TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Podobne dokumenty
TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Efektywność działania zawieszenia hydropneumatycznego w świetle badań teleoperowanej Bezzałogowej Platformy Lądowej

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

SZACOWANIE OPORÓW SKRĘTU BURTOWEGO WIELOOSIOWYCH PLATFORM KOŁOWYCH

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

Ocena sztywności hydropneumatycznego zawieszenia robota ratowniczego

Badania mobilności bezzałogowej platformy przegubowej z gąsienicowym układem bieżnym

Badania mobilności przegubowych bezzałogowych platform lądowych z kołowymi układami bieżnymi

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Badania układu skrętu przegubowej bezzałogowej platformy lądowej

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

BEZZAŁOGOWE PLATFORMY LĄDOWE W ZADANIACH ZABEZPIECZENIA INŻYNIERYJNEGO DZIAŁAŃ BOJOWYCH

Mechanika ruchu / Leon Prochowski. wyd. 3 uaktual. Warszawa, Spis treści

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

HYDROSTATC DRIVING SYSTEM FOR TRI-AXIAL HIGH MOBILITY SIDE- TURNING PLATFORM

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu Kierunek Mechanika i Budowa Maszyn Specjalność Samochody i Ciągniki

Badania symulacyjne obciążeń układu jezdnego robota ratowniczego

Elektryczny wózek widłowy ton

Badania układu napędu jazdy bezzałogowej kołowej platformy lądowej

Dobór systemu intuicyjnego sterowania robotem wsparcia inżynieryjnego

Komfort i produktywność. WL 55 Ładowarki kołowe: pojemność łyżki m³

Dobór silnika hydraulicznego dla podwozia bazowego robota ratowniczego

WYKORZYSTANIE OPROGRAMOWANIA ADAMS/CAR RIDE W BADANIACH KOMPONENTÓW ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

MODELOWANIE I BADANIA SYMULACYJNE DYNAMIKI JAZDY ŁADOWARKI

Spalinowy wózek widłowy tony

Spalinowy wózek widłowy ton

HYDROSTATYCZNE UKŁADY NAPĘDOWE W BEZZAŁOGOWYCH POJAZDACH LĄDOWYCH

Koncepcja hydrostatycznego układu napędowego dla bezzałogowej platformy lądowej o skręcie burtowym

Połączenie siły i elastyczności. WL 30 Ładowarki kołowe: pojemność łyżki < 0.65 m³

Minimalizacja obciążeń udarowych załogi gąsienicowego wozu bojowego

Laboratorium z Napęd Robotów

Multitalent na wąskie przestrzenie. WL 18 Ładowarki kołowe: pojemność łyżki < 0.65 m³

BADANIA SYMULACYJNE UKŁADU ZAWIESZENIA POJAZDU SAMOCHODOWEGO W ŚRODOWISKU ADAMS/CAR SIMULATION RESEARCH OF CAR SUSPENSION SYSTEM IN ADAMS/CAR SOFTWARE

ZDALNIE STEROWANA LEKKA PLATFORMA Z HYDROSTATYCZNYM UKŁADEM NAPĘDOWYM

Sposoby modelowania układów dynamicznych. Pytania

BADANIA EKSPERYMENTALNE LEKKIEGO CZOŁGU NA BAZIE WIELOZADANIOWEJ PLATFORMY BOJOWEJ

Spalinowy wózek widłowy ton

Elektryczny wózek widłowy ton

GĄSIENICOWY UKŁAD JEZDNY

Autoreferat Rozprawy Doktorskiej

Elektryczny wózek widłowy ton

ZAGROŻENIE UŻYCIA IMPROWIZOWANYCH URZĄDZEŃ WYBUCHOWYCH (IED)

Spalinowy wózek widłowy ton

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 150

Zawieszenia pojazdów samochodowych

OCENA MOBILNOŚCI LEKKICH BEZZAŁOGOWYCH POJAZDÓW LĄDOWYCH

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

Spalinowy wózek widłowy tony

Elektryczny wózek widłowy ton

Politechnika Łódzka Wydział Mechaniczny Instytut obrabiarek i technologii budowy maszyn. Praca Magisterska

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Politechnika Śląska. Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych Mechaniki. Praca dyplomowa inżynierska. Wydział Mechaniczny Technologiczny

