Дорожно-мостовой техники. Система управления машинами состоит из приборов и устройств (муфт

Система управления машинами состоит из приборов и устройств (муфт, тормозов, фрикционов, распределителей и др.), позволяющих контролировать работу элементов привода и воздействовать на него изменением величины и направления скоростей, моментов и усилий в соответствии с технологическим процессом.

Системы управления современными машинами должны обеспечивать надежную работу, быстроту приведения в действие рабочих органов, плавность их включения и выключения, безопасность работы, легкость и удобство работы оператора (машиниста). Для облегчения управления машиной в системе управления нужно иметь минимальное число органов (рукоятей, педалей, кнопок и т. п.).

Регулирование системы управления должно быть доступным, простым и надежным, а количество регулировок – минимальным. Положение органов управления должно давать оператору (машинисту) представление о направлении движения машины или рабочих органов.

По назначению различают системы управления муфтами, тормозами, двигателями и рабочими органами. В зависимости от конструктивного исполнения системы управления разделяют на механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные. С учетом степени автоматизации системы управления подразделяют на неавтоматизированные, полуавтоматические и автоматические.

Неавтоматизированные системы в зависимости от характера использования мускульной энергии оператора (машиниста) могут быть непосредственного действия или с усилителем (системы с сервоприводом).

В полуавтоматических системах автоматизировано управление только некоторыми операциями; в автоматических роль оператора (машиниста) сводится к подаче сигналов о начале и окончании работы, а также к настройке системы на определенную программу управления рабочим процессом машины.

Любая система управления состоит из следующих основных частей: пульта управления с размещенными на нем органами управления; системы передач; исполнительных органов, включающих двигатели, тормоза и другие устройства.

Основными параметрами систем управления являются: усилие, развиваемое на исполнительном органе, скорость движения рабочего звена исполнительного органа, число и продолжительность включений в час, быстрота срабатывания и КПД.

Особенность систем управления непосредственного действия заключается в том, что на их работу не расходуется мощность силовой установки. Эти системы могут быть механическими или гидравлическими. Положительным качеством систем управления непосредственного действия является возможность регулирования параметров рабочего процесса в широких пределах с обеспечением плавности включения. Недостаток их заключается в значительной физической нагрузке на оператора (машиниста). Для облегчения его труда предусматривают систему управления усилителями.

В системах управления применяют усилители гидравлического, пневматического и электрического действия. В любом случае усилитель представляет своего рода трансмиссию, передающую часть мощности силовой установки машины для включения исполнительных органов рабочего оборудования и механизмов.

Гидравлические системы управления имеют положительные качества, как и гидравлические трансмиссии. К их недостаткам следует добавить резкость включения, что объясняется быстрым нарастанием давления рабочей жидкости. Плавное включение исполнительных органов обеспечивают пневматические системы управления. В то же время их основной недостаток – необходимость тщательной очистки воздуха от механических примесей, масла и влаги. Конденсат, оседая в пониженных местах, мешает проходу воздуха, а при низких температурах замерзает, что приводит к закупорке и даже разрыву трубопроводов. Поэтому конденсат следует удалять из системы с помощью специальных очистителей. Однако такие системы управления имеют большие габариты.

Применение гидравлической и пневматической систем управления открывает большие возможности для дистанционного управления и автоматизации с применением электроники. Особенно целесообразны в этих целях комбинации различных систем: электрогидравлических, электропневматических и электрогидропневматических.

Большими преимуществами обладают электрические системы управления. Применять их можно для машин с дизель-электрической или электрической силовой установкой.

Для облегчения управления рабочим процессом используются системы автоматизации дорожно-мостовой техники.

Производственный процесс приобретает при автоматизации производства работ; человек освобождается не только от ручных операций, на что направлена механизация производства, но и от всего комплекса или части функций непосредственного управления машинами и механизмами за счет применения специальных приборов и автоматических устройств. Автоматизация может быть частичной или комплексной.

Частичная автоматизация - применение средств автоматики для управления отдельными операциями, и прежде всего такими, эффективное воздействие на которые практически недоступно человеку из-за их сложности или скоротечности.

Комплексная автоматизация – процесс, когда отдельная машина в целом функционирует как единый комплекс по заданной либо самоорганизующейся программе. Роль человека здесь ограничивается периодическими управляющими воздействиями (пуск, остановка, регулировка программы) и общим контролем за работой и техническим обслуживанием оборудования.

Управление автоматизированной системой может быть местным, дистанционным, централизованным с диспетчерского пульта, автоматическим.

