Курсовая работа
«Управлениедорожными машинами через „GPS“
Введение
Высокие темпыавтомобилизации после окончания второй мировой войны потребовали коренногоперелома в решении дорожных проблем практически во всех странах мира. Ростинтенсивности движения автомобилей и плотности транспортных потоков,значительно опережающий темпы дорожного строительства, сделал необходимымпринятие энергичных мер по приведению дорожной сети в соответствие стребованиями автомобильных перевозок.
Развитиедорожной сети, обеспечение возрастающего объема строительства новых исодержания действующих транспортных магистралей связано в реальной экономике собновлением и поддержанием в работоспособном состоянии дорожно-строительныхмашин.
Поэтому новыеметоды при проектировании дорожных машин широко используются, изобретаютсяновые узлы и агрегаты машин, проводятся вычисления множества задач, чтобыобеспечить более долгий срок работы механизмов машинных, множества заводов ипредприятий.
В составемашинных парков дорожно-строительных и ремонтно-эксплуатационных предприятийчаще всего можно встретить бульдозеры, скреперы, экскаваторы, катки,планировочно-уплотняющие машины, компрессоры, трубоукладчики. В производствеземляных работ: устройстве и содержании дорог перечисленнымдорожно-строительным машинам вряд ли могут конкурировать по производительностидругие средства механизации, поэтому они работают на сосредоточенных и линейно-протяжныхобъектах всех отраслей народного хозяйства.
Объем выпускадорожно-строительных машин сократится не намного и в ближайшее время ожидаетсяувеличение их серийности наряду с совершенствованием конструкции, улучшениемусловий работы машиниста, повышением удобства технического обслуживания иремонтопригодности. На развитие исполнений дорожно-строительных машин оказываютвлияние технический уровень и качество применяемых для их сборки базовыхтракторов, дизельных двигателей, силовых передач, систем и аппаратурыуправления.
Обращают насебя внимание заметные изменения в технологии производствастроительно-монтажных работ, выполняемых дорожно-строительными машинами.Повысились темпы возведения и реконструкции объектов, появились новые методывыполнения работ и технологических операций, более конкретными стали задания наподлежащие выполнению машинами объемы работ на строительной площадке, усилиласьответственность и изменились формы оплаты труда рабочих.
Применениесовременных образцов дорожно-строительных машин обеспечивает выполнениетребований интенсивной технологии механизированного производства работ, ростпроизводительности и улучшение условий труда рабочих, но достигается это засчет совершенствования и усложнения конструкций машин, что, в свою очередь,требует высокой квалификации машиниста, одновременно возрастает значениепрофессиональной инициативы, самостоятельности и ответственности машиниста иего руководителя (менеджера).
Наибольшеераспространение при производстве общестроительных земляных работ имеютдорожно-строительные машины мощностью до 150 кВт.
Чтобы вполной мере реализовать технические возможности механизмов и машин применяютобщие принципы и особенности конструирования универсальных, специальныхпромышленных роботов и роботов агрегатно-модульного типа.
Конструкцияпромышленного робота определяется большим числом факторов, зависящих от егоназначения и условий применения.
В современнойробототехнике развивается два основных направления конструирования роботов.Первое из них связано с разработкой специализированных роботов, предназначенныхдля оснащения технологического оборудования определенной группы и выполняющихтехнологические операции одного вида, и специальных, предназначенных для оснащениятехнологического оборудования конкретной модели и выполняющих определенныетехнологические операции. Такие роботы имеют небольшое число степенейподвижности, высокие показатели быстродействия, точности и надежности. Однаковозможности их применения при изменении параметров технологического процессаограничены.
Второенаправление состоит в разработке многофункциональных, универсальныхпромышленных роботов, которые могут применяться в широком диапазоне измененияпараметров технологического процесса и в различных процессах. Эти роботыобладают большим числом степеней подвижности, но обеспечить в них высокуюточность и надежность значительно труднее, а также они требуют больших затратпри изготовлении. Кроме того, часто на конкретных операциях используются длядвижения не все степени подвижности.