PROJEKT PNEUMATYCZNEGO MODUŁU NAPĘDOWEGO JAKO ZADAJNIKA PRĘDKOŚCI POCZĄTKOWEJ W HYBRYDOWEJ WYRZUTNI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

DANE TECHNICZNE: ZAWIESZENIE AKTYWNE O ZMIENNYM TŁUMIENIU

PL B1. Mechanizm pedipulatora do ustawiania pozycji modułu napędowego, zwłaszcza robota mobilnego

OGRANICZENIE ZMIAN NACISKU KÓŁ POJAZDU PATROLOWEGO ZE STEROWANYMI TŁUMIKAMI MAGNETOREOLOGICZNYMI

BADANIE RÓśNYCH STRATEGII STEROWANIA OSPRZĘTEM MANIPULACYJNYM W SYSTEMIE TELEOPERACJI

Ocena zdolności pokonywania terenu o niskiej nośności przez pojazdy o dopuszczalnej masie całkowitej 14 ton

BEZZAŁOGOWY POJAZD DO WYKONYWANIA ZADAŃ SPECJALNYCH W STREFACH ZAGROśENIA

MODELOWANIE WPŁYWU NIEZALEŻNEGO STEROWANIA KÓŁ LEWYCH I PRAWYCH NA ZACHOWANIE DYNAMICZNE POJAZDU

BADANIA EKSPERYMENTALNE I SYMULACYJNE WĘŻYKOWANIA PRZEGUBOWYCH POJAZDÓW PRZEMYSŁOWYCH NA PODWOZIU KOŁOWYM. Piotr Dudziński, Aleksander Skurjat 1

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 4

Niezgodność kinematyczna hydrostatycznego układu napędowego podwozia bazowego bezzałogowej platformy ratowniczej

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE MODELOWANIA WŁASNOŚCI DYNAMICZNYCH ZAWIESZENIA POJAZDU GĄSIENICOWEGO

Maksymalna wysokość podnoszenia: 17,56 m Maksymalny zasięg: 14,26 m Silnik: JCB ECOMAX 93 KW KM Przekładnia hydrostatyczna ze sterowaniem

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Opis konstrukcji wału i jego zawieszenia dla potrzeb tworzenia modelu obliczeniowego

EZ 80. Koparki Gąsienicowe Zero Tail. Kompaktowa konstrukcja, a jednocześnie wysoka wydajność

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

SPIS TREŚCI WPROWADZENIE... 9

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

ZAŁĄCZNIK Nr 4 WZÓR WNIOSEK O PRZEPROWADZENIE BADANIA ZGODNOŚCI POJAZDU MARKI "SAM" Z WARUNKAMI TECHNICZNYMI

Identyfikacja zagrożeń załogi pojazdów specjalnych podczas wybuchu

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

Rys 1 Schemat modelu masa- sprężyna- tłumik

MOBILNE STANOWISKO DO BADAŃ DYNAMIKI POJAZDÓW

09 - Dobór siłownika i zaworu. - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

EZ53 Koparki gąsienicowe Zero Tail. Najlepsza wydajność w swojej klasie

Sterowanie napędów maszyn i robotów

MODELOWANIE DYNAMIKI POJAZDU WIELOOSIOWEGO W PROGRAMIE ADAMS/CAR MODELING OF MULTI-AXLE VEHICLE DYNAMICS IN THE ADAMS/CAR PROGRAM

Analiza numeryczna ruchu ciała ludzkiego poddanego obciążeniu wybuchem Numerical analysis of the human body under explosion

WL 28. Przegubowe ładowarki Kołowe. Kompaktowa i mocna WL28 z łatwością przetransportuje paletę z kostką brukową

TYPY STOSOWANYCH WÓZKÓW JEZDNIOWYCH Z NAPĘDEM SILNIKOWYM

Sterowanie napędów maszyn i robotów

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

BADANIA MODELOWE CZOŁGU LEKKIEGO NA BAZIE WIELOZADANIOWEJ PLATFORMY BOJOWEJ

Temat ćwiczenia. Pomiary drgań

Instrukcja obsługi. Elektrohydrauliczne układy sterownicze. Belki SPH. Gwarantujemy bezpieczeństwo

