Применение снегоуборочной машины со шнекороторным рабочим органом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Общая характеристика технологического процесса

1.2 Техника и технологии, относящиеся к объекту управления

1.3 Обзор существующих систем автоматического управления ТП

2. Технологическая часть

2.1 Технико-экономическое обоснование выбранной базовой схемы ТП

Введение

Дорожные ограждения являются неотъемлемой частью дорог. Они препятствуют риску возникновения дорожно-транспортных происшествий, обозначают траекторию движения транспортных средств.

В зимний период за ними начинают формироваться снежные валы, поэтому при несоблюдении периодичности удаления снега за ними или вовсе при отсутствии работ по снегоочистке дорожные ограждения наоборот могут стать причиной возникновения риска ДТП из-за снижения видимости. Чтобы данной проблемы не возникло, снег за барьерными ограждениями необходимо счищать, поэтому самым удобным способ для выполнения снегоочистки является применение машин с рабочим органом, монтируемым на гидроманипуляторе.

Допустимая толщина уплотненного снега не должна превышать 200мм, но из-за неровностей дорог, снежных валов, человеческого фактора и малой видимости из кабины водителя при ручном управлении манипулятором данное требование выполнить не возможно. Для решения этой проблемы необходимо предусмотреть внедрение микропроцессоров и информационно измерительных устройств для управления процессом работы гидроманипулятора. Это позволит повысить производительность работ, снизить трудозатраты и численность рабочего персонала.

1. Общая часть

1.1 Общая характеристика технологического процесса

Неотъемлемой составляющей частью транспортных магистралей являются дорожные ограждения. Их основная функция -- обозначение траектории движения транспорта, а также смягчение последствий при ДТП и препятствование опрокидыванию автомобиля в кювет. Все чаще используются такие ограждения не только на междугородних трассах, но и на городских дорогах в качестве заборов безопасности.

Выделяют 2 основные группы ограждений:

· Конструкции барьерного типа (парапеты, бордюры и т. д.), которые применяются для того, чтобы не допустить съездов транспортных средств с дорожного полотна, эстакад, путепроводов, а также чтобы избежать столкновений и наездов на сооружения, находящиеся в полосе отвода. Барьерное ограждение дорожное может быть металлическим, бетонным и пластиковым.

· Конструкции перильного типа -- металлические сетки, предназначенные для препятствия выхода на проезжую часть животных, а также для упорядочивания движения пешеходов.

Именно в местах, где установлены ограждения и направляющие столбики, при очистке дорог от снега, возникают существенные проблемы. Для обеспечения высокой скорости снегоочистки производят демонтаж съемных конструкций ограждений безопасности с одновременной установкой направляющих вешек по бровке земляного полотна. На опасных участках, подходах к мостам, путепроводам, такие операции проводить нельзя, поэтому снег выбрасывается за барьерное ограждение путем включения в состав роторного снегоочистителя. Окончательная уборка снега из-под ограждений должна производиться после завершения патрульной снегоочистки средствами малой механизации или вручную. Поэтому для данных целей удобнее применять снегоуборочные машины с рабочим органом, монтируемым на манипуляторе.

Манипуляторы при свободном перемещении рабочего органа представляют собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Его звенья связаны кинематическими парами пятого класса (вращательными и поступательными), оснащенными приводами. Каждая такая кинематическая пара с приводом обеспечивает одну степень подвижности манипулятора. Число, вид и взаимное расположение степеней подвижности определяют манипуляционные возможности устройства.

Манипуляторы оснащаются захватными устройствами, предназначенными для захватывания и удержания объекта манипулирования - обрабатываемого изделия или обрабатывающего инструмента. Захватное устройство и инструмент называют рабочим органом манипулятора.

Качество работ, выполняемое управлением манипулятора вручную, снижается из-за ограниченности возможностей оператора. Поэтому внедрение микропроцессоров и информационно измерительных устройств для управления процессом позволяет повысить точность и качество выполняемых работ, снизить трудозатраты и численность обслуживающего персонала. На примере одноковшовых экскаваторов можно проанализировать различные виды указанных устройств.