Этипротиворечия могут быть разрешены, если применить агрегатно-модульный принциппостроения роботов – конструирование из типовых узлов и модулей. Роботы этоготипа не обладают избыточностью на конкретных операциях и в то же времяуниверсальны. Недостатки агрегатно-модульных роботов по сравнению суниверсальными при большом числе степеней подвижности – увеличение массы иснижение жесткости.
1. Техническаяхарактеристика Автогрейдер ГС 25–09
Автогрейдергс-25.09
/>
Рис. 1. Автогрейдер ГС 25–09
АвтогрейдерГС-25.09 превосходно подходит для возведения земляного полотна, устройства исодержания дорог, разнообразных планировочных работ, профилирования и отделкидорожного полотна, а также для ремонта и содержания дорожных покрытий, городскихпроездов и площадей.
6-цилиндровый4-тактный дизельный двигатель жидкостного охлаждения с турбо-наддувом ипромежуточным охладителем воздуха. Оснащен 2-х ступенчатым, 2-х элементнымвоздухоочистителем сухого типа с индикатором засорения. Стартер и электросистемана 24 В, с бесщеточным генератором на 45 А (1.0 кВт) со встроенным регуляторомнапряжения и двумя необслуживаемыми батареями по 12 В с током холодного пуска650 А и резервом емкости 190 а/ч каждая, выключатель батареи.
Трансмиссияавтоматическая с самодиагностикой фирмы «ZF», Германия. Модель 6 WG 190.Скорости на передачах при стандартных шинах и оборотах двигателя -2000 об/мин
Тормоза:
Стояночныйтормоз, включаемый пружиной и отключаемый гидравлически, дисковый на входномвалу тандемной тележки, действующий на все колеса тележки, оснащен блокировкойвключения передач трансмиссии и средствами предупреждения оператора.
Рулевоеуправление автогрейдера ГС-25.09:
Рулевоеуправление передними колесами с гидростатическим приводом, включающим два гидроцилиндра.Минимальный радиус поворота при одновременном использовании рулевого управленияпереднего моста, изгиба рамы и наклона передних колес – 7800 мм.
Передниймост:
Мостцельносварной стальной с ребрами для увеличения торсионной жесткости,качающейся на одном центральном шкворне. Цилиндр наклона колес с гидрозамком,включенным в стандартную комплектацию.
Рамы:
Передняярама: цельносварная, коробчатого сечения, с наклоном для улучшения переднегообзора.
Задняя рама:с силовым периметром, допускающим модульный монтаж оборудования, что облегчаетобслуживание привода и идеально для навески рабочего оборудования.
Гидросистемас насосом постоянного объема и разгрузкой насоса при нейтральном положениирукояток управления гидрораспределителей. В состав системы входит 6гидрораспределителей с ручным управлением, обеспечивающих управление основнымрабочим оборудованием. 4 электрических гидрораспределителя обеспечивают работувспомогательных операций. Управление гидрораспределителями имеет горизонтальноеразмещение короткоходовых рычагов на рулевой колонке. Система оснащенагидрозамками в контурах подъема отвала, наклона отвала, сдвига поворотногокруга, наклона колес и изгиба рамы.
Кабина иорганы управления ГС-25.09:
Все органыуправления расположены в 9О° – ном секторе перед оператором и справа от него.Перед ним находятся: дисплейный блок, на котором отображаются все необходимыепараметры работы автогрейдера, контрольные параметры его систем, аварийныесигнализаторы, переключатели управления электрическими гидрораспределителями,рукоятки управления ручными гидрораспределителями. Справа – рычаг управленияКПП, дисплей КПП, органы управления приводом переднего моста, отопителем,очистителями, омывателями стекол, освещением, выключатель электросистемы ипредохранители. Уровень шума в кабине – от 78 до 80 дБ.