PRACA DYPLOMOWA Magisterska

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D-3

MODELOWANIE I SYMULACJA POJAZDU GĄSIENICOWEGO W PROGRAMIE MSC.ADAMS TRACKED VEHICLE MODELING AND SIMULATION IN MSC.ADAMS PROGRAM

WYZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI TŁUMIENIA KOLUMNY HYDROPNEUMATYCZNEJ CITROENA C5 DETERMINING OF DAMPING CHARACTERISTIC OF CITROEN C5 HYDROPNEUMATIC STRUT

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA AUTOMATYKI. Robot do pokrycia powierzchni terenu

technika ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE AKTYWNYCH ZAWIESZEŃ STOSOWANYCH W POJAZDACH 9/2018 AUTOBUSY 225 Marek JAŚKIEWICZ, Dariusz WIĘCKOWSKI WSTĘP

DIAGNOSTYKA MASZYN I POJAZDÓW. Ocena stanu amortyzatorów pojazdu zgodnie z SKP

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

Platforma bazowa ekstremalnej mobilności jako robot ratowniczy

Transkrypt:

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT Adam BARTNICKI 1 Marian J. ŁOPATKA 1 Tomasz MUSZYŃSKI 1 Arkadiusz RUBIEC 1 bezzałogowe platformy lądowe, mobilność, sterowanie, badania symulacyjne HYDROPNEUMATYCZNE ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO ROBOTA WSPARCIA Jednym z obszarów zastosowania robotów na współczesnym polu walki jest usuwanie i neutralizowanie improwizowanych ładunków wybuchowych IED. Zadania te często realizowane są w trudnodostępnym terenie i wymagają uŝycia osprzętów roboczych o znacznych udźwigach. Determinuje to konieczność wyposaŝenia robotów w zawieszenie o specjalnej konstrukcji dostosowanej do realizowanej przez nie funkcji. W referacie przedstawiono układ hydropneumatycznego zawieszenia Robota Wsparcia InŜynieryjnego (RWI) oraz jego model wraz z wynikami badań symulacyjnych. HYDROPNEUMATIC SUSPENSION OF EOD ROBOT One of the areas of robots activities on contemporary battlefield is the removal and neutralization of Improvised Explosive Device IED. These task are often performed in rough terrain and required high capacity equipment. It causes necessity of equip robots in special construction suspension. In this paper has been presented multifunction hydropneumatic suspension of EOD Robot and its model with simulation results. 1. WSTĘP Robotyzacja współczesnego pola walki stała się dominującym kierunkiem rozwoju narodowych sił zbrojnych wielu krajów. Podstawowym zadaniem Bezzałogowych Platform Lądowych (BPL) jest zwiększenie dystansu dzielącego Ŝołnierza od zagroŝenia. Jednym z obszarów zastosowania robotów są zadania związane z usuwaniem i neutralizowaniem niewybuchów UXO (ang. Unexploaded Ordinance) oraz improwizowanych ładunków wybuchowych IED (ang. Improvised Explosive Device) [3, 4, 11]. Niejednokrotnie IED oraz UXO znajdują się poza utwardzonymi drogami (gruzowisko, bezdroŝe itp.), a ich usunięcie lub neutralizacja wymaga zastosowania 1 Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2, e-mail: abartnicki@wat.edu.pl, mlopatka@wat.edu.pl, tmuszynski@wat.edu.pl, arubiec@wat.edu.pl

