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

На правах рукописи

Антонец Иван Васильевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСКОНТАКТНЫХ

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ УСТРОЙСТВ АДРЕСОВАНИЯ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ

ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ

Специальность 05.13.05 –

Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Ульяновск – 2008

Работа выполнена в Ульяновском государственном техническом

университете.

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Табаков Владимир Петрович

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор

Дмитриев Владимир Николаевич

– доктор технических наук, профессор

Бржозовский Борис Максович

– доктор технических наук, профессор

Светлов Анатолий Вильевич

Ведущая организация – Институт точной механики и управления РАН,

г. Саратов

Защита состоится «_28_» января_ 2009 г. в _15 - 00_на заседании диссертационного совета Д 212.277.01 Ульяновского государственного технического университета по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32, ауд. 211 (Гл.корпус).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан «____»_____________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Казаков М. К.

Общая характеристика ДИССЕРТАЦИОННОЙ работы

Актуальность темы. В условиях научно-технического прогресса крупные транспортно-складские системы претерпевают существенную эволюцию и превращаются в современные предприятия с высокоорганизованным технологическим процессом – транспортно-складские комплексы (ТСК). Четкий ритм функционирования ТСК обеспечивается применением сложных автоматизированных поточно-транспортных систем (ПТС) и подъемно-транспортных механизмов (ПТМ). Устройства автоматического адресования (УАА) входят в состав системы управления перемещением штучных грузов на внутризаводском поточном и циклическом транспорте и во многом предопределяют эффективность ее эксплуатации. Следовательно, повышение работоспособности УАА является крупной научной проблемой, решение которой имеет важное хозяйственное значение.

Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации УАА показывает целесообразность использования функционально более надежных децентрализованных электромагнитных УАА. Известные конструкции децентрализованных электромагнитных УАА обладают рядом существенных недостатков, главным из которых является требование минимального зазора взаимодействия блоков адресования. Это вынужденное требование является следствием использования в УАА типовых (стандартных) блоков хранения, записи и считывания информации, параметры которых определены без учета специфики работы транспортных механизмов. Взаимодействие подвижных и неподвижных блоков известных УАА обеспечивается специальными механическими ловителями, использование которых влечет появление ударных нагрузок, снижающих срок службы УАА и ограничивающих скоростные характеристики ПТМ. Создание децентрализованных УАА с бесконтактно взаимодействующими блоками является актуальной задачей, решение которой позволит повысить надежность их функционирования, снизить требования к точности изготовления и монтажа узлов конвейера, а также практически устранить ограничения на величину скорости и направление перемещения грузонесущего устройства.

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

Таким образом, разработка научных основ создания децентрализованных бесконтактных УАА, а также весоизмерительных устройств малой инерционности и высокой чувствительности, с учетом общих принципов построения систем управления производственными процессами и специфики работы ТСК, является актуальной проблемой.

Диссертационная работа выполнялась по планам госбюджетных и хоздоговорных НИР Ульяновского научно-исследовательского и проектно-технологического института машиностроения, а также Ульяновского государственного технического университета.

Цель работы: разработка методологии формализованного схемотехнического синтеза блоков децентрализованных электромагнитных УАА, обеспечивающей условия бесконтактного взаимодействия, функциональной инвариантности и минимизации аппаратных затрат для повышения работоспособности систем управления автоматизированными ТСК.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Разработать научное обеспечение синтеза бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных электромагнитных УАА, включающего:

а) систему понятий, базовая часть из которых открыта для операциональных измерений и объективной идентификации;

б) математические модели, результаты численных расчетов и экспериментальных исследований пространственного множества, в котором осуществляются процедуры обработки данных, определяемого траекторией движения грузонесущего механизма;

в) математические модели, результаты численных расчетов и экспериментальных исследований носителей информации, блоков записи и считывания, упругих чувствительных элементов весоизмерительных устройств, осуществляющих аппаратную реализацию бесконтактного взаимодействия блоков УАА на определенном множестве.

2. Разработать методы логико-алгебраического моделирования и схемотехнического синтеза устройств сравнения и формирования команд управления ПТМ циклического действия, а также устройств управления блоками записи и считывания информации при параллельной или последовательной организации работы последних.

3. Разработать технологию проектирования бесконтактно взаимодействующих децентрализованных электромагнитных УАА и малоинерционных, с равной чувствительностью во всем диапазоне измерений весоизмерительных устройств различных конструкций и типоразмеров и освоить их серийное производство.

4. Разработать методики расчета и необходимое экспериментальное оборудование синтеза и производства УАА, провести опытно-промышленные испытания и внедрить УАА и весоизмерительные устройства в системы управления внутризаводским поточным и циклическим транспортом.

Методы исследований. Теоретические исследования, нацеленные на разработку научного обеспечения, основаны на использовании фундаментальных положений теории автоматизации управления производством – в частности, теории точности машин и приборов, а также теории расчета магнитных систем; современных численных методов решения задач с использованием регрессионного моделирования, теории вероятностей и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях и включали исследование статических и динамических характеристик грузонесущего устройства, параметров адресоносителя, адресователя, считывателя информации и весоизмерительного устройства, при этом использовались аттестованные измерительные средства и применялись методы регрессионного и дисперсионного анализа.

Научная новизна. В результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований и внедрения их результатов в промышленность решена актуальная научно-техническая проблема, заключающаяся в разработке научного обеспечения проектирования, изготовления и применения бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных УАА с целью повышения работоспособности систем управления внутризаводским поточным и циклическим транспортом.

Научной новизной обладают следующие положения:

1. Математические модели пространственного множества, в котором осуществляются процедуры обработки данных, определяемые траекторией движения грузонесущего механизма и позволяющие обосновать методологию выбора параметров бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных электромагнитных УАА.

2. Математические модели подвижных информационных носителей на основе постоянных магнитов, обработка которых осуществляется на определенном множестве, учитывающие параметры магнитов и их взаимное расположение, а также внутренние и внешние размагничивающие факторы.

