнических комплексов.

Методы исследования.

В основу теоретических и экспериментальных исследований положены основные законы классической физики, методы теоретической механики, теории машин и механизмов, физического моделирования, компьютерной обработки видеоинформации, математической статистики и планирования эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современной дозиметрической и метрологической аппаратуры.

Вычисления в процессе исследований, а также численная и графическая обработка результатов проводились на ЭВМ типа ШМ РС АТ с использованием математического аппарата прикладных программ. Научную новизну работы составляют:

- анализ существующих методов локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений с точки зрения их применимости для дистанционных работ, проводимых робототехническими комплексами;

- новый метод очистки поверхностей от загрязнений, отличающийся тем, что он сочетает в себе эффективность метода снимаемых полимерных покрытий с возможностями мобильных робототехнических комплексов;

- новый способ сбора радиоактивных проливов, отличающийся тем, что он позволяет преобразовывать их в твердые радиоактивные отходы с использованием универсальных робототехнических комплексов;

- новое принципиальное решение двухзвенного робототехнического комплекса, отличающееся наличием активного прицепа с управляемыми приводами мотор-колес;

- математическая модель системы тягач - активный прицеп, позволившая провести тягово-динамический расчет и определить расчетным путем характеристики маневренности и управляемости такой системы;

- математические модели дезактивирующего захвата, клещевого, пантографного навесных механизмов и решения по оптимизации конструкций, полученные на основе этих моделей.

На защиту выносится:

- роботизированные методы очистки поверхностей от радиоактивных просылей и сбора радиоактивных проливов;

- обоснование структуры и характеристик навесного оборудования, необходимого для реализации роботизированных технологий локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений с использованием метода снимаемых полимерных покрытий;

- методики и результаты исследований взаимодействия навесного оборудования робототехнических комплексов с полимерными композициями и очищаемыми поверхностями;

- схемное решение двухзвенного робототехнического комплекса с активным прицепом;

- математическая модель двухзвенного робототехнического комплекса;

- математические модели дезактивирующего захвата и отрывных механизмов.

Практическая ценность.

На основе полученных в результате исследования данных было создано навесное оборудование робототехнических комплексов (РТК) для дистанционных работ по локализации радиоактивных загрязнений, которое внедрено в эксплуатацию на аварийно-технических центрах (АТЦ) Федерального агентства по атомной энергии.

Был создан и внедрен в эксплуатацию активный прицеп к подвижным аппаратам КРТ-100 и КРТ-200 для доставки в зону работ технологического оборудования и вывоза твердых радиоактивных отходов.

Был создан и внедрен в эксплуатацию комплект навесного оборудования РТК, позволяющий проводить дистанционную дезактивацию радиоактивных просыпей без присутствия человека в зоне проведения работ.

Был создан и внедрен в эксплуатацию впитывающий захват для РТК, позволяющий проводить дистанционный сбор радиоактивных проливов без присутствия человека в зоне проведения работ.

Вышеперечисленные разработки позволяют существенно сократить, а в ряде случаев и полностью исключить, дозовые нагрузки на персонал АТЦ.

Апробация работы.

Основные положения работы доложены и обсуждены на научно-техническом семинаре ВНИИТрансмаш (СПб 2003г.); на межотраслевом совещании «Технологии и установки для обращения с ТРО» НИКИЭТ (Москва 2004г.); на 15 научно-технической конференции «Экстремальная робототехника» ЦНИИРТК (СПб 2004г.); на секции НТС ИТУЦР НИКИМТ (Москва 2004г); на заседании кафедры «Автоматы» СПб ГПУ (СПб 2004г.)

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 14 работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, содержит 151 страницу машинописного текста, 39 рисунков, 2 таблицы, 22 фотографии, библиографический список использованных источников из 103 наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения обосновывается актуальность темы диссертации на основе анализа современных подходов к ликвидации последствий радиационных инцидентов, сформулированы цели и задачи работы, указаны методы исследования и практическая значимость работы.

В первой главе основное внимание уделяется анализу существующих методов и оборудования, применяемых при ликвидации последствий радиационных инцидентов и определению наиболее эффективных путей создания РТК для дистанционных работ по локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов.

Анализ собранной информации показал, что ни один из существующих методов локализации не может бьггь применен без присутствия человека в зоне работ. Сделан вывод, что наиболее перспективным для адаптации к использованию с РТК, является метод локализации с использованием полимерных пленок, разработанный НИКИМТ. Обосновано проектное решение о создании управляющего механизма, который позволяет использовать ручной пистолет-распылитель с любыми типами дистаициоино-управляемых манипуляторов РТК.

Автором предложено проводить сбор радиоактивных просыпей и дезактивацию поверхностей с применением снимаемых полимерных пленок дистанционно-управляемыми средствами РТК. Приведены предложенные авторш алгоритмы выполнения дистанционных работ по локализации и дезактивации. Необходимость создания комплекта навесного оборудования

РТК для дезактивации радиоактивных просыпей и проливов объясняется отсутствием технических средств, позволяющих проводить такие работы в затесненных помещениях при радиационной обстановке, исключающей присутствие человека в зоне работ. Ставится задача создания одноразовых приспособлений (дезактивирующих захватов), позволяющих исполнительному органу РТК отрывать от поверхности полимерную пленку с адсорбированными частицами радиоактивных загрязнений и отправлять их на захоронение.

Для дистанционного сбора радиоактивных проливов автором было предложено создать одноразовые приспособления (впитывающие захваты), всасывающие жидкость с последующим превращением ее в гель. Использование таких приспособлений позволяет исполнительному органу РТК собирать радиоактивные жидкости с поверхностей и из различных углублений с превращением их в твердые радиоактивные отходы (ТРО) непосредственно на месте проведения работ.

Проанализированы результаты работ по ликвидации последствий инцидентов на различных радиационно-опасных объектах. Сделан вывод о неоправданно высоких дозовых нагрузках на персонал и высокой вероятности вторичного распространения загрязнений при проведении работ без использования робототехники. Сформулированы критерии эффективности РТК, применяемых при дистанционной ликвидации радиационных инцидентов, важнейшими из которых является наличие в составе РТК средств радиационной разведки (гамма-локаторов), позволяющих точно определить изотопный состав и расположение радиоактивных загрязнений, а также показатели дезактивации поверхностей и отсутствие жидких радиоактивных отходов по окончании работ.

Во второй главе рассматриваются вопросы экспериментального исследования механических характеристик полимерных композиций и конструкционных материалов при взаимодействии с загрязненными поверхностями и рабочими органами РТК. Цель исследования - выработка рекомендаций по подбору конструкционных материалов и полимерных композиций для дезактивирующих и впитывающих захватов и определение нагрузок на исполнительные органы РТК при отрыве дезактивирующих захватов от поверхности.

Дезактивирующий захват представляет собой металлическую рамку с приклеенным к нижней поверхности по всему периметру уплотнителем. Внутри рамки захвата натянута армирующая сетка. Сверху к рамке захвата прикреплен установочный элемент, позволяющий укладывать его на радиоактивную просыпь, не прикасаясь к загрязненной поверхности исполнительным органом РТК.

Пружинящий

элемент Армирующая

Рис. 1. Конструктивная схема дезактивирующего захвата.

