Автоматизация дорожно-строительных машин

08.06.2016

Современные требования, предъявляемые к дорожно-строительным машинам, могут быть удовлетворены за счет средств автоматизации, позволяющих освободить человека от непосредственного управления технологическим процессом.
Процесс управления - это совокупность рабочих операций и операций управления.
Рабочая операция - это выполнение рабочими органами машины операции, обусловленной ее назначением (например, для асфальтоукладчика - это укладка дорожного покрытия, для катка - уплотнение покрытия, для конвейера - перемещение материалов и т. д.).
Операция управления - это операция, которая обеспечивает правильное и качественное выполнение рабочей операции.
Рабочие операции и операции управления могут выполняться человеком или техническими устройствами.
Объект управления - это техническое средство (машина или механизм); выполняющее заданную рабочую операцию.
Система управления - совокупность управляющих устройств и объекта управления.
Механизация - это замена труда человека в рабочих операциях (при этом управление машинами остается за человеком).
Автоматизация - замена труда человека в операциях управления.
Дорожно-строительные машины по объему автоматизации разделяют на два типа: частичная (иди локальная) и комплексная автоматизация.
Частичная автоматизация машины предусматривает автоматизацию отдельных исполнительных органов. При этом часть операций по управлению может выполнять оператор.
Комплексная автоматизация машины обеспечивает выполнение Заданных функций всех агрегатов и узлов машины в автоматическом режиме без участия оператора.
В зависимости от функций, выполняемых автоматическими устройствами, различают следующие виды автоматизации: управление, регулирование, информация, контроль, защита и диагностика.
Автоматическое управление - процесс автоматического изменения параметров объекта по заданной программе. К характерным операциям управления при помощи автоматических устройств относятся, например, включение и выключение механизмов и агрегатов машин (вентилятора системы охлаждения двигателя и т.п.). Комплекс технических устройств, содержащий объект управления и автоматическое управляющее устройство, называют системой автоматического управления (САУ).
Автоматическое регулирование - процесс автоматического поддержания выходного параметра объекта на заданном уровне. При этом значение параметра может изменяться по заданному закону или быть постоянным. К характерным примерам регулирования относится поддержание постоянной частоты вращения коленчатого вала ДВС. Этот процесс осуществляет система автоматического регулирования (САР).
Автоматический контроль - проверка рабочего процесса (включая процессы управления) и оценка его характеристик, которые осуществляет система автоматического контроля (САК).
Автоматическая защита - совокупность операций, осуществляемых техническими средствами с целью предотвращения экстремальных и аварийных режимов работы. К системам автоматической защиты (САЗ) относятся предохранительные клапаны гидравлических и пневматических систем, различные блокировочные устройства.
Автоматическое диагностирование - процесс определения технического состояния объекта автоматизации, который осуществляет система автоматического диагностирования (САД).
Взаимосвязь основных функций автоматического управления можно представить схемой, приведенной на рисунке 9.1.
Автоматизация дорожно-строительных машин