3. Математические модели взаимосвязей информационных элементов с процедурами обработки данных соответственно при записи и считывании, а также аппаратная реализация взаимодействия на определенном множестве, использующая принципы перемагничивания или вращения постоянных магнитов при записи и нелинейный контур в цепи возбуждения феррозонда при считывании.

4. Предложен и развит новый подход к решению задач управления ПТМ циклического действия с использованием малоинерционных весоизмерительных устройств на основе кольцевого упругого элемента и вторичного фотодатчика, а также устройств с последовательной и параллельной работой упругих колец, обеспечивающих равную чувствительность в широком диапазоне измерений.

5. Методы и программное обеспечение синтеза систем управления блоками записи и считывания информации УАА, синтеза устройств сравнения и формирования команд управления движением ПТМ циклического действия, а также синтеза систем оптимального управления ПТМ циклического действия по критерию максимальной производительности.

6. Способы функционирования блоков децентрализованных электромагнитных УАА, реализующих процессы записи и считывания информации, а также весоизмерения, их конструкции и схемотехнические решения, защищенные патентами и авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность и реализация работы заключаются в том, что созданы:

1. Методики определения параметров блоков УАА, а также конструкции бесконтактных децентрализованных УАА штучных грузов, работающие в реальном диапазоне отклонений адресоносителя (А.с. № 695927; Пат. США
№ 3,982,275; Пат. Великобритании № 1512725; Пат. Франции № 7521406; Пат. Италии № 41623А/75; Пат. Японии № 51-151966).

2. Методики определения параметров весоизмерительных устройств, а также конструкции, работающие в условиях линейно нарастающих до максимума нагрузок (А.с. № 840003; Пат. РФ № 2090485; Пат. РФ № 2108958; Пат. РФ № 2108959; Пат. РФ. № 2171773).

3. Методики определения параметров схем управления блоками адресования и весоизмерения (А.с. № 430410; А.с. № 674219; А.с. № 747790; А.с. № 759437; А.С. № 1222607).

Внедрение и опытно-промышленные испытания УАА и весоизмерительных устройств в условиях действующего производства машиностроительных предприятий «АвтоВАЗ» (г. Тольятти), «Моторный завод» (г. Мелитополь), «Автонормаль» (г. Белебей), ОАО «Ульяновский автомобильный завод» (г. Ульяновск), а также предприятий других отраслей промышленности «Мос-электронкомплекс» (г. Фрязино), «Ликеро-водочный завод» (г. Ульяновск), «Хлебокомбинат», ОАО «Мельница» (г. Барыш), ЗАО «Инзенская фабрика нетканых материалов» (г. Инза) подтвердили результаты теоретико-экспериментальных исследований и повышение функциональной надежности указанных устройств на 40 80 % по сравнению с базовыми вариантами.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математические модели и методики, алгоритмы, программы и результаты численного расчета и экспериментальных исследований пространственного множества, на котором осуществляются процедуры обработки данных, определяемого траекторией движения грузонесущего механизма.

2. Методы, методики и результаты численных решений и экспериментальных исследований носителей информации, блоков записи и считывания, упругих чувствительных элементов весоизмерительных устройств, осуществляющих аппаратную реализацию бесконтактного взаимодействия на определенном множестве.

3. Результаты экспериментальных исследований работоспособности оригинальных блоков УАА в процессе записи и считывания информации, а также в процессе весоизмерений.

4. Конструкции блоков децентрализованных электромагнитных УАА с магнитными носителями информации в виде пластин, цилиндров или эллипсоидов, использующими принципы перемагничивания или вращения при записи и нелинейную схему возбуждения феррозонда, с компенсацией магнитного поля Земли, при считывании.

5. Методики расчета и результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения разработанных конструкций и схемотехнических решений для систем управления внутризаводским поточным и циклическим транспортом.

6. Рекомендации по проектированию, изготовлению и применению децентрализованных электромагнитных УАА и весоизмерительных устройств на основе упругих чувствительных элементов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях «Технология – 96» (Новгород, 1996); «Механика машиностроения» (Набережные Челны, 1997); «Новые методы, средства и технологии в науке, промышленности и экономике» (Ульяновск, 1997); «Математическое моделирование физических, экономических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, 1999); «Инженерно-техническое обеспечение АПК и машинно-технологические станции в условиях реформирования» (Орел, 2000); «Проблемы машиностроения и технологии металлов на рубеже веков» (Пенза, 2003); «Динамика технологических систем» (Саратов, 2004); всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях и семинарах «Поточно-транспортные системы с применением конвейерного транспорта и АСУ» (Ленинград, 1977); «Комплексная механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных, подъемно- транспортных и складских работ в машиностроении» (Москва, 1980); «Проблемы создания и эксплуатации гибких автоматизированных систем в машиностроении» (Вильнюс, 1984); «Автоматизация и механизация трудоемких процессов на предприятиях республики» (Уфа, 1984); «Проблемы внедрения достижений научно-технического прогресса в области автоматизации и механизации производственных процессов» (Уфа, 1985); «Современное состояние и перспективы развития устройств ввода-вывода информации в САПР, АСУ технических процессов и ГАП» (Москва, 1985); «Проблемы автоматизации перенастраиваемых производств в машиностроении» (Волгоград, 1988); «Автоматизация машиностроения на базе гибких технологических систем и робототехнических комплексов» (Баку, 1989); «Наука производству» (Набережные Челны, 1990); научно-технических конференциях Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ,
1983 – 2008).

В целом работа обсуждена на научно-техническом семинаре кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ (2008); научно-техническом совете факультета информационных систем и технологий УлГТУ (2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы; в том числе 1 монография, 28 авторских свидетельств и патентов на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка из 178 наименований, изложенных на 333 страницах машинописного текста, приложения, включает 176 рисунков, 39 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель и задачи работы, новизна исследований и научные положения, выносимые на защиту, аргументированы их обоснованность и достоверность, приведены сведения о научном и практическом значении, апробации работы, структуре и объеме диссертации.

