Усилители и переключатели

УСИЛИТЕЛИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ Усилители предназначены для увеличения (от вспомогательного источника питания) мощности сигнала на выходе измерительной части системы автоматического управления, так как в большинстве случаев она недостаточна для приведения в действие исполнительных устройств. Назначение и место усилителей в системе автоматического управления обусловливает и предъявляемые к ним требования. Так, для усилителя в измерительной цепи главным параметром является стабильность характеристики, большой частотный диапазон и отсутствие искажения сигнала, а для выходного каскада усиления - КПД и выходная мощность. Наряду с обычными усилителями в системах автоматического управления используют усилители-преобразователи, осуществляющие преобразование постоянного тока в переменный, и операционные усилители, осуществляющие моделирование различных математических операций (суммирование, дифференцирование, интегрирование и т. д.). В электрических системах используют электронные, электромагнитные и при больших мощностях электромашинные, а в неэлектрических - механические, пневматические и гидравлические усилители. Электронные усилители делят на ламповые и полупроводниковые. В связи с тем, что полупроводниковые усилители не требуют энергию и время на подогрев, имеют меньшие габариты, массу, значительный срок службы и обладают достаточно высокой механической прочностью и надежностью, они практически вытеснили электровакуумные лампы. К отличительным особенностям полупроводниковых усилителей следует отнести также экономичность, мгновенную готовность к работе, высокий коэффициент усиления и большой диапазон усиливаемых частот, а также вибро- и ударостойкость. По виду усиливаемого сигнала усилители делятся на усилители тока (переменного и постоянного) и напряжения, а по числу каскадов на одно- и многокаскадные. По принципу действия их классифицируют на усилители дискретного (релейного) и аналогового действия. При этом в последние годы осуществляется интенсивный переход к интегральным схемам. В схемах электронных усилителей могут использоваться различные виды обратных связей (рис.185). При этом цепь обратных связей может охватывать как отдельные каскады (местная обратная связь - МОС), так и все каскады усилителя (общая обратная связь - ООС). Некоторые вещества, такие как германий, кремний к другие, являясь одновременно и проводниками и диэлектриками, называют, полупроводниками, на их основе выпускают транзисторы, тиристоры, диоды и различные интегральные схемы. Полупроводниковые усилители и преобразователи широко используют в силовых датчиках, самопишущих приборах и т.д. В общем случае полупроводниковый усилитель состоит из входного устройства ВУ, многокаскадного усилителя напряжения УН, усилителя мощности УМ, источника питания ИП и цепи обратной связи ОС (рис.186). При этом усилители переменного тока содержат только входной трансформатор Т, а постоянного тока - еще и вибропреобразователь ВП. В процессе работы усилителя входной сигнал напряжения постоянного тока Uвх преобразуется с помощью ВП в пульсирующее напряжение и через трансформатор Т подается в пятикаскадный усилитель напряжения переменного тока УН. Затем усиленные сигналы поступают в усилитель мощности УМ, а из него Uвых направляется в цепь исполнительного органа. Через цепь обратной связи ОС выходной сигнал возвращается на вход третьего каскада усилителя напряжения. Рис.186. Структурная схема усилителя Источник питания ИП состоит из силового трансформатора и двух выпрямителей, один из которых питает усилитель напряжения, а другой - мощности. Отдельная обмотка силового трансформатора обеспечивает питание вибропреобразователя ВП. В электромагнитных усилителях используется свойство изменения магнитной проницаемости ферромагнитных материалов в зависимости от величины постоянного подмагничивающего поля. Простейшим электромагнитным усилителем (рис.187) является обычный дроссель с подмагничиванием, в котором обмотка управления питается напряжением постоянного тока, а рабочая Wр подключена последовательно с сопротивлением нагрузки Rн к источнику напряжения переменного тока. Эффект усиления при работе электромагнитного усилителя осуществляется следующим образом. При подаче сигнала управления Uу магнитная индукция сердечника магнитного усилителя увеличивается, а магнитная проницаемость уменьшается. При этом изменяется индуктивность катушки и уменьшается индуктивное сопротивление рабочей катушки, что ведет к возрастанию тока нагрузки Iн. Электромашинные усилители используют для