Моделирование механики контактного взаимодействия опорных элементов шагающих роботов при больших тяговых усилиях

Чернышев Вадим Викторович
д.т.н., Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ), доцент, профессор кафедры «Теоретическая механика», 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, д. 28, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Гончаров Антон Александрович
к.т.н., ВолгГТУ, с.н.с., 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, д. 28, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Арыканцев Владимир Владимирович
ВолгГТУ, ассистент кафедры «Автоматические установки», 400005, Волгоград, пр. им. Ленина, д. 28, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 14 декабря 2018 года.

Аннотация
При проведении грунтовых работ в условиях дефицита сцепного веса, например, обусловленного ослабленной гравитацией, шагающий движитель может обеспечить более высокие тягово-сцепные свойства в сравнении с колесными и гусеничными машинами. В работе обсуждаются методика и некоторые результаты конечно-элементного моделирования механики контактного взаимодействия опорных элементов (стоп) шагающих машин со слабонесущими грунтами с учетом их достаточно больших деформаций. Сформулирована контактная задача для жестких стоп различной формы, взаимодействующих с упругопластичной опорной поверхностью. Использовалась обратная постановки задачи - определялись реакции грунта на кинематическое возмущение, эквивалентное действию нормальной нагрузки, создающей пластическую деформацию грунта, и касательной нагрузки, имитирующей относительное скольжение стопы. Реализован двухэтапный итерационный алгоритм решения рассматриваемой нелинейной задачи в вычислительной системе конечно-элементного анализа ANSYS. Показано, что при больших деформациях грунта дефицит сцепного веса может быть компенсирован существенным ростом коэффициента сцепления.

Ключевые слова
Шагающие роботы, планетоходы, ослабленная гравитация, тягово-сцепные свойства, контактное взаимодействие, математическое моделирование, механика грунтов.

Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проекты № 18-38-00624, № 18-41-340010, администрации Волгоградской области и стипендии президента РФ СП-5102.2018.1.

DOI
https://doi.org/10.31776/RTCJ.7107

Индекс УДК 

629.785:621.865.8-182.3

Библиографическое описание 
Чернышев В.В. Моделирование механики контактного взаимодействия опорных элементов шагающих роботов при больших тяговых усилиях / В.В. Чернышев, А.А. Гончаров, В.В. Арыканцев // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 7. - №1. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2019. – С. 53-57.

Литература

1. Сравнительный анализ колёсных, гусеничных и шагающих машин / Е.С. Брискин [и др.] // Робототехника и техническая кибернетика. – 2013. – № 1. – C. 6-14.
2. Чернышев В.В. Полевые исследования шагающих машин / В.В. Чернышев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2004. – №4. – C. 20-22.
3. Гуськов В.В. Тракторы. Теория / В.В. Гуськов // Москва: Машиностроение. – 1988. – 376 с.
4. Арыканцев В.В. Подводные исследования тягово-сцепных свойств и проходимости шагающего аппарата МАК-1 / В.В. Арыканцев, В.В. Чернышев // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 10. – C. 169-178.
5. Design and underwater tests of subsea walking hexapod MAK-1 / V.V. Chernyshev, V.V. Arykantsev [et al] // Proceedings of the ASME 2016 35th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE2016 (Busan, South Korea, June 19-24, 2016). – 2016. – P. 9.
6. Кемурджиан А.Л. Планетоходы / А.Л. Кемурджиан. – Москва: Машиностроение. – 1993. – 400 с.
7. Чернышев В.В. МАК-1 – подводный шагающий робот / В.В. Чернышев, В.В. Арыканцев // Робототехника и техническая кибернетика. – 2015. – № 2. – С. 45-50.
8. Годжаев З.А. Метод построения эпюр касательных напряжений в зоне контакта бук-сующего колеса с почвой / З.А. Годжаев, А.В. Русанов, В.Ю. Ревенко // Тракторы и сельхозмашины. – 2017. – № 5. – С. 39-47.
9. Чернышев В.В. Моделирование взаимодействия стопы шагающего движителя с водонасыщенными грунтами / В.В. Чернышев, В.В. Арыканцев // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. – 2015. – № 4. – C. 21-38.
10. Chernyshev V.V. Modeling of vibroimpact processes which occurs in feet changing of the walking units at viscoelastic grounds / V.V. Chernyshev, A.A. Goncharov, V.V. Arykantsev // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 176. – Pp. 387-393.

Полный текст статьи (pdf)