В настоящее время для дорожно-строительных машин разработаны следующие системы и средства автоматизации:
1) устройства автоматического контроля технического состояния и работоспособности основных узлов машины;
2) системы оптимизации нагрузок на рабочие органы и перемещений элементов машины;
3) копирные, в том числе лазерные, системы;
4) следящие имитационные системы;
5) микропроцессорные ограничители грузоподъемности и системы контроля глубины копания;
6) системы контроля плотности грунта.
Основными задачами автоматизации машин и оборудования, применяемых в дорожно-строительном комплексе, являются:
- повышение производительности и улучшение качества выполняемых работ;
- непрерывный контроль технического состояния машины путем проверки работоспособности ее основных систем (двигателя, трансмиссии, гидросистемы, электрооборудования и др.);
- совершенствование системы учета работы машин с целью энергосбережения;
- повышение безопасности выполняемых работ и обеспечение экологической безопасности окружающей среды.
К системам управления дорожно-строительных машин предъявляют следующие требования:
1) одновременное управление несколькими параметрами (курсом, скоростью движения, поперечным и продольным уклонами, подачей дорожно-строительных материалов и др.);
2) компенсация воздействия на элементы управления возмущающих воздействий от неровности поверхности, неоднородности разрабатываемой среды и распределяемых материалов;
3) регулирование параметров в широком временном диапазоне.
Для реализации этих требований и повышения эффективности дорожностроительных работ в СНГ освоен выпуск ряда автоматизированных комплексов. В их числе унифицированный агрегатированный комплект автоматической аппаратуры «АКА-Дормаш», который предназначен для автоматического управления рабочими органами различных дорожно-строительных машин (рисунок 9.2). Для скреперов и траншеекопателей применяют систему «Стабилоплан», для бульдозеров - «Автоплан», для автогрейдеров и профилировщиков - «Профиль», для асфальтоукладчиков и других укладочных машин - «Стабилослой». Подобные зарубежные системы (например, немецкая «МОВА Mobile Automation», датская «Mini-Line», американская «Trimble» и др.) работают по такому же принципу, но отличаются комплектующими изделиями.
Аппаратура комплектов включает следующие автономные системы и средства управления:
1) маятниковые датчики, установленные на борту машины, для контроля положения рабочего органа;
2) копирные системы, обеспечивающие контроль положения по внешнему копиру - проволоке (тросу), бордюру, колесу, лыже, поверхности готового покрытия, радио- и световому лучу;
3) комбинированные системы, в которых контроль углового положения осуществляется автономными датчиками, а определение положения по высоте - копиром;
4) спутниковые навигационные комплексы.
Автоматизация дорожно-строительных машин

По положению рабочего органа машин системы автоматического управления разделяют на одно-, двух- и трехканальные.
При одноканальных системах управления рабочий орган машины удерживается в заданном положении в одной плоскости: продольной - у скреперов и бульдозеров, поперечной - у автогрейдеров. К таким системам относятся «Стабилоплан-1» и системы последующих поколений - «Стабилоплан-10» и «Копир-Стабилоплан» - для скреперов, «Автоплан-1» и «Копир-Автоплан-10» - для бульдозеров, «Профиль-1» и «Профиль-10» - для легких и средних автогрейдеров.
При двухканальных системах управления стабилизация положения рабочего органа обеспечивается одновременно в продольной и поперечной плоскостях. К этим системам относятся «Комбиплан» для бульдозеров, «Профиль-2» и «Профиль-20» - для средних и тяжелых автогрейдеров, «Стабилослой-1» и «Стабилослой-10» - для асфальтоукладчиков и других укладчиков покрытий. Унифицированный ряд систем автоматического управления «Профиль», предназначенных для управления положением рабочих органов, представлен в таблице 9.1.
Автоматизация дорожно-строительных машин

При трехканальных системах управления, помимо фиксации положения рабочего органа в двух ортогональных вертикальных плоскостях, имеется еще и управление движением машины в плане (по курсу). Системы управления «Профиломат-1», «Профиломат-2, -5, -6 и -7» устанавливают на профилировщиках оснований и укладчиках покрытий, входящих в комплект машин типа ДС-110 для строительства цементобетонных покрытий.
По назначению технические средства автоматизации можно разделить на четыре группы:
1) средства получения информации о параметрах состояния механизмов и агрегатов машины (чувствительные элементы, датчики);
2) средства приема и передачи информации, а также преобразования управляющих команд, т.е. преобразующие элементы (усилители сигналов, каналы связи, преобразователи и сравнивающие устройства);
3) средства получения информации о задачах автоматического контроля, регулирования пли управления, т.е. задающие элементы (запоминающие и программные устройства на базе микропроцессоров и микрокомпьютеров);
4) средства регулирования параметров состояния механизмов и агрегатов машины, т.е. исполнительные элементы (усилители входных сигналов и исполнительные механизмы, преобразующие эти сигналы в энергию механических перемещений).