В первой главе на основе анализа и обобщения научно-технической информации проведено обоснование необходимости разработки научных основ создания бесконтактно взаимодействующих блоков децентрализованных УАА штучных грузов, входящих в систему управления ПТК (рис. 1), а также весоизмерительных устройств малой инерционности и высокой чувствительности.

Показано (рис. 2), что запись и считывание информации существующих децентрализованных УАА происходит в отсутствии электрического контакта, однако использование механических ловителей, для обеспечения взаимодействия блоков, существенно снижает функциональную надежность УАА.

Исследование вопросов расчета бесконтактных децентрализованных УАА, включающих параметры постоянных магнитов, намагничивающих устройств, магнитометрических датчиков и кольцевых упругих элементов, базируется на трудах Л. Е. Андреевой, В. К. Аркадьева, Ю. В. Афанасьева, Б. К. Буля, Я. С. Ицхоки, В. В. Солодовникова, М. М. Семенова и др. ученых. Результаты данных работ внесли большой вклад в решение проблемы создания бесконтактно взаимодействующих блоков УАА и сыграли важную роль в решении ряда теоретических и практических задач управления ТСК.

Однако до сих пор отсутствуют научно обоснованные методики проектирования бесконтактно функционирующих децентрализованных УАА и малоинерционных весоизмерительных устройств, обладающих равной чувствительностью в широком диапазоне измерений.

Существующие конструкции адресоносителей на базе постоянных магнитов разработаны из условия, что их перемагничивание и считывание информации будут осуществляться в замкнутых магнитных цепях практически без зазора. Отмеченные выше недостатки такого взаимодействия блоков УАА связаны прежде всего с тем, что напряжения, возникающие в магните при наличии вибрации и ударов, вызывают переориентацию доменов и существенно снижают остаточную магнитную индукцию. Как показал проведенный анализ работы подобных конструкций, срок эксплуатации магнитных адресоносителей не превышает четырех лет, что в два раза меньше срока эксплуатации ПТМ.

Разработка бесконтактно взаимодействующих адресоносителей УАА предполагает исследование параметров конкретных конструкций, характеризующихся значением магнитной индукции и ее распределением в пространстве, изменением этих величин при воздействии дестабилизирующих факторов, а также возможностью перемагничивания и размагничивания при соблюдении ограничений на габаритные размеры. До настоящего времени указанная задача не решалась.

Процесс записи информации в децентрализованных электромагнитных УАА осуществляется при взаимодействии адресоносителя с адресователем. Для намагничивания и размагничивания магнитотвердых материалов применяются устройства с непосредственным питанием от сети переменного напряжения и устройства, использующие разряд накопленной в конденсаторе энергии. Первые из этих устройств обладают высоким быстродействием, но создают большую нагрузку на питающую цепь. Устройства, основанные на использовании емкостных накопителей, склонны к возникновению во вторичных цепях обратного импульса тока, приводящего к появлению размагничивающего поля в рабочем зазоре намагничивающей системы. Традиционно намагничивающие устройства имеют минимальный рабочий зазор.

Процесс бесконтактной записи информации происходит при наличии относительно большого зазора между взаимодействующими блоками, что влечет за собой необходимость решения ряда принципиально новых задач. Во-первых, осуществление самого процесса перемагничивания при возможных отклонениях адресоносителя, во-вторых, предотвращение взаимного влияния соседних полюсов электромагнитов при перемагничивании и, наконец, обеспечение заданного быстродействия процесса записи информации. Решение перечисленных задач должно быть проведено при условии соблюдения ограничений на габаритные размеры конструкции и перегрев намагничивающих обмоток.

Использование магнитного адресоносителя предопределило выбор датчиков считывателя информации – чувствительных к магнитному полю. Для регистрации индукции постоянных магнитных полей чаще всего используют их воздействие на физические свойства вещества. Существующие УАА используют в качестве магнитометрических датчиков либо герметизированные контакты, либо датчики Холла. Первые из них обладают рядом существенных недостатков: ограниченное количество срабатываний, низкая чувствительность, необходимость специальных решений для определения направления магнитного поля и др. Датчики Холла имеют относительно низкую чувствительность и не имеют выраженной магнитной оси.

Исходя из проведенного анализа и практических исследований, можно сказать, что магнитомодуляционные датчики наиболее полно отвечают требованиям и задачам автоматизации процессов управления ПТМ. Выходной сигнал этих датчиков является функцией магнитной индукции элементов адресоносителя, а также пространственного положения последнего, то есть датчики имеют магнитную ось. В этом случае каждый датчик считывателя информации взаимодействует с одним магнитным элементом адресоносителя, если последний отклоняется в допустимых пределах.

Метрологические параметры магнитомодуляционных датчиков, а также их надежность и экономичность в значительной степени определяются режимом возбуждения. Известный режим синусоидального тока не позволяет получить достаточную напряженность возбуждающего поля, а для создания датчика, чувствительного к направлению магнитного поля, используются довольно сложные схемы – например, схема трехкомпонентного датчика. Режим импульсного возбуждения магнитомодуляционных датчиков позволяет получать существенно большую чувствительность с одновременным снижением потребляемой энергии, однако имеющиеся в этой области научные работы посвящены лишь симметричным импульсным режимам возбуждения, которые не позволяют получать простые схемные решения магнитомодуляционных датчиков, чувствительных к величине и направлению магнитного поля. Кроме того, в известных датчиках не решена задача компенсации магнитного поля Земли, которая появляется при необходимости считывания информации магнитного адресоносителя на относительно больших расстояниях.

Низкая эксплуатационная надежность известных весоизмерительных устройств, работающих в автоматическом режиме, объясняется инерционностью измерительных механизмов и относительной сложностью их конструкций, основу которых составляют упругие чувствительные элементы (УЭ). Наибольшей чувствительностью обладают балочные УЭ, меньшей – кольцевые, мембранные и стержневые УЭ. Максимальный коэффициент быстродействия при присоединении дополнительной массы имеют мембранные УЭ, меньший – кольцевые, балочные и стержневые. Коэффициент приведения массы УЭ уменьшается от стержня к балке равного сечения, увеличивая тем самым влияние присоединенной массы. Таким образом, наиболее универсальным является упругий элемент кольцевого типа, который прост в изготовлении, а регистрация его деформации под действием нагрузки не вызывает больших сложностей. Технические требования к кольцевому УЭ определяются параметрами и режимами работы системы, в состав которой входит упругое кольцо.