Техническиехарактеристики автогрейдера ГС-25.09
Основные параметры автогрейдера ГС-25.09 Класс автогрейдера 250 Эксплуатационная масса без навесного оборудования, кг 17 300 Эксплуатационная масса базовой комплектации с бульдозерным отвалом, кг 18 200 Длина автогрейдера без навесного оборудования, мм 8 600 Ширина автогрейдера, мм 2 540 Высота по маяку, мм 3 580 Колесная база, мм 6 200 Мин. радиус поворота., м 7,8 Скорость движения, км/ч 4,5…40,8
Грейдерный отвал автогрейдера: Длина отвала, мм 4 270 Высота отвала, мм 700 Опускание отвала, мм 730 Вынос отвала, мм 700 Угол поворота в плане, град. ± 65 Угол зачистки откосов, град. 0–90 Размерность шин 14.00–24 G2 Колесная формула 1х3х3 Давление на нож, кг 8 864 Тяговое усилие на ноже, кг 14 450
Агрегатный состав автогрейдера: Двигатель ГС-25.09: ЯМЗ-236 БЕ 2–20 Полезная мощность., кВт (л.с.) 176,5 (240) КПП «ZF» Германия гидромеханическая Число передач КПП: вперед / назад 6 / 3 Карданная передача 2 кардана Передняя ось (мост) Ведущий Задний мост Ведущий
Рабочее оборудованиеавтогрейдера для удобства качественного выполнения работ, могут приниматьмножество положений в пространстве.
Профилированиягрунтовых дорог с устройством водоотводных канав; возведения дорожных насыпейиз боковых резервов высотой от 0,6 до 1,00 м; планировки земляногополотна, откосов выемок и насыпей; устройства корыта на готовом земляномполотне для дорожной одежды; перемешивания грунтовых, гравийно-щебеночныхматериалов с вяжущими материалами на полотне дороги; планировки площадей,очистки дороги от снега и т.д.
Грейдерывыпускаются прицепными, работающими в сцепе с тракторами или тягачами, исамоходными – автогрейдерами (табл. 1). Все операции выполняются с помощью рабочегооргана – отвала с ножом, располагающегося между колесной базой машины.
Отвал имеетразличные установки в плане и вертикальной плоскости, а также вынос в сторону,что позволяет выполнять разнообразные работы по зарезанию, перемещению грунтови сыпучих материалов.
Автогрейдерыв зависимости от массы подразделяются на легкие (до 9 т), среднее (до 13 т) итяжелые (до 19 т). Они имеют колесную схему 1–2–3 или 1–3–3, то есть трехосныеавтогрейдеры с двумя или тремя ведущими осями. У всех автогрейдеров ведущиеколеса управляемые.
Длявыполнения всего комплекса работ автогрейдеры дополнительно укомплектовываютсясменным оборудованием (рис. 2,3,4) типа бульдозерный отвал, откосник,кирковщик и удлинитель.
Автоматическаясистема управления обеспечивает стабилизацию отвала в поперечной плоскости и повысоте (профиль 20) или стабилизацию отвала и гидравлическую систему.
Таблица 1. Техническаяхарактеристика грейдеров
Показатель
Полуцепной
ГП
Автогрейдеры
ДЗ-80
ДЗ-180
ДЗ-122
ДЗ-200
ДЗ-98В
Базовый трактор
Т-150 К
-
-
-
-
-
Мощность двигателя, кВт (л.с.)
-
54,7 (78)
99 (135)
99 (135)
125 (170)
198 (270)
Масса, т
5.40
8,0
13,50
14,6
15,0
19,5
Длина отвала, м
3,74
3,04
3,74
3,74
3,86
4,27
Высота отвала, м
0,63
0.50
0,62
0,63
0,63
0,74
Боковой вынос, м
0,80
-
0,80
0,80
2,50
1,05
Скорость при движении -
30
40
43
30
47
Агрегатыдвижения автогрейдера ГС 25–09
Двигательавтогрейдера ГС 25–09 ЯМЗ-236 БЕ 2–20 – это двигатель нового поколения,оснащенный новейшей системой сгорания V-ACT.
