Алматы 2014 almaty

16 
 
Shiryayeva O.I., Abzhanova L.K., Kuandykova G.E. 
Development of complex uncertain control system heat power facilities  
Summary. In the present paper, we obtain results of the development of complex uncertain control heat power 
facilities based on the methods of interval arithmetic. To analyze the dynamic properties of complex object decomposi-
tion procedures were used and decentralization. This problem is relevant, as it is connected with the problem of a priori 
uncertainty arising due to the influence of external disturbances. To account for parametric uncertainty in the descrip-
tion of the object is currently used theory of robust systems, including stochastic, fuzzy, interval-specified. This article 
uses the indefinite description of the object as interval-specified. When constructing interval- specified control object 
used algorithm designed to reduce the computational difficulties with interval differential equations by a specially de-
signed  set  of  vectors  and  matrices.  This  algorithm  is  based  on  the  formation  of  a  plurality  of  auxiliary  key  matrices. 
Procedures for decentralization considered structural columns of centralized and decentralized systems. 
Key words: мultiply uncertain control system, decomposition, decentralization, heat and power facility, interval 
arithmetic. 
 
 
УДК 681.51.001.24. 
 
Байбатшаев М.Ш., Бейсембаев А.А.,  Әбуова Н.К. 
Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева,  
г.Алматы, Республика Казахстан, burlibay@mail.ru 
 
МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ СЪЕМА ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ С ПОВЕРХНОСТИ МАГНИЕВОГО 
РАСПЛАВА ЗАЛИТОГО В ИЗЛОЖНИЦЫ ЛИТЕЙНОГО КОНВЕЙЕРА ПРОИЗВОДСТВА 
ТОВАРНОГО МАГНИЯ 
 
Аннотация.  В  статье  рассмотрены  вопросы  роботизации  производства  товарного  магния.  Выполнен 
анализ  технологической  операции  съема  оксидной  пленки  с  поверхности  магниевого  расплава  залитого  в  из-
ложницы литейного конвейера. Предложен манипулятор для съема оксидной пленки с поверхности магниевого 
расплава залитого в изложницы литейного конвейера. Разработана циклограмма управления данным манипуля-
тором. 
Ключевые слова:производство товарного магния, литейный конвейер, технологическая операция съема 
оксидной  пленки  с  поверхности  магниевого  расплава  залитого  в  изложницы,  роботизация,  манипулятор  для 
съема оксидной пленки с поверхности магниевого расплава залитого в изложницы. 
 
Одной  из  необходимых  технологических  операций  выполняемых  вручную  при  производстве 
товарного магния является съем  оксидной пленки  с поверхности магниевого расплава. Для решения 
этой  проблемы  предложены  ряд  устройств.  Наиболее  перспективным  с  точки  зрения  практической 
реализации представляется устройство в виде манипулятора для съема шлама или подобных отходов 
с поверхности расплавленного металла [1,2,3]. Данное устройство в виде манипулятора представлено 
на рисунке 1. 
 
 
 
Рисунок 1. Манипулятор для съема шлама или подобных материалов с поверхности расплавленного металла 
 
Как видно из рисунка 1, манипулятор состоит из  основания 1, с установленным на него пнев-
моцилиндром 2, с подъемным штоком 3 [4]. На подъемном штоке 3 закреплена платформа с пневмо-
цилиндром  4,  имеющая  шток  горизонтального  перемещения  5,  к  которой  крепится  лопатка  6.  На 

17 
платформе с пневмоцилиндром 4 также закреплена неподвижная планка 7, с поворотным пневмопри-
водом 8. К оси вращения 8 поворотного пневмопривода 8 закреплена лопатка 10. Магниевый расплав 
заливается  в  изложницу  11  литейного  конвейера.  Для  сбора  собранного  с  поверхности  магниевого 
расплава оксидной пленки служит тара 12. 
Манипулятор работает следующим образом. Начальное положение манипулятора соответству-
ет рисунку 2. То есть, Шток 3 пневмоцилиндра 2, в верхнем положении, шток 5, пневмоцилиндра 4, 
втянутом положении. В изложницу 11 залит магниевый расплав. На поверхности магниевого распла-
ва, образуется оксидная пленка. Оксидная пленка неравномерно распределяется на поверхности маг-
ниевого расплава. 
 