Чтобы обеспечить дальнейшее развитие технического уровня ТСК, в частности, повышение надежности эксплуатации технических средств систем управления, необходимо разработать научные основы создания де-централизованных бесконтактных устройств УАА штучных грузов, а также весоизмерительных устройств малой инерционности и высокой чувствительности, при этом необходимо учесть как общие принципы построения систем управления производственными процессами, так и специфику работы ТСК.

В заключении сформулированы цель и задачи работы, приведенные выше.

Вторая глава посвящена разработке научного обеспечения проектирования децентрализованных бесконтактных УАА и весоизмерительных устройств кольцевого типа и содержит результаты расчета и экспериментальных исследований величин максимального отклонения адресоносителя от стационарных блоков УАА, а также решение уравнения движения весоизмерительной системы ПТМ в условиях возрастающей нагрузки.

Исходными данными для постановки и решения задач синтеза бесконтактной схемы взаимодействия блоков децентрированных электромагнитных УАА являются: пространственное множество, в котором осуществляются процедуры обработки данных, определяемое траекторией движения грузонесущего механизма ; множество информационных элементов, обработка которых осуществляется на множестве А, ; матрицы взаимосвязей информационных элементов с процедурами обработки данных соответственно при считывании и записи , где , если l-й элемент считывается (записывается) r-й процедурой, и в противном случае; среднее время считывания -го элемента носителя информации ; среднее время считывания -го носителя информации в оперативную память ; среднее время записи информации в f-й носитель . Переменная , если r-я по порядку выполнения процедура включается в состав -го носителя информации, и в противном случае; , если l-й информационный элемент включается в f-й носитель, и в противном случае; ; , если , и , если ;

, если , и , если .

Переменные и служат для отражения взаимосвязи системы разрабатываемых блоков УАА с отдельными элементами информационных носителей и носителями информации при считывании и записи в процессе осуществления функций адресования. Задача синтеза бесконтактной схемы взаимодействия блоков УАА, обеспечивающей минимальное общее время записи и считывания информации, формулируется следующим образом:

. (1)

Для аппаратной реализации бесконтактного взаимодействия носителей информации, осуществляющих процессы записи и считывания, предлагаются децентрализованные электромагнитные УАА, которые должны выполнять r функциональных дискретных взаимодействий и, в соответствии с этим, состоят из l носителей информации, а также соответственно k, n последовательных блоков записи и считывания информации. Имеется m различных вариантов выполнения каждого блока: для магнитного адресоносителя – форма, габаритные размеры, материал, пространственное расположение; для адресователя – конструкция и материал магнитопровода, габаритные размеры, расположение обмоток, схемы и режимы питания обмоток; для магнитометрических датчиков – тип датчика, режимы питания, габаритные размеры, помехозащищенность и
т. п. Имеются ограничения в отношении полезного сигнала адресоносителя (В), напряженности намагничивающего поля (Н), чувствительности магнитометрического датчика (G), быстродействия блоков записи и считывания (U), максимальной стоимости (Ц).

Обозначим через , , , , соответственно сигнал адресоносителя, напряженность поля адресователя, чувствительность датчика, быстродействие и стоимость i-го блока. Тогда указанные ограничения могут быть записаны в виде:

; ; ; ; . (2)

Величины (факторы) , , , , зависят от варианта выполнения блока, а значит, являются элементами следующих множеств:

; ; ; ; . (3)

Если ;;;;– коэффициенты, характеризующие степень влияния перечисленных факторов, то условия оптимального варианта аппаратуры можно записать в виде:

. (4)

Особенностью выражения (4) является то, что входящие в него переменные могут принимать не любые положительные значения, а лишь значения из конечного множества (3).

Пространственное множество характеризуется промахом подвижного носителя информации относительно стационарных блоков записи (считывания) и определяется погрешностями смещения элемента грузонесущего устройства, к которому прикреплен носитель информации. Исходя из анализа источников ошибок устройства адресования, разобьем их на две группы по причинам возникновения: погрешности изготовления элементов конструкции блоков адресования и их монтажных отклонений (1); погрешности, возникающие в процессе эксплуатации, перемещения грузонесущего механизма (2). Учитывая, что монтажные и эксплуатационные погрешности представляют собой сумму частных, вызванных действием большого числа случайных и некоторого числа систематических факторов, число случайных факторов и параметры вызванных ими отклонений не изменяются во времени, все случайные факторы взаимно независимы, а среди частных отклонений нет доминирующих, будем считать, что распределение отклонений подчиняется нормальному закону.

Полная величина погрешности определяется из выражения

. (5)

Перед первой и второй группами погрешностей в уравнении (5) стоят одни и те же коэффициенты. Первая группа погрешностей образуется из размерной цепи, полученной по известным размерам конструкции грузонесущего механизма. В одномерных линейных цепях коэффициенты влияния всех звеньев . Следовательно, можно записать . Тогда

. (6)

Предлагаемый расчетно-аналитический метод определения зазора, в котором осуществляются процессы взаимодействия перемещающегося адресоносителя со стационарными блоками УАА, предполагает полную детерминированность процесса. Если первая группа погрешностей определяется на основании анализа звеньев, составляющих конструкцию грузонесущего механизма, то для выявления отклонений адресоносителя, возникающих в процессе перемещения, необходимо иметь данные о состоянии опорного пути, действующих силах и других факторах.

Суммарные эксплуатационные отклонения адресоносителя для ПТК относительно блоков записи и считывания информации определялись из следующих выражений:

в вертикальной плоскости , (7)

в горизонтальной плоскости (8)

где ; – износ кромок грузового пути и направляющего ролика соответственно; – износ катков тележки; – отгиб полок грузового пути; – отгиб уголков крепления адресоносителя.