100 A. BARTNICKI, M. J. ŁOPATKA, T.MUSZYŃSKI A. RUBIEC osprzętów roboczych o znacznych udźwigach (ok. 250 kg) w celu podjęcia samego ładunku lub utorowania drogi do potencjalnie niebezpiecznego przedmiotu. Stosowane obecnie, do usuwania i neutralizacji ładunków niebezpiecznych, relatywnie tanie zrobotyzowane cywilne minikoparki i miniładowarki, nie są w stanie wykonać stawianych im zadań. Spowodowane jest to ich niewielką zdolnością do pokonywania przeszkód terenowych. Specyfika misji IED/EOD realizowanych przez roboty wsparcia inŝynieryjnego (RWI) oraz analizy prowadzone w Katedrze Budowy Maszyn WAT pozwoliły wytypować trzy, wzajemnie róŝniące się wymagania wobec zawieszenia robota uŝywanego w tego typu zadaniach: - zdolność do rozwijania wysokich prędkości jazdy (poŝądane 10m/s) przy występowaniu nieduŝych nierówności podłoŝa (2 do 5 cm), umoŝliwiających szybkie dotarcie (dystans do 1500m) i rozpoznanie obszaru uznanego wstępnie za niebezpieczny; - jazda po znacznych nierównościach (20 30 cm) i pochyleniach terenu (45 %) przy prędkościach jazdy rzędu 2-3m/s moŝliwie najszybsze dotarcie do ładunków znajdujących się w trudnodostępnym terenie; - zapewnienie zapasu stateczności poprzecznej oraz wzdłuŝnej robota, przy duŝej nierównomierności obciąŝenia poszczególnych jego osi oraz jeździe z prędkościami poniŝej 2 m/s praca osprzętami roboczymi. Koniecznym problemem do rozwiązania, jest opracowanie robota oraz zaprojektowanie układu zawieszenia umoŝliwiającemu mu spełnienie jednocześnie stawianych mu wymagań. Do realizacji misji IED/EOD w Katedrze Budowy Maszyn WAT opracowano własną konstrukcję RWI (rys.1). Rys.1. Robot Wsparcia InŜynieryjnego: a) widok poglądowy; b) zdolność pokonywania przeszkody terenowej Jest to robot kołowy trzyosiowy o masie własnej ~3000 kg, wyposaŝony w dwa osprzęty robocze: manipulatorowy o udźwigu 250 kg oraz ładowarkowy o udźwigu 1500 kg. Poza wcześniej wymienionymi wymaganiami, układ zawieszenia i jazdy powinien zapewnić mu zdolność pokonywania: rowów przydroŝnych i melioracyjnych, murków i ścianek o wysokości 50 cm, zboczy o nachyleniu wzdłuŝnym 60 % i poprzecznym 40 % oraz terenów o niskiej nośności (minimum CI=200 kpa). 2. ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO ROBOTA WSPARCIA Na podstawie tak zdefiniowanych wymagań oraz przyjętego zawieszenia wielowahaczowego (rys.1), zaprojektowano układ zawieszenia hydropneumatycznego (rys.2)

HYDROPNEUMATYCZNE ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO... 101 Rys.2. Schemat ideowy hydropneumatycznego zawieszenie RWI PoniewaŜ cechuje się ono znacznie większą zdolnością przenoszenia obciąŝeń dynamicznych [2, 11] oraz funkcjonalnością niŝ klasyczne zawieszenia mechaniczne, w stosunkowo prosty sposób moŝna zmienić charakterystykę jego pracy bez konieczności przebudowy samego układu, dzięki przesterowaniu rozdzielaczy czy zaworów. Zaprojektowany układ (rys.2) umoŝliwia uzyskanie wytypowanych na podstawie analizy [5, 6, 7, 10] poŝądanych alternatywnych struktur podparcia robota (rys.3) w celu dostosowania charakterystyki zawieszenia do realizowanych zadań. Aby zapewnić duŝą siłę uciągu (równomierne przenoszenie nacisków na podłoŝe) dla jazdy terenowej zaproponowano zastosowanie połączeń (hydraulicznych) kołyskowych: pomiędzy lewym i prawym kołem osi przedniej (rys.3a.b) oraz środkowym i tylnym kołem lewej i prawej burty (rys.3a) lub pomiędzy lewą i prawą burtą osi środkowej i tylnej (rys.3b). W celu zapewnienia podatności podczas występowania znacznych obciąŝeń dynamicznych (jazda z duŝymi prędkościami) zastosowano akumulatory hydrauliczne. Alternatywne struktury zawieszenia umoŝliwiającego pracę osprzętami roboczymi (rys.3c,d) w odróŝnieniu od struktur do jazdy terenowej mają zablokowany skok kół osi przedniej (najmocniej obciąŝonej).