управления и регулирования частоты вращения в автоматизированных электроприводах постоянного тока. Простейшие усилители представляют собой систему из вспомогательного двигателя и генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Управление напряжением генератора осуществляется изменением тока в обмотке возбуждения. При этом выходная величина мощности может в 100 раз превышать входную, затрачиваемую на управление работой усилителя. Электромашинные усилители с поперечным магнитным полем, в котором для возбуждения выходного каскада используется магнитный поток поперечной реакции якоря, получили наиболее широкое распространение. Эти усилители позволяют иметь усиление на выходе до 105 раз. В качестве переключателей в системах автоматики используют большое количество электромагнитных реле клапанного типа с втяжным или поворотным якорем, работающих как на переменном, так и на постоянном токе. Пневматические и гидравлические усилители обычно выполняются заодно с исполнительными элементами и рассмотрены далее. МИКРОПРОЦЕССОРЫ И МИКРО-ЭВМ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В настоящее время в системах автоматического управления используют готовые микроэлектронные интегральные схемы, на основе которых созданы микропроцессоры и микро-ЭВМ. Микропроцессор представляет собой программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки поступившей информации и управление этим процессом. Наличие микропроцессорной техники позволило создать и использовать в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах и оборудовании бортовые микропроцессорные системы. Они выполняют программируемые последовательности арифметических и логических операций, управление аппаратурой комплекса, исполнительными устройствами, системой в целом, программами и режимами, сбором, хранением, обработкой и выдачей информации. В общем случае в состав бортовой микро-ЭВМ входят: устройства входа (сигналы от датчиков); устройства выхода (управляющие сигналы на исполнительные устройства); оперативное и постоянное запоминающее устройство; микропроцессор и соединительные элементы Основой микропроцессорного управления является модель реального процесса при работе машины (рис.188). Она содержит три основных компонента, к которым относятся модельное состояние (описывающее процесс работы в каждый момент времени), функция модификации состояний (переход от одного модельного состояния к другому на основании сигналов датчиков) и функция предсказания (устанавливающая требуемое модельное состояние и формирующая набор команд на исполнительные органы). Значительную роль играет и стратегия, определяющая последовательность состояний, через которые проходит управляемый процесс. Программным обеспечением бортовой микро-ЭВМ являются программы, осуществляющие связь между машинистом и аппаратным обеспечением и хранящиеся в постоянном запоминающем устройстве. Носителем памяти являются гибкие диски из майлара, на концентрические дорожки (из микроскопических намагниченных участков) которых записывается информация. Использование микропроцессорных бортовых систем в машинах позволяет значительно улучшить качество и безопасность выполняемых работ, увеличить производительность, продолжительность работы машины в исправном состоянии (за счет оптимизации режимов всей машины и ее узлов и агрегатов, связанных с расходом топлива, электроэнергии и действующими нагрузками) и вести постоянный контроль за состоянием как отдельных узлов, так и всей машины в целом. Рис.188. Основные компоненты микропроцессорной программы управления машинами ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА Исполнительные устройства предназначены для преобразования управляющих (командных) сигналов в регулирующие воздействия на объект управления. Практически все виды воздействий сводятся к механическому, т.е. к изменению величины перемещения, усилия к скорости возвратно-поступательного или вращательного движения. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического регулирования и в общем случае состоят из блоков усиления, исполнительного механизма, регулирующего и дополнительных (обратной связи, сигнализации конечных положений и т.