При проведении дистанционных работ по сбору радиоактивных просыпей с плоских поверхностей дезактивирующий захват укладывается манипулятором РТК поверх обнаруженной просыпи и заполняется жидкой полимерной композицией при помощи дистанционно-управляемого дозатора. Уплотнитель захвата должен удержать полимерную композицию от растекания по поверхности за пределы рамки захвата. В ходе экспериментов был выбран уплотнительный элемент, состав полимерной композиции, обеспечивающие выполнение этой задачи и определены удельные нагрузки на уплотните льный элемент, которые должны создаваться весом рамки захвата. Оптимальные результаты были достигнуты при использовании трубчатого уплотнительного элемента из микропористой резины диаметром 7 мм при удельной нагрузке не менее 16,3 Н/м и вязкости полимерной композиции от 120 до 140 секунд.

По окончании полимеризации жидкой полимерной композиции образовавшаяся пленка должна вобрать в себя фрагменты радиоактивной просыпи, склеиться с загрязненной поверхностью для обеспечения сбора пылевидной фракции загрязнения и, при этом, прочность ее сцепления с армирующей сеткой дезактивирующего захвата должна превышать адгезию к загрязненной поверхности. При проведении экспериментов из ряда испытываемых образцов была выбрана стеклотканная армирующая сетка, обладающая наилучшей сцепляемостью с полимерной пленкой и, при этом,

выдерживающая разрывные нагрузки, возникающие при отрыве дезактивирующего захвата от поверхности.

Была проведена серия экспериментов с целью определения отрывных усилий, воздействующих на исполнительный орган РТК и выработки проектных рекомендаций по конструкции дезактивирующих захватов. Результаты экспериментов показали, что предварительная экспертная оценка занизила ожидаемые значения отрывных усилий дезактивирующих захватов на два порядка. Результаты экспериментов отражены на графике рис. 2.

£ 1400 | 1200 1000 800 600 400 200 0

1 20 40 60 80

высота,мм

Рис. 2. Зависимость отрывных усилий от высоты подъема захвата.

Был сделан вывод о необходимости создания навесных приспособлений для манипулятора РТК, которые позволили бы производить отрыв дезактивирующих захватов манипулятором с грузоподъемностью вдвое меньшей, чем их отрывное усилие. Такое решение, в свою очередь, позволяет использовать для проведения дистанционных работ по дезактивации просыпей малогабаритный подвижный аппарат РТК с низким энергопотреблением.

Исследование процесса отрыва полимерной пленки армированной сеткой от загрязненной поверхности позволило выявить эмпирическую зависимость усилия отрыва от длины линии отрыва. Указанная зависимость выражается формулой:

Т = Ко х Ь, (1)

где Т - отрывное усилие захвата, Н, Ь - длина линии отрыва пленки, мм, К, - коэффициент пропорциональности, Н/мм. Получено среднее значение Ке = 0,92 Н/мм.

Статистическая обработка результатов экспериментов позволила подтвердить предположение о том, что отрывное усилие дезактивирующих захватов, являясь случайной величиной, зависящей от множества факторов, подчиняется, с хорошей степенью приближения, закону нормального распределения. В соответствии с «правилом трех сигм» можно утверждать, что с вероятностью 0,9973 отрывное усилие дезактивирующего захвата, при отрыве запрокидыванием, будет находиться внутри диапазона 520+753 Н. Наиболее вероятным для этого усилия следует признать значение 640 Н, являющееся центром рассеивания.

Были проведены исследования характеристик конструкционных материалов и абсорбента для впитывающих захватов. На основании их результатов для использования во впитывающих захватах были выбраны нетканые материалы на основе вискозы «Фиб 20» , «Фиб-Ламинат» и абсорбент «Марс». Был сделан вывод о необходимости расположения абсорбента внутри впитывающего захвата тонкими слоями на четырех ярусах нетканого материала, что обеспечивает свободное увеличение объема абсорбента при поглощении жидкостей.

Третья глава посвящена созданию математических моделей и разработке методик расчета и проектирования активного прицепа, дезактивирующего захвата, клещевого отрывного механизма и пантографного отрывного механизма.

Проведение локализационных работ на больших площадях требует доставки в зону работ технологического оборудования и расходных материалов. Для решения дилеммы радикального увеличения грузоподъемности РТК и сохранения его проходимости и маневренности, автором, совместно со специалистами ООО «Актрон», была предложена концепция двухзвенного шарнирно-сочлененного РТК, включающего подвижный аппарат (тягач) с колесной формулой 6x6 и активный прицеп с колесной формулой 2x2 [1]. Концепция двухзвенного РТК предусматривает идентичные мотор-колеса звеньев сцепки и возможность как совместного, так и независимого дистанционного управления этими звеньями. Для выбора параметров прицепа и оценки его совместимости с тягачом был проведен расчетно-теоретический анализ тягово-динамических характеристик в прямолинейном движении на подъем и анализ отдельных кинематических характеристик при криволинейном движении на горизонтальной поверхности. В качестве тягача рассматривался имеющийся подвижный аппарат КРТ-100М.

Учитывая малые скорости РТК рассматриваемого класса, решение задач тяговой динамики можно делать в статической постановке. При этом задачи расчета прямолинейного движения сводятся к проверке соответствия требуемой и максимально допустимой грузоподъемности прицепа и оценке максимального преодолеваемого подъема при движении в сцепке. Расчетная схема приведена на рис. 3, где а - угол подъема; От, Сп - полный вес соответственно тягача и прицепа; Ь,., Ьц - высота центра тяжести

соответственно тягача и прилепа; Рп, Рш - нормальные реакции грунта на колеса тягача (Ра) и прицепа (Р^); Ьо -высота поперечной оси шарнира сочленения прицепа с тягачом; Ру; Р2 - реактивные усилия в шарнире сочленения; Мр - реактивный крутящий момент привода; Ь - продольная база тягача; 1Ь Ь - расстояние от оси шарнира сочленения соответственно до оси среднего колеса тягача и до оси колес прицепа.

Проверку соответствия требуемой и допустимой грузоподъемности прицепа производим, исходя из условия Ру = 0. Физически это означает, что

(а) Схема сил, действующих на прицеп (б) Схема сил, действующих на тягач

Рис. 3. Расчетная схема для тягово-динамического проверочного расчета прямолинейного движения КРТ-100М с активным прицепом.

активный прицеп не ограничивает тяговых возможностей тягача, самостоятельно преодолевая максимальные подъемы. В соответствии с принятой концепцией прицепа и расчетной схемой это возможно, если Ргп = Ргз при максимально допустимом полном весе прицепа. В этом случае идентичны и режимы нагружения колеса прицепа и кормового колеса тягача, а следовательно и режимы соответствующих электродвигателей. Физически это отражает тот факт, что скорость двухзвенного РТК определяется частотой вращения вала электродвигателя наиболее загруженного привода кормового колеса. При этом вводится допущение о полной идентичности механических характеристик тяговых электродвигателей и приводов в целом

Учитывая изложенное, принимая допущение об идентичности упругих характеристик подвесок всех колес тягача, и рассматривая раздельно уравнения действующих сил и моментов от них относительно оси колеса прицепа и оси средних колес тягача, получаем для прицепа:

(2)

.rJ,

P7 = GJ cosa-

n

4

rf_

h-rf

■ + sin a-

l

и для тягача:

PZ3=G7

eos a

1

46 2L.

+ sina

2 f.

hj.

2 L

-P,

1+4+í

L6 21 .

(3)

(4)

Второе слагаемое в (4) отражает положительное влияние активного прицепа на перераспределение нормальных реакций тягача. Прицеп способствует разгрузке кормовых колес, улучшая тем самым тяговые возможности двухзвенного РТК в целом.