Далее манипулятор, по технологической команде, определяющей положение изложницы в положе-
нии под лопатками, пневмоцилиндр 4, выдвигает шток 5. Закрепленная на штоке 5, лопатка 6, собирает 
оксидную пленку с поверхности магниевого расплава на поворотную лопатку 10 (рисунок 3). 
Шток 3 пневмоцилиндра 2, переходит в верхнее положение, пневмоцилиндр 4, втягивает шток 
5, с закрепленной лопаткой 10, в исходное положение. 
В  это  время,  собранная  на  поворотную  лопатку  10  оксидная  пленка,  поворотным  движением 
ударяется о край и сбрасывается в тару для оксидной пленки 12 (рисунок 4). Далее поворотная лопат-
ка 10 возвращается в исходное положение. 
У  предложенного  варианта  манипулятора  имеется  ряд  существенных  недостатков.  В  первую 
очередь необходимо  учитывать непрерывное движение изложниц. Это  обстоятельство делает невоз-
можным снятие оксидной пленки с поверхности магниевого расплава залитого в непрерывно движу-
щиеся  изложницы  литейного  конвейера.  Вторым  существенным  недостатком  является  применение 
для  съема  оксидной  пленки  при  помощи  выдвижения  штока  пневмоцилиндра.  При  этом  движение 
штока  пневмоцилиндра  носит  нерегулируемый  характер  и  заключается  в  перемещении  от  упора  до 
упора. При соударении об упор возможны колебания лопаток, что может привести к разбрызгиванию 
магниевого  расплава  и  налипанию  его  на  поверхность  изложницы.  Это  недопустимо  с  технологиче-
Оксидная пленка 
Рисунок 2. Манипулятор для съема шлама или подобных материалов с поверхности расплавленного металла 
Рисунок 3
. Процесс съема оксидной пленки с поверхности магниевого расплава 
Оксидная пленка 
Рисунок 4
. Процесс сброса оксидной пленки в тару для сбора оксидной пленки.

18 
 
ской точки зрения. После удаления магниевой чушки в конце конвейерной ленты, изложница охлаж-
дается водой, которая разбрызгивается на поверхность изложницы. Эта вода впитывается в налипший 
на  изложницу  магний.  В  дальнейшем,  при  заливке  магниевого  расплава  в  изложницу  и  контакта  с 
впитавшейся водой в магниевые включения, происходит процесс выплескивания магниевого распла-
ва из изложницы. Это недопустимо и представляет опасность для  здоровья  обслуживающего персо-
нала [5]. 
По этой причине предлагается добавить к манипулятору две вращательные степени подвижно-
сти  и  вместо  пневмоцилиндра,  применить  исполнительный  механизм  выдвижения  руки  на  основе 
электрического привода. 
В  общем  случае  постановка  задачи  примет  следующий  вид.  Требуемая  траектория  движения 
робота должна обеспечить съем оксидной пленки с поверхности движущихся изложниц.  
Для съема оксидной пленки с поверхности движущихся изложниц, необходимо обеспечить по-
стоянное смещение лопаток со скоростью, равной скорости движения конвейерной ленты. Для этого 
предлагается  манипулятор  оснастить  дополнительными  двумя  степенями  подвижности,  которые 
обеспечат компенсацию скорости движения изложниц литейного конвейера (рисунок 5).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
За счет вращения по 1 и 2 степеням подвижности обеспечивается сопровождение движущейся 
изложницы литейного  конвейера. Они поворачивается следующим  образом, одна по часовой, а дру-
гая против часовой стрелки на одинаковые углы, со скоростями обеспечивающими смещение лопаток 
параллельно оси 0Y. Например, пусть первоначальный угол составляет 45 градусов (рисунок 5а). Да-
лее осуществляется поворот по 1 и 2 степени подвижности на одинаковые углы, таким образом чтобы 
лопатки все время располагались параллельно оси 0Y. Промежуточное положение соответствующее 
повороту по  обеим степеням подвижности на 30 градусов показан на рисунке 5б. Конечное положе-
ние 1 и 2 степеней подвижности показано на рисунке 5в. 
Скорость конвейерной ленты 
к
= 0.04 м сек
⁄
, то есть за 5 – 6 секунд, конвейерная лента пере-
мещается на 20 сантиметров. Съем оксидной пленки предлагается производить с двух изложниц од-
новременно. Это связано с временными ограничениями. Так как в этом случае на выполнение опера-
ции можно затратить 10 секунд. Тогда траекторию движения лопаток можно представить в виде ри-
сунка  6.  Манипулятор  снимает  пленку  с  поверхности  магниевого  расплава  залитого  в  две  соседние 
изложницы следующим образом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
+45
°
 