п.) органов. В зависимости от условий применения рассматриваемые устройства могут существенно различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств относят исполнительные механизмы и регулирующие органы. Исполнительные механизмы классифицируют по ряду признаков: по виду используемой энергии - электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные; по конструктивному исполнению - мембранные и поршневые; по характеру обратной связи - периодического и непрерывного действия. Электрические исполнительные механизмы являются наиболее распространенными и включают в себя электродвигатели и электромагнитный привод. В общем случае эти механизмы состоят из электродвигателя, редуктора, тормоза, соединительных муфт, контрольно-пусковой аппаратуры и специальных устройств для перемещения рабочих органов. В исполнительных механизмах применяют электродвигатели переменного (в основном асинхронные с короткозамкнутым ротором) и постоянного тока. Наряду с электродвигателями массового изготовления используют и специальные конструкции позиционного и пропорционального действия, с контактным и бесконтактным управлением. По характеру изменения положения выходного органа электродвигательные исполнительные механизмы могут быть постоянной и переменной скорости, а также шаговыми. По назначению их делят на однооборотные (до 360°), многооборотные и прямоходные. Двухпозиционный двигатель Двухпозиционный двигатель (рис.189) состоит из однофазного асинхронного электродвигателя 2 и редуктора 1, расположенных в общем корпусе 3. Поворот регулирующего органа (например, секторной задвижки бункера) на 180° осуществляется выходным валом редуктора 5 через муфту 7. Одновременно через шток 6 с помощью кулачкового механизма производится возвратно-поступательное движение другого рабочего органа. Двухпозиционное регулирование обеспечивается выключателем 4. Пропорциональный исполнительный механизм (рис.190) по конструкции похож на двухпозиционный двигатель. Возможность пропорционального регулирования достигается установкой на Рис.189. Двухпозиционный двигатель Рис.190. Пропорциональный исполнительный механизм одном валу двух электродвигателей 2. Первый вращает вал в одном направлении, второй - в противоположном. Кроме того, исполнительный механизм включает в себя редуктор 1, муфту 5 и зубчатую рейку 4. Пропорциональное регулирование (например, газового вентиля в дорожных ремонтерах) обеспечивается потенциометром 3, используемым для создания обратной связи в схеме. Электродвигательные исполнительные механизмы применяют в основном при усилии не более 53 кН. Электромагнитный привод используется для управления механизмами в гидро- и пневмоприводах, а также различными вентилями и заслонками. Принцип работы этого привода (рис.191) состоит в Рис.191. Электромагнитный управляющий элемент Рис.192. Электромашинный толкатель поступательном перемещении на величину L металлического якоря 3 относительно электромагнитного вала катушки 1, расположенной в корпусе 2. Различают электромагнитные приводы одно- и двустороннего действия. В первом исполнении возврат якоря в исходное положение производится с помощью пружины, во втором - изменением направления управляющего сигнала. По типу приложения нагрузки привод бывает периодического и непрерывного действия. С его помощью осуществляется релейное (открыто - закрыто) и линейное управление. Электромагнитные вентили (для открывания в трубопроводах клапанов) по виду используемых чувствительных элементов делят на поршневые и мембранные. При значительных усилиях и длине перемещений используют электромашинный толкатель (рис.192). Принцип его действия основан на поступательном перемещении в обе стороны оси-винта 3 относительно вращающейся, закрепленной в осевом направлении гайки 2. Вращение гайки, являющейся одновременно ротором, производится при включении в цепь питания трехфазной статорной обмотки 1. На конце винта расположен прямой участок, представляющий собой шток 5 (толкатель), перемещающийся в направляющих 4 и воздействующий на конечный выключатель 6 управляемого механизма. При необходимости толкатель работает с установленным редуктором. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы, использующие энергию сжатого воздуха и минеральных масел (несжимаемой жидкости), делят на самостоятельные и на работающие совместно с усилителями. Так как принцип действия этих двух видов механизмов схож между собой, рассмотрим их совместно. К самостоятельным механизмам относят цилиндры с поршнем и штоком одно- и двустороннего действия. Исполнительные механизмы, объединенные с усилителями, имеют различные конструктивные решения, часть из которых рассмотрим ниже. Основным в таком приводе является регулирование скорости движения штока, выполняемое с дроссельным или объемным регулированием. При управлении с дроссельным регулированием используют золотниковые распределители или «сопло‑заслонку». Работа гидропривода с дроссельным регулированием позволяет изменять величину перекрытия отверстий (т.