Разработка и исследование бесконтактных децентрализованных устройств адресования систем управления автоматизированными транспортно-складскими комплексами

Эффективность процесса перемагничивания в полной мере определяется величиной остаточной индукции магнитов адресоносителя.

Для определения влияния конструктивных параметров адресователя на величину остаточной индукции постоянных магнитов адресоносителя исследовали несколько типоразмеров адресователей со следующими постоянными конструктивными параметрами (рис. 9): - рабочий зазор (50 мм); - расстояние от ярма до полюса (55 мм); д - толщина пластин магнитопровода (0,35 мм); материал пластин магнитопровода сталь Э-342.

Методика исследований заключалась в том, что в зазор адресователя помещался постоянный магнит из материала марки ЮНДК25БА, диаметр и длина которого равны 10 мм. Перед каждым намагничиванием магнит размагничивали. Намагничивание магнита проводили таким образом, чтобы ось намагничивания была параллельна его геометрической оси (в пределах допустимых отклонений), а координаты, в которые помещали геометрический центр торца магнита, задавали по плану исследований. Величину остаточной индукции магнита измеряли в плоскости его торца с помощью микровеберметра компенсационного типа Ф18 с точностью ± 1,5 % (число витков измерительной катушки - 50). Величину питающего напряжения (действующее значение) определяли с помощью измерительного прибора типа Д4312.

При проведении эксперимента варьировали следующие факторы, влияющие на остаточную индукцию магнита: x₁ - расстояние между осями полюсов адресователя (мм); x₂ - площадь сечения полюса адресователя (мм²); x₃ - число витков катушки на одном полюсе адресователя; x₄ - диаметр провода катушки (мм); x₅ - смещение геометрического центра торца магнита относительно середины зазора (мм); x₆ - смещение геометрического центра торца магнита в направлении, перпендикулярном перемещению (мм); x₇ - смещение геометрического центра торца магнита в направлении перемещения (мм); x₈ - величина питающего напряжение (В). Катушки попарно включались последовательно и параллельно.

Проведенными исследованиями установлено, что процесс перемагничивания наиболее эффективно происходит для конструкций адресователей, у которых одновременно включаются обе пары катушек попарно соединенных последовательно, а поля в зазорах направлены согласно. Уравнение регрессии для определения величины остаточной индукции магнита адресоносителя в данном случае имеет вид:

, (20)

где y - величина остаточной индукции магнита.

Проведенный анализ полученной математической модели по критерию Фишера при уровне значимости б = 0,056 и с соответствующими степенями свободы подтвердил ее адекватность объекту. Факторы х₁; х₂; х₃; х₄; х₈ были исключены как незначимые. Влияние каждого значимого фактора на функцию оценивалось с помощью коэффициентов эластичности: = 0,229; = 0,223; = 0,065, которые указывают на примерно равное влияние первых двух факторов и уменьшение влияния на величину остаточной индукции фактора питающего напряжения.

Анализ результатов проведенных исследований позволил отметить следующее. При одновременной работе соседних полюсов адресователя наиболее выгодным является режим включения катушек, при котором поля в соседних зазорах направлены согласно. В этом случае отсутствует взаимное влияние соседних полюсов адресователя и расстояние между магнитами адресоносителя не будет определяться этим фактором. Данный режим более выгоден с энергетической точки зрения, т. к. для получения равной остаточной индукции магнита адресоносителя после намагничивания требуется меньшая величина питающего напряжения. При намагничивании соседних магнитов адресоносителя в разных направлениях следует использовать временное разделение намагничивающих полей. Во всех случаях предпочтение следует отдать последовательному соединению катушек, поскольку в этом случае параметры поля в зазоре адресователя более симметричны.

Адресователи, разработанные на принципе перемагничивания, имеют ряд существенных недостатков: высокие энергетические затраты, громоздкость, невозможность перемагничивания магнитов с большой коэрцитивной силой, двустороннее ограничение на перемещение адресоносителя.

Для устранения указанных недостатков разработан способ записи информации, основанный на повороте магнита с последующей фиксацией. Схема базового устройства (А.с. 893689), реализующая данный способ, представлена на рис. 10. Управляющее поле напряженностью Н₂, взаимодействуя с полем магнита, имеющего напряженность Н₁, создает вращающий момент М_вр, заставляя магнит поворачиваться на 180°.

Важной задачей при расчете параметров блока записи информации и адресоносителя, использующих принцип поворота магнита на 180°, является определение расстояния между торцами постоянного магнита и магнитопровода адресователя, на котором происходит вращение магнита. Исходя из условия, что поворот магнита осуществляется при превышении вращающего момента трения, получено выражение для определения указанного расстояния:

(21)

где I_н - намагниченность постоянного магнита; - масса подвижной системы; щ - число витков катушки адресователя; i - ток в катушке; l - длина катушки; S - сечение магнитопровода адресователя; - коэффициент пропорциональности.



Уравнение (21) позволяет проводить предварительный расчет параметров конструкции адресователя, работающего на принципе поворота постоянного магнита.

Для проведения экспериментальных исследований по определению величины расстояния, на котором происходит запись информации путем поворота магнита, были разработаны, изготовлены и исследованы адресоносители и адресователь, в основе действия которых заложен указанный выше способ.

Испытывали устройства записи информации, у которых магнит фиксируется одним из торцов по дну выемки адресоносителя. Магнит был изготовлен из сплава ЮНДК25БА, его боковая поверхность имела капроновое покрытие толщиной 1,5 мм. Скорость перемещения магнита составляла 15…20 м/мин. Варьируемые параметры, влияющие на расстояние записи информации, показаны в табл. 4.