−45
°
 
y 
x 
+30
°
 
−30
°
 
x 
y 
а 
б 
Рисунок 5. Схема степеней подвижности манипулятора для компенсации движения излож-
ниц литейного конвейера 
 
в 
x 
y 
2 
2 
2 
1 
1 
1 
Рисунок 6. Схема съема оксидной пленки одновременно с двух изложниц литейного конвейера 
1 
2 
а 
1 
2 
б 
1 
2 
в 

19 
 
Для  снятия  оксидной  пленки  с  поверхности  магниевого  расплава  предлагается  применить  ма-
нипулятор, имеющий кинематическую структуру,  представленную на рисунке 7. Манипуляционный 
робот имеет 4 степени подвижности. Первая степень подвижности представляет собой вращение во-
круг оси 0Z. Вторая степень подвижности вращение вокруг прямой параллельной оси 0Z, смещенной 
на  расстояние  равное  Δ.  Третья  степень  подвижности,  линейное  перемещение  вдоль  прямой,  парал-
лельной  оси 0Z, смещенной на расстояние равное Δ, на величину h. Четвертая степень подвижности 
представляет  собой  линейное  перемещение  вдоль  прямой  параллельной  оси  0X,  смещенной  на  рас-
стояние p+h. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рабочее пространство данного манипуляционного робота имеет цилиндрическую форму, пред-
ставленную на рисунке 8. На этом рисунке показаны проекции рабочего пространства на плоскости 
0XZ и 0XY. 
Для формирования логического описания рабочего пространства рассматриваемого робота вве-
дем следующие логические переменные. 
  –  пространство,  ограниченное  цилиндром  радиуса 
= + ∆,  описывающееся  логическим 
выражением вида: 
=
1,
если
−
−
 ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  внешняя  часть  пространства,  ограниченного  цилиндром  радиуса 
= + ∆ − ,  описы-
вающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
+
−
≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство,  ограниченное  цилиндром  радиуса 
= ,  смещенное  относительно  начала 
координат на величину 
= (∆ + − )
 по оси 0X и на величину 
= (∆ + − )
 по оси 
0Y, описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
− ( −
) − ( −
)   ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  внешняя  часть  пространства,  ограниченного  цилиндром  радиуса 
= − ,  смещенное 
относительно  начала  координат  на  величину 
= (∆ + − )
    по  оси  0X  и  на  величину 
= (∆ + − )
 по оси 0Y, описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
( −
) + ( −
) −
≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство,  ограниченное  цилиндром  радиуса 
= ,  смещенное  относительно  начала 
координат  на  величину 
= (∆ + − )
  по  оси  0X  и  на  величину 
= (∆ + − )
  по 
оси 0Y, описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
− ( −
) − ( −
)   ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  внешняя  часть  пространства,  ограниченного  цилиндром  радиуса 
= − ,  смещенное 
относительно  начала  координат  на  величину 
= (∆ + − )
    по  оси  0X  и  на  величину 
= (∆ + − )
 по оси 0Y, описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
( −
) + ( −
) −
≥  0,
0, в противном случае.
 