е. дросселировать), через которые жидкость попадает в рабочий цилиндр (рис.193,а). Перемещение золотниковой пары 1 вправо позволяет маслу из напорной линии через канал 2 попасть в полость А рабочего цилиндра 5 и поршень 4 будет перемещаться вправо. При этом масло, находящееся в полости Б, будет сливаться через канал 3 в бак. Перемещение золотника влево переместит в ту же сторону и поршень, а отработавшее масло будет сливаться из полости А в бак через канал 2. При расположении золотниковой пары в среднем положении (так, как показано на рисунке) оба канала, соединяющих, золотниковое устройство с рабочим цилиндром, перекрыты и поршень неподвижен. Работа пневмопривода с помощью «сопла-заслонки» (рис.193,б) производится путем изменениядавления в рабочем цилиндре 2 и перемещения поршня 4 на величину y за счет перемещения регулируемой заслонки 1. Через дроссель постоянного сопротивления 5 воздух подается в камеру 6 под постоянным давлением Рн. В то же время давление в камере зависит от расстояния х между соплом 7 (дросселем переменного сопротивления) и заслонкой 1, так как с увеличением этого, расстояния давление снижается и наоборот. Воздух под давлением Р поступает из камеры в нижнюю полость цилиндра, а в верхней расположена пружина 3, создающая за счет силы упругой деформации противоположное давление, равное Рн. Созданная разность давлений позволяет перемещать поршень вверх или вниз. Вместо пружины в цилиндр может подаваться воздух или рабочая жидкость под давлением Рн. В соответствии с этим исполнительные поршневые механизмы называются механизмами одно- или двустороннего действия и обеспечивают усилия до 100кН при перемещении поршня до 400мм. При управлении с дроссельным регулированием входным управляющим сигналом является величина перемещения золотниковой пары или открытия дросселя, а выходным - перемещение поршня в гидроцилиндре. Гидро- и пневмопривод обеспечивают объекту управления как возвратно-поступательное, так и вращательное движение. При управлении с объемным регулированием управляющими устройствами являются насосы переменной производительности, выполняющие и функции усилительно-исполнительного механизма. Входным сигналом является подача насоса. Большое распространение в качестве гидравлического исполнительного механизма имеют аксиально-поршневые двигатели, обеспечивающие плавное изменение угловой скорости выходного вала и количества подаваемой жидкости. Наряду с рассмотренными выше поршневыми устройствами пневматические исполнительные механизмы выполняют мембранными, сильфонными и лопастными. Мембранные устройства делят на беспружинные и пружинные. Беспружинные мембранные устройства (рис.194,а) состоят из рабочей полости А, в которую поступает управляющий воздух под давлением Ру, и эластичной резиновой мембраны 1, соединенной посредством жестких центров 2 со штоком 3. Возвратно-поступательное движение штока осуществляется путем подачи в под мембранную полость .Б сжатого воздуха с давлением Ро и за счет перемещения мембраны. Наиболее распространенными являются мембранно-пружинные устройства (рис.194,б), в которых результирующая сила Рр уравновешивается давлением на мембрану управляющего воздуха Ру и силой упругой деформации пружины 4 — Fп. При необходимости совершать поворотные движения в прямоходных исполнительных механизмах шток соединяется с шарнирно-рычажной передачей, показанной на рис.194,б штриховой линией. Мембранные исполнительные механизмы применяют для управления регулирующими органами с перемещением штока до 100мм и допустимым давлением в рабочей полости до 400кПа. Рис.194. Пневматические исполнительные механизмы Сильфонные устройства (рис.194,в) применяют редко. Они состоят из подпружиненного штока 2, перемещающегося вместе с герметичной гофрированной камерой 1 за счет давления управляющего воздуха Ру. Их используют в регулирующих органах с перемещениями до 6мм. В лопастных исполнительных устройствах (рис.194,г) прямоугольная лопасть 2 перемещается внутри камеры 1 за счет давления управляющего воздуха Ру, поступающего попеременно в одну или другую полость камеры. Эти устройства используют в исполнительных органах с углом поворота затвора на 60° или 90°. В связи с тем, что практически ни один из приведенных приводов автоматических систем управления не применяют в настоящее время без ряда других элементов, служащих для регулирования привода, то в основном используют комбинированные исполнительные механизмы (электромагнитные золотниковые распределители пневмо- и гидропривода, электромагнитные муфты с электродвигателями и т.