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 укладки элементов СДП на основе новых методов и средств автоматизации, позволяющей существенно повысить 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 обслуживаемым технологическим пространством;

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.