Автоматизация дорожных работ

   АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОРОЖНЫХ РАБОТ 

   Причины автоматизации 

   Опыт  показывает, что в качестве автоматизируемых операций выбираются такие, выполнение которых требует от машиниста  наибольшего морального и физического  напряжения. Например, для автогрейдеров, скреперов, бульдозеров – это планировка и профилирование при отделочных работах. Трудность выполнения этих операций и эффективность применения систем автоматического управления рабочим органом на упомянутых машинах, характеризуется данными, приведенными в таблице 1.

   Таблица 1

     

   Как видно из таблицы, увеличение числа  повторных проходов на ручном управлении на некоторых типах машин не дает положительного эффекта, с точки  зрения качества обрабатываемой поверхности. Следовательно существует некоторый  «барьер», который система «человек-машина» не способна преодолеть. Уровень этого барьера для машинистов средней квалификации не обеспечивает возможность выполнения вручную отделочных работ с точностью, удовлетворяющих требованиям СНиП. С другой стороны на тех же машинах с системами автоматического управления требования СНиПов выполняются за 2 – 3 прохода, даже при низкой квалификации машиниста. При этом сравнении предполагается, что в обоих случаях как при ручном, так и при автоматическом управлении подготовительные работы выполнены с одинаковым качеством.

   Для всех приведенных в табл.6 типов  машин в качестве наиболее трудной  и утомительной операции было выбрано  управление отвалом при планировании, и ставилась одна цель – получение поверхности, удовлетворяющей требованиям СНиП, т.е. преодоление указанного выше точностного барьера. Однако одновременно с этим достигается повышение и других показателей, определяющих технико-экономический эффект от автоматизации.

   Основными причинами автоматизации дорожного  строительства являются:

1. Требование к повышению производительности труда на дорожно-строительных работах;
2. Значительное повышение требований к качеству выполнения дорожно-строительных работ и изготовления дорожно-строительных материалов;
3. Сокращение сроков строительства;
4. Повышение требований к охране труда и технике безопасности в условиях дорожно-строительного производства;
5. Требование к сокращению числа рабочих, занятых в дорожном строительстве на тяжелых ручных работах;
6. Требование к экономии расхода материалов и топливно-энергетических ресурсов.

 

Средства  автоматизации 

   Для расширения выпуска автоматизированных машин Минстройдормашем совместно  с Минприбором разработан ряд  агрегатированных комплектов аппаратуры (АКА). К ним относятся: «АКА-Бетон» для автоматизации асфальтобетонных и бетоно-смесительных установок цикличного действия всех типов и назначений, а также ряда установок и машин для транспортирования цемента;

   «АКА-Дормаш»  для автоматизации дорожно-строительных машин и др.

   Основная  идея агрегатированных комплектов состоит  в том, что системы управления различными типами и моделями машин и установок составляются из минимального набора унифицированных приборов, что обеспечивает высокую серийность производства и удобство в эксплуатации.

   Объектом  автоматизации являются автогрейдеры, бульдозеры, скреперы, машины для укладки покрытий, различные профилировщики, канавокопатели.

   Комплект  аппаратуры позволяет строить:

   — автономные системы управления, у  которых контроль

   положения рабочего органа осуществляется с помощью  маятникового датчика, установленного на борту машины;

   — копирные системы с контролем  положения по внешнему копиру (проволоке, бордюру и т. п.);

   — комбинированные системы, в которых  для контроля углового положения служит автономный датчик, а для определения положения по высоте используется копир.

   Все эти системы для машин разного  назначения строятся на базе двух разновидностей маятникового датчика, щупового (копирного) датчика, подъемного устройства, двух разновидностей электрогидрозолотников,

    унифицированных пультов дистанционного управления и вспомогательных блоков.

   Рис. 1. Схема комплекта «АКА-Дормаш»:

   1, 1’ — маятниковый датчик; 2 — щуповой датчик; 3 — подъемное устройство; 4, 4’ — электрогидрозолотники; 5,5’ - пульт дистанционного управления; 6, 6' – вспомогательный блок; 7 – согласующее устройство; 8 – лазерный излучатель; 9, 9' – фотоэлектрический приемник.

   Маятниковый датчик ДУП

   Датчик  углового положения (маятниковый датчик) типа ДУП — унифицированный прибор, предназначенный для автономного  контроля углового положения рабочего органа или рамы дорожно-строительных машин.

     Датчик представляет собой маятник, помещенный внутри цилиндрического корпуса, закрытого с двух сторон крышками. Ось маятника установлена на шарикоподшипниках. К маятнику прикреплен токосъемник, контакт которого скользит по виткам потенциометра, укрепленного на крышке корпуса.

   Пределы измерения ±5⁰;

   Разрешающая способность не хуже 10’

   При транспортировании машины и при  работе с ручным управлением маятник  тормозится электромагнитным арретиром. 

   Щуповой датчик ДЩ

   Щуповой датчик типа ДЩ служит для контроля положения рабочего органа или рамы машины относительно направляющей — копира (проволоки, бордюра, обработанной полосы), с которой взаимодействует щуп датчика непосредственно или с помощью копир-колеса или лыжи. Датчик бесконтактный (в корпусе установлены два бесконтактных датчика типа БК-А).

   Датчик  ДЩ может быть применен и для вождения машины по курсу. При щуп скользит по боковой стороне проволоки  – копира или бордюра.

