Delist.ru

Автоматизация технологического процесса устройства сборного дорожного покрытия с использованием бортовой манипуляционной системы (24.02.2009)

Автор: Еферемов Дмитрий Александрович

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 технологии 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%.

Апробация 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.

( коэффициент совершенства, учитывающий удобство обслуживания, простоту конструкции и затраты на эксплуатацию.

Сравнение и выбор оптимальной кинематической структуры крана-манипулятора по максимальному нормированному показателю был осуществлен в соответствии с разработанным алгоритмом. Была выбрана оптимальная кинематическая структура, с максимальным нормированным показателем, имеющая достаточную компактность и наиболее приемлемая с точки зрения требований, предъявляемых автоматизированным процессом подачи, ориентации и укладки элементов СДП. Эффективность машин укладки сборных дорожных покрытий может быть существенно повышена при условии успешного решения комплексных проблем оптимизации как самого технологического оборудования, так и способов организации технологического процесса. Необходим выбор оптимальных параметров конструкции манипулятора (размеры звеньев стрелы, допустимые углы поворота и диапазоны перемещений и т.д.); оптимального положения шасси в процессе выполнения технологических операций; закона оптимального управления движением манипулятора.

Решение перечисленных задач основывается на анализе геометрических характеристик рабочего пространства, обслуживаемого ГУ, и их согласовании с основными параметрами выполняемого технологического процесса.

Рабочее пространство манипулятора представляет собой трехмерную область сложной геометрической формы (рис. 1).

Рис.1. Рабочее пространство манипулятора

2 в допустимых диапазонах.

0 = 0. В момент установки сборного дорожного покрытия ГУ должно быть ориентировано вертикально вниз. Поэтому параметр a3 не оказывает влияния на горизонтальные размеры рабочей зоны манипулятора и принимается постоянным.

Конструктивные характеристики манипулятора обусловливают возможность изменения углов между смежными звеньями в определенных диапазонах:

загрузка...