Максимальный преодолеваемый угол подъема определяется из известного соотношения

Ф>Г+фх. (5)

Принимая для расчета Г = 0,2 и ср = 0,6 из уравнений (2, 3,4, 5) получаем, что, например при От = 900 кГ, соотношение Ру = 0 выполняется при <3п = 300 кГ, а максимальный преодолеваемый угол на кварцевом песке ограничен а = 22°. На сухом бетоне возможно преодоление подъемов большей крутизны.

Особенности расчета криволинейного движения.

Поскольку тягач КРТ-100М имеет нерегулируемый тяговый привод, изменение направления движения сцепки осуществляется в два приема. Сначала тягач и прицеп разворачиваются на месте относительно друг друга, а затем тягачу и прицепу подается команда на прямолинейное движение в новом направлении. Первая операция является бортовым поворотом, когда колеса бортов вращаются в противоположных направлениях, причем левое колесо прицепа должно вращаться как колесо правого борта тягача, а правое колесо прицепа как левое колеса тягача. Вторая операция представляет собой выход прицепа из поворота, когда тягач двигается прямолинейно, а прицеп, также работающий в режиме прямолинейного движения, доворачивается, подстраиваясь к следовой дорожке тягача. Анализ криволинейного движения проводится с целью оценки влияния активного прицепа на характеристики поворота сцепки на каждом из рассмотренных этапов. Для первого этапа можно записать следующее соотношение:

©Л^ЗДпЬ, (6)

где сат, гап - угловые скорости поворота соответственно тягача и прицепа.

По данным ходовых испытаний различных макетов в ОАО «ВНИИТрансмаш» полагаем, что для отстающего борга прицепа 5п * 0, а для крайних колес отстающего борга тягача, определяющих б)т , 5т » 0,2, где 5т - коэффициент буксования. Так как

фт~ 0,5 В ' п~ 0,5 В ' где окружная скорость колеса, то уравнение (6) запишется в виде:

о-бп^о-ад/ь- (8)

Рис. 4. Кинематическая схема тягача и прицепа в режиме криволинейного движения.

и, следовательно, при заданных значениях 6п и 5Т Ь = 1,25 12, что близко к проектным характеристикам (11=1,24 м, 12=0,99 м). Для такого соотношения зависимость коэффициентов буксования колес тягача и прицепа представляется формулой:

5п=1,255г -0,25. (9)

Анализ этой формулы показывает, что активный прицеп помогает тягачу в сложных условиях бортового поворота, когда буксование колес тягача превышает 0,2. При этом буксование колес прицепа становится больше нуля и его тяговое усилие, помогающее повороту тягача, возрастает. Большой практический интерес представляет величина допустимого угла излома сочлененной рамы двухзвенного РТК, который на рис. 4 обозначен |3. В

соответствии с рис. 4 мгновенное положение центра поворота прицепа Яп определяется по зависимости:

^"Ь- <ю)

где р - угол излома рамы тягач-прицеп.

Мгновенное значение угловой скорости прицепа относительно узла сочленения О,

а„ =

и

(И)

где Ут - скорость тягача.

Скорость точки рамы прицепа забегающего борта, лежащей на нормали к поверхности, исходящей из зоны контакта колеса с поверхностью равна:

Г3=(Л„+0,5фп

или с учетом (10) и (11)

Г Л Л

Уз = К

аЛ5В • л со %р + —— ею р

»4

Аналогично для отстающего борта:

' * °'5В ■ л со ър—---ЯП р

•1 1

Уп — Уг

(12)

(13)

Для колеса забегающего борта прицепа, коэффициент буксования равен б^ЬУУУо.з, (14)

где Ушз - окружная скорость колеса, реализуемая приводом. Скорость

тягача УТ запишется в виде:

Ут=УотТ(1-5г), (15)

где Уж1 - усредненное значение окружной скорости колес тягача

реализуемая их тяговыми приводами; 8Т- усредненный коэффициент буксования колес тягача.

Тогда, с учетом (12) и (15), уравнение (14) запишется в виде:

V

Мг)

ОК.З

а °'5В ■ а совр+——яп р

Аналогично для отстающего борта прицепа:

е-*)'

V

8п =1_1£Е£

ок.о

СОБ /3 •

0,5 В .

и

8Ю Р

(16)

(17)

В уравнениях (16) и (17) соотношения - отражают внешнюю

Уок

характеристику тягового привода, для которой п^** «1,18/7"°™. С учетом этой характеристики в первом приближении считаем для отстающего борта прицепа на связном грунте (8 - 0) отношение скоростей равным 1,1, а на несвязном грунте (8 = 0,1) равным 1,07. Для забегающего борга при тех же коэффициентах буксования тягача, отношение скоростей на связном грунте равно 0,9, а на несвязном равно 0,87.

Из результатов расчета по формулам 16 и17 следует:

- колеса забегающего борга прицепа в режиме выхода из поворота на несвязном грунте перемещаются практически при 83 = 0, т.е. в пассивном режиме, а на связном грунте (бетон) при 83< 0, т.е. как ведомые заторможенные;

- колеса отстающего борга перемещаются при интенсивном буксовании, что способствует выходу из поворота.

Однако нельзя допускать чрезмерного угла излома рамы, т.к. буксование отстающего борта при этом может стать равным или большим 1, что означает полную остановку отстающего колеса прицепа или даже его движение в сторону противоположную повороту прицепа, что недопустимо. Расчеты по формуле 17 показывают, что на несвязном грунте буксование отстающего колеса может достигнуть 1 уже при р = 50°, поэтому с большим коэффициентом запаса, перекрывающим погрешности расчета, рекомендуется маневрировать с р < 25°. При соблюдении этого условия активный прицеп на несвязном грунте не ухудшает режим работы приводов тягача, а на связном грунте может несколько увеличить нагрузку на них в режиме выхода из поворота.

Расчет навесного оборудования.

Автором было предложено создать навесные приспособления, радикально снижающие нагрузку на манипулятор РТК и замыкающие отрывные усилия дезактивирующего захвата между его рамкой и очищаемой поверхностью. Для расчетно-теоретической проверки работоспособности предложенных изделий и расчета нагрузок на манипулятор РТК были разработаны математические модели дезактивирующего захвата, клещевого отрывного механизма и пантографного отрывного механизма.

Клещевой отрывной механизм состоит из двух самоустанавливающихся клиновидных лап, которые производят отрыв дезактивирующего захвата от поверхности, внедряясь под его рамку за счет усилий сжатия губок схвата манипулятора. Изложены допущения, принятые при разработке математической модели клещевого отрывного механизма. С помощью разработанной математической модели была установлена зависимость усилий сжатия схвата манипулятора от отрывного усилия дезактивирующего захвата

и сопротивления перемещению клиновидной лапы по очищаемой поверхности.

Полученная зависимость, при f=0,2 выражается формулой:

К 0,51 Р

Fz = [ co¡*78,7o - а) + — sin (78,Г - а) ]-,

г cosa

где f - коэффициент трения скольжения; Р - отрывное усилие захвата; a -угол клиновой поверхности; К - коэффициент трения качения; г - радиус опорного ролика; Fs - усилие на губке схвата манипулятора. На основании проведенных расчетов были выработаны проектные рекомендации для клещевого отрывного механизма. Данный механизм позволяет производить отрыв дезактивирующих захватов при грузоподъемности манипулятора втрое меньшей, чем их отрывное усилие.

Для выявления закономерностей изменения отрывных усилий дезактивирующего захвата при его подъеме запрокидыванием была разработана математическая модель, позволяющая с достаточной степенью приближения рассчитать отрывные усилия в зависимости от угла подъема рамки захвата.