l 
d 
h 
p 
Δ 
Z 
X 
0 
Y 
Рисунок 7. Кинематическая структура 4-х степенного манипуляционного робота 

20 
 
 –пространство ниже плоскости z=H, где 
=
+ ℎ, описывающееся логическим выражени-
ем вида: 
=
1,
если
 −
≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство выше плоскости z=h, где 
ℎ = ,описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
 − ℎ ≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство правее плоскости 
=
∙ , описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
 −
∙
≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство левее плоскости 
= −
∙ , описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
 +
∙
≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  пространство  правее  плоскости 
=
(
+
) ∙ ( −
) +
,  описывающееся  логиче-
ским выражением вида: 
=
1,
если
 −
(
+
) ∙ ( −
) −
≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство левее плоскости 
= −
(
+
) ∙ ( −
) −
, описывающееся логиче-
ским выражением вида: 
=
1,
если
 +
(
+
) ∙ ( −
) +
≥  0,
0, в противном случае.
 
 – пространство левее плоскости 
= 0, описывающееся логическим выражением вида: 
=
1,
если
 ≥  0,
0, в противном случае.
 
  –  внешняя  часть пространства,  ограниченного  цилиндром  радиуса 
= ∆, описывающееся 
логическим выражением вида: 
=
1,
если
+
−
≥  0,
0, в противном случае.
 
Булева  функция,  описывающая  рабочее  пространство  манипуляционного  робота  будет  иметь 
следующий вид: 
(
∩
∩
∩
∩
) ∪ (
∩
∩
∩
∩
) ∪ (
∩
∩
∩
∩
) ∩
∩
=1. 
Для  манипулятора  имеющего  кинематическую  структуру,  представленную  на  рисунке  7.  На 
выдвигающуюся руку и основание руки закрепим неподвижную и поворотную лопатки (рисунок 1). 
Тогда вид такого манипулятора представлен на рисунке 9, добавлены две поворотные платформы 1 и 
2, которые имеют расстояние между осями вращения равное Δ. Это расстояние  обеспечивает сопро-
вождение движущейся изложницы литейного конвейера. Принцип съема оксидной пленки с поверх-
ности магниевого расплава остается таким же как и у манипулятора представленного на рисунке 1. 
Разработаем циклограмму управления манипулятором для съема оксидной пленки с поверхно-
сти магниевого расплава. При этом необходимо учесть, что за счет двух первых степеней подвижно-
сти типа вращение (рисунок 7), обеспечивается сопровождение движущейся изложницы. За счет сте-
пени подвижности подъема руки, обеспечивается  подъем лопаток с собранной оксидной пленкой до 
уровня тары для сбора оксидной пленки. За счет степени подвижности выдвижения руки, обеспечи-
вается  сбор  оксидной  пленки  с  поверхности  магниевого  расплава.  Далее  сброс  оксидной  пленки  в 
тару для сбора оксидной пленки осуществляется поворотным движением и ударом  об край тары по-
воротной лопатки. 
Для обеспечения сопровождения движения изложниц литейного конвейера, вращательные сте-
пени  подвижности  манипулятора  должны  иметь  электрический  или  гидравлический  привод.  Для 
обеспечения плавного процесса съема  оксидной пленки с поверхности магниевого расплава степень 
подвижности выдвижение и втягивание руки также должен иметь электрический или гидравлический 
привод. Для плавного подъема руки с собранной при помощи лопаток оксидной пленки, степень под-
вижности  подъема  руки  должна  иметь  электрический  или  гидравлический  привод.  В  общем  случае 
манипулятор  должен  обеспечивать  движение  вдоль  заданных  траекторий.  Поэтому  система  про-
граммного управления манипулятора должна быть контурной. 
 