Из технологии строительства и условий работы дорожно-мостовой техники, установок и оборудования видно, что в большинстве случаев для их автоматизации целесообразно применять дискретные электронные системы и строить аппаратуру на основе полупроводниковых элементов, работающих в режиме *да-нет*, так как этим достигаются надежность, большой срок службы, малые габаритные размеры, небольшое потребление энергии, а также возможность использования простых источников питания.

В тех случаях, когда не удается построить аппаратуру полностью на дискретных элементах, следует отдавать предпочтение уравновешенным мостовым схемам, малочувствительным к колебаниям окружающей температуры и напряжению источников питания.

Повышение надежности систем автоматики достигается применением бесконтактных элементов, которые положены в основу ряда унифицированных приборов и элементов, нашедших практическое применение в автоматизации дорожно-строительных машин.

Для расширения выпуска автоматизированных дорожных машин разработан ряд агрегатированных комплектов аппаратуры (АКА), в частности «АКА-Дормаш» (рис. 2.8). Основная идея агрегатирования 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. Объектами автоматизации являются автогрейдеры, бульдозеры, скреперы и другие дорожные машины.

Комплект аппаратуры позволяет строить:

автономные системы управления, у которых контроль положения рабочего органа осуществляется с помощью маятникового датчика, установленного на борту машины;

копирные системыс 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.

Создание агрегатированных комплексов позволяет планомерно, без нарушения унификации осуществлять развитие аппаратуры и систем автоматики. Более сложные системы строятся путем добавления к простейшим комплектам аппаратуры дополнительных приборов или блоков.

Рис. 2.8. Схема комплекта «АКА-Дормаш»:

1, 1' – маятниковый датчик; 2 – щуповой датчик; 3 – подъемное устройство;

4, 4' – электрозолотники; 5, 5^' – пульт дистанционного управления; 6, 6^' – вспомогательный блок; 7 – согласующее устройство; 8 – лазерный излучатель;

9, 9' – фотоэлектрический приемник

В первом поколении систем наибольшее распространение нашли следующие автоматические системы управления и их модификации:

«Автоплан-1» - стабилизирует угловое положение толкающего бруса бульдозера;

«Автоплан-2» - обеспечивает дополнительную защиту двигателя от перегрузки;

«Стабилоплан-1» - стабилизирует положение режущей кромки ковша скрепера (для повышения его планирующих свойств);

«Профиль-1» - стабилизирует положение отвала автогрейдера в поперечной плоскости;

«Профиль-2» - обеспечивает, кроме того, стабилизацию отвала в продольном направлении.

Системой «Автоплан-2» оборудуются бульдозеры с гидравлическим управлением отвала.

При оборудовании бульдозеров автоматической системой управления в гидросистему дополнительно включают гидронасос, гидрораспределитель с электрогидроуправлением, предохранительный и обратный гидроклапаны. Кроме того, на машину устанавливают пульт управления, гидрораспределители, датчик углового положения, фотоприемное устройство, устройство для его перемещения и коммуникации.

Современные автоматические системы управления обеспечивают управление подъемом, опусканием и перекосом отвала и могут работать в копирном режиме стабилизации положения отвала на высоте относительно плоскости, создаваемой сканирующим или круговым движением лазерного излучателя, или в автономном режиме стабилизации положения отвала по высоте и управления перекосом отвала по сигналам датчиков угловых положений, установленных на машине.

Системы автоматики «Комбиплан-10Л», устанавливаемые на бульдозерах ДЗ-110А-1 (рис. 2.9), обеспечивают автоматизированное управление гидроцилиндрами подъема-опускания и перекоса отвала.

Рис. 2.9. Схема установки приборов автоматизированной аппаратуры

«Комбиплан-10Л» на бульдозере:

1 – пульт управления; 2 – блок перегрузки; 3 – гидрораспределители;

4, 7, 8 – преобразователи; 5 – фотоприемное устройство (ФПУ); 6 – устройство для перемещения ФПУ; 9 – лазерный излучатель; 10 – батарея

Работает система в двух автоматических режимах: копирном, когда стабилизация положения отвала по высоте относительно опорной плоскости создается лазерным излучателем; автономном, когда уровень отвала по высоте и при перекосе сохраняется по сигналам преобразователей угловых положений.

Система включает в себя пульт управления 1, блок перегрузки 2, гидрораспределители 3 типа ЗСУ-5 с электроуправлением, дополнительную гидросистему, преобразователь 4 углового (продольного) положения отвала, фотоприемное устройство 5 (ФПУ), устройство 6 для перемещения ФПУ, преобразователь 8 углового (поперечного) положения отвала, лазерный излучатель 9, батарею 10, преобразователь 7 частоты вращения двигателя.