Он идеальноподходит для автогрейдеров, отличается высокой топливной экономичностью инизким уровнем вредных выхлопов. Не требует установки дополнительногооборудования и устройств для дополнительной очистки отработавших газов. (рис. 5)
У такогонасоса ось блока цилиндров расположена под углом к оси ведущего вала, что иопределяет его название – с наклонным блоком.
Органыуправления агрегатами, электронные блоки, считываемые показания с рабочихмеханизмов узлов и агрегатов
К органам управленияавтогрейдера и системы считывающей показания с узлов и агрегатов машиныотносятся: гидрораспределитель, осуществляющий контроль за ножами и другими агрегатами,имеющими гидроцилиндры, электронный блок управления работающий как автономнотак и при индивидуальных настройках машиниста, совместно с другими электроннымиблоками управления получаемые сигналы по системе GPS навигации; электронная приборная панель, отображающаясигналы, получаемые от узлов и агрегатов автогрейдера через электронный блокуправления в цифровом фор мате (рис. 11);гидрораспределитель, оборудованный электромагнитными клапанами для управленияузлами и агрегатами автогрейдера без участия машиниста, но прежде настроившийэлектронный блок управления на определенный режим работы.
2. Одночастотный12-канальный GPS-приемник класса точности картографии и ГИС «Pathfinder ProXL»
Приемникинавигационного класса точности призваны решать навигационные задачи натранспорте, в народном хозяйстве (например, при строительстве автодорог и т.д.)и отдыхе.
Приемникикласса точности картографии и ГИС также относительно дешевы и доступны проектно-изыскательскими строительным организациям.
Точностьприемников класса картографии и ГИС может быть существенно повышена при базовомварианте их использование в случае применения базовых станций, и они могут бытьиспользованы при решении большинства инженерно-геодезических задач, включаязадачи, решаемые режиме реального времени (например, съемка плана и продольногопрофиля существующей автомобильной дороги с движущегося автомобиля).
Приемникигеодезического класса точности весьма недешевы, однако даже в автономном режимеработы обеспечивают определение координат точек местности с точностью до 1–3 см.в кинематическом режиме и до 1 см. при статических измерениях, и поэтомуприменимы для решения практически любых инженерно-геодезических задач.
При огромноммногообразии приемников «GPS», обеспечивающих выполнениеинженерно-геодезических задач на изысканиях и в строительстве, нужно стремитьсяприобретать приемники и геодезические системы, работающие не только сорбитальным комплексом США «NAVSTAR», но, прежде всего, работающие с отечественнойнавигационной системой «ГЛОНАСС».
Одночастотныеи двухчастотные приемники, работающие на одной частоте радиоволн в практикеинженерно-геодезических работ используют и многоканальные приемники, работающиес использованием кодов на двух частотах: 1575,72 MHz и 1227,6 MHz. Приемники такого уровняобеспечивают более точное определение координат точек местности, в связи свозможностью дифференцированного учета для каждого рабочего спутника ионосферныхи тропосферных задержек, а так же обеспечивает быструю инициализацию(присваивание начальных значений) приемника, что особенно актуально в местах,где могут частично блокироваться сигналы спутников.
По точностиопределения координат и назначению различают приемники следующих классов:навигационного класса с точностью определения координат 150–200 метров; классакартографии и ГИС с точностью определения координат 1–5 метров; геодезическогокласса с точностью определения координат до 1 см.
3. Техническаяхарактеристика компьютерного тахеометра «GeodimeterAT-MC»
Современныеэлектронные тахеометры, обеспечивающие прямой обмен информации с полевыми ибазовыми персональными компьютерами снабжены сервоприводами, и дистанционнымкомпьютерным управлением, система автоматического слежения за целью и наборомуниверсальных, полевых геодезических программ.
В настоящеевремя в России используют главным образом импортные компьютерные тахеометры(станции) различных конструктивных особенностей, точности и назначений.