Рис 6. Расчетная схема дезактивирующего захвата. Зависимость усилий на зубе отрывного механизма от угла подъема рамки захвата выражается формулой:

N яп (Р - а) + 0,5О

Сое а

где И - усилие отрывного механизма; N - усилие отрыва армированной пленки; в - вес рамки захвата; а - угол подъема рамки захвата; р - угол между армированной пленкой и поверхностью. С использованием полученных ранее эмпирических зависимостей были получены расчетные усилия достаточно близко совпадающие с данными экспериментальных исследований и позволившие подтвердить вывод о том, что в данном случае отрывные усилия резко уменьшаются по достижении высоты подъема 50 мм. Так как использование клещевого отрывного механизма в ряде случаев может быть затруднено, то автором была предложена конструкция пантографного отрывного механизма, повышающая эффективность использования РТК в затесненных условиях.

Принцип работы данного навесного приспособления для РТК основан на использовании двуплечего рычага, приводимого в движение манипулятором при помощи шарнирно-сочлененного ромбоида. С целью оптимизации конструктивных характеристик и определения нагрузок на схват манипулятора была разработана математическая модель пантографного отрывного механизма.

F

Рис 7. Расчетная схема пантографного мехенизма.

С помощью разработанной математической модели была установлена зависимость усилия на схвате манипулятора от угла раскладывания ромбоида, выражающаяся следующей формулой:

Р0 xlj (cosa + ц sina)

F--,

12 sin 2a / sina + ¡i (cosa + (a, sina)

где F - усилие на схвате манипулятора; Р0 - отрывное усилие дезактивирующего захвата; 1] - длина нижнего плеча рычага; 12 - длина рычагов ромбоида; ц = К/г - конструктивный параметр, определяемый отношением коэффициента трения качения к радиусу ролика; a - угол между рычагом и поверхностью. Расчеты показали, что пантографный механизм обеспечивает пятикратный выигрыш в силе при подъеме рамки деактивирующего захвата на высоту до 50 мм. - *

Четвертая глава посвящена методике и результатам комплексных испытаний РТК с навесным и прицепным оборудованием, разработанным на основе результатов данной работы и внедрению этого оборудования в эксплуатацию. Испытания проводились в производственных помещениях и на открытых площадках ИТУЦР, АТЦ г. Сарова и АТЦ г. Снежинска. Они подтвердили высокую эффективность и надежность навесного и прицепного

оборудования для локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов.

Фото 1. КРТ-100М с активным прицепом.

В процессе испытаний были выявлены преимущества дистанционно-управляемого пистолета-распылителя локализующих полимерных композиций, применение которого исключает вторичный разнос загрязнений под действием реактивного эффекта распыляемых жидкостей.

Испытание дезактивирующего захвата в условиях максимально приближенных к реальным показало, что коэффициент дезактивации по изотопу Се-144 составил 447.

Впитывающий захват испытывался на концентрированных кислотах, водных растворах щелочей, солей и органических растворителях, которые широко применяются на промышленных объектах. По всем перечисленным жидкостям была подтверждена проектная впитывающая способность захвата 200 +800 и отсутствие вторичного прокапывания.

Были также получены результаты, подтверждающие корректность тягово-динамического расчета двухзвенного РТК с активным прицепом. Тяговые характеристики системы тягач-прицеп проверялись на бетонном погрузочном пандусе с уклоном 27° с максимальной полезной нагрузкой прицепа 150 кГ и при преодолении препятствий в виде обломков строительных конструкций. Во всех случаях наличие активного прицепа положительно отражалось на проходимости подвижного аппарата РТК.

По результатам испытаний были выработаны рекомендации по повышению эффективности РТК при сборе радиоактивных просыпей и

проливов за счет автоматизации рутинных процессов заливки полимерной композиции в дезактивирующий захват и его отрыва паигографным механизмом. Данные рекомендации были реализованы с использованием программируемого манипулятора РМ-02, установленного на шасси под вижного аппарата КРТ-100М.

Фото 2. КРТ-100М с манипулятором РМ-02 и гамма-локатором на испытаниях впитывающих захватов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты, полученные в данной работе, формулируются следующим образом:

1 Выполнен анализ существующих методов локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений и обосновано использование метода снимаемых полимерных покрытий при проведении дистанционных работ с применением РТК.

2 Сформулированы основные критерии эффективности РТК для дистанционной локализации радиоактивных загрязнений и сбора радиоактивных просыпей и проливов.

3 Предложена новая роботизированная технология очистки поверхностей от загрязнений с применением РТК и одноразовых дезактивирующих захватов, позволяющая собирать с поверхности твердые радиоактивные просыпи, начиная от мелкодисперсных и заканчивая фрагментами сложной формы размером 6 х 20 мм, при этом образование жидких радиоактивных отходов н дозовые нагрузки на персонал исключены.

4 Предложена новая роботизированная технология сбора проливов с применением РТК и одноразовых впитывающих захватов, позволяющая непосредственно на месте работ превращать собранные жидкости в твердые радиоактивные отходы за один технологический цикл, не превышающий 15 минут. Данная технология позволяет проводить дистанционные работы по сбору радиоактивных жидкостей от 1 мл до 800 мл независимо от характера их расположения на поверхности, при этом дозовые нагрузки на персонал и вторичное образование жидких радиоактивных отходов исключены.

5 Исследованы характеристики материалов и полимерных композиций для создания дезактивирующих и впитывающих захватов. Проведен выбор материалов и предложены решения по их оптимальному использованию в конструкциях захватов.

6 Исследован процесс роботизированного отрыва дезактивирующих захватов от поверхности и определены возникающие при этом усилия. Предложены методы отрыва захватов и кинематические схемы навесного оборудования, позволяющие оптимизировать характеристики РТК, даны проектные рекомендации по созданию этого оборудования, позволяющего реализовать описанные выше роботизированные технологии дезактивации.

7 Предложено новое принципиальное решение двухзвенного РТК с активным прицепом, отличающееся тем, что оно позволяет при значительном увеличении грузоподъемности не снижать проходимость в прямолинейном движении и свести к минимуму ограничения в режимах криволинейного движения.

8 Разработаны расчетные кинетостатические модели и методики для оценки тягово-динамических характеристик при прямолинейном и кинематических характеристик при криволинейном движении сцепки из тягача и активного прицепа на несвязных грунтах и твердом основании.

9 Разработаны математические модели дезактивирующего захвата, клещевого и пантографного отрывных механизмов, позволившие определить нагрузки на манипулятор РТК и оптимизировать конструктивные характеристики этих механизмов.

10 Положительные результаты испытаний нового навесного и прицепного оборудования в составе робототехнических комплексов подтвердили эффективность разработанных роботизированных технологий локализации и дезактивации, корректность расчетных моделей и обоснованность технических решений по конструкции оборудования.

11 Полученные в рамках данной работы экспериментальные данные и разработанные математические модели используются при разработке новых РТК для проведения дистанционных работ по ликвидации последствий радиационных инцидентов.