102 A. BARTNICKI, M. J. ŁOPATKA, T.MUSZYŃSKI A. RUBIEC Rys.3. Struktury zawieszenia RWI: a, b) struktury do jazdu terenowej; c, d) struktury do pracy osprzętami roboczymi Ponadto zaprojektowany układ (rys.2) pozwala uzyskać elastyczne niezaleŝne zawieszenie kaŝdego z kół, poŝądane podczas jazdy z duŝymi prędkościami po niewielkich nierównościach. Zastosowanie alternatywnych struktur zawieszenia (na jednym obiekcie badawczym) umoŝliwia zweryfikowanie ich przydatność do poszczególnych wymagań oraz zbadanie wpływu zawieszenia na moŝliwości robocze robota. 3. MODEL ZAWIESZENIA RWI W celu zapewnienia odpowiedniej podatności zawieszenia, zgodnie z przyjętą koncepcją robota wsparcia inŝynieryjnego opracowano model konstrukcyjny zawieszenia (rys.4). PołoŜenie punktów zamocowania siłowników oraz wahaczy dobrano tak, aby całkowity skok kaŝdego z kół z wynosił 500 mm, przy czym nominalny prześwit robota w połoŝeniu równowagi statycznej wynosi 250 mm. Rys.4. Układ zawieszenie kół przednich RWI w połoŝeniu równowagi statycznej

HYDROPNEUMATYCZNE ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO... 103 PoniewaŜ ciśnienie gazu w połoŝeniu równowagi statycznej p gs jest zaleŝne od wymiarów układu kinematycznego zawieszenia (rys.4), siłownika hydraulicznego oraz danej wartości siły F z, to na sztywność zawieszenia moŝna wpływać jedynie zmieniając pojemność nominalną akumulatora V 0. Natomiast dzięki zmianom wartości ciśnienia wstępnego naładowania akumulatora gazem p 0, wpływać moŝna na zmianę obszaru adiabaty (progresywność zawieszenia) zgodnie, z którą dany akumulator pracuje. Zatem celem badań symulacyjnych jest dobór pojemności akumulatora hydraulicznego V 0, oraz ciśnienia jego wstępnego naładowania gazem p 0 umoŝliwiających uzyskanie poŝądanego skoku koła. W celu doboru siłowników hydraulicznych zawieszenia (D=80mm, d=56mm, H=150mm) załoŝono równomierny rozkład masy całkowitej (m c =3000 kg) na poszczególne koła robota. Na podstawie wstępnych badań symulacyjnych [2] określono obciąŝenia dynamiczne zawieszenia robota podczas pokonywania przeszkody w kształcie rampy o wysokościach 0,05m oraz 0,3m przy prędkości 10m/s. ObciąŜenia zawieszenia ujęto w postaci współczynnika nadwyŝek dynamicznych k d określającego zmiany wartości siły F Z pochodzącej od masy robota i przypadającej na pojedyncze koło zgodnie z zaleŝnością: FZi k d = (1) FZ gdzie: F zi wartość pionowej reakcji na kole podczas pokonywania nierówności; F z wartość statyczna pionowej reakcji na kole. Największą wartość współczynnika k d zanotowano dla osi przedniej i wynosiła ona 1,3 [2]. Następnie opracowano model dynamiczny zawieszenia (rys.5) najbardziej obciąŝanego wahacza (oś przednia) w celu doboru odpowiednich akumulatorów hydraulicznych. Składa się on z wzajemnie powiązanych ze sobą modułów: mechanicznego oraz hydraulicznego. Moduł mechaniczny (rys.6a,b) obejmuje więzy kinematyczne (obrotowe i liniowe) łączące poszczególne jego elementy, natomiast moduł hydrauliczny (rys.6c) instalację hydrauliczną zawieszenia. Rys.5. Schemat blokowy modelu zawieszenia RWI Model mechaniczny wahacza (rys.6b) wykonano metodą układów wieloczłonowych (pakiet MD ADAMS View). Przy jego opracowywaniu przyjęto następujące załoŝenia upraszające: - rozkład masy robota na koła jest równomierny; - podłoŝe jest nieodkształcalne;

104 A. BARTNICKI, M. J. ŁOPATKA, T.MUSZYŃSKI A. RUBIEC - pod kołem występuje wymuszenie w postaci pionowej siły F z (rys.6b) pochodzącej od masy robota; - punkt zamocowania wahacza A stanowi jego punkt obrotu; - uwzględniono sztywność promieniową opony (ugięcie statyczne 0,03m) oraz bezwymiarowy współczynnik tłumienia ξ=0,1; - masa nieresorowana wynosi: 156,5 kg, przy czym masa koła z silnikiem hydraulicznym m k =78 kg, masa wahacza m w =51kg, masa cylindra siłownika m c =18kg, a masa tłoczyska m t =9,5 kg. Zmiany długości siłownika L oraz jego prędkości dl pod wpływem siły F z stanowiły dt parametry wyjściowe modułu mechanicznego powiązane z modułem układu hydraulicznego (wykonanego w programie Easy5) (rys.6c) w którym stanowiły parametry wejściowe. a) b) c) Rys.6. Model zawieszenia przedniego wahacza RWI: a) widok izometryczny; b) schemat modułu mechanicznego; c) schemat modułu hydraulicznego