Высокоэффективныйкомпьютерный тахеометр «Geodimeter AT-MC» (рис. 14)специально разработан для автоматического управления работойдорожно-строительных машин и механизмов (бульдозеров, автогрейдеров, асфальтоукладчикови т.д.).
Техническиехарактеристики компьютерного тахеометра:
Средняяквадратическая погрешность измерения углов:
· Стандартны режим……………………….……….1``
· Режим слежения…………………………………..2``
Измерениярасстояний:
· Стандартный режим……………±(1+3ppm x D) мм
· Режим слежения…………………..±(2+3ppm x D) мм
Диапазонизмерения расстояний…………………………… до 3200 м
Массатахеометра со встроенным источником питания.………8,5 кг
Диапазон рабочихтемператур……………………….от -20º С до +50º С
Электронныетахеометры – многофункциональные геодезические приборы, представляющие собойкомбинацию кодового теодолита, встроенного в светодальномера испециализированного мини-компьютера, обеспечивающие запись результатовизмерений во внутренние или внешние блоки памяти.
К настоящемувремени в развитых зарубежных странах и в России разработано и производитсябольшое число электронных тахеометров, различающихся конструктивнымиособенностями, точностью и назначением.
Современныеэлектронные тахеометры, как правило, позволяют решать следующие инженерныезадачи:
· Определениенедоступных расстояний;
· Определениевысот недоступных объектов;
· Определениедирекционных углов;
· Обратнаязасечка;
· Определениетрехмерных координат реечных точек;
· Выносв натуру трехмерных координат точек;
· Измерениесо смещением по углу;
· Вычислениеплощадей и т.д.
С пультатахеометра можно вводить следующую информацию в память компьютера:
Кп– поправочный коэффициент на изменение температуры и давления;
(i – l) – разность высоттахеометра и отражателя;
H0– высота станции. Привводе этой информации тахеометр срзу определяет абсолютные высоты точеквизирования H,по умолчанию – превышения h;
А0– дирекционный угол опорного направления. При вводе этой информации тахеометропределяет дирекционные углы направлений на точке визирование А, по умолчанию –справа по ходу лежащие горизонтальные углы β;
Х0,Y0– координаты точкистояния прибора. При вводе этой информации тахеометр сразу определяеткоординаты точек визирования X, Y, по умолчанию – приращения координат от опорного направления ∆X, ∆Y;
Км– число целых километров в измеряемом расстоянии.
Электронныйтахеометр автоматически учитывает при измерениях влияния кривизны Земли ирефракции атмосферы.
4. Метод использованиясистемы «GPS»
Пристроительстве автомобильных дорог, подготовке основания устройства земляногополотна, перемещения и профилирования строительных материалов учитываютсяточные параметры использования материалов и расположение их в дорожной одежде,например, чтобы равномерно расположить слой дорожной одежды из щебня площадью3000 м2, толщиной 0,25 м по всей площади требуется высокаяквалификация машиниста и исправная техника. Но здесь присутствует человеческийфактор, случаются ошибки при профилировании больших площадей дорожных одежд,поэтому основание получается неровным волнообразным.
Чтобыизбежать этого дорожные инженеры применяют сложную программируемуюдорожно-строительную технику с полным программным контролем. Для этого пристроительстве автомобильной дороги на дорожно-строительную техникуустанавливают дополнительное оборудование, которое программируется и выполняетработу без участия человека.
Рассмотримустановку дополнительного оборудования на автогрейдер ГС 25–09. для того чтобыавтогрейдер получал сигналы, на него устанавливают одночастотный GPS приемник (рис. 13),который подключается к электронному блоку управления автогрейдера (рис. 10).Электронный блок управления обрабатывает сигналы и управляет электромагнитнымиклапанами гидрораспределителя. Положение ножа автогрейдера в плане при перемещениии планировании щебня по основанию, выдерживая уклоны и толщину, регулируетсяавтоматически без участия машиниста автогрейдера. Все сигналы, вычисленные попрофилю дорожного полотна, были введены инженером-строителем в компьютерныйтахеометр при геодезических работах. Все сигналы, обрабатываемые тахеометром,вводятся в трехмерной системе координат x, y, z, которые посылаютсячерез спутниковую систему GPS на автогрейдер. Получая сигналы, электронныйблок управления обрабатывает их и управляет необходимым узлом и агрегатом дляэтой точки местности поднимать или отпускать нож автогрейдера. Находясь вдругой точке местности, поучая другой сигнал, аппаратура реагирует навыполнение заданных параметров толщины и угла наклона, профиля дорожногооснования.