1.2 Техника и технологии, относящиеся к объекту управления

Применение малой снегоуборочной техники

Данный вид снегоуборочной техники удобен в использовании, так как из-за малых габаритных размеров, высокой проходимости может работать в стесненных условиях. Но при очистке за барьерными ограждениями малогабаритные снегоуборочные машины не всегда удобны, так как могут использоваться только в тех условиях, когда место снегоуборки безопасное для работы человека.

Малая снегоуборочная техника по типу рабочего органа классифицируется:

1. Малогабаритный снегоочиститель с отвалом. Типичным представителем таких машин является погрузчик МКСМ-800.

Рис.1.1. Малогабаритный снегоочиститель МКСМ-800

Благодаря небольшим габаритам и многофункциональности данный погрузчик эффективно и быстро выполняет большие объемы работы в стесненных условиях. Погрузчик разгоняется до 10 км/час, а его топливный бак вмещает 55 литров горючего. Высота машины составляет 2065 мм, длина - 2480 мм, ширина - 1680 мм.

2. Роторный малогабаритный снегоочиститель. Представителем данных машин является KO-728A. Данная многофункциональная уборочная машина предназначена для различного типа коммунальных и уборочных работ во дворах, подъездах, на закрытых территориях. В этих целях машина выполнена в минимальных размерах, а наличие шарнирно-сочлененной рамы придает ей высокую маневренность.

3. Его габаритные размеры составляют - Д2780хШ1360хВ2200, проходимость 4х4, а максимальная скорость движения - 15 км/ч.

Рис.1.2. Малогабаритный снегоочиститель КО-728А

4. Ручная снегоуборочная машина. Представителем данных машин является ARIENS ST 24 Compact с бензиновым двигателем.

Рис.1.3. Ручная снегоуборочная машина ARIENS ST 24 Compact

Характеристики снегоочистителя:

· Объем двигателя 208 см3.

· Ширина очистки 60.9 см.

· Дальность выброса 0.9-12.2 м.

· Вес 83.5 кг.

Снегоуборочная техника с навесным оборудованием

В настоящее время используются снегоочистители, на базе тракторов типа Т-150К или автогрейдеров, рабочим органом которых является отвал на шарнирной стреле. Данный тип конструкций позволяет значительно расширить функциональные возможности снегоочистителя, повысить сменную производительность, из-за того, что базовой машине не нужно заезжать за барьерное ограждение, очистка снега происходит на расстоянии от нее с помощью шарнирной стрелы.

1. Снегоочиститель на базе трактора Т-150К.

Характеристика навесного оборудования

· Отвал на шарнирной стреле

· Длина отвала - 1,7м,

· Высота отвала - 0,4 - 0,7м.

Рис. 1.3. Снегоуборочная машина на базе Т-150К

Рабочая скорость движения - 2,4 км/ч, а транспортная - до 30 км/ч. Подъем и опускание отвала осуществляется от гидравлики базовой машины Т-150К.

2.Снегоочиститель на базе автогрейдера.

Характеристика навесного оборудования:

· Максимальная ширина обработки - 2000мм;

· Максимальная высота крыла - 800мм;

· Угол расположения ножа отвала к продольной оси дороги - 40°;

· Угол расположения ножа отвала к линии горизонта (откос отвала) - ± 30°;

· Масса - 1400кг.

Рис.1.4.Снегоуборочна машина на базе автогрейдера

Отвал ОБГ-2 предназначен для уборки снега за ограждениями. Конструкция позволяет изменять угол установки отвала в широком диапазоне, что позволяет копировать профиль очищаемой поверхности. Оснащён системой безопасности касания стоек и защитой от перегрузок.

Для данного рабочего органа недостатками являются большие габариты машины вследствие большой потребляемой мощности на перемещение, и из-за этого возможно повреждение дорожного основания. Так же использование машин с большими габаритами приводит к затруднению дорожного движения в городских условиях.

1.3 Обзор существующих систем автоматического управления ТП

Автоматизация работы с помощью лазерного излучателя

При автоматизации работы экскаватора с обратной лопатой на рытье траншей приемник лазерного излучения крепится на ковше экскаватора.