HYDROPNEUMATYCZNE ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO... 105 Dodatkowo dla modelu układu hydraulicznego (rys.6c) przyjęto: - brak wymiany ciepła układu z otoczeniem oraz pracę akumulatora wg. przemiany adiabatycznej: κ κ κ pg 1 Vg1 = pgsvgs = pg 2Vg 2 = const (2) gdzie: - p g1, V g1 odpowiednio ciśnienie i objętość gazu w akumulatorze przy dolnym połoŝeniu koła ; - p gs, V gs odpowiednio ciśnienie i objętość gazu w akumulatorze w połoŝeniu równowagi statycznej; - p g2, V g2 odpowiednio ciśnienie i objętość gazu w akumulatorze przy górnym połoŝeniu koła; - κ - wykładnik adiabaty (κ=1,4); - nie uwzględniono wpływu (podatności) przewodów hydraulicznych oraz dynamiki zaworów przełączających. 4. BADANIA SYMULACYJNE MODELU W oparciu o opracowany model zawieszenia hydropneumatycznego przeprowadzono serię symulacji komputerowych za pomocą współpracujących ze sobą programów ADAMS oraz Easy5 polegających na badaniu zawieszenia wahacza przedniego poddanego wymuszeniu siłą F z. Określone we wstępnych badaniach symulacyjnych obciąŝenia dynamiczne zawieszenia, umoŝliwiły zdefiniowanie przebiegu czasowego zmian wartości siły wymuszającej F z (rys.7a). Statyczną wartość siły F z wynoszącą 5000N zwiększano w ciągu 0,1s o współczynnik 1,3 (najazd na przeszkodę) do wartości 6500N, a następnie redukowano ją do 0N (brak kontaktu koła z podłoŝem) w celu określenia zakresu pracy akumulatora hydraulicznego oraz skoku siłownika zawieszenia. Przykładowy przebieg symulacji przedstawiono na rysunku 7. Podczas badań symulacyjnych zmieniano pojemność nominalną akumulatora V 0 zgodnie z typoszeregiem akumulatorów membranowych firmy HYDAC (0.4, 0.7, 1.4, 2.4 dm 3 ), ustalając ciśnienie wstępnego naładowania gazem tak aby dla ciśnienia p gs objętość gazu i oleju w akumulatorze były sobie równe.

106 A. BARTNICKI, M. J. ŁOPATKA, T.MUSZYŃSKI A. RUBIEC Rys.7. Przykładowe wyniki symulacji modelu wahacza z akumulatorem V 0 =0,75dm 3, p 0 =25bar: : a)przebieg czasowy zmiany siły F z, b)przebieg czasowy zmiany długości siłownika L, c)przebieg czasowy zmian ciśnienia gazu p g, d)zmiana objętości oleju V w akumulatorze Aby zawieszenie mogło wykorzystać w pełni swój skok, jako kryterium doboru pojemności nominalnej V 0 akumulatora wykorzystano wartość wyznaczonego uprzednio na drodze symulacyjnej współczynnika k d w ujęciu ciśnieniowym. pg 2 kd = (3) p Dla dobrze dobranego akumulatora jego wartość powinna być zbliŝona do 1,3. Wyniki badań symulacyjnych przedstawiono w tabeli 1. Tab. 1. Wyniki badań symulacyjnych zawieszenia przedniego V 0 [dm 3 ] 0,4 0,7 1,4 2,4 p gs [bar] 56 56 56 56 p g2 [bar] 92,6 84,2 70 62 k d 1,65 1,50 1,25 1,10 Na podstawie przeprowadzonych symulacji do siłowników zawieszenia przedniego dobrano akumulator o pojemności V 0 =1400 cm 3, przy p 0 =25 bar. Analogicznie badano zawieszenie kół mniej obciąŝonych (k d =1,1) osi środkowej i tylnej, dla których dobrano akumulator V 0 =0,75dm 3 przy p 0 =25 bar. gs