д.). При выборе исполнительных устройств учитывают требования, предъявляемые к ним условиями эксплуатации. Основными из них являются: вид применяемой вспомогательной энергии, величина и характер требуемого выходного сигнала, допускаемая инерционность, зависимость рабочих характеристик от внешних влияний, надежность работы, габариты, масса и т.п. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ Постоянно растущее увеличение объемов строительных работ и ужесточающие требования по значительному улучшению их качества требуют ускоренного и широкого внедрения автоматизации в строительных машинах и технологических процессах. Для этого в НИИСтройдормаше разработан набор унифицированных приборов регулирования и управления различными машинами, входящих в ряд агрегатированных комплексов автоматической аппаратуры (АКА). Однако выпуск автоматизированной продукции по строительным и дорожным машинам и оборудованию очень неоднороден по номенклатуре, стоимости и объему производства. Значительную часть объема выпуска (53%) составляют автоматизированные мобильные строительные и дорожные машины. К ним относят самоходные стреловые краны, гидравлические экскаваторы, землеройно-транспортные и дорожные машины. Практически одинаковый объем выпуска составляет продукция на базе автоматизированных тракторов и для промышленности строительных материалов. И всего по 4 % приходится на долю мелиоративных, торфяных и лесозаготовительных машин, строительно-отделочных машин и электроинструмента и другой продукции. Объем выпуска специализированных средств автоматизации для дорожно-строительных машин также неоднороден и в большинстве своем предназначен для защиты строительных кранов от перегрузки и для систем контроля, диагностики и управления. Рассмотрим основные разработки, внедренные в строительные и дорожные машины и оборудование. Автоматическое управление перемещением, взвешиванием, перемешиванием, контролем за работой и порционной выдачей материалов в асфальто- и цементосмесительных установках всех типов и назначений осуществляется системой «АКА-Бетон». Автоматизация контроля безопасности работы различных кранов и погрузчиков, ограничения их грузоподъемности, применения дистанционного и автоматического управления осуществляется системой «АКА-Кран». Автоматизация саморегулирования рабочих органов, элементов 'управления и контроля аэродромных, мелиоративных и дорожно-строительных машин при возведении земляного полотна и устройстве дорожных покрытий в части обеспечения ровности взлетной полосы, траншеи, дороги и покрытий, требуемых поперечного и продольного уклонов, толщины и плотности укладываемого материала осуществляется системой «АКА-Дормаш». В комплект аппаратуры «АКА-Дормаш» входят следующие устройства (рис.195): I - «Стабилоплан» для скреперов, канавокопателей, дреноукладчиков и др.; II - «Автоплан» для бульдозеров; III - «Профиль» для автогрейдеров и профилировщиков; IV - «Стабилослой» для различных укладочных машин. В комплекте аппаратуры используют следующие автономные системы управления: - маятниковые датчики, установленные на борту машины, для контроля положения рабочего органа; - копирные системы, обеспечивающие контроль положения по внешнему копиру - проволоке (тросу), бордюру, колесу, лыже, поверхности готового покрытия, радио- и световому лучу и т. п.; - комбинированные системы, в которых контроль углового положения осуществляется автономными датчиками, а определение положения по высоте - копиром. Все системы, используемые в машинах различного назначения, комплектуют в основном из двух разновидностей автономных маятниковых датчиков 1 (отличающихся между собой тилом установочного приспособления и разрешающей способностью преобразователя), щуповым (копирным) датчиком 2, подъемным устройством 3, двумя разновидностями злектрогидрозолотников 4 при этом один вид золотника является составным элементом другого), унифицированным пультом дистанционного управления 5 и вспомогательным блоком 6. Вместо щупового или маятникового датчика может использоваться следящая система управления с дискретным регулированием. В этом случае дополнительно применяется унифицированное согласующее устройство 7, лазерный излучатель (световой луч вместо копира) 8 и фотоэлектрический приемник 9. В датчиках углового положения (ДУП) первого поколения используется преобразователь контактного типа. В последующих конструкциях применяется датчик углового положения (ДКБ), в котором преобразование изменения угла отклонения в электрический сигнал осуществляется унифицированным бесконтактным преобразователем. Маятниковый датчик ДКБ (рис.196,а) состоит из закрепленного на валу тонкостенного цилиндра со смещенным, относительно оси вращения, центром тяжести. Экран, связанный с чувствительным элементом, при повороте корпуса датчика (изменении угла наклона рамы машин) изменяет свое положение относительно катушек, закрепленных на корпусе, и изменяет выходной сигнал преобразующего блока. При работе машины с внешним копирным устройством применяют датчики типа ДЩ (рис.196,б), состоящие из бесконтактного датчика 2 и экрана 1, соединенного с щупом 3. Поворот щупа относительно тросика и соответственно экрана на угол, превышающий допустимое значение, вызывает подачу датчиком дискретного сигнала, осуществляющего управление рабочим органом. В датчике второго поколения ДЩБ используют унифицированный преобразователь аналогового типа с выходным сигналом, пропорциональным угловому перемещению щупа и необходимым для индикации отклонения и в качестве управляющего сигнала. При этом преобразователь перемещения в электрический сигнал является унифицированным и применяется в обоих типах датчиков последнего поколения. Системы автоматического управления по положению рабочего органа машин разделяют на одно-, двух- и трехканальные. При одноканальных системах управления рабочий орган машины удерживается в заданном положении в одной плоскости: продольной у скреперов и бульдозеров, поперечной у автогрейдеров. К таким системам относятся «Стабилоплан-1» и заменяющие их системы последующих поколений, «Стабилоплан-10» и «Копир-Стабилоплан» для скреперов, «Автоплан-1» и «Копир‑Автоплан‑10» - для бульдозеров, «Профиль-1» и «Профиль-10»— для легких и средних автогрейдеров. При двухканальных системах управления стабилизация положения рабочего органа обеспечивается одновременно в продольной и поперечной плоскостях. К этим системам относятся «Комбиплан» для бульдозеров, «Профиль-2» и «Профиль-20» — для средних и тяжелых автогрейдеров, «Стабилослой-1» и «Стабилослой-10» — для укладчиков покрытий. Унифицированный ряд систем автоматического управления типа «Профиль», предназначенных для управления положением рабочих органов, представлен в таблице 3. Таблица 3 Унифицированный ряд систем типа «Профиль» Наименование системы Вид системы Применение системы Копир-Автоплан-10 Одноканальная (автономная, копирная по жестким направляющим) Бульдозеры Копир-Стабилоплан-10 Одноканальная (автономная, копирная по жестким направляющим, копирная по лазерным направляющим) Скреперы Стабилослой-10 Двухканальная комбинированная (автономная,, копирная по жестким направляющим) Асфальтоукладчики Комбиплан-10 Двухканальная комбинированная (автономная, копирная по лазерным направляющим) Бульдозеры Профиль-30 (включая Профиль-10 и Профиль-20) Двухканальная комбинированная (автономная, копирная по жестким направляющим, копирная по лазерным направляющим) Автогрсйдеры, асфальто-укладчики, дреноукладчики, торфяные профилировщики При использовании в качестве жесткой опорной базы уже готовых дорожного основания, дорожного покрытия, бордюрного камня или дорожной разметки воздействие на датчик может передаваться через промежуточный механизм, перемещающийся по указанным поверхностям. В качестве такого механизма‑щупа используются колесо, лыжа с выравнивающими шарнирными или рычажными устройствами. Так, на машинах, осуществляющих холодное фрезерование дорожных покрытий (ремонтные работы по снятию верхнего изношенного слоя покрытия), для выдерживания продольного уклона глубину фрезерования на правой и левой сторонах рабочего органа (фрезы) устанавливают отдельно в зависимости от базовой плоскости, (рис.197,а). Заданный уклон относительно базовой плоскости /, на которую опирается шуп — лыжа 2, устанавливают с регистрацией на шкалах рукоятками 4. Подъем и опускание фрезы 8 производят двумя гидроцилиндрами 6, управляемыми через золотники 5 от датчиков с блоками сравнения 3 действительной и заданной величины. В случае отсутствия на одной стороне рабочего органа базовой плоскости или необходимости выдерживания задаваемого поперечного профиля поверхности дорожного покрытия используют регулятор поперечного уклона 7 (рис.197,б). Он представляет собой цифровой задатчик уклона и автоматически сохраняет заданный поперечный уклон независимо от установленной глубины фрезерования. Этот регулятор может устанавливаться как на одной, так и на другой стороне рабочего органа машины. В настоящее время наиболее прогрессивными и используемыми в качестве копиров являются лазерные системы управлении. В них широко применены элементы микроэлектроники, интегральные схемы, микропроцессоры, логические запоминающие и вычислительные устройства. Такие