Рис.1.5. Лазерная система автоматизации контроля работы экскаватора

1-экскаватор, 2-лазерный излучатель, 3-приемник лазерного излучения

Лазерный излучатель устанавливается на дне траншеи в начале ее разработки с направлением пучка лазера вдоль оси траншеи с проектным углом наклона. В кабине машиниста располагается информационно-индикаторное устройство, на экране которого он по положению (перемещению) лазерного пятна определяет величину и направление отклонения ковша от заданных отметок и устанавливает ковш в требуемое положение.

Автоматизированная система управления рабочим органом одноковшового экскаватора

Для повышения эффективности использования гидравлических одноковшовых экскаваторов при выполнении планировочных и зачистных работ на них устанавливается автоматизированная система управления рабочим органом. Эта система (рис. 1.5.) выполнена с однопроводной управляющей связью и состоит из датчика положения ковша, датчиков и положения рукояти и стрелы, каната управляющей связи, рычага и аппаратуры управления гидрораспределителем ковша.

Датчик кулачкового типа закреплен на оси рычага шестизвенного механизма, управляющего положением ковша при работе. Датчики в виде канатных блоков свободно установлены на осях поворота рукояти и стрелы. Канат проходит по блоку-датчику, по направляющим и поддерживающим блокам и крепится одним концом на кулачке, а другим -- на блоке. Для натяжения каната используется пружина кручения, закрепленная одним концом на пальце оси стрелы, а другим соединенная с блоком. Рычаг управляющей связи через фрикционный механизм также соединен с датчиком, выполняющим одновременно и функцию суммирующего устройства, а конец рычага при работе экскаватора взаимодействует с толкателем системы управления. Управление поворотом ковша из плоскости копания осуществляется гидроцилиндрами. снегоуборочный экскаватор машинный контроль

Рис.1.6. Автоматизированная система управления рабочим органом одноковшового экскаватора

а - общий вид; б - запасовка каната управляющей связи

1-ковш; 2-гидроцилидр; 3-рычаг; 4-датчик кулачкового типа; 5-рукоять; 6-шток гидроцилиндра; 7-блок-датчик; 8-канат; 9-гидроцилидр; 10-направляющие и поддерживающие блоки; 11-стрела; 12-блок; 13-рычаг управляющей связи; 14-аппаратура управления гидрораспределителем ковша; 15-пружина кручения

Работы по планировке земляных поверхностей осуществляются следующим образом. Ковш устанавливается на грунт плоской частью передней стенки, а стрела переводится в плавающее положение с одновременным включением фрикционного механизма. При включении в работу гидроцидиндра рукоять поворачивается и изменяет угловое положение ковша относительно планируемой поверхности. При этом посредством каната (при включенном фрикционном механизме) осуществляется поворот рычага и перемещение толкателя системы управления. Последний включает гидрораспределитель ковша и происходит перемещение штока гидроцилиндра. Ковш возвращается в первоначальное угловое, относительно планируемой поверхности, положение. При перемещении штока рычаг поворачивается вместе с датчиком кулачкового типа и вызывает противоположное направление движения каната, датчика и рычага. После этого гидрораспределитель ковша закрывается. Поворот датчика и рычага, а также натяжение каната происходят под действием пружины кручения, что исключает возможность проскальзывания каната в направляющих ручьях блоков датчика. В результате при изменении положения рукояти следящая система позволяет сохранить первоначальное положение режущей кромки ковша.

Система машинного контроля Topcon 2D X22

Основным элементом системы 2D X22 является панель управления, которая устанавливается в любом удобном месте внутри кабины, и обрабатывает получаемые с датчиков данные. Пространственное позиционирование ковша осуществляется при помощи датчиков наклона X22, закрепляемых на рабочих органах экскаватора (рукояти, ковше, стреле и корпусе). При помощи модуля беспроводной связи, датчики передают на панель управления информацию о своем положении, на основании чего определяется их смещение от калибровочного положения и высчитывается текущее положение ковша.

Рис.1.7. Схема расположения оборудования Topcon 2D X22

Встроенный лазерный приемник, вмонтированный в датчик рукояти, позволяет использовать лазерный нивелир для позиционирования всей стрелы. При работе может использоваться несколько нивелиров, для построения различных плоскостей. Чтобы сориентировать экскаватор в пространстве может использоваться специальный датчик наклона со встроенным корпусом, благодаря чему оператор сможет отслеживать на экране панели управления расположение машины в режиме «реального времени».