Пристроительстве дороги, при использовании электронно-вычислительной техникиисключается возможность проявления человеческого фактора. Все параметры проектапроизводства работ прослеживаются и обрабатываются компьютером.
Единственнымнедостатком при использовании такого метода распределения материалов подорожному основанию является пробуксовка колес автогрейдера на дорожномосновании при накоплении перед ножом автогрейдера большого вала изстроительного материала. Для устранения пробуксовки необходимо остановить весьпроцесс работы, чтобы поднять нож и распределить материал в другую сторону длядальнейшего передвижения автогрейдера заданными параметрами планировкистроительного материала. Чтобы избежать эти недостатки, используют тяжелыеавтогрейдеры, которые оснащены полноприводной системой передвижения 1–3–3. Ониобладают хорошими передвижными характеристиками и справляются в тяжелых условияхраспределением материалов, чем автогрейдеры, оснащенные системой передвижения 1–2–3.
Заключение
Тахеометрическаясъемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок,применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. Высокаяпроизводительность тахеометрических съемок обеспечивается тем, что всеизмерения, необходимые для определения пространственных координат характерныхточек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезическогоприбора – теодолита-тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности вплане определяют измерением полярных координат: измеряют горизонтальный уголмежду направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования иснимаемую точку и измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазернымдальномером электронного тахеометра. Высотное положение снимаемых точекопределяют методом тригонометрического нивелирования.
Насовременном этапе развития научно-технического прогресса происходятфундаментальные изменения технологии и методов проектно-изыскательских работ истроительство инженерных объектов, что находит отражение в изменении состава иметодов производства инженерно-геодезических работ, а так же в качественномизменении парка используемого геодезического оборудования.
Очевидно,инженер-строитель, инженер-мелиоратор, инженер лесного хозяйства на современномэтапе должны хорошо владеть как традиционными методами геодезии (последние такили иначе применяются и будут применяться при изысканиях, проектирования,строительстве и эксплуатации), так и новыми высокопроизводительными методамиинженерно-геодезических работ.
Инженердолжен уметь работать как с традиционными видами инженерно-геодезическойинформацией – топографическими картами и планами, так и с их электроннымианалогами – электронными картами (ЭК), являющимися основой ГИС, цифровыми (ЦММ)и математическими моделями местности (МММ), на базе которых осуществляетсясистемное автоматизированное проектирование инженерных объектов на уровнесистемы автоматизированного проектирования (САПР).
Списокиспользованных источников и литературы
1. Инженерная геодезия:учебник/Г.А. Федотов. – М.: Высш. шк., 2002. – 463 с.: ил.
2. Автомобильные дороги.Проектирование и строительство / Под ред. профессоров В.Ф. Бабкова, В.К. Некрасоваи Г. Щилиянова. – М.: Транспорт. 1983. – 239 с.
3. Механика промышленныхроботов: Учеб. Пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева.Кн. 3: Основы конструирования/Е.И. Воробьев, А.В. Бабич, К.П. Жукови др. – М.: Высш. шк., 1989. – 383 с.: ил.
4. Ранев А.В., Полосин М.Д. Устройствои эксплуатация дорожно-строительных машин: Уеб. для нач. проф. образования. –М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000. – 488 с.: ил.
5. Попов В.Г. Строительствоавтомобильных дорог // Пособие для мастеров и производителей работдорожных организаций/МАДИ(ГТУ). – М., 2001. – 185 с.