2426

М.С. Корытов

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНЫХ ТРАЕКТОРИЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ МОБИЛЬНЫМИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫМИ КРАНАМИ В НЕОДНОРОДНОМ ОРГАНИЗОВАННОМ ТРЕХМЕРНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

УДК 621.873.3 : 681.5 ББК 39.922.233 : 32.965

К 66

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.Н. Сорокин (ОмГТУ); д-р техн. наук, проф. Д.И. Чернявский (ОмГТУ)

Монография одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ.

Корытов М.С.

К 66 Автоматизация синтеза оптимальных траекторий перемещения грузов мобильными грузоподъемными кранами в неоднородном организован-

ном трехмерном пространстве : монография / М.С. Корытов. – Омск: СибАДИ, 2012. – 380 с.

ISBN 978–5–93204–621–0

Разработаны методики синтеза оптимальных траекторий перемещения объ- екта-груза в неоднородном организованном трехмерном пространстве; методики определения управляемых координат грузоподъемного крана по известным координатам груза с учетом углов наклона опорной платформы и без учета последних. Предложены временной и энергетический критерии оценки эффективности рабочего процесса грузоподъемного крана, определяемые в пространстве его конфигураций. Разработаны методика планирования оптимальной по принятым критериям траектории в пространстве конфигураций грузоподъемного крана, комплексная методика синтеза оптимальных значений технологических параметров рабочего процесса грузоподъемного крана по принятым критериям эффективности перемещения груза. Комплекс методик позволяет выполнять сложные движения в ограниченных рабочих объемах и при наличии препятствий в обслуживаемых объемах, решать задачи уменьшения энергозатрат и временных затрат за счет выбора оптимальных законов движения и положения грузоподъемного крана, а также группы кранов.

Табл. 8. Ил. 184. Библиогр.: 253 назв.

2

5

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование строительных и подъемно-транспортных машин с целью повышения их производительности, обеспечения лучшего качества выполнения строительно-монтажных и подъемнотранспортных работ, снижения затрат на их производство, расширения технологических возможностей неразрывно связаны с вопросами технологической эксплуатации машин.

Изучение связей и закономерностей процессов взаимодействия строительных и подъемно-транспортных машин с рабочими средами

иобъектами, обосновывающих расчет, проектирование, режимы технической эксплуатации машин, их комплектов и систем при производстве строительно-монтажных и подъемно-транспортных работ – базовое научное направление совершенствования машин и повышения их эффективности.

Механизация подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных

искладских работ в подавляющем большинстве осуществляется с помощью грузоподъемных кранов (ГПК) различных типов. От эффективности работы ГПК во многом зависят производительность и качество выполненных работ в строительстве.

Использование ГПК связано с необходимостью оптимизации траектории перемещаемого груза. Поэтому весьма актуальным является совершенствование технологических процессов ГПК с целью повышения производительности, безопасности эксплуатации, снижения энергозатрат. Это возможно при совершенствовании методов управления и контроля качества технологических процессов, выполняемых ГПК, при использовании аналитических методов исследований и проектирования систем управления ГПК, исходя из условий их применения.

Особенно актуальна задача совершенствования технологических процессов специальных ГПК, осуществляющих технологический цикл производства работ. К таким машинам относятся мобильные строительные и монтажные ГПК.

Решение задач повышения эффективности работы ГПК в современных условиях невозможно без автоматизации их технологических процессов, без применения методов автоматизированного планирования траекторий перемещения грузов, позволяющих снизить энергозатраты и временные затраты, влияющие на производительность ГПК. При этом ключевым направлением является использование интеллектуальных технологий планирования траекторий перемещения грузов.

6

В настоящее время функции систем автоматического управления ГПК ограничены координатной защитой, контролем грузоподъемности и сбором информации. Функции автоматизированного планирования и осуществления траекторий пока не получили распространения из-за отсутствия фундаментальных теоретических разработок. Одним из необходимых условий для решения данной проблемы является разработка эффективных методик, позволяющих осуществлять планирование рабочих процессов ГПК, в том числе в режиме реального времени.

Одной из самых важных и в то же время сложных задач планирования рабочих процессов ГПК является задача перемещения груза в заданное положение при наличии препятствий в неоднородном организованном рабочем пространстве. Оптимизация траектории перемещения груза позволяет минимизировать не только временные, но и энергетические затраты. Таким образом, возникает проблема оптимизации траектории перемещения груза, сводящаяся в конечном счете к проблеме оптимизации траектории перемещения крюковой обоймы ГПК.