Максимальное отклонение адресоносителя в вертикальной плоскости при колебаниях подвески определяем из выражения:

(9)

где R – радиус колебаний подвески, мм; v – скорость, м/мин; a – ускорение перемещаемой системы, м/с2.

Расчет максимальных отклонений адресоносителя от стационарных блоков УАА, согласно полученным выражениям, проведен для наиболее распространенного на предприятиях машиностроительных отраслей конвейера ПТК–500, при этом адресоноситель крепился к подвеске грузонесущего устройства. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Теоретические значения отклонений адресоносителя

Источник отклонения	Техноло-гическая погрешность	Эксплуата-ционная погрешность	Упругий прогиб	Смещение от вибрации	Динами-ческая погрешность	Ампли- туда
Значение отклонения, мм	± 5,10	+ 5,00	+ 3,00	± 1,10	+ 9,40	+14,20 – 15,60
	± 5,10	± 9,15	0,00	±1,10	0,00	± 15,35

С целью проверки адекватности полученного расчетного метода и проверки гипотезы о соответствии распределения погрешностей, определяющих промах адресоносителя, нормальному закону распределения проведены экспериментальные исследования, объектом которых служили ПТК500 склада двигателей Ульяновского автомобильного завода. Измерения проводились по схеме, представленной на рис. 3.

При перемещении магнитов 1 и 2 в зоне датчиков 3 и 4 на выходах последних появляется ЭДС, причем максимальное значение ЭДС соответствует минимальному расстоянию между магнитом и датчиком.

Рис. 3. Схема проведения эксперимента:

1, 2 – постоянные магниты; 3, 4 – датчики

Результаты экспериментальных исследований отклонений адресоносителя приведены в табл. 2.

Таблица 2

Экспериментальные значения отклонений адресоносителя

Параметр отклонения		Математи-ческое ожидание	Дис- пер- сия	Коэффи-циент корреляции	Коэффициент регрессии	Ампли- туда
Значение параметра, мм	в плоскости движения	– 2,70	35,30	– 0,50	– 0,85	± 16
	перпендикулярно движению	5,70	20,00	– 0,64	– 16,00	±16

Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных значений отклонений адресоносителя показал, что погрешность расчетного значения зоны отклонений адресоносителя от стационарных блоков УАА для ПКТ–500 не превышает 7 %, что следует признать приемлемым для ПТМ.

Для оценки степени соответствия экспериментальных распределений отклонений адресоносителя теоретическим воспользуемся критерием А. Н. Колмогорова. С этой целью вычислим значения Р(), определяющие степень соответствия экспериментальных кривых теоретическим в зависимости от коэффициентов , определяющих уровни значимости. Результаты расчетов представлены в табл. 3.

Из проведенных расчетов находим: для плоскости в направлении движения , соответственно Р()=0,96; для плоскости, перпендикулярной движению, , соответственно Р()=0,914. Полученные значения свидетельствуют о соответствии распределений отклонения адресоносителя нормальному закону.

На основании полученных расчетных выражений, с учетом погрешности расчета и округления до целочисленных значений, максимальная величина зазора взаимодействия адресоносителя со стационарными блоками УАА для ПТК-500, при которой отсутствует силовое взаимодействие, определена равной 40 мм.

Таблица 3

Результаты расчета экспериментального и теоретического распределения

отклонений адресоносителя в плоскостях движения / перпендикулярно движению

№ интер-вала	Границы интер-вала, мм	Сере-дина интер-вала, мм	Частота m	Частость W	Нако-пленная частость WH		0.5Ф(t)	FH(x)	P
5	-12; +12	-10	43	0,132	0,189	-1,21	-0,3869	0,0131	0,1759
			5	0,015	0,015	-2,61	-0,4955	0,0047	0,0103
6	-8; +8	-6	62	0,19	0,379	-0,55	-0,2088	0,2912	0,0878
			2	0,006	0,021	-1,783	-0,4625	0,359	-0,0149
7	-4; +4	-2	88	0,27	0,649	0,11	0,0438	0,5438	0,1052
			11	0,03	0,051	-1,283	0,3997	0,0968	-0,0458
8	0; 4	+2	75	0,25	0,899	0,78	0,2823	0,7823	0,1167
			104	0,32	0,371	-0,61	-0,2291	0,2743	0,0967
9	4; 8	6	27	0,083	0,982	1,45	0,4265	0,9265	0,0555
			99	0,304	0,675	-0,05	0,0199	0,5199	0,1511
10	18; 14	10	11	0,033	1,015	2,1	0,4821	0,9821	0,0329
			83	0,255	0,93	0,71	0,2611	0,7580	0,172

Кроме зависимостей, определяющих величину зазора взаимодействия блоков УАА, необходимо определить динамические характеристики этого взаимодействия. Известно, что скоростная диаграмма грузонесущего устройства ПТМ выбирается с учетом технологических требований и динамического параметра, определяющего периоды разгона и торможения, в течение которых грузонесущие механизмы подвергаются циклическим нагрузкам. Отсюда вытекает задача нахождения области устойчивой работы весоизмерительного блока САУ ПТМ, определяемой параметрами его УЭ. Технические требования к УЭ определяются режимами работы системы, в состав которой он входит. Нами рассмотрена структура весоизмерительного устройства крана-штабелера, которая включает три последовательно соединенных звена: апериодическое (инерционное) звено, замещающее приемный бункер груза: где
K1 – передаточный коэффициент, T1 – постоянная времени звена; р – оператор Лапласа; колебательное звено, замещающее упругое кольцо: где К2 – передаточный коэффициент, Т3, Т2 – постоянные времени звеньев; усилительное звено (коэффициент усиления): W3(p) = К3.

Общая передаточная функция системы весоизмерительного устройства

. (10)

Осуществив обратное преобразование Лапласа при нулевых начальных условиях, получим дифференциальное уравнение движения весоизмерительной системы:

. (11)

Данное уравнение позволяет определить область устойчивой работы системы с передаточной функцией по выражению (10). Для качественной работы весоизмерительной системы необходимо подобрать такие ее параметры, при которых будет обеспечено минимальное время регулирования. Например, характеристики грузоподъемного устройства известного крана-штабелера КШ-500 требуют обеспечения проектной жесткости упругого кольца порядка 10 000 Н/мм. В известных весоизмерителях жесткость УЭ примерно на порядок ниже.