При работе в автоматическом режиме смещение фотоприемника на отвале относительно стабилизированной в пространстве лазерной плоскости с заданным уклоном обеспечивает соответствующие команды включения распределителя гидропривода таким образом, что режущая кромка отвала перемещается с определенной точностью параллельно заданной плоскости. В автономном режиме положение режущей кромки изменяется по команде датчиков угловых положений.

Для автоматизации управления скрепером при операциях планирования грунтовых поверхностей насыпей и выемок созданы системы «Стабилоплан-1», «Стабилоплан-10», «Копир-Стабилоплан», устанавливаемые на прицепных скреперах ДЗ-77. В систему автоматического управления ковшом скрепера включены унифицированные приборы и аппараты, устанавливаемые на автоматизированном бульдозере.

Система «Стабилоплан-10» (рис. 2.10) состоит из преобразователя углового положения 5 маятникового типа (ДКБ) с поворотным устройством, пульта управления 2, блока управления 1, а также реверсивного гидрораспределителя 4 с электрогидравлическим управлением и других элементов дополнительной гидросистемы, включенных в гидравлическую схему рабочего оборудования скрепера.

Питается система «Стабилоплан» от бортового аккумулятора 3 базового трактора. Преобразователь ДКБ ус тановлен на буфере ковша, пульт и блок управления - в кабине машиниста, а гидрораспределитель - на задней стенке кабины. Для включения этой системы и для отключения ее на время работы без планирования, а также для установки заданного угла планирования служит пульт. Маятник датчика углового положения (ДУП) фиксирует вертикаль, заданное планирующее положение ковша относительно вертикали; при отклонении ковша от заданного положения вырабатывается электрический сигнал.

Блок управления предназначен для приема сигналов от ДУП и переработки его в электрический командосигнал, который передается реверсивному электрогидрозолотнику, параллельно подсоединенному к золотнику, управляющему цилиндрами подъема и опускания ковша при ручном управлении с отключенной системой «Стабилоплан-10».

Аппаратура автоматики (блок управления, пульт управления, ДУП, реверсивный гидрозолотник) унифицирована с аналогичными приборами, используемыми для системы «Автоплан-1».

Рис. 2.10. Схема расположения аппаратуры системы «Стабилоплан-10»:

1 – блок управления; 2 – пульт управления; 3 – аккумулятор; 4 – гидрораспределитель; 5 – преобразователь углового положения

Управление заслонкой и задней стенкой осуществляется вручную из кабины трактора с помощью гидрораспределителей.

Система «Стабилоплан-10» осуществляет автоматическое планирование уклонов, находящихся в пределах ±9%, с точностью выдерживания заданного уклона 0,3%.

Автоматизацию автогрейдеров в зависимости от назначения можно разделить на два направления:

а) автоматизация тягового режима;

б) автоматизация управления отвалом для получения заданного поперечного и продольного профиля обрабатываемой поверхности.

На сегодняшний день предложены два вида систем автоматического регулирования (САР) процесса копания грунта автогрейдером, где регулируемой величиной служит коэффициент буксования. При этом учитывается, что максимум тяговой мощности колесного двигателя наступает при степени буксования, равной 18-20%. В обеих системах (электрической и гидроавтоматической) контролируемый параметр - степень буксования - измеряется по разности числа оборотов колес переднего и заднего мостов. Этот сигнал, преобразованный в электрическое напряжение или в давление жидкости, подается на вход регулятора. Регулятор в зависимости от степени отклонения от заданного режима через исполнительный механизм поднимает или опускает отвал.

Однако ввиду сложности непосредственного измерения данные САР широкого распространения на автогрейдерах не получили.

Наибольшее распространение получили устанавливаемые на автогрейдеры САР второго поколения «Профиль-1», «Профиль-2» и их более современные аналоги «Профиль-10» и «Профиль-20».

Система «Профиль-20» (рис. 2.11), устанавливаемая на среднем автогрейдере ДЗ-143 Брянского завода дорожных машин, позволяет автоматически выдерживать заданное положение отвала автогрейдера по высоте и его угловое положение в поперечной плоскости.

Рис. 2.11. Элементы системы «Профиль-20»:

1, 7 - щуповой датчик; 2 – полиспаст; 3 – лебедка; 4 – пружина; 5 – стойка;

6 – копирный канат; 8, 10 – рычаги; 9 – копирная лыжа

Она включает:

реверсивный электрогидравлической золотник, который крепится на хребтовой балке основной рамы автогрейдера и соединен трубопроводами с левым по ходу машины гидроцилиндром подъема отвала;

датчик углового положения, который установлен на тяговой раме и управляется золотником, автоматически выдерживая заданное угловое положение отвала в поперечной плоскости с точностью ±5^о;

блок управления, размещенный в кабине автогрейдера;

щуповой датчик, смонтированный на рабочем органе и обеспечивающий в автоматическом режиме поддержание на заданной высоте рабочего органа автогрейдера.