Таблица 4

Параметры, влияющие на расстояние записи

Наименование параметра	Предельное отклонение
	наибольшее	наименьшее
Масса магнита, г	11,5	11,9
Остаточная индукция магнита, Тл	0,3	0,2
Индукция адресователя, Тл	480	260

На основании проведенных исследований получено уравнение регрессии следующего вида:

, (22)

где - наибольшее расстояние записи; - масса магнита адресоносителя; - остаточная индукция магнита; - индукция адресователя на торце магнитопровода.

Полученная модель адекватна объекту и обеспечивает точность аппроксимации не менее 5 %. Анализируя значения коэффициентов эластичности (Э₁=1,777, Э₂=0,025, Э₃=0,012), можно сделать вывод о наибольшем влиянии на величину расстояния записи информации массы магнита. При уменьшении этого параметра на 1 % расстояние увеличивается на 1,777 %.

Анализ проведенных исследований показал, что в адресователях, работающих на принципе записи информации путем поворота магнита, расстояние записи существенно больше, чем в адресователях на принципе перемагничивания, при этом величина тока в катушках адресователя на порядок ниже, а запись информации осуществляется при одностороннем ограничении.

Пятая глава посвящена разработке математических моделей считывателей информации, осуществляющих аппаратную реализацию матрицы на определенном множестве с учетом ограничений (2). Предложены методики расчета и приведены результаты исследования феррозондов с импульсной односторонней схемой возбуждения. Разработаны конструкции магнитометрических датчиков, инвариантных к магнитному полю Земли, с импульсной схемой возбуждения первичных обмоток и включенными по дифференциальной схеме выходными обмотками. Приведены математические модели магнитометрических датчиков.

Феррозонд является магнитомодуляционным датчиком активного типа, преобразующим действующую на него напряженность внешнего постоянного поля в ЭДС, кратную по частоте питающему его току. Указанное преобразование оказывается возможным благодаря нелинейности магнитных характеристик его сердечников.

Известно, что метрологические параметры феррозондов в значительной степени определяются законом возбуждения его входных обмоток. Получивший распространение в последние годы симметричный импульсный режим возбуждения имеет одно несомненное преимущество по сравнению с традиционным синусоидальным режимом - более высокую чувствительность. В то же время для формирования импульсов возбуждения и определения направления измеряемого магнитного поля необходимы дополнительные схемные решения, снижающие надежность датчика. Практически не изменилась потребляемая мощность феррозондов с известными режимами возбуждения.

Нами разработан несимметричный режим возбуждения с однонаправленным насыщением сердечника. Данный режим заключается в создании в цепи возбуждения пилообразно изменяющегося тока с крутым передним и пологим задним фронтами. В этом случае полезный сигнал во вторичной обмотке будет формироваться крутым передним фронтом поля возбуждения, а пологий задний фронт будет определять сигнал помехи. Создание пилообразно изменяющегося тока возможно путем периодического разряда емкости через первичную обмотку феррозонда.

Исследованиями установлено, что особенностью импульсного одностороннего поля возбуждения является то, что чувствительность феррозонда определяется максимальным значением относительной магнитной проницаемости сердечника (тела) . С увеличением поля возбуждения чувствительность феррозонда по любой четной гармонике остается неизменной, следовательно, выходная ЭДС монотонно возрастает. При некоторой величине возбуждающего поля чувствительность достигает своего максимального значения и далее не меняется. Для определения предельной чувствительности феррозонда при односторонней импульсной схеме возбуждения получено выражение:

, (23)

где W и S - число витков и площадь поперечного сечения одного сердечника феррозонда; - круговая частота поля возбуждения; µ₀ - магнитная постоянная; - угол отсечки (радиан).

Для подтверждения полученных теоретических зависимостей предельной чувствительности феррозонда с импульсным питанием проведены экспериментальные исследования двух дифференциальных феррозондов с продольным возбуждением, сердечники которых сильно отличались по величине магнитной проницаемости (для первого феррозонда µ_{Т max} = 32 000, для второго - 2500). Проведенные экспериментальные исследования показали, что при импульсном поле возбуждения независимо от детального хода кривой перемагничивания сердечников реально достигается предельная чувствительность ферроэлемента. Следовательно, импульсный односторонний режим возбуждения лишен недостатка симметричного режима, при котором чувствительность феррозонда с ростом значения поля возбуждения начинает падать.

Для реализации несимметричного импульсного режима возбуждения с однонаправленным насыщением сердечника разработана (патент США № 3, 982, 275; патент Японии № 51-151966 и др. зарубежные патенты) принципиальная схема (рис. 11) импульсного феррозонда с компенсацией магнитного поля Земли. Осуществление такого режима обеспечено тем, что обмотки возбуждения 10, 11, 18, 20 включены в нелинейный колебательный контур, состоящий из накопительной емкости 22 и линейной индуктивности обмоток возбуждения. Разряд емкости происходит при подаче на управляющий вход тиристора 21 положительного потенциала. Считыватель содержит датчики, представляющие собой систему двух феррозондов 8 и 9, выходные обмотки 10 и 11 которых через диоды 12-15 соединены с выходным тиристором 16. Создаваемые магнитные потоки в пластинах феррозондов 8 и 9 взаимно уравновешиваются, и наводимая в выходных обмотках ЭДС равна нулю. При наличии адресоносителя в зоне действия считывателя остаточное магнитное поле постоянных магнитов нарушает равновесие феррозондов и появляется выходной сигнал, полярность которого зависит от направления магнитного поля магнита адресоносителя.