21 
 
 
 
 
 
 
 
 
Циклограмма  управления  такого  манипулятора  для  выполнения  технологической  операции 
съема оксидной пленки с поверхности магниевого расплава представлена на рисунке 10. 
По  оси  ординат  представлены  переходы  (П),  которые  соответствуют  движениям  по  степеням 
подвижности и повороту вверх или вниз поворотной лопатки манипулятора. Соответственно: П  – по-
ворот влево 1 степени подвижности манипулятора, П  – поворот вправо 1 степени подвижности мани-
пулятора,  П   –  поворот  влево  2  степени  подвижности  манипулятора, П   –  поворот  вправо  2  степени 
подвижности  манипулятора, П  –  опускание вниз 3  степени подвижности манипулятора, П   – подъем 
вверх  3  степени  подвижности  манипулятора,  П   –  втягивание  4  степени  подвижности  манипулятора, 
П  – вытягивание 4  степени подвижности манипулятора, П   – поворот поворотной лопатки в верхнее 
положение, П  – поворот поворотной лопатки в нижнее положение,. По оси абсцисс отложено время, в 
секундах  и  моменты  времени  поступления  технологических  команд  ТК   –  технологическая  команда 
положения изложницы в точке снятия оксидной пленки с поверхности магниевого расплава залитого в 
изложницу, можно использовать в качестве датчика, датчик положения изложницы. 
Рисунок 8.  Проекции рабочего пространства манипуляционного робота 
Рисунок 9. Манипулятор для съема оксидной пленки с поверхности магниевого расплава 

22 
 
На основе анализа технологической операции съема оксидной пленки с поверхности магниево-
го расплава залитого в изложницы литейного конвейера можно сделать следующие выводы. 
1)  Технологическая операция носит циклический повторяющийся характер. 
2)  Технологическую операцию можно рассмотреть как объект роботизации. 
3) Для выполнения данной операции предложен вариант манипулятора с 4 степенями подвижно-
сти, с электрическим или гидравлическим приводом и контурной системой программного управления. 
4) Управление манипулятором осуществляется по технологическим командам, связанным с по-
ложением изложниц литейного конвейера. 
5) Разработана циклограмма управления манипулятором для выполнения технологической опе-
рации съема оксидной пленки с поверхности магниевого расплава залитого в изложницы литейного 
конвейера. 
 
 
 
 
 
 
ЛИТЕРАТУРА 
1. Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. Производство магния. М.: Металлургия, 1979 г. – 301 с. 
2. Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов. М.: Металлургия, 1974. – 234 с. 
3. Вяткин И.Л., Кечин В.А., Мушков С.В. Рафинирование и литье первичного магния. М.: Металлургия, 
1974. – 191 с. 
4.  Байбатшаев  М.Ш.,  Балгабаев  М.А.,  Замчий  В.П.,  Исембергенов  Н.Т.  Устройство  для  съема  окисной 
пленки. /Авторское свидетельство СССР №1360896 от 19.05.1986. 
5. Байбатшаев М.Ш., Бейсембаев А.А., Курмашев Н.М. РТК для разливки жидкого магния. Механизация 
и автоматизация производства №12 М.Машиностроение 1988. с. 4-5. 
6.  Бүрлібай  А.Ә.,  Бейсембаев  А.А.  Декомпозиция  процесса  производства  товарного  магния  на  элемен-
тарные подпроцессы. Вестник Национальной академии наук Республики Казахстан. №6 Алматы, 2010. с. 71-74 
 
 
Рисунок 10. Циклограмма управления манипулятором 

23 
 
Байбатшаев М.Ш., Бейсембаев А.А., Әбуова Н.К. 

жүктеу/скачать

Достарыңызбен бөлісу: