Экспериментальное определение коэффициента сцепления колесных робототехнических устройств с ферромагнитной поверхностью

Робототехнические устройства, перемещающиеся по ферромагнитным поверхностям, применяют для обследования и ремонта резервуаров, корпусов морских судов и металлических сооружений. Контакт между колесами устройств и поверхностью обеспечивают постоянные или переменные магниты. Перемещается устройство только при обеспечении достаточного сцепления колес с опорной поверхностью. Сцепление характеризуется коэффициентом, зависящим от многих факторов, включая материалы поверхностей и их физическое состояние. Коэффициент сцепления определяют экспериментальным путем. Исследовано влияние на коэффициент сцепления слоя краски и коррозии на поверхности. Предложена экспериментальная установка, позволяющая находить коэффициент сцепления в движении при наличии проскальзывания. При натурном эксперименте использована крашеная ферромагнитная поверхность с язвенной, равномерной коррозией и без нее. Варьируемыми параметрами являлись нагрузка робототехнического устройства и скорость скольжения. Установлено, что на некрашеных поверхностях увеличение скорости скольжения приводит к уменьшению коэффициента сцепления, на крашеных — коэффициент сцепления остается почти неизменным.
EDN: MKSUHP, https://elibrary/mksuhp

Литература

[1] Сырых Н.В., Чащухин В.Г. Роботы вертикального перемещения с контактными устройствами на основе постоянных магнитов: конструкции и принципы управления контактными устройствами. Известия РАН. Теория и системы управления, 2019, № 5, с. 163–173, doi: https://doi.org/10.1134/S0002338819050135

[2] Серебренный В.В., Лапин Д.В., Мокаева А.А. Экспериментальные исследования динамики мобильного робота с механизмом вертикального перемещения на магнитных гусеничных движителях. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2020, № 4, с. 68–75, doi: https://doi.org/10.31857/S0235711920040136

[3] Fan J., Yang C., Chen Y. et al. An underwater robot with self-adaption mechanism for cleaning steel pipes with variable diameters. Ind. Robot, 2018, vol. 45, no 2, pp. 193–205, doi: https://doi.org/10.1108/IR-09-2017-0168

[4] Song W., Jiang H., Wang T. et al. Design of permanent magnetic wheel-type adhesion-locomotion system for water-jetting wall-climbing robot. Adv. Mech. Eng., 2018, vol. 10, no. 7, art. 168781401878737, doi: https://doi.org/10.1177/1687814018787378

[5] Градецкий В.Г., Князьков М.М. Состояние и перспективы развития роботов вертикального перемещения для экстремальных сред. Робототехника и техническая кибернетика, 2014, № 1, с. 9–16.

[6] Корягин С.И., Великанов Н.Л., Шарков О.В. Применение мобильных устройств магнитного типа для очистки поверхностей корпусов судов. Морские интеллектуальные технологии, 2022, № 2–1, с. 57–65, doi: https://doi.org/10.37220/MIT.2022.56.2.007

[7] Tavakoli M., CarlosViegas C., Marques L. et al. OmniClimbers: Omni-directional magnetic wheeled climbing robots for inspection of ferromagnetic structures. Rob. Auton. Syst., 2013, vol. 61, no. 9, pp. 997–1007, doi: https://doi.org/10.1016/j.robot.2013.05.005

[8] Yanqiong F.E.I., Libo S. Design and analysis of modular mobile robot with magnetic wheels. WSEAS Trans. Appl. Theor. Mech., 2008, vol. 3, no. 12, pp. 902–911.

[9] Балакина Е.В. Расчет коэффициента сцепления устойчивого эластичного колеса с твердой опорной поверхностью при наличии боковой силы. Трение и износ, 2019, т. 40, № 6, с. 756–765.

