WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ЕФРЕМОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УСТРОЙСТВА СБОРНОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БОРТОВОЙ МАНИПУЛЯЦИОННОЙ СИСИТЕМЫ

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление
технологическими процессами и производствами (строительство)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Московском автомобильно-дорожном институте

(Государственном техническом университете)

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Марсов Вадим Израилевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Васьковский Анатолий Михайлович

Кандидат технических наук

Голиков Евгений Петрович

Ведущая организация: Научно-производственный центр “Строительство” Российской инженерной академии г. Самара.

Защита состоится « 27 » марта 2009г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.05 в Московском автомобильно-дорожном институте (Государственном техническом университете), по адресу: г. Москва, Ленинградский просп., д.64, ауд.42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан «____» ______­­­­_____­­­__ 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Михайлова Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Устройство автомобильных дорог с использованием сборных дорожных покрытий (СДП) является перспективным направлением современного гражданского строительства, строительства на объектах агропромышленного комплекса и подъездных дорог к местам разработки полезных ископаемых.

К числу нерешенных в настоящее время задач по снижению трудозатрат при строи­тельстве автомобильных дорог относятся задачи устройства тяжелых (массой 100 кг и выше) железобетонных СДП, которые укладываются, в основном, ручным способом или с использованием традиционных механизмов, оснащенных малоэффективными грузозахватными устройствами (ГУ). Объем ежегодно устанавливаемых и реконструируемых СДП постоянно увеличивается и в настоящее время исчисляется миллионами погонных метров, на что в общей сложности отвлекается около 30 тыс. рабочих, из которых больше трети занято непосредственно на ручной укладке СДП. Высокий уровень затрат ручного труда в условиях устройства СДП при выполнении погрузочно-разгрузочных работ и особенно при их укладке, является результатом несовершенства применяемых организационно-технологических операций и отсутствия специальных средств механизации, автоматизации и технологического оснащения трудоемких работ.

Одним из наиболее перспективных направлений решения этого вопроса является использование манипуляторов с разработкой технологии их применения при устройстве СДП.

В настоящее время как в России, так и за рубежом ведутся исследования, направленные на создание и применение манипуляторов различного функционального назначения, однако при строительстве автомобильных дорог может быть использовано не более 1-2% от всей номенклатуры производимых в настоящее время манипуляторов. Связано это с тем, что устройство СДП, характеризуется рядом особенностей (большое разнообразие технологических операций, постоянное перемещение фронта работ, необходимость перемещения крупногабаритных и тяжелых изделий, низкая повторяемость технологических операций на одном рабочем месте), усложняющих режим работы строительных механизмов и, в частности, манипуляторов. Отсутствуют методы расчета конструктивных параметров манипуляторов, которые не учитывают в полной мере технологических особенностей устройства СДП и не охватывают необходимый состав расчетных параметров крана манипулятора и особенности его рабочего органа - грузозахватного устройства, непосредственно взаимодействующего с технологической средой.

Поэтому совершенствование технологического процесса устройства СДП на основе применения бортовых кранов-манипуляторов, оснащенных наиболее перспективными грузозахватными устройствами, разработка научно обоснованной методики определения

конструктивных параметров многозвенных манипуляторов, обеспечивающих резкое повышение производительности строительных работ, сокращение затрат трудовых ресурсов и тяжелого физического труда, является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Совершенствование технологического процесса устройства СДП автомобильных дорог путем разработки автоматизированной технологии укладк и элементов СДП на основе новых методов и средств автоматизации, позволяющей существенно повыс ить производительность и качества работ при одновременном уменьшении их трудоемкости.



Для достижения поставленной цели:

  • выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматического управления технологическими операциями устройства СДП автомобильных дорог, методов и средств автоматизации;
  • установлены аналитические зависимости конструктивных параметров манипуляционных систем во взаимосвязи с обслужива емым технологическим простра нством;
  • разработана концепция программного управления перемещением манипуляционной системы в процессе укладки элементов сборного дорожного покрытия и на ее основе система автоматического управления краном-манипулятором, обеспечивающего подачу элементов СДП по заданной траектории движения и обеспечение оптимального динамического режима работы манипуляционной системы;
  • разработаны алгоритмы решения задач кинематики и динамики крана-манипулятора, позволяющие реализовывать оптимальные траектории его движения при выполнении различных операций, определить систему управления, функционирующую по заданной программе;
  • разработано наиболее эффективное, с точки зрения подачи и ориентации элементов СДП, грузозахватное устройство крана-манипулятора вакуумного типа;
  • разработана система управления вакуумным грузозахватным устройством крана-манипулятора, которое кроме обычных функций взятия и удержания в определенном положении объектов манипулирования, автоматически выполняет ориентацию объекта в одной или нескольких плоскостях;
  • проведена экспериментальная проверка полученных результатов.

Методика исследований. В исследованиях использованы методы математического моделирования, линейного программирования, решения систем линейных уравнений в матричной форме, математической статистики. Обработка результатов экспериментов производилась в интерактивной математической системе MATLAB.

Научная новизна:

1.Разработана новая технология автоматизированной укладки элементов сборного дорожного покрытия, которая базируется на методах и средствах робототехники.

2.Установлены аналитические зависимости конструктивных параметров манипуляционной системы с учетом обслуживаемого технологического пространства.

3.Разработана методика кинематического анализа, позволяющая оптимизировать траекторию перемещения манипуляционной системы и осуществлять управление ее движением.