1-датчик стрелы и ковша; 2-мачта; 3-панель управления; 4-датчик наклона ковша

Topcon 2D X22 включает в себя:

1) Панель управления - имеет цветной экран и сенсорное управление для эффективной работы в условиях стройки. Панель закрепляется в кабине при помощи надежного вакуумного крепления, и питается от прикуривателя.

2) Датчики ковша и стрелы - закрепляются на соответствующих элементах машины при помощи специальных быстросъемных кронштейнов. Они имеют прочный пыле - и влагозащищенный цельный корпус, на котором отсутствуют разъемы и гнезда подключения, так как вся передача данных осуществляется беспроводным способом. Питание датчиков осуществляется при помощи встроенного аккумулятора с длительным сроком службы.

3) Датчик рукояти - как уже было сказано, позволяет с высокой точностью определять пространственное положение ковша при помощи лазерных нивелиров благодаря встроенному приемнику лазерного излучения. Для привязки ковша к отметке можно использовать любые точки обоснования - выемки, лазерные плоскости или уже сформированные поверхности.

Система машинного контроля Topcon 2D X62

Индикаторная система Topcon 2D X62 представляет собой комбинацию надежных и прочных компонентов для контролирования положения ковша экскаватора. После установки на экскаватор системы 2D X62, практически полностью исключится выемка лишнего грунта, сократится количество проходов экскаватора для достижения необходимой отметки, что позволит снизить затраты на топливо и строительные материалы.

Преимущества системы Topcon 2D X62 особенно ярко проявляются в тех случаях, когда необходимо работать в сложных условиях - при формировании траншеи и поверхности в местах с плохим обзором, при работе под водой или на больших уклонах. Высокая производительность достигается за счет быстрого и точного позиционирования ковша экскаватора относительно проектных данных. Находясь в кабине, оператор сможет наглядно видеть на экране панели управления положение ковша, как в плане, так и по отношению к необходимой отметке.

Рис.1.8. Схема расположения оборудования Topcon 2D X62

1-угловой датчик; 2-лазерный приемник; 3-панель управления; 4-мачта и компас

Элементы системы Topcon 2D X62

Как и другие системы 2-D контроля Topcon для экскаваторов, система Topcon 2D X62 предполагает комплексное использование нескольких датчиков наклона, которые надежно фиксируются на рабочих элементах машины. Кроме этого, система включает в себя панель управления GX-60, и дополнительно может комплектоваться компасом и приемником лазерного излучения LS-B10W.

1) Панель управления GX-60 - является основой всей системы 2D X62. Она закрепляется в любом удобном месте в кабине экскаватора, и является унифицированным средством управления практически для всех систем Topcon, благодаря чему Вы всегда сможете модернизировать свою систему. Панель оснащена сенсорным дисплеем высокой контрастности, и работает под управлением операционной системы Windows XP. Функциональное программное обеспечение Topcon 3DMC поможет решить любую прикладную задачу.

2) Угловой датчик TS-1 - при помощи надежных креплений устанавливаются на стреле, рукояти, ковше и корпусе экскаватора. Если Вы используете наклонный ковш или сочлененную стрелу, то на них также можно закрепить дополнительные датчики. Прочный герметичный металлический корпус датчика и надежные разъемы подключения к шине питания и передачи данных позволяют использовать их в самых неблагоприятных условиях.

3) Электронный компас - предлагается в качестве дополнительной опции. Он существенно упрощает управление системой в условиях ограниченной видимости или при работах под водой. Компас выполнен в виде моноблока с универсальной мачтой, благодаря которой он надежно закрепляется на кабине экскаватора. Также возможна комплектация системы светодиодными панелями Light Bar, закрепляемыми по краям ветрового стекла, что позволяет оператору боковым зрением видеть расстояние до требуемой отметки, не отрывая взгляда от ковша экскаватора.

4) Лазерный приемник LS-B10W - позволяет с высокой точность определять пространственное положение ковша при помощи лазерных нивелиров. Приемник закрепляется на стреле при помощи мощного магнитного крепления, и фиксирует положение лазерного луча относительно заданных проектных данных. Для привязки ковша к отметке можно использовать любые точки обоснования - выемки, лазерные плоскости или уже сформированные поверхности.