системы используются как для управления одной строительной или дорожной машиной, так и группой машин на значительных площадях и расстояниях (до 1500 м) при достаточно высоких скоростях движения. Применение этих систем обеспечивает как раздельное, так и одновременное управление курсом машины и толщиной укладываемого слоя материала (бетон, асфальт) укладочными машинами, а также автоматическую ориентацию рабочих органов в пространстве. Опорной базой в этой системе служит секторная в горизонтальной плоскости или крестообразная форма излучения, образованная пересечением двух секторов. Рис.197. Схема автоматического выдерживания продольного (а) и поперечного (б) уклонов рабочим органом машины для фрезерования дорожных покрытий Для управления рабочими органами строительных и дорожных машин широко, используют лазерные координаторы различных конструкций и назначения. К достоинствам сканирующих координаторов (рис.198,а) следует отнести возможность при одном излучателе быть двухкоординатными, а также простота их изготовления и эксплуатации. Они состоят из лазерного излучателя 1 с формирователем оптического луча 2, воздействующего на фотоприемник 4, установленный на рабочем органе 9 (отвал землеройно-транспортной машины). Полученный фотоприемником сигнал проходит через блок его усиления 5, электронный ключ 6, цифровое измерительное устройство 7 и подается на датчик положения рабочего органа 3, связанного с блоком рассогласования фотоприемника 8. Растровые автокоординаторы (рис.198,б) используют для программного управления рабочими органами строительных и дорожных машин. От сканирующих излучателей они отличаются наличием растрового излучателя, фильтрами частот f1 (11) и f2 (12), детекторами 13 и 14 и усилительно-множительным устройством 15. К перспективному, оборудованию для применения на строительных и дорожных машинах следует отнести и радиоанализаторные координаторы. Рис.198. Схемы лазерного сканирующего (а) координатора и растрового (б) автокоординатора В настоящее время осуществляется серийное производство современных отечественных электронных устройств отображения информации для экскаваторов и погрузчиков, ограничителей нагрузки кранов типа ОНК для самоходных гидравлических кранов и унифицированный ряд систем «Профиль-30» для автогрейдеров, скреперов, бульдозеров и асфальтоукладчиков, включающий в себя и заменяющий все ранее разработанные системы для этих машин. Наряду с НИИСтройдормашем большие работы по разработке и внедрению в строительных машинах различных систем регулирования, управления и контроля ведутся в различных учебных и научных институтах, проектных организациях и промышленных предприятиях. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМИ ПРОЦЕССАМИ МАШИН Автоматизация строительных и дорожных машин ведется в основном по трем направлениям, обеспечивающим управление пространственным положением рабочих органов машин, оптимизацию наиболее энергоемких режимов работы машин и создание на основе лазерной техники комплексной автоматизированной системы управления технологическими процессами в строительстве. Первое направление автоматизации содержит вопросы повышения планирующих свойств машин для получения заданных профиля и уклона поверхности, так как эти виды работ требуют значительных затрат времени и трудоемкости, а невыполнение требований существенно снижает качество работ, вызывает перерасход материалов и т.п. Это направление обеспечивается унифицированным рядом систем автоматики типа «Профиль» с микроэлектронными блоками управления, которые делятся на автономные, копирные и комбинированные. Автономные системы обеспечивают контроль положения рабочих органов относительно вертикали с помощью рассмотренных выше бортовых датчиков, обычно маятникового типа. В копирных системах датчик, установленный на одной стороне машины, по ходу контролирует положение рабочего органа в соответствии с заданным профилем - по натянутому тросу, лучу лазера, точно построенной полосе дороги или бордюра. В комбинированных системах, к которым относится и «Профиль-30», требуемый уклон рабочего органа в поперечной плоскости обеспечивается автономным датчиком, а его высотное положение - по копирному устройству. Рассмотрим принцип действия этой системы в общем случае (рис.199). Обычно рабочий орган землеройной, профилировочной или укладочной машины при их движении по неровной поверхности перемещается по высоте относительно заданного положения Нзад. В этом случае щуповой датчик ДЩВ или фотоприемное устройство ФПУ лазерного излучения определяют отклонение одной из кромок рабочего органа относительно