824 MECHANIK NR 10/2015 Modelowanie układu podciśnienia zapewniającego docisk platformy mobilnej do pionowej ściany Modeling of the vacuum pressure system to provide for secure pressure of the mobile platform to a vertical wall SEBASTIAN GOLEC WAWRZYNIEC PANFIL * DOI: 10.17814/mechanik.2015.10.521 * Mgr inż. Sebastian Golec (sebamg@wp.pl), dr inż. Wawrzyniec Panfl (wawrzyniec.panfl@polsl.pl) – Instytut Podstaw Konstrukcji Maszyn Po- litechniki Śląskiej Zaprezentowano modelowanie numeryczne układu podciśnienia zapewniającego docisk platformy mobilnej do pionowej beto- nowej ściany. Generatorem podciśnienia jest napęd śmigłowy. Modelowanie układu obejmuje wykonanie jego modelu CAD, przygotowanie siatki elementów skończonych oraz przeprowa- dzenie symulacji numerycznej przepływów CFD. Do modelowania i optymalizacji układu podciśnienia wykorzystano oprogramowa- nie Altair HyperWorks. SŁOWA KLUCZOWE: roboty mobilne, układy podciśnienia, mo- delowanie i optymalizacja, CFD Presented in the paper is a method of numerical modeling of a vacuum system control to ensure secure contact of a mobile platform to a vertical concrete wall. Vacuum pressure was sup- plied by a propeller machine. Modeling of the vacuum system covered CAD-modeling of the system, preparation of a fnite element network and fnally, preparation and operation of the fow simulations (CFD). Altair HyperWorks software was used as the modeling and optimizing tool. KEYWORDS: mobile robots, vacuum system, modeling and opti- mization, CFD Roboty często zastępują człowieka przy złożonych i po- wtarzających się, a zatem żmudnych czynnościach – mogą je wykonać znacznie szybciej i dokładniej. Roboty mobilne mają szerokie zastosowanie, np. w transporcie magazyno- wym, czyszczeniu budynków, nadzorze nad pomieszczeniami. Podbiły one nie tylko przestrzeń lądową, powietrzną i wodną, ale także Kosmos (łaziki). Są używane do różnych zadań spe- cjalnych, zwłaszcza niebezpiecznych dla człowieka (rozbraja- nia min, gaszenia pożarów itp.). Stały rozwój robotyki wpływa na coraz powszechniejsze wykorzystywanie robotów [6]. Roboty mobilne mogą być przydatne do czyszczenia, in- spekcji i konserwacji pionowych powierzchni budowli (wie- żowców, chłodni kominowych, zapór wodnych). Przy tego typu czynnościach pojawia się problem lokomocji robota. Na- leży zapewnić jego przyczepność do pionowej powierzchni w taki sposób, aby mógł się po niej poruszać i nie odpaść. Różne są rozwiązania tego problemu [4]. Jednym ze spo- sobów zapewnienia docisku platformy mobilnej do pionowej ściany jest przysysanie [7]. Można do tego wykorzystać ge- nerator podciśnienia o odpowiednich parametrach. Proces doboru elementów układu ssącego może być wspierany przez modelowanie numeryczne [3, 5]. Numeryczne metody obliczeniowe skracają czas i zmniejszają koszt wytworzenia danego środka technicznego. Pozwalają symulować prawie dowolne warunki otoczenia oraz wirtualizować rozkład żąda- nych wielkości związanych z analizowanym zagadnieniem. Celem artykułu jest przedstawienie procesu modelowania i optymalizacji systemu generującego podciśnienie dla przy- jętej koncepcji inspekcyjnego robota mobilnego, którego za- daniem jest badanie struktury betonowych powierzchni (np. w chłodniach kominowych). Modelowanie i optymalizacja układu generującego podciśnienie, zapewniającego docisk platformy do pionowej ściany, zostały wykonane z zastoso- waniem symulacji przepływu powietrza. Model CAD platformy i generatora powstał w programie CATIA v5. Modele nume- ryczne utworzono w programie Altair HyperWorks, z wyko- rzystaniem modułu CFD oraz postprocesora AcuSolve. Model platformy Rysunki 1 i 2 przedstawiają model CAD analizowanej platformy. Wstępnie przyjęte własności platformy, które mają wpływ na modelowanie układu podciśnienia i późniejsze ba- dania, są następujące: ● wymiary gabarytowe: 284 × 244 × 115 mm, ● średnica cylindra układu ssącego: 231 mm, ● wielkość szczeliny między cylindrem a powierzchnią, po której porusza się platforma: 3 mm, ● średnica otworu wylotowego: 45 mm, ● liczba otworów wylotowych: 10, ● średnica koła platformy: 100 mm; materiał: guma, ● zakładany materiał platformy: stop aluminium (gęstość 2720 kg/m 3 ), ● szacowana waga platformy: 3 kg, dodatkowo 3 kg wypo- sażenia. Napęd śmigła Napęd koła Śmigło Pokrywa Półka Nitonakrętka Koło Korpus Cylinder Rys. 1. Model CAD platformy Rys. 2. Elementy platformy