[10] Молев Ю.И., Прошин Д.Н., Черевастов М.Г. Статистические результаты определения коэффициента сцепления шин с дорогой на основе данных, приведенных в автомобильных журналах Российской Федерации. Транспортные системы, 2022, № 3, с. 19–22, doi: https://doi.org/10.46960/2782-5477_2022_3_19

[11] Колесникович А.Н., Выгонный А.Г., Гончарко А.А. и др. Расчетная оценка влияния коэффициентов сцепления на силовые и мощностные показатели в приводе сдвоенных колес самосвала особо большой грузоподъемности при повороте. Актуальные вопросы машиноведения, 2021, т. 10, с. 97–100.

[12] Lian Y., Liu S., Sun Z. et al. A braking force distribution strategy for four-in-wheel-motor-driven electric vehicles on roads with different friction coefficients. Int. J Automot. Technol., 2021, vol. 22, no. 4, pp. 1057–1073, doi: https://doi.org/10.1007/s12239-021-0095-2

[13] Ping X., Cheng S., Yue W. et al. Adaptive estimations of tyre–road friction coefficient and body’s sideslip angle based on strong tracking and interactive multiple model theories. P. I. Mech. Eng. D.-J. Aut., 2020, vol. 234, no. 14, pp. 3224–32381, doi: https://doi.org/10.1177/0954407020941410

[14] Соустова Л.И., Чуйко И.Ю. Определение коэффициента сцепления колеса с дорогой расчетно-экспериментальным путем. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2019, № 2, с. 68–77, doi: https://doi.org/10.26731/1813-9108.2019.2(62).68-77

[15] Гончарова М.А., Бондарев Б.А., Акчурин Т.К. Определение коэффициента сцепления колес автотранспорта с дорожной разметкой. Транспортные сооружения, 2019, т. 6, № 3, doi: https://doi.org/10.15862/37SATS319

[16] Бочкарев Д.И., Шаповалов В.М., Петрусевич В.В. и др. Методология оценки воспроизводимости коэффициента сцепления асфальтобетонного покрытия при его профилактической обработке в лабораторных и реальных условиях дорожных испытаний. Автомобильные дороги и мосты, 2019, № 1, с. 25–30.

[17] Hsu C-Y., Ni S-P., Hsiao T. Look-up table-based tire-road friction coefficient estimation of each driving wheel. IEEE Contr. Syst. Lett., 2022, vol. 6, pp. 2168–2173, doi: https://doi.org/10.1109/LCSYS.2021.3137722

[18] Tung N.T. Experimental analysis for determination of longitudinal friction coefficient function in braking tractor semi-trailer. Int. J. Eng. Trans. A: Basics, 2021, vol. 34, no. 7, pp. 1799–1803, doi: https://doi.org/10.5829/ije.2021.34.07a.24

[19] Корсун А.А., Иванов П.Ю., Круглов С.П. и др. Математическая модель работы тормозной системы поезда в процессе торможения с учетом динамики коэффициента трения колодки о колесо и сцепления с рельсом в компьютерной среде. Вестник РГУПС, 2022, № 2, с. 104–113, doi: https://doi.org/10.46973/0201-727X_2022_2_104

[20] Майба И.А., Глазунов Д.В. Способы регулирования коэффициента сцепления в контакте «колесо-рельс». Сборка в машиностроении, приборостроении, 2018, № 1, с. 27–31.

[21] Keropyan A., Gorbatyuk S. Impact of roughness of interacting surfaces of the wheel-rail pair on the coefficient of friction in their contact area. Procedia Eng., 2016, vol. 150, pp. 406–410, doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.753

[22] Matsumoto A., Michitsuji Y., Ichiyanagi Y. et al. Safety measures against flange-climb derailment in sharp curve-considering friction coefficient between wheel and rail. Wear, 2019, vol. 432–433, art. 202931, doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.202931

[23] Кузнецов Н.П., Рассохин С.А. Определение коэффициента сцепления шины автомобиля с полотном дороги на месте дорожно-транспортное происшествие. Интеллектуальные системы в производстве, 2009, № 2, с. 34–41.

[24] ГОСТ 33078–2014. Дороги автомобильные общего пользования. Методы измерения сцепления колеса автомобиля с покрытием. Москва, Стандартинформ, 2016. 12 с.

[25] Чичинадзе А.В., ред. Основы трибологии. Москва, Машиностроение, 2001. 663 с.