Кафедра 'Теоретическая механика'

Русская версия О кафедре Наука Содержание
English version Студентам Сотрудники

13-08-01144-а

Теоретические и экспериментальные исследования динамики взаимодействия движителя подводного шагающего аппарата с грунтом с низкой несущей способностью

(проект РФФИ 13-08-01144-а, руководитель В.В. Чернышев)

Цель проекта — разработка методов математического представления процесса взаимодействия шагающих движителей с подводными слабонесущими грунтами.

Практика подводно-технических работ ставит ряд задач, связанных с проведением донных грунтовых работ (равнение площадок на дне, отмыв траншей для кабелей и трубопроводов, добыча полезных ископаемых и др.). Эти работы требуют больших тяговых усилий на рабочий инструмент (в виде рыхлителей, подборщиков, отвалов и т. п.). Сложный рельеф и низкая несущей способностью донных грунтов, зачастую делают малопригодными традиционные типы движителей. Шагающие движители обладают более высокими возможностями по грунтовой и профильной проходимости.

В ходе выполнения проекта для шагающего способа передвижения проведено математическое описание динамики фазы смены стоп и фазы реализации тягового усилия. На базе разработанных математических моделей проведено моделирование динамики смены стоп на подводных грунтах с учетом их плывунных и др. специфических свойств (рис. 1) и моделирование напряженного состояния грунта при контакте стоп с опорной поверхностью в фазе реализации тягового усилия (рис. 2)

Характер вертикального движения стоп (кривые 1, 2) и центра масс корпуса (кривая 3) шагающего аппарата (а) и нормальные реакции грунта (б): для вязкого грунта с нулевой жесткостью (слева) и при большой компрессионной силе (справа)

Рисунок 1 — Характер вертикального движения стоп (кривые 1, 2) и центра масс корпуса (кривая 3) шагающего аппарата (а) и нормальные реакции грунта (б): для вязкого грунта с нулевой жесткостью (слева) и при большой компрессионной силе (справа)

Пример распределения эквивалентных грунтовых напряжений по Мизесу под стопой при действии нормальной и сдвигающей нагрузки: в вертикальном сечении (а) и на виде сверху (б)
Пример распределения эквивалентных грунтовых напряжений по Мизесу под стопой при действии нормальной и сдвигающей нагрузки: в вертикальном сечении (а) и на виде сверху (б)

Рисунок 2 — Пример распределения эквивалентных грунтовых напряжений по Мизесу под стопой при действии нормальной и сдвигающей нагрузки: в вертикальном сечении (а) и на виде сверху (б)

На заключительном этапе проекта проведена экспериментальная проверка результатов математического моделирования. Она осуществлялась на базе подводного шагающего аппарата МАК-1 (рис. 3), разработанного исполнителями проекта, на глубинах до 20 м.

Подводный шагающий аппарат МАК-1

Рисунок 3— Подводный шагающий аппарат МАК-1

Было исследовано влияние конструктивных особенностей шагающего движителя на его тягово-сцепные свойства и проходимость. При определении тягово-сцепных свойств использовался адаптированный к подводным условиям метод, основанный на видеосъемке процесса движения аппарата при возрастающей крюковой нагрузки с последующей покадровой обработкой видеозаписи на ЭВМ (рис. 4). При исследовании предельной грунтовой проходимости находились условия, при которых наступала потеря проходимости, обусловленная слабыми несущими свойствами грунта. Для этого осуществлялось движение на наиболее тяжелых, с точки зрения грунтовой проходимости, заиленных участках дна. При исследовании профильной проходимости преодолевались локальные препятствия различных типов.

Покадровая обработка на ЭВМ видеозаписи процесса движения Покадровая обработка на ЭВМ видеозаписи процесса движения

Рисунок 4 — Покадровая обработка на ЭВМ видеозаписи процесса движения:

1– 4 — метки ног и корпуса шагающего аппарата; 5 — естественный ориентир

Проведенные эксперименты подтвердили превосходство шагающих машин по тягово-сцепным свойствам и проходимости в сравнении с традиционными транспортными средствами. Результаты проекта могут быть востребованы при проектировании шагающих робототехнических систем, предназначенных для подводно-технических работ и для новых промышленных технологий освоения ресурсов морского дна.

[ВолгГТУ] [О кафедре] [Home]

Разработчик сайта Александр Малолетов
Контактный телефон/факс (8442) 24-81-13
Дата последнего обновления 24 декабря 2015 г.