Для проверки работоспособности и определения предельной чувствительности импульсного дифференциального феррозонда со стержневыми плоскими сердечниками необходимо определить параметры его элементов. Для этого использовали оригинальную методику расчета, отличающуюся от известных учетом схемы возбуждения феррозонда. При расчете величины предельной чувствительности учитывали габаритные размеры феррозонда, чувствительность в режиме холостого хода (амплитудное значение), а также условие обеспечения устойчивости нуля и потребляемую феррозондом мощность. Чувствительность феррозонда задавали из соображений получения полезного сигнала при возможных отклонениях адресоносителя на фоне внешних помех, включая магниты соседних дорожек. Расчетами установлено, что для найденных максимальных отклонений грузонесущей подвески ПТК-500 (см. гл. 2) и габаритных размеров постоянных магнитов адресоносителя марки ЮНДК25БА (см. гл. 3) минимальное значение напряженности поля составляет величину порядка 0,08 Э, а чувствительность феррозонда будет находиться в пределах:

20 мкВ/г ? G ? 40 мкВ/г.

Проведенные расчеты параметров элементов схемы импульсного феррозонда (рис. 11) позволили определить величину и время нарастания тока возбуждения, необходимых для получения требуемой чувствительности феррозонда (максимальное значение тока равно 1,76А, время нарастания максимального тока равно 35•10^-4 с).

Для проверки теоретических расчетов значения тока возбуждения были проведены экспериментальные исследования, которые подтвердили работоспособность предлагаемой несимметричной схемы возбуждения феррозонда. Исследованиями установлено, что лучшим вариантом, при котором обратный выброс выходного сигнала не превышает порогового значения, а время нарастания импульса - минимальное, является вариант 1, которому соответствует величина разрядной емкости, равная 2 мкФ (рис. 12). Разница расчетных и экспериментальных значений величины тока возбуждения и времени нарастания импульса не превысила 15%.



Для компенсации магнитного поля Земли был разработан магнитометрический датчик, состоящий из двух феррозондов, выходные обмотки которых соединены по дифференциальной схеме. Исследование магнитометрического датчика проводили на специальном измерительном столе. Выходное напряжение датчика определяли в зависимости от величины остаточной индукции магнита (х₁), расстояния от магнита до чувствительного элемента по его оси (х₂), смещения магнита в плоскости, перпендикулярной оси чувствительного элемента (х₃), угловых отклонений магнита (х₄), диаметра магнита (х₅), длины магнита (х₆). В результате проведенных исследований получено следующее уравнение регрессии:

Y = 0,1376+0,0015х₁+0,0070х₂-0,0041х₃-0,003х₄, (24)

где Y - величина выходного напряжения.

Проведенный анализ полученной математической модели по критерию Фишера при уровне значимости б = 0,05 подтвердил ее адекватность объекту. Факторы х₅, х₆ были исключены как незначимые. Анализ значений коэффициентов эластичности показал, что на величину выходного сигнала преимущественное влияние (Э₂= 0,6) оказывает расстояние от магнита адресоносителя до датчика.

Исследованиями установлено, что разработанные магнитометрические датчики работоспособны и функционируют в диапазоне отклонения адресоносителя конвейера ПТК-500 (до 40 мм в вертикальной плоскости и ± 20 мм в горизонтальной плоскости), взаимодействуя с разработанными ранее для данного конвейера магнитами адресоносителя (диаметром и длиной равными 10 мм, материал ЮНДК25БА). Для разработанных магнитометрических датчиков исключение активной составляющей в цепи возбуждения привело к существенному (на порядок) снижению энергопотребления в сравнении с феррозондами, имеющими в цепи возбуждения синусоидальный ток. Кроме того, значительно упростилось схемное решение датчика, определяющего направление внешнего магнитного поля и инвариантного к магнитному полю Земли.

Шестая глава посвящена разработке математических моделей кольцевых чувствительных упругих элементов (УЭ) и систем УЭ переменного сечения весоизмерительных устройств. Разработаны оригинальные конструкции весоизмерительных устройств для управления ПТМ на основе кольцевого УЭ и систем кольцевых элементов, а также вторичного фотодатчика. Приведена методика расчета упругого кольца переменного сечения и систем УЭ, а также результаты экспериментальных исследований деформации кольца переменного сечения от нагрузки.

Весоизмерительные устройства являются техническими средствами систем управления ТСК, которые не только осуществляют учет перемещаемых грузов, но и оптимизируют процесс перемещения, в частности, ПТМ периодического действия. Вместе с тем при использовании автоматических весов, работающих в условиях динамических нагрузок, необходимо решить задачи расширения диапазона и минимизации времени измерения при заданной величине чувствительности.

Создание весоизмерительных устройств на основе кольцевого УЭ и вторичного преобразователя величины деформации в электрический сигнал является перспективным направлением, с учетом наилучшего сочетания конструктивных коэффициентов кольцевого УЭ: чувствительности, быстродействия и приведенной массы.

Нами разработаны конструкции весоизмерителей, отвечающие требованиям минимального времени регулирования. В качестве базовой предлагается конструкция, показанная на рис. 13.

Упоры, установленные на нижнем основании, воздействуют на короткие плечи рычагов, которые поворачиваются на некоторый угол вокруг осей. Рычаги, перемещаясь, например, навстречу друг другу, уменьшают площадь сечения отверстия, и, следовательно, приемник воспринимает меньший поток излучения от источника.