Результаты исследований, выполненных во второй главе, составили основу научного обеспечения проектирования блоков УАА и весоизмерительных устройств.

Третья глава посвящена разработке математических моделей оптимизационного расчета адресоносителей с учетом материала, формы, размеров и взаимного расположения магнитов информационного носителя УАА, представляющих собой множество информационных элементов, обработка которых осуществляется на множестве А. Получены аналитические и экспериментальные зависимости, определяющие распределение магнитного поля магнитов адресоносителя в пространстве с учетом влияния размагничивающего фактора и внешних возмущений; разработана методика и представлены результаты расчета адресоносителей, работающих на принципе поворота постоянного магнита с последующей фиксацией; разработаны конструкции адресоносителей на принципе перемагничивания и поворота постоянных магнитов.

При разработке математических моделей оптимизационного расчета в качестве варьируемых факторов были выбраны материалы постоянных магнитов, длина lм и сечение Sм магнитов, величина воздушного зазора lв расстояние между магнитами А, внешнее магнитное поле Нвнеш. Ограничения задавались в виде неравенств для всех варьируемых параметров. В качестве критерия оптимизации выбран минимальный объем магнитного информационного элемента.

Установлено, что для адресоносителей, работающих на принципе бесконтактного взаимодействия со стационарными блоками УАА, определяющим является распределение в пространстве магнитного поля, входящих в конструкцию постоянных магнитов. В свою очередь, для нахождения указанного распределения необходимо знать отношение длины магнита к его сечению и степень взаимного влияния соседних магнитов адресоносителя.

Если Вм – магнит­ная индукция, Hм – напряженность поля в магнитном материале, а Vв, Вв и Hв – соот­ветственно объем, магнитная индукция и напряженность поля в воздушном зазоре, тогда искомый объем магнита может быть определен по известному выражению:

, (12)

где – постоянная, зависящая от соотношения размеров и рассеяния потока магнита.

Данная постоянная может быть определена приближенно расчетным путем, но более точно и чаще всего она определяется эмпирически. Однако из выражения (12) не видно, каким должно быть отношение длины магнита к его поперечному сечению.

Были получены выражения, позволяющие определить соответственно длину и сечение магнитов, создающих магнитные потоки на уровне полезного сигнала в рабочем объеме взаимодействия адресоносителя с адресователем и считывателем информации:

lм=c Hв lв / Hм, (13)

Sм=с Вв Sв / Вм. (14)

где с = 4 lв / l м – поправочный коэффициент, учитывающий эффект размагничивания.

При разработке адресоносителей магниты объединяются в систему, что накладывает дополнительные условия на выбор их параметров. Материал, форму и размеры разнесенных магнитов адресоносителя определяли из следующих соображений. Во-первых, магнит должен создавать полезный сигнал H1 требуемой величины при максимальном зазоре и одновременно при максимальном смещении L адресоносителя в направлении перпендикулярном движению, а также при воздействии поля противоположной полярности H2 соседнего магнита, находящегося на расстоянии А (рис. 4, а). Во-вторых, магнит должен создавать необходимый полезный сигнал H1 при минимальном зазоре и максимальном смещении L адресоносителя в направлении, перпендикулярном движению (рис. 4, б). В-третьих, единичный магнит должен создавать требуемый полезный сигнал H1 в зоне считывания информации во всех остальных промежуточных положениях адресоносителя. Наконец, при и L = max магнитный поток H1, создаваемый единичным сигналом, не должен иметь направление, противоположное полезному сигналу.

а) б)

Рис. 4. Схемы взаимодействия магнитов в зоне считывания информации

при максимально возможных отклонениях адресоносителя:

а – с максимальным зазором, б – с нулевым зазором

Проведенными исследованиями установлено, что выполнение вышеуказанных требований возможно при использовании магнитов цилиндрической формы, при этом индукция магнита должна быть не менее 1,1 Тл, а коэрцитивная сила не более 50 кА/м. Наиболее полно данные параметры обеспечивают сплавы Fe—Аl—Ni и Fe—Аl—Ni—Со, в частности, ЮНДК 24 и ЮНДК 25.

Для проверки полученных рекомендаций по выбору материала, формы и размеров постоянных магнитов были проведены экспериментальные исследования адресоносителей двух конструктивных исполнений: в виде сплошной магнитной пластины и разнесенных магнитов цилиндрической формы.

На первом этапе исследовали наиболее распространенные в настоящее время адресоносители в виде сплошной магнитной пластины, изготовленной из материала «Викаллой I» толщиной 0,4 мм. Намагничивание пластин до насыщения осуществлялось по четырем дорожкам. По результатам исследований строили кривые распределения магнитных полей (рис. 5, 6) адресоносителя.

Рис. 5. Кривые распределения полей Рис. 6. Кривые распределения полей

пятой и шестой групп адресов первой – четвертой групп адресов

Установлено, что пятая и особенно шестая группа адресов имеют настолько ослабленное магнитное поле крайней дорожки, подавленное соседними согласными полюсами трех дорожек, что оно становится соизмеримым с полем Земли. Необходимые значения напряженности магнитного поля, превышающие магнитное поле Земли, обеспечивают 1 – 4 группы адресов на расстояниях до адресоносителя менее 15 мм. Таким образом, при числе адресов, не превышающем 16, использование адресоносителя в виде сплошной пластины предпочтительно только из-за простоты конструкции. Увеличение числа дорожек свыше четырех нецелесообразно, так как еще большая их часть будет неработоспособна из-за взаимного влияния. Выявлено, что для бесконтактной работы УАА с зазорами более 15 мм необходимо использовать разнесенные магниты цилиндрической формы.