12 В настоящее время в действие введена базовая технологическая инструкция № ТИ-6-2004 по роботизированной локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений и внедрено в эксплуатацию дистанционно-управляемое оборудование для реализации описанных технологий: гамма-локаторы; устройства управления пистолетом-распылителем; активный прицеп КРТ-ЮОМ. По результатам работы подано 4 заявки на патентную защиту полезных моделей и 1 заявка на изобретение. По заявке на полезную модель устройства управления пистолетом-распылителем получен патент № 42345 РФ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Расчетно-теоретический анализ тягово-динамических характеристик прямолинейного движения и бортового поворота КРТ-ЮОМ с активным прицепом: Отчет о НИР (заключ.)ЮОО «Актрон»; Руковод. работы М.И.Маленков. - № НТО-01-05-2001. - С.-П., 2001. - 26 с. - Исполн. Волов В.А., Кажукало И.Ф., Крусанов B.C., Кучеренко В.И., Сидоркин H.A.

2. Гамма-локатор: Свидетельство на полезную модель 27716 РФ/Н.А.Сидоркин, С.И.Ястребов, А.А.Ершов, В.С.Крусанов, В.И.Горбачев, Ю. А. Прохоров, Д.Н.Фурсеев, М.Н.Фурсеев, С.В.Никигин, О.Н.Романов - № 2002115985/20; Заявл. 17.06.2002.

3. Маленков М.И., Федосеев C.B., Кучеренко В.И., Крусанов B.C., Сидоркин H.A. Система робототехнических комплексов для инженерных аварийно-технических центров Минатома//Экстремальная робототехника: Материалы 12-ой науч. -практич.конф. 15-17 апреля 2002 г. - Санкт-Петербург, 2002. - С.26-32.

4. Development of the System of Robotic Complexes for Technical Centers of Russian Ministry of Atomic Industry. Koutcherenko V., Kashirin V., Malenkov M., Sidorkin N., Volov V. Proc.of the Conf. «Space and Robotics 2002», Alduquerque,

USA 2002.

5. Волов B.A, Кучеренко В.И., Маленков М.И., Каширин В,H., Сидоркин Н.А, Крусанов B.C. Создание системы робототехнических комплексов для технических центров Минатома РФ//Актуальные проблемы защиты и безопасности: Тез.докл.Пятой Всерос.науч.-практич.конф. 2-5 апреля 2002 г. - Санкт-Петербург, 2002. - С.318-320.

6. Сидоркин H.A., Крусанов B.C. Навесное оборудование РТК для разведки, локализации мест радиационных аварий и дезактивации робототехнического оборудования//Экологическая и информационная безопасность: международная конференция 8-12 сентября 2003 г. - Москва, 2003.-С. 156-164.

7. В.С.Крусанов, НА. Сидоркин. Робототехника для разведки и дезактивации мест радиационных аварий/ЛТланетоходы, космическая робототехника и наземные роверы для экстремальных условий: Материалы первого семинара. 2-4 октября 2003 г. - Санкт-Петербург, 2003. - С.46-52.

8. Сидоркин Н.А., Крусанов В С. Навесное оборудование РТК для разведки, локализации мест радиационных аварий и дезактивации робототехнического оборудования//Экстремальная робототехника: 15-ая науч.-тех. конф. 6-7 апреля 2004 г. - Санкт-Петербург, 2004. - С.59-71.

9.0.Е.Козлов, В.С.Крусанов, Н.А.Свдоркин, А.Б.Ульянов, И.С.Феоктисгов Малогабаритный мобильный робот для проведения разведки и взятия проб материала на объектах Минатома/ЛТланетоходы, космическая робототехника и наземные роверы для экстремальных условий: Материалы второго семинара. 4-6 октября 2004 г. - Санкт-Петербург, 2004. - С.133-134.

10. Способ дистанционной очистки поверхности от загрязнений: Заявка на изобретение РФ №2004117951/17 от 16.06.2004/Н А. Сидоркин, В.С.Крусанов, О.И. Лихоманова, К.ВЩербаков, Н.М.Сорокин.

11. Механизм передачи движения исполнительного органа манипулятора робота: Патент на полезную модель № 42345 РФ от 02.04.2004/В.С.Крусанов

12. Съемная лапа для робота: Заявка на полезную модель РФ № 20044136396/В.С.Крусанов.

13. Съемный модуль для робота: Заявка на полезную модель РФ № 20044136394/В.С.Крусанов, К.В.Щербаков.

14. Дозирующее устройство импульсного действия: Заявка на полезную модель РФ № 20044136399/В.С.Крусанов, К.В.Щербаков.

•-2743

РНБ Русский фонд

2006-4 13054

Подписано в печать 27. 01. 2005. Формат 60х 84/16

Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 24.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии ФГУП НИКИМТ. 127410 Москва Алтуфьевское ш., д. 43.

Введение.

Глава 1. Анализ существующих методов и оборудования, применяемых при ликвидации последствий радиационных инцидентов.

Глава 2. Исследование взаимодействия полимерной композиции с загрязненными поверхностями и рабочими органами робототехнических комплексов.

Глава 3. Расчетно-теоретическое обоснование характеристик и проектные рекомендации по разработке прицепного и навесного оборудования робототехнических комплексов для локализации и дезактивации

Глава 4. Методика и результаты комплексных испытаний созданного оборудования в составе робототехнических комплексов.

По мере перехода общества на более высокие ступени развития ценность человеческой жизни и здоровья неуклонно возрастает и, в связи с этим, возрастает потребность в технических средствах, способных защитить человека в экстремальных условиях.

Атомная энергетика относится к тем отраслям, которые, при минимальном ущербе окружающей среде, способны производить наибольшее количество энергии на единицу затраченных природных ресурсов и человеческого труда. При этом все большее внимание уделяется безопасности ядерных технологий, так как даже небольшие радиационные инциденты способны нанести ущерб здоровью человека.

Также нельзя сбрасывать со счетов и так называемый «человеческий фактор». По статистике подавляющее большинство чрезвычайных ситуаций на транспорте и в промышленности возникает как раз вследствие ошибок оператора или при нарушении требований технологической дисциплины.

К таким техногенным чрезвычайным ситуациям относятся разного рода инциденты на ядерных энергетических установках, случаи нештатного обращения с ядерными отходами и нештатные ситуации при перевозке и переработке высокотоксичных химических веществ. Общим для всех перечисленных чрезвычайных ситуаций является то, что в природе нет естественных механизмов самоочищения, позволяющих справиться с их последствиями без участия человека, как это, например, происходило на протяжении веков с разного рода органическими загрязнениями.

Произошедшие в последнее время террористические акты показали, что в их подготовке задействованы огромные финансовые ресурсы и специалисты, владеющие всеми современными достижениями науки и техники. Поэтому, к сожалению, нельзя исключить проведения акции с разбрасыванием радиоактивных материалов в густонаселенных городах любой страны мира.

Как указывает в своей книге «Силы и средства для ликвидации чрезвычайных ситуаций с радиационными последствиями» руководитель Управления по ядерной и радиационной безопасности Федерального агентства по атомной энергии (УЯР ФААЭ) А.М.Агапов: «В составе оснащения спасательных служб отрасли имеется широкий набор оборудования, начиная от простейших средств защиты персонала и универсальной техники спасателей, до уникальных мобильных диагностических и робототехнических комплексов. Несмотря на указанные обстоятельства УЯР ФААЭ России считает важным решение задачи не только поддержания достигнутого потенциала, но и его развитие за счет разработки и внедрения новых робототехнических комплексов, еще более активное использование современных дистанционных технологий дезактивации».

