В статье дан анализ работы асфальтоукладчика. Схема имитационной модели следящей системы выглаживающей плиты укладчика, реализованная в программе MATLAB&Simulink. Приведены результаты исследований.
Ключевые слова: нивелирование, асфальтоукладчик, имитационная модель, сенсор
Технологический процесс строительства асфальтобетонного покрытия выполняется традиционно асфальтоукладчиком и асфальтовыми вибрационными катками. Асфальтоукладчик обеспечивает приемку асфальтобетонной смеси от автосамосвалов или перегрузчика, транспортирует дозированно смесь и распределяет по ширине покрытия, уплотняет, обеспечивая профилирование и ровность покрытия. Современные асфальтоукладчики имеют автоматические следящие системы управления, обеспечивающие важне характеристики дорожного покрытия по ровности и профилированию. Совершенствование систем управления является актуальной научной и практической задачей. Развитию этого направления посвящены многие научные работы [1, 2, и др.]
Цели изадачи. Целью работы является разработка имитационной модели рабочего процесса управления ровностью покрытия афсальтоукладчиком в среде MATLAB &Simulink. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи: изучение технологического процесса строительства асфальтобетонных дорожных покрытий и научных работ, посвященных исследованию процессов; рассмотрение принципиальной схемы укладчика в качестве объекта исследования; разработка функциональной и структурной схемы системы управления процессом нивелирования покрытия укладчиком; описание рабочего процесса нивелирования укладчиком, как объекта управления; разработка имитационной модели процесса нивелирования в среде моделирования Simulink.
Теоретические сведения. Асфальтоукладка — завершающий и ответственный этап строительства дорожного полотна. От качества асфальтового покрытия зависит коэффициент сцепления с дорогой и, следовательно, безопасность движения. В связи с этим, при укладке асфальта очень важно выдержать продольный и поперечный уклоны каждой полосы, проектную толщину укладываемого слоя, а так же добиться ровности покрытия. Для достижения этих задач в дорожных работах применяются асфальтоукладочные машины, а вместе с ними системы, позволяющие точно и оперативно позиционировать выглаживающую плиту в необходимое для качественной работы положение.
При перемещении асфальтоукладчика по основанию, готовому для укладки на него дорожного покрытия нежесткого типа, его ходовое оборудование, гусеничное или колесное, произвольно движется в вертикальном направлении (под воздействием микрорельефа основания дороги). Это неуправляемое движение передаётся через основную раму асфальтоукладчика и подвеску выглаживающей вибрационной плиты на рабочее оборудование, вызывая неуправляемое перемещение выглажи вибрационной плиты, что влечет за собой случайное изменение толщины и поперечного уклона дорожного полотна и ухудшение качества покрытия.
К качеству работы асфальтоукладчиков с автоматической системой управления предъявляются очень высокие требования, включающие: обеспечение ровности поверхности укладываемого слоя в продольном направлении, обеспечение постоянства толщины укладываемого слоя, обеспечение постоянства ширины укладываемого слоя, обеспечение постоянства поперечного уклона поверхности, обеспечение проектных высотных отметок по оси покрытия.
Система нивелирования автоматически поддерживает высотную отметку, что позволяет асфальтоукладчикам выравнивать профиль дорожного покрытия. Датчики, «считывающие» текущее положение рабочего органа для сравнения с заданными параметрами могут быть ультразвуковыми, лазерными, а также ориентированными с помощью тахеометра или спутниковой системы. Отсюда и названия автоматизированных систем нивелирования.
Каждая из систем нивелирования имеет свои преимущества и недостатки, поэтому необходимо выбирать подходящий вариант исходя из необходимой точности работы строительной техники и сложности дорожных работ.
Одной из целей использования автоматизированных систем управления является повышение точности работы дорожно-строительной техники, откуда вытекает высокое качество дорожного полотна и соответствие заданным характеристикам. Использование современных систем нивелировки повышает точность выполнения работ до нескольких миллиметров.
Системы нивелирования для асфальтоукладчика — это оборудование, без которого сложно себе представить не только строительство новых дорог, но и ремонт старых. Любой специалист прекрасно понимает, что для качественного выполнения этих работ необходимо использовать современные и качественные системы управления.
Полностью бесконтактные автоматические системы нивелирования для асфальтоукладчиков, разработанные компаниейTOPCON, предназначены для выполнения асфальтирования с автоматическим контролем высоты слоя и поперечного уклона покрытия с точностью до 2 миллиметров по высоте. При подготовке ровной поверхности, поперечного уклона и проектных отметок используются ультразвуковые, лазерные и 3D системы нивелирования.
Единственным недостатком, который влечет за собой использование современных нивелировочных систем, является необходимость повышения квалификации операторов дорожно-строительной техники, ведь использование такого высокотехнологично оборудование предполагает грамотную наладку и эксплуатацию всех элементов системы. Однако такой недостаток в конечном результате станет преимуществом, т. к. квалифицированные и обученные кадры — это залог будущего успеха компании.
Имитационная модель. Схема имитационной модели следящей системы выглаживающей плиты укладчика, реализованная в программе MATLAB&Simulink, показана на рисунке 1.
В состав схемы входят следующие элементы: гидроцилиндр двунаправленного действия, трёхпозиционный гидрораспределитель;гидравлический насос, управляемый гидрозамок, гидравлический датчик давления, элемент «выглаживающая плита асфальтоукладчика»,сенсор, который даёт информацию о перемещении и скорости штока гидроцилиндра (датчик обратной связи «Sensor»), элемент «сенсор силы», элемент «гидравлическая жидкость», в данном случае масло «Oil-30W»,элемент «вязкое трение»,источник силы, пропорциональный сервоклапан гидропривода (электрогидравлический распределитель, преобразующий электрический сигнал в перемещение), возмущающее воздействие «микрорельеф»,PS-конвертор,ёмкость для рабочей жидкости, возмущающее воздействие, обусловленное влиянием работы других элементов [3]. Кроме того, в рассмотренную гидравлическую схему входят такие элементы, как сумматор, интегратор, усилитель, блок задания синусоиды, константа и т. п.
Вывод. Полученная имитационная модель рабочего процесса нивелирования покрытия укладчиком позволяет решать исследовательские и оптимизационные задачи. Основные параметры процесса, рассчитываемые программными средствами, перемещение и скорость выглаживающей плиты укладчика.
Рис. 1Имитационная модель системы привода выглаживающей плиты укладчика на языке среды моделирования Simulink
Рис. 2 Результат моделирования
Литература:
- Щербаков В. С., Милюшенко С. А. Модель рабочего процесса асфальтоукладчика // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2008. № 9. С. 85–88.
- Прокопьев, А. П. Оптимизация следящей системы автоматического управления / В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев // Вестн. Сиб. аэрокосм. ун-та. — 2011. — Вып. 5. — С. 44–49.
- Прокопьев, А. П. Методы управления технологическими процессами строительства асфальтобетонных покрытий: монография / А. П. Прокопьев, Р. Т. Емельянов, В. И. Иванчура. — 2-е изд., перераб. — Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. — 252 с. ISBN 978–5–7638–2585–5.
- Демьянов А. А. Статья: АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКИ
- 2002Марышев Б. С., к. т. н., СоюздорНИИ Журнал «Строительная техника и технологии», март-апрель 2002Марышев
- Павел Басинский Публикация АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК «Российская газета», 22.07.2008