Щуповой датчик 4 взаимодействует с копирным канатом 6, натягиваемым по нивелиру вдоль планируемой дороги с помощью полиспаста 2. Копирный канат в рабочем положении подвешивается на стойках 5, а его возможные колебания компенсируются пружиной 4.

В нерабочем положении копирный канат хранится намотанным на лебедку 3. Вместо копирного каната можно использовать копирную лыжу 9 или колесо, соединяемое системой рычагов 8, 10 с щуповым датчиком 7. Ведутся работы по освоению датчика, работающего по лазерному лучу.

Аппаратура систем «Профиль-1» («Профиль-10») и «Профиль-2» («Профиль-20») унифицирована, т. е. более сложные системы включают элементы менее сложных.

Как мы видим, на смену САР первого поколения пришли системы автоматики второго поколения на бесконтактных элементах: для повышения планирующей способности бульдозеров и скреперов - «Стабилоплан-10», «Стабилоплан-20», «Автоплан-10», «Автоплан-20»; для стабилизации угла наклона отвала автогрейдера - «Профиль-10»; для стабилизации угла наклона и положения отвала по высоте - «Профиль-20».

Автоматизация дорожных машин является одним из основных направлений повышения технического уровня и конкурентоспособности продукции, выпускаемой отраслью строительного, дорожного и коммунального машиностроения.

Для обеспечения высоких темпов автоматизации в условиях ограниченных сроков и ресурсов отраслью разработана концепция автоматизации. Ее основные принципы: создание широкой номенклатуры средств автоматизации на базе микроэлектроники и микропроцессорной техники; учет рыночной конъюнктуры и комплектация продукции средствами автоматизации по желанию потребителя; максимальная унификация технических решений и аппаратурных средств; концентрация сил и средств на первоочередном создании и освоении в производстве средств автоматизации для массовых видов продукции.

Это нашло свое отражение в отраслевой программе «Автоматизация строительных и дорожных машин». Автоматизация продукции осуществляется современными микроэлектронными и микропроцессорными системами, освоенными в серийном производстве или подлежащими освоению.

Для автоматизации мобильных строительных и дорожных машин разработаны и освоены в производстве комплекты аппаратуры на микроэлектронной элементной базе: устройства отображения информации

У-4250.01 для экскаваторов, погрузчиков, бульдозеров и других машин; унифицированный ряд систем «Профиль» для землеройно-транспортных машин; комплект лазерной аппаратуры «Дорога».

Устройство отображения информации У-4250.01 предназначено для автоматической предупредительной сигнализации о недопустимом отклонении контролируемых параметров двигателя, электро- и гидрооборудования, трансмиссии и тормозной системы дорожных машин. Устройство состоит из двух блоков: блока плат и блока сигнализации.

Системы автоматического управления «Профиль-30» предназначены для автоматического управления положением рабочих органов автогрейдеров, асфальтоукладчиков и других дорожных машин.

Системы позволяют машинам осуществлять точное прямолинейное движение, выполнять криволинейное вертикальное профилирование площадей, дорожного полотна, траншей, дна каналов, производить укладку асфальтобетонных и других битумно-минеральных смесей на подготовленное основание с использованием жестких и лазерных направляющих (шнура, ранее обработанной поверхности, луча лазера) и по угловой координате в поперечной плоскости - по автономному каналу с датчиком углового положения.

В состав различных модификаций комплекта аппаратуры входят датчик углового положения, датчик продольного профиля со съемным щупом, пульт управления, устройство перемещения лазерного фотоприемника, исполнительные устройства - гидрораспределители с электрическим управлением.

Применение системы позволяет выдерживать заданные поперечный и продольный профили поверхности, что обеспечивает повышение качества планировки, снижение объема вспомогательных работ и расхода материалов.

Лазерная аппаратура «Дорога» предназначена для автоматического управления положением рабочих органов и движением планировочных, землеройно-планировочных, землеройно-транспортных машин, строительных роботов и манипуляторов при строительстве объектов высшего класса. Она создает две опорные лазерные плоскости, позволяющие точно устанавливать машины в заданное положение относительно оси объекта и одновременно управлять положением рабочих органов в горизонтальной, вертикальной (или наклонной) плоскостях.

В комплект аппаратуры входит микропроцессорное устройство для программного перемещения фотоприемника, которое позволяет автоматизировать формирование и отделку поверхности дорог, спроектированных «ландшафтным» методом и имеющих кусочно-линейный и криволинейный по участкам продольный и поперечный профили.

Аппаратура «Дорога» отличается повышенным радиусом действия и высокими точностными и эксплуатационными показателями.

________________