Главной целью создания робототехнических комплексов и дистанционно-управляемых систем для обеспечения ими аварийно-спасательных формирований ФААЭ РФ является минимизация или полное исключение радиационного облучения персонала при выполнении спасательных и ремонтно-диагностическнх работ, при выводе из эксплуатации ядерных установок и при выполнении манипуляций с радиоактивными отходами. В «Перечне приоритетных работ и основных направлений применения РТК», являющемся частью Программы создания робототехники ФААЭ РФ, в пункте 1.2.10 указано, что к моменту начала работ по данной теме «отсутствовало оборудование для дистанционного удаления пыли, аэрозолей и мелких фрагментов с поверхностей оборудования и зданий». Там же в пункте 1.2.11 указано на «отсутствие оборудования для дистанционного удаления луж радиоактивных жидкостей».

Все вышесказанное делает разработку робототехнического оборудования для ликвидации радиационных инцидентов весьма актуальной проблемой. Эта тематика получила сильнейший импульс для развития во время и после трагических событий на ЧАЭС в 1986г. Можно отметить, в частности, разработки робототехнических транспортных машин систем и комплексов, специальных приборов и механизмов, выполненные в НИКИМТ, ИТУЦР, ВНИИТрансмаш, ИФТП, ЦНИИ РТК, СКТБ ПР МГТУ им Н.Э.Баумана, НТЦ «Ровер» им. А.Л.Кемурджиана, лаборатории робототехники ЮжУТУ, ППП «Рарос»; расчетно-теоретические и экспериментальные исследования мобильных роботов различного назначения, выполненные в ИПМ РАН им. М.В.Келдыша, Института Механики МГУ им. М.В.Ломоносова, Институте проблем механики РАН, Волгоградском ГТУ; Санкт-Петербургском Политехническом Университете и других предприятиях и организациях. Из инофирм наиболее известны изделия ядерного центра в Карлсруэ (ФРГ), фирмы «Remotec» (США), «GROUPE INTRA» и «Cibernetics»(OpamB«0, «Red Zone» (США).

Ключевой задачей современного этапа развития рассматриваемого технического направления робототехники является переход от создания отдельных устройств к разработке роботизированных технологий локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений. Такие технологии включают в себя помимо мобильного робота: метод радиационной разведки, метод дезактивации или локализации, приборы и навесное оборудование для реализации этих методов и алгоритм эффективного использования всего комплекса в целом. Поэтому целью диссертационной работы является разработка роботизированных технологий локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений, включая обоснование рекомендаций по проектированию навесного и прицепного оборудования робототехнических комплексов для ликвидации последствий радиационных инцидентов.

Для достижения этой цели были сформулированы следующие основные задачи:

- анализ известных методов локализации и дезактивации с точки зрения возможности их адаптации к проведению дистанционных работ;

- обоснование критериев эффективности и структуры необходимого навесного оборудования робототехнических комплексов для реализации безлюдных технологий локализации и дезактивации с использованием полимерных композиций;

- разработка методик экспериментов и исследование физико-механических характеристик взаимодействия полимерных композиций с поверхностями и навесным оборудованием робототехнических комплексов;

- разработка математических моделей, синтез механизмов и предложение проектных решений по конструкции навесного и прицепного оборудования, наилучшим образом сопрягающегося с робототехническим комплексом;

- разработка алгоритмов выполнения технологических процессов дистанционной локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов.

- проведение комплексных испытаний нового оборудования в составе робототехнических комплексов.

В основу теоретических и экспериментальных исследований положены основные законы классической физики, методы теоретической механики, теории машин и механизмов, физического моделирования, компьютерной обработки видеоинформации, математической статистики и планирования эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современной дозиметрической и метрологической аппаратуры.

Вычисления в процессе исследований, а также численная и графическая обработка результатов проводилась на ЭВМ типа 1ВМ РС АТ с использованием математического аппарата прикладных программ.

В результате проведенных исследований определен метод проведения локализации радиоактивных загрязнений, адаптируемый к использованию с робототехническими комплексами.

На основе полученных в результате исследования данных было создано прицепное и навесное оборудование робототехнических комплексов для дистанционных работ по локализации радиоактивных загрязнений, которое внедрено в эксплуатацию на предприятиях ФААЭ РФ.

Вышеперечисленное оборудование позволяет существенно сократить, а в ряде случаев и полностью исключить, дозовые нагрузки на персонал аварийно-технических центров (АТЦ).

Были определены критерии эффективности робототехнических комплексов (РТК) при проведении дистанционной локализации и дезактивации и, на их основе, выработаны рекомендации по расширению их эксплуатационных возможностей и намечены пути создания новых, более эффективных, робототехнических комплексов для защиты человека от вредных воздействий при ликвидации последствий радиационных инцидентов.

На защиту выносятся:

- обоснование использования метода снимаемых полимерных покрытий при проведении дистанционных работ и обоснование структуры и характеристик навесного оборудования, необходимого для реализации роботизированных технологий локализации и дезактивации;

- методики и результаты исследований собственных характеристик полимерных композиций и характеристики их взаимодействия с дезактивируемыми поверхностями и навесным оборудованием робототехнических комплексов;

- схемное решение двухзвенного робототехнического комплекса с активным прицепом;

- математическая модель двухзвенного робототехнического комплекса с активным прицепом;

- математические модели дезактивирующего захвата и отрывных механизмов;

- роботизированные методы локализации и дезактивации радиоактивных просыпей и проливов.

Основные результаты, полученные в данной работе, формулируются следующим образом:

1. Выполнен анализ существующих методов локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений и обосновано использование метода снимаемых полимерных покрытий при проведении дистанционных работ с применением РТК.

2. Сформулированы основные критерии эффективности РТК для дистанционной локализации радиоактивных загрязнений и сбора радиоактивных просыпей и проливов.

3. Предложена новая роботизированная технология очистки поверхностей от загрязнений с применением РТК и одноразовых дезактивирующих захватов, позволяющая собирать с поверхности твердые радиоактивные просыпи, начиная от мелкодисперсных и заканчивая фрагментами сложной формы размером 6 х 20 мм., при этом образование ЖРО и дозовые нагрузки на персонал исключены.

4. Предложена новая роботизированная технология сбора проливов с применением дистанционно-управляемых РТК и одноразовых впитывающих захватов, позволяющая непосредственно на месте работ превращать собранные жидкости в твердые радиоактивные отходы за один технологический цикл, не превышающий 15 минут. Данная технология позволяет проводить дистанционные работы по сбору радиоактивных жидкостей от 1 мл до 800 мл независимо от характера их расположения на поверхности, при этом дозовые нагрузки на персонал и вторичное образование ЖРО исключены.

5. Исследованы характеристики материалов и полимерных композиций для создания дезактивирующих и впитывающих захватов. Проведен выбор материалов и предложены решения по их оптимальному использованию в конструкциях захватов.

6. Исследован процесс роботизированного отрыва дезактивирующих захватов от поверхности и определены возникающие при этом усилия. Предложены методы отрыва захватов и кинематические схемы навесного оборудования, позволяющие оптимизировать характеристики РТК, даны проектные рекомендации по созданию этого оборудования, позволяющего реализовать описанные выше роботизированные технологии дезактивации.

7. Предложено новое принципиальное решение двухзвенного РТК с активным прицепом, отличающееся тем, что оно позволяет при значительном увеличении грузоподъемности не снижать проходимость в прямолинейном движении и свести к минимуму ограничения в режимах криволинейного движения.

8. Разработаны расчетные кинетостатические модели и методики для оценки тягово-динамических характеристик при прямолинейном и кинематических характеристик при криволинейном движении сцепки из тягача и активного прицепа на несвязных грунтах и твердом основании.