В качестве УЭ в разработанных нами весоизмерительных устройствах используют кольца переменного сечения. Для оценки чувствительности таких УЭ (расчетную схему см. на рис. 14,а) необходимо определить функцию преобразования кольца переменного сечения.

Учитывая, что кольцо является один раз статически неопределимой системой, на основе уравнения совместности деформации получено выражение для определения деформации кольца:

f = F•R•C/I, (25)

где С = 1/E•c•[0,5F(б/2-0,25sin2б) + FB/A•(cos б-1)] +1/E•[0,5F(р/2-б/2+0,25sin 2б) + FB/A•(-1-cosб)];

Е - модуль упругости материала кольца; I - момент инерции тонкостенного поперечного сечения кольца; R - средний радиус кольца; с - отношение высоты прилива к диаметру кольца; б - конструктивный угол прилива (рис. 14, б);

А = б +с(р - б); В = 0,5[cos б(c - 1)+ (c + 1)].

Для проверки адекватности полученного выражения проведены экспериментальные исследования (табл. 5) кольца с параметрами: Н = 40 мм, b = 60 мм, R_ср= 88 мм, б = 30°, материал кольца - сталь 40Х.

Таблица 5

Экспериментальные и теоретические значения деформации кольца

Значение нагрузки, H	1000	6000	9000	12000	15000	18000	21000	24000	27000	30000
Экспериментальное значение деформации, мм	0,101	0,575	0,867	1,279	1,470	1,762	2,117	2,842	3,771	4,297
Теоретическое значение деформации, мм	0,116	0,588	0,898	1,257	1,491	1,756	2,125	2,756	3,691	4,354
Погрешность, %	14,9	2,3	3,6	1,7	1,4	0,3	0,4	3,0	2,1	1,3

Как видно из данных табл. 5, экспериментальные значения деформации кольца отличаются от теоретических не более чем на 15 %, что свидетельствует об адекватности полученного выражения (25).

Существующие весоизмерительные устройства, чувствительным элементом которых является упругое кольцо, работают в определенных интервалах нагрузки. Характерной особенностью известных весоизмерительных устройств является наличие порога чувствительности, не позволяющего осуществлять измерение малых сил с заданной точностью. С целью измерения нагрузки в диапазоне от десятков до сотен ньютон автором разработаны оригинальные конструкции весоизмерительных устройств, у которых пара колец работает или последовательно (рис. 15), или параллельно (рис. 16).

Весоизмерительное устройство с последовательной работой колец функционирует следующим образом: в исходном состоянии внутреннее кольцо 3 свободно закреплено в верхней части внешнего кольца 1. Между внутренним кольцом 3 и электромагнитом 4, закрепленным на плите 5, свободно лежащей на нижнем основании кольца 1, существует зазор S. Перед началом работы подается напряжение на электромагнит 4, и он притягивается с плитой 5 к кольцу 3, ликвидируя тем самым зазор S.

После того как на весоизмерительное устройство начинает действовать нагрузка, в первой фазе в работу вступает внутреннее кольцо 3.

При достижении нагрузки Fn (пороговое значение нагрузки) электромагнит автоматически отключается, плита 5 ложится на нижнее основание кольца 1, кольцо 3 освобождается и возвращается в исходное состояние, и во второй фазе начинает работать внешнее кольцо, рассчитанное на максимальную нагрузку.

Весоизмерительное устройство с параллельной работой колец работает следующим образом: внутреннее кольцо 3 закреплено в верхней части внешнего кольца 1 посредством двух пластин 2 и штифта. Снизу к кольцу 3 подвешена плита 4. Между плитой 4 и нижним основанием кольца 1 имеется зазор S. После того как на весоизмерительное устройство начинает действовать нагрузка, в первой фазе в работу вступает внутреннее кольцо 3. При достижении нагрузки Fn плита 4 ложится на основание внешнего кольца 1, ликвидируя тем самым зазор S, и во второй фазе нагрузку начинают воспринимать оба кольца, работая параллельно, до максимальной нагрузки.

Расчет УЭ весоизмерительных устройств с последовательной и параллельной работой колец осуществлялся по преобразованному выражению (25). Проведенные теоретические расчеты и экспериментальные исследования разработанных и изготовленных весоизмерительных устройств показали, что они работоспособны и позволяют производить измерения в широком диапазоне нагрузок от 0,01 Н до 500 Н практически с равной чувствительностью.

Статический и динамический расчет составных кольцевых УЭ переменного сечения проводили с использованием метода конечных элементов (МКЭ) и программного комплекса ANSIS. Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность использования МКЭ для расчетов статических и динамических характеристик УЭ кольцевого типа переменного сечения и подтвердили адекватность расчетных моделей, при этом погрешность не превысила 10 %.

В седьмой главе проведен синтез систем управления транспортно-складскими механизмами и анализ их работоспособности.

Проектирование систем программного управления оптимальной стоимости требует разработки новых методов синтеза. Для упрощения процедуры синтеза, исключения ошибок и повышения регулярности необходимо, чтобы на каждое внутреннее состояние проектируемого автомата приходилось не более одного логического условия. Это достигается путем введения между соседними логическими условиями промежуточных состояний. Граф-схема алгоритма функционирования системы управления блоком записи (считывания) информации для шести адресов A, B, C, D, E и F приведена на рис. 17.

Для реализации данного алгоритма разработана функциональная схема устройства программного управления, реализующего заданный алгоритм (рис. 18).



Рис. 17. Граф-схема алгоритма системы управления блоками последовательной управления

Рис. 18. Функциональная схема программного записи и считывания информации

На специально изготовленном стенде проведен статистический анализ надежности системы управления ПТК, включающий УАА моделей 2421211-40, 45, 55 (УНИПТИМаш), который показал высокий уровень безотказности при числе циклов срабатываний, соответствующих времени эксплуатации ПТК.

Нами разработана методика синтеза систем управления циклическим транспортом на базе комбинационных сумматоров при представлении чисел в двоичном, двоично-десятичном и десятичном кодах.

Работа сумматора в двоичном коде определяется функциями для суммы

(26)

и переноса , (27)

где ? слагаемые n-го разряда соответственно в прямом и обратном кодах; ? перенос с (n ? l)-гo разряда.

Сигнал “стоп”: . (28)

Сигналы “вперед” X и “назад” Y соответственно будут

; (29)

Число А, задающее адрес, и число В, определяющее позицию крана-штабелера, представляются в десятичном коде как

(30)

Обратный код числа определяется как

(31)

Тогда сумма (32)

При А>В и А<В возникают соответственно сигналы X и Y. Сигнал переключения скорости за k позиций F_k определяется как дизъюнкция

(33)

Разработана методика оптимального управления краном-штабелером по критерию максимальной производительности. Установлено, что большую часть времени кран-штабелер перемещается на расстояния, при которых не достигается максимальная скорость. В этом случае предложено реализовать оптимальную скоростную циклограмму: ускоренное движение до середины пути и далее замедленное до останова. Указанную циклограмму реализует разработанный блок коррекции команд. Кроме того, использование разработанного весоизмерительного устройства позволяет варьировать позицию перехода на промежуточную и ползучую скорости в зависимости от массы перемещаемого груза.

Приведенные в работе теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, а также проектные решения, конструкции бесконтактных УАА и весоизмерительных устройств с кольцевым упругим элементом и вторичным фотодатчиком были внедрены и показали высокую работоспособность на «АвтоВАЗе» (г. Тольятти), опытном заводе УНИПТИМаш (г. Ульяновск), заводе тракторных прицепов (г. Орск), «Автонормаль» (г. Белебей), Мелитопольском моторном заводе (г. Мелитополь), Барышском хлебокомбинате (г. Барыш), ЗАО «Инзенская фабрика нетканых материалов» (г. Инза), ОАО «Мельница» (г. Барыш) и других.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований и промышленных испытаний определена область целесообразного применения бесконтактных децентрализованных УАА с магнитным носителем информации и весоизмерительных устройств с кольцевым упругим элементом и вторичным фотодатчиком.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

Разработаны научные основы создания бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных электромагнитных устройств адресования, позволяющие решить научную проблему повышения работоспособности систем управления автоматизированных транспортно-складских комплексов.

На основе теоретических положений разработаны научно обоснованные технические решения - оригинальные конструкции носителей информации, блоков записи и считывания информации, а также весоизмерительных устройств, внедрение которых вносит существенный вклад в ускорение научно- технического прогресса.

Показано, что при относительно больших зазорах взаимодействия блоков УАА целесообразно применять в качестве носителей информации разнесенные магниты, адресация которых осуществляется путем перемагничивания или вращения с последующей фиксацией. Эффективное перемагничивание возможно в зазорах С-образных магнитопроводов адресователей, а вращение - в поле соленоида. Импульсная односторонняя схема возбуждения феррозонда значительно упрощает процесс считывания информации и позволяет компенсировать влияние магнитного поля Земли. Использование кольцевого упругого элемента и вторичного фотодатчика позволяет повысить быстродействие при заданной чувствительности.

Установлено, что повышение работоспособности УАА достигается за счет отсутствия силового взаимодействия блоков и использования экономичных схем их питания, а также за счет организации рациональных систем управления.

Проведенный комплекс исследований по проблеме повышения работоспособности УАА за счет бесконтактного взаимодействия блоков позволяет сделать следующие выводы:

1. В результате проведенных исследований решена актуальная научно-техническая проблема, имеющая важное промышленное значение и заключающаяся в повышении работоспособности и надежности систем управления автоматизированными ТСК.

2. Разработано научное обеспечение синтеза бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных электромагнитных УАА, включающее системы математических моделей пространственного множества, в котором осуществляются процедуры обработки данных; системы математических моделей носителей информации на основе постоянных магнитов в виде пластин, цилиндров или эллипсоидов, использующих принцип перемагничивания или вращения при записи и нелинейную схему возбуждения феррозонда, с компенсацией магнитного поля Земли, при считывании; системы математических моделей упругих чувствительных элементов весоизмерительных устройств; экспериментальные доказательства адекватности полученных моделей.

3. Разработано научное обеспечение синтеза устройств сравнения и формирования команд управления движением внутризаводского циклического транспорта, в частности, кранов-штабелеров, на основе комбинационных сумматоров; синтеза систем оптимального управления кранами-штабелерами по критерию максимальной производительности, причем в качестве задающих воздействий этих систем использованы сигналы с выходов весоизмерительного устройства и комбинационного сумматора; синтеза схем управления блоками записи и считывания информации при параллельной и последовательной организации работы последних.