4.Разработаны алгоритмы решения задач кинематики и динамики крана-манипулятора, позволяющие реализовывать оптимальные траектории его движения при выполнении различных операций и математическая модель управления исполнительными устройствами крана-манипулятора.

5.Разработано наиболее эффективное, с точки зрения подачи и ориентации элементов СДП, грузозахватное устройство крана-манипулятора вакуумного типа;

6.Разработана система управления вакуумным грузозахватным устройством крана-манипулятора, которое кроме обычных функций подъема и удержания в определенном положении объектов манипулирования, должны автоматически выполнять ориентацию объекта в одной или нескольких плоскостях с обеспечением оптимального динамического режима работы манипуляционной системы.

На защиту выносятся:

1. Методика сравнения и выбора оптимальных кинематических структур манипуляционных систем подачи, ориентации и укладки элементов СДП в зависимости от технологических параметров рабочего пространства.

2. Кинематическая модель крана-манипулятора с вращательными кинематическими парами, методика планирования траектории его перемещений в процессе подачи, ориентации и укладки элементов СДП и поддержания оптимального динамического режима работы манипуляционной системы.

3. Эффективное, с точки зрения подачи и ориентации элементов СДП, грузозахватное устройство крана-манипулятора вакуумного типа.

4. Математическая модель сервопривода сочленений звеньев манипуляционной системы и программное управление их перемещением в процессе устройства СДП.

Практическая ценность работы заключается в совершенствовании процессов устройства СДП, путем создания новой т ехнологии автоматизированной подачи, ориентации и укладки элементов СДП, которая позволяет снизить трудоемкость производства работ на 30%, повысить их качество, улучшить условия и повысить производительность труда, сократить сроки строительства и уменьшить себестоимость сооружения автомобильных дорог на 20%.





А пробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции ИНТЕРСТРОЙМЕХ – 2008 (г. Воронеж), на конференциях МАДИ (ГТУ) (г. Москва, 2006-2008 г.), кафедре автоматизации производственных процессов МАДИ (ГТУ).

Достоверность полученных научных результатов подтверждена применением обоснованных и адекватных методов теоретических и экспериментальных исследований; количественными и качественными данными, полученными с помощью математического моделирования; экспериментальными исследованиями, успешным внедрением результатов в практику проектирования и технологию устройства СДП автомобильных дорог.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общих выводов и библиографического списка литературы, насчитывающего 88 наименование. Объем работы: 167 страниц, 56 рисунков, 14 таблиц.

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 8 печатных работах.

При рассмотрении вопросов разработки системы управления вакуумным грузозахватным устройством крана-манипулятора научным консультантом являлся к.т.н., профессор Тихонов А.Ф.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цели исследования, представлены научная новизна, достоверность и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу существующих методов и средств для устройства сборного дорожного покрытия.

Анализ и оценка различных типов дорожного покрытия показывает, что наиболее рациональными по эксплуатационным свойствам и удельным затратам являются сборные дорожные покрытия, изготовленные из тяжелого мелкозернистого бетона плотной структуры и тяжелого бетона на крупном заполнителе.

Главная причина, сдерживающая широкое внедрение сборных дорожных покрытий, является высокая трудоемкость неусовершенствованного технологического процесса выполняемых работ, обусловленного отсутствием специализированных автоматизированных технических средств для устройства сборных дорожных покрытий.

Для повышения эффективности технологии устройства сборных дорожных покрытий необходимо снизить трудоемкость поштучного подхвата бордюрных камней, из пакетов, с

перенесением и раскладкой их у линии укладки СДП, а также последующей точной укладкой СДП по заданному уровню, используя краны-манипуляторы; механизировать погрузочно-разгрузочные операции за счет внедрения прогрессивных видов ГУ.

Требования к манипуляторному оборудованию, опираясь на результаты изучения технологии устройства СДП с применением различных механизмов, сводятся к следующему:

1. Рабочее оборудование должно быть установлено на шасси или платформу мобильной базовой машины, обеспечивающей достаточную транспортную скорость при перевозке элементов СДП от места складирования до объекта строительства.

2. Рабочее оборудование, в целях обеспечения эффективного контакта его с зонами размещения элементов СДП на платформе самоходного базового агрегата и возможности укладки элементов в рабочее положение с исходных позиции, должно иметь оборудование манипуляторного типа с грузозахватным устройством и системой автоматизированного управления.

3. Стреловой механизм манипулятора должен обеспечить свободный доступ ГУ ко всем позициям размещения элементов СДП на платформе и в зоне укладки элементов в рабочее положение.

4. Грузозахватное устройство должно надежно удерживать элементы СДП различных типов, и свободно ориентировать их в горизонтальной плоскости (в плане) через любую (правую или левую) сторону платформы, а также иметь устройство, обеспечивающее наклон элементов в вертикальной плоскости.

Во второй главе выполнены теоретические исследования элементов предложенной автоматизированной технологии устройства сборного дорожного покрытия. Проведен анализ технических требований к проектируемому автоматизированному крану-манипулятору.

Определяющими, при разработке конструкции крана-манипулятора, являются вопросы, связанные с выбором оптимальной кинематической структуры и рациональных геометрических параметров манипуляционной системы подачи, ориентации и укладки элементов СДП, оценки ее функциональных возможностей.

Для выбора оптимальной кинематической структуры манипуляционной системы была использована целевая функция:, где нормированный кинематический показатель, объем рабочего пространства манипулятора; полная длина звеньев манипулятора; коэффициент совершенства, учитывающий удобство обслуживания, простоту конструкции и затраты на эксплуатацию.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»