   Пределы условных перемещений щупа – 0.3 ÷ 9⁰

   Нагрузка  от щупа на копирное устройство – 20г

   Пределы зоны нечувствительности – 1-20мм 

   Подъемное устройство

   Подъемное устройство, предназначенное для  установки датчика продольного профиля на требуемой высоте, состоит из механизмов грубой и точной настройки.

   Подъемный винт точной настройки позволяет перемещать шток на 200,0 мм. Величина перемещения штока определяется с помощью указателя и шкалы, прикрепленной к корпусу. Грубая установка возможна в пределах до 600,0 мм. 

   Унифицированные блоки и пульты управления  

   Унифицированные блоки и пульты управления предназначены для совместной работы с датчиком углового положения типа ДУП, щуповыми датчиками типа ДЩ и стандартными тахогенераторами, применяемыми для контроля угловой скорости вала двигателя дорожно-строительных машин.

   Они снабжены кнопками и ключами, обеспечивающими возможность быстрого перехода на ручное управление, а также задатчиками угла установки рабочего органа и преобразователями сигналов датчиков в управляющий сигнал. Для систем с разными видами управления их оборудуют также переключателями режимов работы. 

   Направляющие  и копирные устройства 

    К ним относятся: устройства для натяжения проволоки, копир-колеса или копирные лыжи, устройства с лазерным лучом. 

   Рис. 2 Схема устройства жесткого копира:

   а – схема расстановки элементов  натяжного устройства; б – промежуточная  регулируемая опора;

   1 – стойка лебедки; 2 – натяжная  лебедка; 3 – державка проволоки; 4 – регулируемый стержень; 5 –  копирная струна; 6 – стойка; 7 –  растяжка; 8 – стойка-анкер; 9 – барабан.

   В устройствах для создания жесткого копира используют в качестве направляющей стальную проволоку диаметром 1 – 2 мм, стальной трос диаметром до 4 мм или капроновый шнур диаметром 3 – 4 мм. Обычно натягивают копирную струну на расстояние до 250 м с помощью лебедки. Через каждые 10 м устанавливаются регулируемые по высоте промежуточные стойки-опоры, поддерживающие струну-копир.

   Лучевые копиры состоят из гелий-неонового  лазера, питающегося через преобразователь от аккумуляторов. В лазерном устройстве используется цилиндрическая линза или колеблющееся зеркало, разворачивающее луч в плоскости. Фотоэлектрические приемники устанавливаются на кронштейне, который связан с рабочим органом машины и перемещается вместе с ним в вертикальной плоскости.

   Лазерные  направляющие позволяют:

   — управлять одновременно несколькими  машинами (путем установки фотоприемников на каждой машине);

   — управлять одновременно положением рабочего органа машины по поперечному  уклону и высоте (путем установки  фотоприемников на обоих концах рабочего органа).

   Гидрораспределители

   Гидрораспредилители с электрогидравлическим управлением предназначены для преобразования электрических сигналов в гидравлические.

   Электрогидрозолотники ЗСУ-8 и ЗСУ-5, выпускаемые московским машиностроительным заводом им. Калинина – высоконадежные изделия. Так в соответствие с гарантийным обязательством завода–изготовителя показателем надежности для золотников является 90%-ный ресурс до списания не менее 5×10⁶ циклов, а вероятность безотказной работы не менее 0,97 на базе 5×10⁵ циклов. 

     Московский  машиностроительный завод им. Калинина выпускает электро-гидрозолотники в различных модификациях:

     -с  закрытым нейтральным положением

     -со  свободным сливом при нейтральном  положении. 
 
 
 
 

     Гидрораспределитель с электрическим управлением ЗСУ-8 

     

     Рис. 3 Гидрораспределитель с электрическим управлением ЗСУ-8,

     где:

     П – линия подачи рабочей жидкости;

     О1 и О2 – линии отвода рабочей  жидкости к потребителю;

     С1 и С2 – слив отработавшей жидкости;

     У – линия блокировки ручного управления.

     Плунжер гидрораспределителя перемещается двумя толкателями электромагнитами. При отсутствии питания на электромагнитах, плунжер устанавливается в среднее положение пружинами. На торцах электромагнитов имеются контрольные кнопки, посредством которых, не включая электромагниты, можно переключить плунжер гидрораспределителя. 

     Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением ЗСУ-5 

     Состоит из главного золотника и золотника  управления. Плунжер главного золотника  устанавливается в среднее положение с помощью пружины. Перемещается главный золотник в крайние положение путем подвода жидкости к его торцам.

       Подачу к торцам главного золотника жидкости из напорной магистрали осуществляет золотник управления.

     

     Рис. 4 Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением ЗСУ-5,

     где:

     Н – линия подачи рабочей жидкости (напор);

     О1 и О2 – линии отвода рабочей  жидкости к потребителю;

     С – слив отработавшей жидкости;

     У – линия блокировки ручного управления.

     Конструкция золотника управления гидрозолотника ЗСУ-5 аналогична  гидрозолотнику ЗСУ-8. Золотник управления крепится к главному золотнику четырьмя винтами М8.

     Напряжение  питания электромагнитов золотников ЗСУ-12 или 24в

     Сила  тока в обмотках – 1.0А.

     Усилие  развиваемое электромагнитом – 15Н.

     Номинальное давление рабочей жидкости – для ЗСУ-5 – 10МПа; для ЗСУ-8 – 16МПа.