9. Разработаны математические модели дезактивирующего захвата, клещевого и пантографного отрывных механизмов, позволившие определить нагрузки на манипулятор РТК и оптимизировать конструктивные характеристики этих механизмов.

10. Положительные результаты испытаний нового навесного и прицепного оборудования в составе робототехнических комплексов подтвердили эффективность разработанных роботизированных технологий локализации и дезактивации, корректность расчетных моделей и обоснованность технических решений по конструкции оборудования.

11. Полученные в рамках данной работы экспериментальные данные и разработанные математические модели используются при разработке новых РТК для проведения дистанционных работ по ликвидации последствий радиационных инцидентов.

12. В настоящее время введена в действие базовая технологическая инструкция по роботизированной локализации и дезактивации радиоактивных загрязнений № ТИ-6-2004 и внедрено в эксплуатацию дистанционно-управляемое оборудование для реализации разработанных технологий: гамма-локаторы; устройства управления пистолетом-распылителем; активный прицеп КРТ-100М. По результатам работы подано 4 заявки на патентную защиту полезных моделей и 1 заявка на изобретение. По заявке на полезную модель устройства управления пистолетом-распылителем получен патент № 42345 РФ.

1. Зимон А.Д., Пикапов В.К. Дезактивация. М.: ИздАТ, 1994. - 336с.

2. СП 2.6.1. 758-99. 2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). — М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. 116с.

3. Зимон А.Д. Дезактивация. М.: Атомиздат, 1975. - 280с.

4. СП 2.6.1. 799-99. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ). М.: Минздрав России, 2000. - 98с.

5. Способ и устройство для дезактивации сооружений: Патент 7007103 Япония/Сато Тадао, Кубо Еситако и др. № 61-155176; Заявл.ОЗ.07.86; 0публ.09.98. - Изобретения стран мира. - Вып. 99, № 9, с. 595.

6. Lefkowitz S.//Trans American Society. 1985. - №49. . P.309-310.

7. Xeec С., Метучер С.//Бюлл. МАГАТЭ. 1985. -T.27. - №4. - c.l9-24.

8. Oberhofer M., Bacelar J.//Radiation Protection in Nuclear Energy Cons. IAEA. Vienna, 1988. -P.409-417.

9. Broadley J.S.//The decotamination and rehabilitation of highly active cheminai plant and caves. In: Radiation Safety in Hot Facilities. - Vienna, IAEA, 1970.-P.357.

10. Композиция для нормализации радиационной обстановки: Патент 2236054 РФ/ Н.М.Сорокин, О.И.Лихоманова, Б.В.Алексеев. № 2003107474/06; Заявл. 18.03.2003; Опубл.10.09.2004. - Изобретения. Полезные модели. - Бюл. № 25, ч. 3,- 563 с.

11. Innovative technology. Deactivation and Decommissioning./Summary Report. -U.S. Department of Energy. Office of Environmental Management. Office of Science and Technology, 2002.

12. Тодосийчук A.B. Оценка сметной стоимости научно-технических проектов. M.: ИНИЦ Роспатента, 2002. - 99 с.

13. Скорняков Э.П., Горбунова М.Э. Как оценить коммерческую стоимость изобретения. М.: ИИЦ Роспатента, 2001. - 83 с.

14. Орлова Н.С., Бромберг Г.В., Соловьева Г.М. Порядок учета и рекомендации по стоимостной оценке объектов интеллектуальной собственности. М.: ИНИЦ Роспатента, 2000. - 92 с.

15. Кудрявцев В.А., Демидович Б.П. Краткий курс высшей математики. -М.: Наука, 1975. 624 с.

16. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 832 с.

17. Статистические методы в экспериментальной физике/Идье В., Драйард Д., Джеймс Ф., Рус М.,Садуле Б.; пер. с англ. под ред. Тяпкина A.A. М.: Атомиздат, 1976. - 335 с.

18. Коваленко И.Н., Гнеденко Б.В. Теория вероятности. К.: Выща школа, 1990.-290 с.

19. Силы и средства для ликвидации чрезвычайных ситуаций срадиационными последствиями/Под. ред. А.М.Агапова. М.: Комтехпринт,2002.-48 с.

20. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высшая школа, 1979.-558 с.

21. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1967.-508 с.

22. Воронков И.М. Курс теоретической механики. М.: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1954. - 552 с.

23. Решетов JI.H. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник М.: Машиностроение, 1979. - 334 с.

24. Авотин Е.В., Болховитинов И.С., Кемурджиан A.JL, Маленков М.И., Шпак Ф.П. Динамика планетохода. М.: Наука, 1979. - 440 с.

25. Кемурджиан A.JI., Громов В.В., Кажукало И.Ф., Маленков М.И. Планетоходы. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

26. Громов В.В., Кажукало И.Ф., Наумов В.Н. Передвижение по грунтам Луны и планет. М.: Машиностроение, 1986. - 268 с.

27. Ferguson K.R. et al., Remote Handling of Radioactive Materials, in: McLain S. and Martens S. H. (eds.), Reactor Handbook, 2nd edn, Vol. 4, Ch. 14, 463, Interscience (1964).

28. Laymen D. C. and Thornton G., Remote Handling of Mobile Nuclear Systems, U.S. A.E.C. Div. of Tech. Inf., Book réf. TID 21219 (1966).

29. Helps F. G., Driverless Tractor for Materials Handling, J. Br. IRE,25, March, 273,(1963).

30. Jones D. G., MRMU in Case of Radioactive Trouble, Mech. Eng., 86, May, 29, (1964).

31. Spielrein R. E., Some Modern Prosthetic and Orthotic Trends and Developments Seen as a Challenge to the Engineering Profession, J. Inst. Engrs Aust., 41 June, 73 (1969).

32. Newman N. and Tait К. E., Manipulators: A Survey, Elect. Eng. Trans. Inst. Engrs Aust., EE 8, April, 1 (1972).

33. Johnsen E. G., Man, Teleoperators and Robots; An Optimum Team for Space Exploration, J. Spacecraft Rockets, 9, July, 554 (1972).

34. Heyes M. P. and Ashworth R., Further Research on Car Following Models, Transporte Res., 6, September, 287 (1972).

35. Masakazu E. at al., Prototype Intelligent Robot that Assembles Objects from Plan Dravings, Trans. IEEE, C21, February, 161 (1972).

36. Anon., Industrial Robot, Mach. Des., 44, January 13, 39 (1972).

37. Barrow H. G. at al., Tokyo-Edinburgh Dialogue on Robots in Artificial Intelligence Research, Computer J., 14, February, 91 (1971).

38. Fenton R. E., Automatic Vehicle Guidance and Control A State of the Art Survey, Trans. IEEE, VT19, February, 153 (1970).

39. Hajdu L. P. at al., Design and Control Considerations for Automated Ground Transportation Systems, Proc. IEEE, 56, April, 943 (1968).

40. Bender J. G. at al., An Experimental Study of Vehicle Automatic Longtudinal Control, Trans. IEEE, VT20, November, 114 (1971).

41. Anon., Adaptive Computer may Control Cars Electronics, 45, September 25, 6E, (1972).

42. Rosen C. A. and Nilsson N. J., An Intelligent Automation, IEEE Int. Con v. Rec., pt 9, 50 (1967).

43. Fu K. S., Learning Control Systems, Review and Outlook, Trans. IEEE, AC15, April, 210 (1968).

44. Keckler W. G. and Larson R. E., Control of a Robot in a Partially Unknown Environment, Automatica, 6, May, 469 (1970)/

45. Fu K. S., Learning Control Systems and Intelligent Control Systems; An Intersection of Artificial Intelligence and Automatic Control, Trans. IEEE, AC16, February, 70 (1971).

