Разработка методов анализа и синтеза новых классов механизмов и технологических процессов для машин новых поколений. (Тема 1-13)

1. Объектом исследования является анализ и синтез сложных технических систем и технологических процессов для создания робототехнических комплексов. Цель работы – разработка структуры и состава интеллектуального технологического комплекса, системы управления и алгоритмического обеспечения для управления комплексом, выполняющим финишную обработку пера лопаток ГТД. В процессе работы синтезирована структура интеллектуального технологического комплекса, дано описание системы управления и алгоритмического обеспечения для управления, также проводился морфологический анализ. В результате проведенных исследований разработана и обоснована структура интеллектуального технологического комплекса предназначенного для финишной обработки пера лопаток газотурбинных двигателей. Решена обратная задача кинематики и получена имитационная модель для проверки и выбора программы обработки. 2. Проведены синтез и классификация структурных и кинематических схем механизмов параллельной структуры, существенно расширяющих класс l – координатных механизмов. Разработан метод структурного синтеза новых механизмов, основой которого является перенесение точек крепления приводов на промежуточные звенья. Получены теоретические закономерности проектирования структурных схем l – координатных механизмов, для которых имеет место аналитическое решение задач о положениях. Разработан новый метод кинематического анализа и решения задач о положениях для расширенного класса l – координатных механизмов, основанный на винтовом исчислении. 3. За отчетный период велось два основных направления исследований: - Многокритериальная оптимизация динамической системы методами теории аналогичности и важности критериев. - Составление и уточнение математической модели пластинчатого пневмомотора и идентификация его параметров. По первому направлению исследований решается задача многокритериальной оптимизации динамической модели с использованием методов теории аналогичности и важности критериев. Объектом приложения служит предложенная авторами оригинальная модель позиционной системы с двумя гидроприводами, перемещающими тяжелый объект в согласованном режиме с заданной точностью. В целях уменьшения количества оптимизируемых параметров математическая модель системы представлена в безразмерной форме с выделением трех безразмерных критериев оптимизации, которые характеризуют точность, размеры и качество динамического процесса позиционирования. Показано что применением метода важности критериев существенно уменьшает множество Паррето (множество наилучших решений). Это открывает возможность сведения множества оптимальных решений к одному решению, что значительно облегчает выбор параметров при конструировании механического объекта. Объектом исследования является достаточно сложная модель манипулятора, предназначенного для подъема тяжелого, громоздкого груза с помощью двух параллельно и синхронно работающих гидроприводов. Целью работы является проведение исследования математической модели в безразмерных параметрах с выделением трех безразмерных критериев оптимизации, которые характеризуют точность, размеры и качество динамического процесса позиционирования на примере управления движением двух синхронно работающих поршневых гидравлических приводов. Применение метода важности критериев существенно уменьшает множество Паррето (множество наилучших решений) и позволяет свести множества оптимальных решений к одному решению. Тем самым значительно облегчается выбор параметров при конструировании механического объекта. Новизна результатов заключается в разработанных авторами подходах, основанных на интерактивной процедуре синтеза динамических систем, рационализации их математических моделей, методах согласования процессов динамики и управления отдельных блоков, а также активном использовании теории подобия и, в особенности, теории аналогичности, в целях обобщения результатов. Для решения поставленной задачи была составлена математическая модель приводной системы, которая по методике теории аналогичности трансформируется в безразмерную форму. Переход к безразмерным параметрам основан на методике теории аналогичности. По второму направлению исследований рассматриваются некоторые вопросы, связанные с уточнением математической модели пластинчатого ПМ, которым, по мнению авторов, не было уделено достаточного внимания в многочисленных работах по данной тематике. Это в свою очередь позволит более обоснованно подойти к проектированию пластинчатых ПМ с улучшенными характеристиками, в том числе и энергоэффективности. В работе используется процедура векторной параметрической идентификации, основанная на методе исследования пространства параметров путем сравнения расчетных (для принятой математической модели) и экспериментальных характеристик исследуемого ПМ, с учетом критериальных и параметрических ограничений. Данный подход реализован в программном комплексе MOVI (Multicriteria Optimization and Vector Identification). Это позволяет вести расчеты в диалоговом режиме и достаточно быстро находить Парето-оптимальные решения (вектор искомых параметров), когда улучшение одного из критериев приводит к ухудшению другого. Объектом исследования является модель пластинчатого пневмомотора с радиальным расположением пластин. Целью работы является получение оценок влияния тепла от трения пластин на термодинамические процессы в рабочих полостях ПМ; учет дополнительного момента сопротивления от трения в подшипниках качения ротора; получение удобной для инженерных расчетов модель утечек рабочего тела из полостей ПМ, эффективные сечения каналов которых достаточно просто оцениваются одним из методов идентификации параметров, путем сравнения экспериментальных и расчетных (в рамках принятой математической модели) механических и расходных характеристик ПМ. Для решения поставленных задач была составлена математическая модель пневмопривода с радиальным расположением пластин. 4. Объектом исследования является широкий класс машин, применяющихся в различных отраслях экономики: токарные и фрезерные станки, станки с ЧПУ, механизмы параллельной структуры и пр. Цель работы заключается в разработке методов анализа, моделирования и проектирования современных машин для различных применений, а также в новых подходах и новых знаниях о сложных механических системах. При выполнении работы использовались современные методы моделирования, основанные на законах физики и механики, а также оригинальные (разработанные авторами отчета) методики анализа и расчета. Основные результаты включают исследования динамики автоколебательной системы возбуждения в ультразвуковых технологических машинах; разработку теории и алгоритмов, позволяющих ускорить вычисление множества Парето – оптимальных решений с заданной точностью; применение принципа многопоточности передачи механической энергии для получения новых свойств и функций механизмов параллельной структуры; исследования методов коррекции с целью повышения точности многокоординатных машин с ЧПУ в реальном времени. Полученные теоретические результаты могут быть использованы при реальных расчетах в машинах и машинных конструкциях, энергетическом оборудовании, объектах машиностроения и приборостроения и в других отраслях техники. Значимость результатов заключается, прежде всего, в получении новых научных результатов и знаний в области теории технологических процессов, теории колебаний, кинематики и динамики механизмов и машин, теории и практики ультразвуковых технологических систем. Практическая ценность полученных результатов заключается в разработке принципиально новых схем механизмов, которые являются основой создания оригинальных конкурентоспособных машин, отличающихся широкой функциональностью и высокой энергоэффективностью. 5. Основные результаты данного раздела сконцентрированы на исследовании современных научных вопросов, возникающих в нелинейной динамике систем различной природы, прежде всего это динамические системы вихревой динамики, описывающие эволюцию вихревой подсистемы в классической идеальной жидкости и квантовой жидкости, задачи небесной механики, динамики космического полета. Научная новизна полученных результатов, может быть охарактеризована, во-первых, использованием современного математического аппарата теории устойчивости, метода нормальных форм, топологических методов бифуркационного анализа. Актуальность исследований обоснована публикациями в международных высокорейтинговых научных журналах, которые посвящены вопросам, изложенным в данном разделе отчета. Исследования устойчивости движений и положений равновесия механических систем, служащих моделями гироскопических систем, а также искусственных спутников Земли обладают несомненной практической значимостью. В данном разделе исследованы устойчивость и бифуркации центральной конфигурации в плоской ограниченной задаче четырех тел, проведен нелинейный анализ устойчивости коллинеарной точки либрации в плоской круговой ограниченной фотогравитационной задаче трех тел, обнаружены новые типы бифуркационных диаграмм в задаче о движении вихрей в ограниченной области, имеющей аксиальную симметрию.