На втором этапе исследовали распределения магнитных полей разнесенных постоянных магнитов из материалов ЮНДК24 и ЮНДК25 цилиндрической формы с габаритными размерами: 2020; 1020; 1010; 55; мм. Проведенные исследования позволили установить наилучшую, с точки зрения минимальных габаритных размеров, конструкцию адресоносителя, функционирующего на ПТК–500 (материал магнита ЮНДК24 или ЮНДК25БА; форма магнита – цилиндрическая; габаритные размеры: диаметр – 10мм, длина – 10 мм; межосевое расстояние между магнитами – 60 мм).

Принцип действия рассмотренных адресоносителей заключен в перемагничивании магнитов и имеет ряд существенных недостатков: высокие энергетические затраты при перемагничивании, невозможность использования магнитов с большой коэрцитивной силой, смещение магнитных осей магнитов при отклонениях адресоносителя и др. С целью устранения указанных недостатков были разработаны магнитные адресоносители, использующие оригинальный способ записи информации. Данный способ заключается в повороте магнита на определенный угол, как правило на 180°, по произвольной траектории в ограниченной выемке корпуса адресоносителя.

Схема базовой конструкции адресоносителя (А. с. 609694) с поворотным цилиндрическим магнитом показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема базовой конструкции

адресоносителя с поворотным магнитом: 1 – постоянный магнит; 2 – выемка в корпусе; 3 – корпус; 4 – торец магнита;

5 – основание выемки;

6 – боковые поверхности выемки

В процессе записи информации, под действием внешнего магнитного поля Нвнеш магнит 1 поворачивается на 180° в выемке 2 адресоносителя 3 и фиксируется одним из торцев 4 по дну выемки 5. Поворот магнита возможен лишь в одной плоскости за счет ограничивающих боковых поверхностей 6.

Разработаны также конструкции адресоносителей на принципе поворота магнита (А.с. 821345,
А.с. 923934), использующие принцип «физического маятника», которые позволяют стабилизировать векторы магнитных полей адресоносителя при всех возможных его отклонениях и в которых значительно уменьшается момент трения.

Эффективность процесса записи информации в адресоносителях на принципе поворота магнита определяется вращающим моментом, который может развивать постоянный магнит. Для поворота магнита на 180° необходимо, чтобы вращающий момент был равен или превышал величину момента трения. Для определения величины вращающего момента было получено выражение, связывающее его с параметрами магнита адресоносителя и значением внешнего магнитного поля:

Mвр =(BМ+0HМ )VМHвнеш sin, (15)

где – угол между векторами внешнего магнитного поля и поля магнита.

Формула (15) справедлива при условии, что влиянием поля магнита можно пренебречь.

Таким образом, результаты выполненных во второй и третьей главах теоретико-экспериментальных исследований позволяют осуществить выбор параметров магнитов адресоносителей и установить распределение этих параметров в пространстве взаимодействия адресоносителя с адресователем и считывателем информации.

Четвертая глава посвящена разработке математических моделей электромагнитных устройств записи информации (адресователей), осуществляющих аппаратную реализацию матрицы на выявленном множестве с учетом ограничений (2). Предложены методики расчета схем намагничивания постоянных магнитов адресоносителя, работающих на принципе однополупериодного питания и питания путем разряда емкости через обмотки адресователя. Приведены результаты экспериментальных исследований адресователей с броневыми сердечниками, работающих на принципе перемагничивания постоянных магнитов. Определены необходимые условия процесса записи информации путем поворота постоянного магнита.

Традиционно расчет электромагнитных намагничивающих устройств связан с учетом следующих факторов: материалом и размерами перемагничиваемого магнита, размерами и формой адресователей, магнитной проницаемостью магнитопровода, расположением обмоток относительно зазора.

Как установлено в гл. 2, при условии бесконтактной записи информации УАА перемагничивание осуществляется в зазорах, равных десяткам миллиметров, в этом случае приращение индукции и средняя магнитная проницаемость магнитопровода существенно снижаются. Нами получено выражение, определяющее зависимость значения внешнего магнитного поля от напряженности и индукции магнитного поля в магнитопроводе при наличии воздушного зазора:

, (16)

где l – длина средней магнитной линии адресователя.

Уравнение (16) показывает, что для создания в сердечнике индукции Вм, напряженность внешнего магнитного поля Нвнеш должна быть увеличена на величину , при этом повышается остаточная индукция сердечника, а средняя магнитная проницаемость уменьшается. Снижение напряженности магнитного поля в зазоре адресователя негативно сказывается на процессе перемагничивания магнитов адресоносителя. Для устранения указанных недостатков предлагается создавать в магнитопроводе адресователя размагничивающее поле путем подачи на обмотки катушек тока противоположной полярности (размагничивающего тока). Такой ток способствует размагничиванию сердечника, снижает остаточную индукцию, а средняя магнитная проницаемость оказывается более высокой, чем при отсутствии размагничивающего тока. В этом случае процесс намагничивания осуществляется чередованием намагничивающего и размагничивающего токов, по предельному циклу, при этом значение размагничивающего тока составляет 10 … 15 % от намагничивающего. Кроме того, размагничивающий ток осуществляет стабилизацию магнитов адресоносителя, информационные сигналы которых при этом входят в заданные пределы.

Для намагничивания постоянных магнитов адресоносителей, коэрцитивная сила которых превышает 10 кА/м, разработаны (А. с. № 695927) конструкции адресователей, содержащие С-образные магнитопроводы с закрепленными намагничивающими катушками (НК) на прилегающих к зазору полюсах, а также импульсные схемы их намагничивания путем разряда емкости и однополупериодного питания. Основная особенность импульсного питания обмоток адресователя состоит в том, что протекание всех электромагнитных процессов в его сердечнике характеризуется высокой скоростью, а также большим различием между длительностью импульсов и периодом их повторения. При рассмотрении процессов намагничивания активные сопротивления обмоток, индуктивности рассеяния и паразитные емкости НК можно не учитывать, т.к. на процессы, протекающие собственно в сердечнике, они оказывают незначительное влияние. Такие допущения позволяют рассматривать НК как реактивную катушку со стальным сердечником. В этом случае напряженность магнитного поля в зазоре адресователя, имеющего С-образный магнитопровод, определяется выражением:

(17)

где max – максимальный ток в катушках; n – число витков в катушке; 0,793 – коэффициент рассеивания.