46. Penev G. D., Certain Problems in Adaptive Control, Soviet Phys. Dokl., 16, No. 6,422, (1971).

47. Tomovic R., Robots for the Exploration of the Hostile Environment, Proc. 4 th I.F.A.C. Symp. Automatic Control in Space, Dubrovnik, 1971.

48. Thring M. W., The Robot Age, Engineering, Lond., 209, February 6,128 (1970).

49. Maughan R. J. at al., Reference Signal Generation for Synchronous Longitudinal Control, Proc. S. E. Symp. Systems Theory, University of Kentucky, 1973.

50. Maughan R. J. at al., Longitudinal Reference Signal Generation for Automatic Vehicle Control, Proc. IEEE, 60, November, 1454 (1972).

51. Brooke L. V. I., The Automation of Field Cultivation, I.E.E. Colloquium On Control and Automation in agriculture, March 20.

52. Hawley A. E. at al., Electronic Packaging Techniques for Surveyor Lunar Spacecraft, IEEE Int. Conv. Rec., 11, pt 6, March, 157 (1963).

53. Vinogradov A., Luna 20 Samples from the Moon, Geotimes, 17, October, 16 (1972).

54. Michie D. at al., Vision and Assembly as a Programming Problem, Proc. Ins Conf. Industrial Robot Technology, Nottingham, March, 1973,185.

55. Falk G., Interpretation of Imperfect Line Data as a Three-Dimensional Scene, Artificial Intell., 3, Summer, 101 (1972).

56. Fikes R. E. at al., Learning and Executing Generalised Robot Plans, Artificial Intell., 3, Winter, 251 (1972).

57. Salter S. A., Arms and the Robot, Edinburgh Univ. Bionics Reports, No. 9, April, (1973).

58. Андре П., Кофман Ж-М., Лот Ф., Тайар Ж-П. Конструирование роботов. М.: Мир, 1986.-376 с.

59. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. -276 с.

60. Механизмы в современной технике. Справочное пособие для инженеров, конструкторов, изобретателей: В 7 т./Под ред. И.И. Артоболевского. -М.: Наука, 1979.-Т. 1-7.

61. Белянин П.Н. Кинематические схемы, системы и элементы промышленных роботов. -М.: Машиностроение, 1992. -256 с.

62. Белянин П.Н. Робототехнические системы для машиностроения. М.: Машиностроение, 1986. - 358 с.

63. Белянин П.Н. Состояние и развитие техники роботов.//Проблемы машиностроения и надежность машин. РАН, 2000. - № 2. - С. 85 - 96.

64. Бурдаков С.Ф., Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов. М.: Высш. шк., 1986. - 249 с.

65. Великович В.Б., Жаппаров Н.Ш., Кагановский И.П. Робототехника в России. -М.; 1992.-198 с.

66. Волков А.Н., Гончаров Б.Н., Дьяченко В.А., Клюкин В.Ю. Целевые механизмы автоматов. Учебн. пособие. Л.:ЛПИ, 1988. -244 с.

67. Воробьев Е.И., Козырев Ю.Г., Царенко В.И. Промышленные роботы агрегатно-модульного типа. М.:Машиностроение, 1988. - 281 с.

68. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. -Л.: Машиностроение, 1990. 206 с.

69. ГОСТ 25686-85. Манипуляторы, автооператоры и промышленные роботы. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 25 с.

70. Динамика машин и управление машинами.// Под ред. Г.В.Крейнина. -М.: Машиностроение, 1988. 312 с.

71. Довбня Н.М., Кондратьев А.Н., Юревич Е.И. Роботизированные технологические комплексы в ГПС. Л.: Машиностроение, 1990. - 189 с.

72. Жавнер B.JI., Крамской Э.И. Погрузочные манипуляторы. М.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1975. - 245 с.

73. Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Управление роботами. М.: изд. МГТУ им Н.Э.Баумана, 2000. 118 с.

74. Иванов А.А. Гибкие производственные системы в приборостроении. -М.: Машиностроение, 1988. 233 с.

75. Игнатьев М.Б., Кулаков Ф.М., Покровский A.M. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами. Л.: Машиностроение, 1977. - 245 с.

76. Кинематика, динамика и точность механизмов. Справочник./ Под ред. Крейнина Г.В. М.: Машиностроение, 1984. - 308 с.

77. Козлов В.В., Макарычев В.П., Тимофеев А.В., Юревич Е.И. Динамика управления роботами. М.: Наука, 1984. - 112 с.

78. Коловский М.З., Слоущ А.В. Основы динамики промышленных роботов. М.: Наука, 1988. - 287 с.

79. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. -М.: Машиностроение, 1981. 227 с.

80. Курс теоретической механики. //Под ред. К.С.Колесникова. М.: изд. МГУ им. Н.Э.Баумана, 2000. - 348 с.

81. Ларин В.Б. Управление шагающими аппаратами. Киев: Наукова думка, 1980. -199 с.

82. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин. М.; Наука, 1979. - 392 с.

83. Макаров И.М., Топчеев Ю.И. Робототехника: история и перспективы. -М.: Наука, Изд. МАИ, 2003. 184 с.

84. Маркеев А.П. Теоретическая механика. М.: «ЧеРо», 1999. - 266 с.

85. Манипуляционные системы роботов/ Под ред. А.И.Корендясева. М.: Машиностроение, 1989.-223 с.

86. Механика машин.// Под ред. Г.А.Смирнова. М.: Высшая школа, 1996. -288 с.

87. Механика промышленных роботов. В 3 кн./Под ред. К.В.Фролова и Е.И.Воробьева. М.: Высшая школа, 1988. - Кн. 1-3.

88. От махин до роботов.//Ред.-сост. М.Н.Ишков. М.: Современник, 1990. -98 с.

89. Пеньков В.Б. Механика манипуляционных систем. -Тула: изд. ТПИ, 1990.-145 с.

90. Петров Б.А. Манипуляторы. М.: Машиностроение, 1984. - 244 с.

91. Попов Е.П. Робототехника и гибкие производственные системы. М.: Наука, 1987.-222 с.

92. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: введение в специальность. Учебник для вузов. М.: ВШ. 1990. - 209 с.

93. Попов Е.П., Юревич Е.И. Робототехника. М.: Машиностроение, 1984. -322 с.

94. Проектирование и разработка промышленных роботов./Под ред. П.Н.Белянина и Я.А.Шифрина. М.: Машиностроение, 1989. - 376 с.

95. Слюсарев А.Н., Малахов М.В., Нейбергер H.A. Механические системы промышленных роботов. М.: Машиностроение, 1992. - 318 с.

96. Смольников Б.А. Проблемы механики и оптимизации роботов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 212 с.

97. Топчеев Ю.И., Макаров И.М. Люди и роботы. М.: Изд МАИ, 1999. -87с.

98. Цывильский В.Л. Теоретическая механика. М.: Высшая школа, 2001. - 376 с.

99. Челпанов И.Б. Устройство промышленных роботов. СПб.: «Политехника», 2001. - 209 с.

100. Челпанов И.Б., Бржозовский Б.М., Кочетков A.B., Колпашников С.Н. Стандартизация и испытание промышленных роботов. Саратов: Изд. СГТУ, 1998.-233 с.

101. Черноусько Ф.Л., Болотник H.H., Градецкий В.Г. Манипуляционные роботы. М.: Наука, 1989. -249 с.