HYDROPNEUMATYCZNE ZAWIESZENIE INśYNIERYJNEGO... 107 5. PODSUMOWANIE Z uwagi na odmienny charakter jazdy i pracy robota wsparcia inŝynieryjnego (zdalnej) od klasycznych pojazdów i maszyn zaistniała konieczność stworzenia nowego rozwiązania zawieszenia. Postawione (często nawzajem wykluczające się dla zawieszeń mechanicznych) wymagania odnośnie realizowanych funkcji zdeterminowały zastosowanie zawieszenia hydropneumatycznego. Opracowany model umoŝliwił dobór akumulatorów hydraulicznych na podstawie wstępnego kryterium jego oceny (współczynnik k d ). NaleŜy przeprowadzić badania symulacyjne zachowania się całego robota z tak dobraną charakterystyką zawieszenia, a następnie wyniki te zweryfikować przeprowadzając doświadczalne badania na obiekcie rzeczywistym. Szeroko opisywanych w literaturze metod oceny efektywności zawieszeń opartych na kryterium komfortu (wartości przyspieszeń pionowych, kołysań wzdłuŝnych itp.) kierowcy, czy operatora, nie moŝna w bezpośredni sposób wykorzystać do oceny zawieszenia robota z uwagi na brak w nim operatora. Zatem poza weryfikacją modelu naleŝy opracować nowe kryteria oceny zawieszeń platform bezzałogowych (np. wpływ na system teleoperacji) oraz na ich podstawie zbadać trafność zastosowania wytypowanych struktur zawieszenia. Opracowanie platformy bazowej wyposaŝonej w efektywnie działające zawieszenie zwiększające jej mobilność oraz moŝliwości robocze pozwoli wykorzystać ją do innych celów, np. jako nośnik multisensorycznego systemu do wykrywania ładunków i materiałów niebezpiecznych lub innych osprzętów roboczych. 6. LITERATURA [1] Borkowski W., Rybak P., Michałowski B.: Influence of tracked vehicle suspension type on dynamic loads of crew and inside equipment, Journal of KONES Powertrain and Transport, Vol.13, No.4, 2006 [2] Dąbrowska A., Łopatka M. J., Rubiec A.: Koncepcja hydropneumatycznego zawieszenia robota wsparcia inŝynieryjnego, Międzynarodowa Konferencja TRANSCOMP, Zakopane 2009 [3] General Dynamics Land Systems. High Mobility Robotic Platform Study: Final Report. Prepared for US Army TARDEC, Warren, MI. August 1999 [4] Khalil G., Hitchcock J.: Ground Vehicle Mobility Requirements; RTO AVT Symposium, Lisbon, 1998 [5] Knorn F.: Modelling and control of an active hydro-pneumatic suspension, Praktikumsbericht, Otto von Guericke Universitat Magdeburg, Magdeburg 2006 [6] Kroneld P., Liedes T., Kalervo N., Marjanen Y.: Modelling a selective hydropneumatic suspension element, Procedings of ICSV13, Vienna 2006 [7] Naude A. F., Snymon J. A.: Optimisation of road vehicle passive suspension system. Part 1. Optimisation algorithm and vehicle model., applied Mathematical Modelling, no 27 2003r [8] Norma ISO 5008 Agricultural wheeled tractors and field machinery Measurement of whole-body vibration of the operator

108 A. BARTNICKI, M. J. ŁOPATKA, T.MUSZYŃSKI A. RUBIEC [9] Reimpell J., Betzler J.: Podwozia samochodów. Podstawy konstrukcji, WKiŁ, Warszawa 2001 [10] Siwulski T.: Modelowanie stateczności dynamicznej pojazdów przemysłowych z podatnymi elementami jezdnymi, Rozprawa doktorska, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2004 [11] Uys P.E., Els P.S., Thoresson M.: Suspension settings for optimal ride comfort of offroad vehicles travelling on roads with different roughness and speeds, Journal of Terramechanics, vol.44, Issue 2, April 2007 Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2008-2010 jako projekt rozwojowy Nr OR 00 0012 05