4. Предложена гамма конструкций децентрализованных электромагнитных УАА, отличающихся способом записи информации, количеством обслуживаемых адресов, номинальным зазором между адресоносителем и блоком записи (считывания) информации предельными отклонениями в направлении, перпендикулярном движению, предельными угловыми отклонениями; в частности: 242121-40 (с перемагничиваемыми магнитами; номинальный зазор- 20, мм; отклонения 20, мм; угловые отклонения 6, град); 242311-55 (с поворотными магнитами; номинальный зазор - 55, мм; предельное отклонение - 30, мм; угловые отклонения, град 10); гамма конструкций весоизмерительных устройств высокого быстродействия и с расширенным диапазоном измерения. Новые конструкции УАА и весоизмерения защищены 27 патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.

5. Сравнение технических характеристик разработанных УАА с одной из лучших зарубежных конструкций фирмы «Siemens» (Германия) показало, что при практически равных габаритных размерах число адресов увеличилось до 80 (прототип 16); максимальный допустимый зазор при записи (считывании) информации увеличился до 40 мм (прототип - 12 мм) - на принципе перемагничивания и до 70 мм - на принципе вращения постоянного магнита, при этом потребляемая датчиками считывания мощность снижена практически на порядок. Время регулирования разработанных весоизмерительных устройств вошло в пределы 0,2 с (у прототипа 0,35 с) при равных чувствительности и пределах измерений.

6. Результаты многочисленных лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний, в частности в лаборатории ГПИ «Электропроект» (г. Москва), в рамках ОКР «БАРК» на заводе «Искра» (г. Ульяновск), в КВЦ «АвтоВАЗа» (г. Тольятти), на опытном заводе УНИПТИМаш и др., подтвердили высокую работоспособность и надежность разработанных УАА и весоизмерительных устройств. При этом срок их эксплуатации увеличился практически в два раза.

7. Приведенные в работе теоретические положения и результаты экспериментальных исследований, а также проектные решения, конструкции бесконтактных УАА и весоизмерительных устройств с кольцевым упругим элементом и вторичным фотодатчиком были внедрены и показали высокую работоспособность на «АвтоВАЗе» (г. Тольятти), опытном заводе УНИПТИМаш

(г. Ульяновск), заводе тракторных прицепов (г. Орск), «Автонормаль» (г. Белебей), Мелитопольском моторном заводе (г. Мелитополь), Барышском хлебокомбинате (г. Барыш), ЗАО «Инзенская фабрика нетканых материалов», ОАО «Мельница» (г. Барыш) и других с годовым экономическим эффектом свыше 950 тыс. руб.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований и промышленных испытаний определена область целесообразного применения бесконтактных децентрализованных УАА с магнитным носителем информации и весоизмерительных устройств с кольцевым упругим элементом и вторичным фотодатчиком.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯХ:

Монографии:

1. Антонец, И. В. Основы проектирования технических средств автоматизации поточного и циклического внутризаводского транспорта / И. В. Антонец, Ю. В. Полянсков, В. П. Табаков. - УлГТУ, 2007. - 341 с.

Учебные пособия с грифом Минобразования РФ:

2. Антонец, И. В. Надежность и работоспособность средств технологического обеспечения автоматизированного производства: учебное пособие / И. В. Антонец, В. П. Табаков. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - 131 с.

Статьи в журналах, включенных в рекомендованный ВАК РФ список:

3. Антонец, И. В. Весоизмерительные устройства с кольцевым упругим элементом и вторичным фотодатчиком / И. В. Антонец, В. П. Табаков, Д. Э. Финогенов // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2006. - № 12. - С. 21 - 25.

4. Антонец, И. В. Исследование и разработка адресоносителей с поворотными магнитами для децентрализованных электромагнитных устройств адресования / И. В. Антонец // Автоматизация и современные технологии. - 2007. - № 6. - С. 36 - 40.

5. Антонец, И. В. Магнитометрический датчик на основе феррозондов с односторонней импульсной схемой возбуждения для считывания информации с магнитного адресоносителя устройства адресования / И. В. Антонец // Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2007. - № 5 - С. 24 - 30.

6. Антонец, И. В. Оптимальное управление краном-штабелером по критерию максимальной производительности / И. В. Антонец, В. П. Табаков // Автоматизация и современные технологии. - 2008. - № 10. - С. 12 - 16.

7. Антонец, И. В. Устройства автоматического адресования штучных грузов для непрерывных видов транспорта // Датчики и системы. - 2008. - № 11. - С. 26 - 28.

8. Антонец, И. В. Децентрализованные электромагнитные устройства автоматического адресования штучных грузов для конвейерных систем / Сборка в машиностроении и приборостроении. - 2008. - № 7 - С. 16-20.

9. Антонец, И. В. Исследование упругих чувствительных элементов кольцевого типа методом конечных элементов / И. В. Антонец, В. П. Табаков,

10. Д. А. Плетнев // Известия Самарского НЦ РАН. Специальный выпуск. Четверть века изысканий и экспериментов по созданию уникальных технологий и материалов для авиаракетостроения УМТЦ-ФГУП ВИАМ. - 2008. - Т. 1. - С. 158 -163.

11. Антонец, И. В. Разработка и исследование весоизмерительного устройства на основе упругого кольца и встроенного в него струнного датчика / И.В.Антонец, В.П.Табаков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер. Технологические науки. - 2008. - № 3. - С.124 - 128.

12. Антонец, И. В. Применение магнитных носителей информации на подвесных конвейерах / И.В. Антонец, Е.Б. Штернгарц // Механизация и автоматизация производства. - 1977. - № 9. - С. 27 - 29.

13. Антонец, И. В. Устройства адресования штучных грузов в поточном транспорте / И. В. Антонец, Н. И. Савинов // Механизация и автоматизация производства. - 1975. - № 6. - С. 15 - 16.