Как видно из выражения (17), для определения напряженности поля в зазоре выбранной конст­рукции адресователя необходимо знать величину максимального тока в его катушках.

Для импульсного метода намагничивания с использованием разряда емкости (рис. 8) ток разряда конденсатора через катушки может быть определен из выражения:

, (18)

где ;.

Нами выбран колебательный режим разряда емкости, осуществляющий указанное выше чередование импульсов. Используя выражение (18), подбирались параметры разрядной емкости С, а также активного сопротивления R и индуктивности L катушек, при которых осуществляется необходимый процесс намагничивания и частичного размагничивания магнитов адресоносителя. Недостатком рассмотренного режима питания НК является относительно низкое быстродействие.

Намагничивающие устройства, использующие однополупериодные импульсы, отличаются простой схемой управления по­лярностью импульсов, протекающих через обмотку намагничивания, и обладают большим быстродействием. Максимальное значение тока, проходящего через катушки, равно:

(19)

Проведенные теоретические исследования позволяют осуществить расчет и конструирование адресователей, создающих магнитное поле необходимой величины в пространстве взаимодействия адресователя и магнитного адресоносителя, в котором осуществляется процесс перемагничивания.

Рис. 8. Схема намагничивания с Рис. 9. Схема к расчету адресователя:

тиристорным ключом 1 – адресователь, 2 – адресоноситель

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); – 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 = 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 Мвр, 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 момента трения, получено выражение для определения указанного расстояния:

(21)

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

Рис. 10. Схема устройства записи информации

путем поворота магнита:

1 – постоянный магнит, 2 – выемка в корпусе,

3 – адресоноситель, 4 – торец магнита, 5 – дно выемки,

6 – адресователь, 7 – сердечник, 8 – обмотка,

9 – магнитное поле

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 µТ 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/ G 40 мкВ/.

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 3510-4 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 = 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.

а) б)

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

f = FRC/I, (25)

где С = 1/Ec[0,5F(/2–0,25sin2) + FB/A(cos –1)] +1/E[0,5F(/2–/2+0,25sin 2) +

+ FB/A(–1–cos)]; Е – модуль упругости материала кольца; I – момент инерции тонкостенного поперечного сечения кольца; R – средний радиус кольца; с – отношение высоты прилива к диаметру кольца; – конструктивный угол прилива (рис. 14, б); А = +с( – ); В = 0,5[cos (c – 1)+ (c + 1)].

Для проверки адекватности полученного выражения проведены экспериментальные исследования (табл. 5) кольца с параметрами: Н = 40 мм, b = 60 мм, Rср= 88 мм, = 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.

Рис. 15. Весоизмерительное устройство с последовательной работой колец: 1 – основное упругое кольцо; 2 – верхняя ось; 3 – дополнительное упругое кольцо; 4 – электромагнит; 5 – плита

Рис. 16. Весоизмерительное устройство с параллельной работой колец: 1 – основное упругое кольцо; 2 – пластина; 3 – дополнительное упругое кольцо; 4 – плита

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 Рис. 18. Функциональная схема программного

управления блоками последовательной управления

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 Fk 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,
   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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. Антонец, И. В. Определение рабочих зазоров устройств адресования подвесных конвейеров / Механизация и автоматизация производства. – 1977. – № 5. – С. 29 – 32.
14. 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.
15. 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.
16. 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:

17. 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.
18. Антонец, И. В. Децентрализованные электромагнитные устройства ав­томатического адресования для транспортных механизмов ГПС / И. В.Антонец. – М. : ВНИИТЭМР, 1986. – 40 с.
19. 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.
20. Антонец, И. В. Динамика упругого кольца силоизмерительного устройства / И. В. Антонец, А. В. Фионова // Научные труды международ. конф. «Технологии – 96». – Новгород, 1996.
21. 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.
22. Антонец, И. В. Для повышения надежности кранов-штабелеров / И. В. Антонец, И. Л. Худобин // Подъемно-транспортная техника и склады. – 1989. – № 4. – С. 24 – 25.
23. Антонец, И. В. Исследование силоизмерительного устройства с упругим чувствительным элементом кольцевого типа и фотоэлектриче­ским датчиком /
    И. В. Антонец, Д. А. Пильщиков // Сб. статей МНТК «Проблемы машиностроения и технологии на рубеже веков». – Пенза: ПГУ, 2003. – Ч. 2. – С. 120 – 122.
24. 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.
25. Антонец, И. В. Устройства и методы управления штабелерами-манипуляторами / И. В. Антонец. – М. : ВНИИТЭМР, 1987. – 44 с.
26. 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.
27. Еремин, Н. В. Определение параметров упругого кольца весоизмерителя для автоматического дозатора / Н. В. Еремин, И. В. Анто­нец // Вестник
    УлГТУ. – Машиностроение, строительство. – 1999. – № 3. – С. 17 – 19.
28. Фионова, А. В. Оптимизационный расчет силоизмерительных устройств с последовательной и параллельной работой колец / А. В. Фио­нова,
    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:

29. 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.
30. 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.
31. 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.
32. 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.
33. 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.
34. 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.
35. 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.
36. 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.
37. 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.
38. 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.
39. 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.
40. 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.
41. 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.
42. 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.
43. 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.
44. 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.
45. 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.
46. 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.
47. 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.
48. 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.
49. 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.
50. 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.

Антонец Иван Васильевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЕСКОНТАКТНЫХ

ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ УСТРОЙСТВ АДРЕСОВАНИЯ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ

ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано в печать _____.2008. Формат 60х84/16.

Бумага писчая. Усл. печ. л. ____. Уч.-изд. л. _____

Тираж 100 экз. Заказ

Ульяновский государственный технический университет,

432027, г. Ульяновск, Северный Венец, 32.

Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, Северный Венец, 32.