Более сложной является задача оптимизации траектории перемещения общего груза в процессе совместной работы группой ГПК. Перемещение грузов двумя ГПК и более является работой повышенной опасности. Опасность может возникнуть вследствие неправильного распределения нагрузок на машины, расцепления груза со стропами из-за несогласованных действий крановщиков или разных скоростей механизмов подъема и перемещения подвижных звеньев машин, участвующих в работе, раскачивания груза при наклонном положении канатов и т.д. Методы повышения безопасности эксплуатации подобных комплексов машин имеют первостепенное значение.

Процесс согласованного управления двумя ГПК, перемещающими общий груз, достаточно сложен и до настоящего времени недостаточно изучен, т.к. машинисты не располагают достоверной информацией о координатах груза, о предполагаемых действиях машиниста другой машины. Вся информация поступает только в результате визуального наблюдения за положением элементов машины и груза в пространстве и несет достаточно большую погрешность. В связи с этим для обеспечения безопасности подобных работ необходимо автоматизировать процесс, исключив, полностью или частично, машинистов ГПК из контура управления, возложив на них функции общего контроля.

7

Для автоматизации процесса управления двумя ГПК на базе современной микропроцессорной и компьютерной техники необходима разработка методов автоматизации совмещенного рабочего процесса двух ГПК, перемещающих общий груз. Это позволит повысить безопасность и точность работы группы ГПК.

Оптимизация таких технологических параметров ГПК, как координаты базовых шасси (места установки с учетом препятствий), позволит значительно повысить эффективность и безопасность работ.

Все перечисленное показывает, что на сегодняшний день проблема автоматизации рабочих процессов ГПК (группы ГПК) в неоднородном организованном пространстве является актуальной.

Возникло противоречие между беспрецедентным совершенством технических средств систем управления и отсутствием теоретических основ формирования оптимальной траектории перемещения груза в пространстве с препятствиями.

Новые подходы к автоматизации рабочих процессов направлены на создание теоретической базы для повышения эффективности технологических процессов автоматизированных ГПК. Поставленные проблемы невозможно решать без широкого использования средств вычислительной техники, информационных технологий, так как оптимизация технологических параметров, число которых достаточно велико, является многомерной, многокритериальной задачей большой емкостной сложности.

Работа направлена: на разработку принципов и методов, отличающихся тем, что они содержат разработку и исследование научных основ проектирования, построения и функционирования интегрированных интерактивных комплексов анализа и синтеза систем; на разработку и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений, включая технологические решения при эксплуатации ГПК; на разработку методов геометрического моделирования проектируемых объектов, в частности неоднородного организованного пространства, в котором оптимизируется траектория перемещения груза ГПК.

8

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1. Актуальность разработки методик и алгоритмов планирования траектории перемещения объемных грузов грузоподъемными кранами в трехмерном пространстве

с препятствиями. Тенденции развития грузоподъемных кранов, их приборов безопасности и систем управления

Оптимизация траектории перемещения объекта в неоднородном организованном пространстве по принятым критериям оптимальности является фундаментальной научной проблемой.

Данная проблема, фундаментальная по природе, имеет широкую прикладную направленность в технических системах. В качестве подобных объектов выступают различные летательные аппараты, такие как вертолеты и конвертопланы, глубоководные аппараты и подводные лодки и, наконец, грузы, перемещаемые грузоподъемными и строительными машинами, различными манипуляторами и т.д. В качестве такого объекта выступают, в частности, крупногабаритные грузы, перемещаемые грузоподъемными кранами (ГПК). Все перечисленные технические системы, в том числе ГПК, являются системами реального времени.

Самоходные стреловые ГПК являются одним из наиболее распространенных средств механизации в промышленности и строительстве, в складском хозяйстве, цехах машиностроительных предприятий, в портовых терминалах и т.д.

Можно выделить следующие тенденции развития самоходных ГПК и их систем управления [42, 75, 151, 178]:

1)усложнение технологических операций, выполняемых отдельными ГПК и группами ГПК при перемещении общего груза; совмещение нескольких рабочих движений (до четырех) при перемещении грузов;

2)расширение технологических возможностей и показателей ГПК: повышение грузоподъемности, увеличение размеров зоны, обслуживаемой отдельным ГПК;

3)оптимизация движений разгона, торможения и скорости перемещения груза;

4)автоматизация рабочих процессов ГПК: исключение челове- ка-оператора за счет установки и использования для автоматического

9