14. Антонец, И. В. Определение рабочих зазоров устройств адресования подвесных конвейеров / Механизация и автоматизация производства. - 1977. - № 5. - С. 29 - 32.

15. Антонец, И. В. Определение закономерностей отклонения адресоносителей конвейеров / И. В. Антонец, М. А. Туровер, Е. Б. Штернгарц // Механизация и автоматизация производства. - 1979. - № 11. - С. 27 - 28.

16. Анисимов, Д. В. Принципы построения устройств сравнения и формирования команд управления движения крана-штабелера / Д. В. Анисимов, И. В. Антонец, А. Ю. Вернутис, Е. Б. Штернгарц // Механизация и автоматизация производства. - 1978. - № 12. - С. 23 - 26.

17. Табаков, В. П. Исследование системы упругих чувствительных элементов кольцевого типа методом конечных элементов / В. П. Табаков, И. В. Антонец, Д. А. Плетнев // Известия Самарского НЦ РАН. Специальный выпуск. Четверть века изысканий и экспериментов по созданию уникальных технологий и материалов для авиаракетостроения УМТЦ-ФГУП ВИАМ. - 2008. - Т. 1. - С. 240-246.

Статьи в других изданиях:

18. Антонец, И. В. Весоизмерительные устройства равной чувствительности в широком диапазоне измерений / И. В. Антонец, В. П. Табаков, Д. Э. Финогенов // Материалы ВНТК «Наука в современных условиях: от идеи до внедрения» - Димитровград: УГСХА, 2007 - С. 46 - 57.

19. Антонец, И. В. Децентрализованные электромагнитные устройства автоматического адресования для транспортных механизмов ГПС / И. В.Антонец. - М. : ВНИИТЭМР, 1986. - 40 с.

20. Антонец, И. В. Динамика упругого кольца силоизмерительного устройства / И. В. Антонец, А. В. Фионова // Тез. докл. МНТК «Модели технических систем». - Ульяновск: УлГТУ, 1995. - Ч. 3. - С. 43.

21. Антонец, И. В. Динамика упругого кольца силоизмерительного устройства / И. В. Антонец, А. В. Фионова // Научные труды международ. конф. «Технологии - 96». - Новгород, 1996.

22. Антонец, И. В. Динамические модели силоизмерительных устройств кольцевого типа / И. В. Антонец, А. В. Демокритова // Труды 2-й международ. конф. «Математическое моделирование систем и процессов». - УлГУ, Ульяновск, 1999. - С. 43 - 45.

23. Антонец, И. В. Для повышения надежности кранов-штабелеров / И. В. Антонец, И. Л. Худобин // Подъемно-транспортная техника и склады. - 1989. - № 4. - С. 24 - 25.

24. Антонец, И. В. Исследование силоизмерительного устройства с упругим чувствительным элементом кольцевого типа и фотоэлектрическим датчиком /

25. И. В. Антонец, Д. А. Пильщиков // Сб. статей МНТК «Проблемы машиностроения и технологии на рубеже веков». - Пенза: ПГУ, 2003. - Ч. 2. - С. 120 - 122.

26. Антонец, И. В. Разработка динамометров с кольцевым упругим элементом и фотосчитывателем / И. В. Антонец, Ю. В. Полянсков, А. В. Фионова // Научные труды международ. конф. «Технологии - 96». - Новгород, 1996.

27. Антонец, И. В. Устройства и методы управления штабелерами-манипуляторами / И. В. Антонец. - М. : ВНИИТЭМР, 1987. - 44 с.

28. Исследование устройств памяти с вращающимся постоянным магнитом систем управления ГПС / И. В. Антонец // Автоматизация машиностроения на базе ГТС и РТК, АПИ. - Баку, 1989. - С. 86 - 88.

29. Еремин, Н. В. Определение параметров упругого кольца весоизмерителя для автоматического дозатора / Н. В. Еремин, И. В. Антонец // Вестник

30. УлГТУ. - Машиностроение, строительство. - 1999. - № 3. - С. 17 - 19.

31. Фионова, А. В. Оптимизационный расчет силоизмерительных устройств с последовательной и параллельной работой колец / А. В. Фионова,

32. И. В. Антонец, Г. К. Рябов // Тез. докл. МНТК «Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов». - Тула: ТулГТУ, 1997. - 35 с.

Авторские свидетельства и патенты на изобретения:

33. А.с. 695927 СССР, МКИ В65G 63/00, B07 C 5/00, G06 F 15/20 Устройство автоматического адресования штучных грузов / И. В. Антонец, И. К. Млынчик, А. П. Панов (СССР). - 1695339/11; заявл. 06.09.1971; опубл. 08.11.1979. - Бюл. № 41.

34. А.с. 747790 СССР, МКИ В65G 47/49. Задатчик адреса для устройств адресования / И. В. Антонец, Е. Б. Штернгарц (СССР). - 2574689/27 - 11; заявл. 05.01.1978; опубл.15.07.1980. - Бюл. № 20.

35. А.с. 758449 СССР, МКИ Н02 P 5/16. Устройство для управления двигателем постоянного тока / И. В. Антонец, В. Г. Дрюгин, Е. Б. Штернгарц (СССР). - 2599453/24 - 07; заявл. 05.04.1978; опубл. 23.08.1980. - Бюл. № 31.

36. А.с. 759437 СССР, МКИ В65G 61/00. Устройство для управления краном-штабелером с двухсторонним грузозахватом/ И. В. Антонец, Е. Б. Штернгарц (СССР). - 2567212/27 - 11; заявл. 05.01.1978; опубл. 30.08.1980. - Бюл. № 32.