Система машинного контроля Topcon 3D X63

С Topcon 3DX63 системами можно достигнуть необходимого уровня быстрее при увеличении точности работы, сэкономить материалы, время и деньги. Использование этой системы особенно полезно в дорожном строительстве, копании под водой, организации свалок и других работах связанных с перемещением земляных масс. Использование дополнительного датчика уклона позволяет работать ковшом с перекосом.

Участки работы со сложным профилем, использующим уклоны и горизонтальные поверхности, могут быть сформированы быстро и точно любым ковшом. Topcon 3D Х63будет полезен не только в планировочных работах, а так же при организации разгрузки и погрузки грузовой техники.

Базовая ГНСС станция устанавливается на известной точке и передает рассчитанные поправки в приемник, установленный на машине. Базовая станция может быть размещена за несколько километров, так как передача поправок не требует прямой видимости с машиной. Транслируемые поправки могут быть использованы многими приемниками, которые устанавливаются на различных машинах или используются отдельно геодезистами.

Когда доступна опорная ГНСС сеть, машина может принимать сигналы, содержащие поправки, используя GSM и N-Trip. Этот путь получения поправок позволяет исключить необходимость установки отдельной базовой станции и более гибко использовать систему управления 3DХ63

Рис.1.9. Схема расположения оборудования Topcon 3DX63

1-угловой датчик; 2-панель управления; 3-радиоантенна; 4-Гннс антенна;

5-Гннс приемник; 6-датчик ковша

Как и остальные системы автоматического управления строительной техники, система 3D X63 включает в себя несколько компонентов, каждый из которых решает свою задачу:

1) Панель управления GX-60 - является головным устройством в системе, и представляет собой полноценный бортовой компьютер, который может использоваться и на других машинах. Панель управления размещается в кабине оператора, и позволяет настраивать и калибровать каждый элемент системы, управлять рабочими проектами, отслеживать на экране положение машины и ковша относительно проектной поверхности.

2) Датчики наклона TS-1 - закрепляются на рабочих частях механизма, и служат для фиксирования углов между рабочими элементами экскаватора.

3) GNSS приемник - предназначен для определения координат машины и пространственной ориентации экскаватора. Мощные магнитные крепления позволяют надежно закрепить приемник в любом защищенном месте. Встроенный радиомодем позволяет принимать поправки в режиме реального времени.

4) GNSS антенна - закрепляется на специальных мачтах или штангах на задней части экскаватора, для обеспечения максимальной видимости спутников. В системе 3D X63 используется две антенны - одна для вычисления ориентации корпуса экскаватора, вторая - для вычисления текущих координат машины.

2. Технологическая часть

2.1 Технико-экономическое обоснование выбранной базовой схемы ТП

Применение снегоуборочной машины со шнекороторным рабочим органом, монтируемым на манипуляторе, позволяет повысить производительность технологического процесса. Это достигается за счет того, что рабочим органом является не отвал, а шнекороторный снегоочиститель. Это позволяет регулировать дальность отбрасывания снега, счищать более уплотненный снег.

При использовании данного рабочего органа потребляемая мощность на его перемещение снижается, и в связи с этим можно использовать более малогабаритные базовые машины, например, тракторы типа МТЗ. Применение таких тракторов позволяет использовать снегоуборочную машину не только для очистки снега за городом, но и в городских условиях.

Для осуществления перемещений рабочего органа относительно базовой машины используется гидроманипулятор. Уборка снега может производиться на удалении до 3 м. от базовой машины. Высота подъема над поверхностью составляет до 4 м. Таким образом, рабочий орган может забирать снег не только с проезжей части, но и с прилегающей зоны, где обычно и производится его складирование.

Данный снегоочиститель экономически выгоден за счет применения тракторов типа МТЗ, так как он намного дешевле в эксплуатации, чем трактор типа Т-150-К или автогрейдера. Так же снегоочиститель можно применять как загородом, так и в городских условиях, вследствие его небольших габаритов. Его использование не затруднит движение транспортных средств и не создаст возможность возникновения дорожно-транспортных происшествий.

Размещено на Allbest.ru