37. А.с. 783689 СССР, МКИ G01 R 33/02. Устройство для регистрации магнитного поля / И. В. Антонец, Н. П. Овчинников, Е. Б. Штернгарц (СССР). - 2730909/18 - 21; заявл. 28.02.1979; опубл. 30.11.1980. - Бюл. № 44.

38. А.с. 821345 СССР, МКИ В65G 47/48. Устройство для адресации грузов/ И. В. Антонец, Э. Е. Васин, Е. Б. Штернгарц (СССР). - 2777909/18 - 10; заявл. 05.04.1979; опубл. 25.04.1981. - Бюл. № 14.

39. А.с. 824300 СССР, МКИ G11 С7/00. Устройство для записи информации / И. В. Антонец, Ю. А. Филатов (СССР). - 2778028/18 - 24; заявл. 07.06.1979; опубл. 28.04.1981. - Бюл. № 15.

40. А.с. 840003 СССР, МКИ В66 С 15/00. Ограничитель грузоподъемности / И. В. Антонец, Ю. А. Филатов (СССР). - 281735/29- 11; заявл. 17.09.1979; опубл. 23.06.1981. - Бюл. № 23.

41. А.с. 923934 СССР, МКИ В65G 47/48. Устройство для записи информации преимущественно для конвейеров / И. В. Антонец, Э. Е. Васин (СССР). - 2992453/22 - 03; заявл. 29.08.1980; опубл. 30.04.1982. - Бюл. № 16.

42. А.с. 1219495 СССР, МКИ В65G 47/49. Устройство для управления транспортным механизмом / В. Г. Юриш, И. В. Антонец (СССР). - 3787539/27 - 03; заявл. 04.09.1984; опубл. 23.03.1986. - Бюл. № 11.

43. А.с. 1222607 СССР, МКИ В65G 61/00. Устройство для управления транспортным механизмом / И. В. Антонец, Ю. М. Романов (СССР). - 3613844/27 - 11; заявл. 01.08.1983; опубл. 07.04.1986. - Бюл. № 13.

44. А.с. 1307482 СССР, МКИ G11 С7/00. Устройство для записи и хранения информации / Ю. А. Филатов, И. В. Антонец (СССР). - 3817131/24 - 24; заявл. 29.11.1984; опубл. 30.04.1987. - Бюл. № 16.

45. А.с. 1307481 СССР, МКИ G11 С7/00. Устройство для записи и хранения информации / Ю. А. Филатов, И. В. Антонец (СССР). - 3817131/24 - 24; заявл. 29.11.1984; опубл. 30.04.1987. - Бюл. № 16.

46. United State Patent № 3,982,275, USA, Int.CL² G11B5/00. READ - WRITE APPARATUS FOR USE IN A CONVEYOR CONTROL / I. V. Antonets, I. K. Mlynchik, A. P. Panov. Filed: May 27, 1975; Complete Specification published Sept. 21, 1976.

47. PATENT Specification № 1512725 THE PATENT OFFICE LONDON, INT CL² B61L 1/08 3/12. IMPROVEMENTS IN AND RELATING TO TRANSPORT CONTROL SYSTEMS / I. V. Antonets, I. K. Mlynchik, A. P. Panov. Filed: 28 May, 1975; Complete Specification published 1June 1978.

48. Патент № 2171773 РФ, МКИ В66С 15/00. Ограничитель грузоподъемности / И. В. Антонец, А. В. Фионова. заявл. 11.09.1998; опубл. 10.08.2001. - Бюл. № 22.

49. Патент № 2090485 РФ, МКИ В66С 15/00. Ограничитель грузоподъемности / И. В. Антонец, А. В. Фионова. заявл. 14.06.1995; опубл. 20.09.1997. - Бюл. № 26.

50. DEMANDE DE BREVET D'INVENTION № 75 21406, № de pubblication: 2317192 REPUBLIQUE FRANCAISE, Int. B 65 G 47/49/ Dispositif de commande de convoyeur / I. V. Antonets, I. K. Mlynchik, A. P. Panov. Date de depot 8 jullet 1975; Date de la mise a la dispisition du public de la demande 4.2.1977.

51. BREVETTO PER INVENZIONE INDUSTRIALE № 1036614, Protocollo № 41623A/75 (Agonzia Italiana Brevetti e Mazchi) Vers. Uff. Registro per tasse concessioni governative - Roma (c/c Post. 1/11770) dil… 47.000 DISPOSITIVO DI COMANDO DI UN CONVOGLIATORE / I. V. Antonets, I. K. Mlynchik, A. P. Panov. Postale di Milano 15 in data 19.5.1975.

52. Патент № 51 - 151966 (Япония), MKU B65G 43/00. Устройство автоматического адресования штучных грузов / И. В. Антонец, И. К. Млынчик, А. П. Панов; заявл. 16.6.1975; опубл. 27.12.1976.

53. Патент № 2108958 РФ, МКИ В66С 15/00. Ограничитель грузоподъемности / И. В. Антонец, Ю. В. Полянсков, А. В. Фионова; заявл. 15.02.1996; опубл. 20.04.1998. - Бюл. № 11.

54. Патент № 2108959 РФ, МКИ В66С 15/00. Ограничитель грузоподъемности / И. В. Антонец, Ю. В. Полянсков, А. В. Фионова; заявл. 15.02.1996; опубл. 20.04.1998. - Бюл. № 11.

Размещено на Allbest.ru

...