копирной поверхности. При этом выходной сигнал i2 поступает в первый микроэлектронный блок управления БУ1 и сравнивается с сигналом i1 задатчика толщины срезаемой стружки ЗДТ. Разность сигналов (Δi1-2=i1-i2) проходит через первый усилитель мощности УМ1 и поступает на электромагниты ЭМ1 и ЭМ2 первого электрогидравлического распределителя ЭГР1, который направляет требуемый поток рабочей жидкости в одну из полостей гидроцилиндра ГЦ1. Перемещение поршня со штоком изменяет высоту НИ управляемой кромки рабочего органа до совпадения ее с требуемым положением НЗАД. При осуществленном изменении высоты первой кромки рабочего органа или наклоне машины в процессе ее движения по неровностям рабочим органом совершаются угловые перемещения в поперечной плоскости относительно вертикали. В этом случае в работу включается второй автономный канал управления системы. Автономным маятниковым датчиком ДКБ измеряется величина угла поперечного наклона рабочего органа, которая преобразуется в электросигнал i3 и подается в блок управления БУ2. Здесь i3 сравнивается с сигналом i4 задатчика ЗДу угла наклона, управляемого машинистом-оператором. При возникшем рассогласовании разность этих сигналов подается в усилитель мощности УМ2, а из него на электромагниты ЭМЗ и ЭМ4 электрогидрораспределителя ЭГР2, направляющего поток рабочей жидкости в требуемую полость гидроцилиндра ГЦ2. Перемещение штока гидроцилиндра поднимает или опускает вторую кромку рабочего органа до углового положения γ, равного заданному углу γЗАД. Второе направление автоматизации машин обеспечивает автоматизацию наиболее энергоемких технологических процессов, позволяющих максимально использовать тяговые возможности машин, снизить расход топлива, износ ходовой части, облегчить труд машиниста и т. п. Для оптимизации силового контура и регулирования рабочих процессов разработаны унифицированные системы типа «Режим». При этом изменение тягово-скоростных характеристик машин позволяет управлять нагрузкой при автоматическом заглублении и выглублении рабочего органа. Управляющим параметром может быть скорость машины, обороты двигателя или гидротрансформатора, угловое положение тяговой рамы или толкающего бруса, а также их сочетание в случае, например, буксования движителей. Стабилизация каждого из этих параметров осуществляется при заданных ограничениях на другие. В строительных машинах эта система может использоваться как автономно, так и совместно с системами типа «Профиль». Принцип работы такой системы представлен на рис.200. Для предотвращения остановки двигателя при перегрузке в процессе копания аппаратура обеспечивает стабилизацию частоты вращения вала двигателя nДВ на заданном уровне n3. При этом сигнал датчика частоты вращения ДЧВ сравнивается с заданным значением частоты n3, после чего вырабатывается сигнал на подъем или опускание рабочего органа. Одновременно с этим измеряются и сравниваются со своими граничными значениями такие параметры, как угловое положение, скорость и буксование. При достижении граничных значений управление отключается и вырабатывается команда на выглубление рабочего органа. В процессе транспортирования грунта обеспечивается поддержание действительной скорости машины на заданном уровне. При планировочных работах система «Режим» работает совместно с системой «Профиль». В этом случае разность частот вращения вала (nДВ - n3) .усиливается по мощности и подается на блок управления «Профиль» вместе с выходным сигналом задатчика толщины срезаемой стружки. Это обеспечивает непрерывную регулировку толщины стружки и нагрузки, действующей на отвал, а также и частоты вращения вала двигателя. Рис.200. Функциональная схема аппаратуры «Режим» Третье направление автоматизации машин является наиболее прогрессивным и нацелено на совершенствование технологии и организации строительных работ путем создания на базе лазерной и микропроцессорной техники комплексной системы дистанционного программного или автоматического управления машинами, а также приборов оперативного контроля качества укладываемых дорожно-строительных материалов. Эти системы управления предназначены в основном для машин, занятых на строительстве дорог, мелиоративных и других сооружений. Системы управления с помощью лазерной техники обеспечивают и контролируют требуемые высотные отметки, продольный и поперечный профиль разрабатываемых и укладываемых дорожно-строительных материалов для каждой машины, работающей в любой точке строительной площадки. Рассмотрим работу такой системы на примере комплекта аппаратуры «Дорога» (рис.201). Система управления состоит из задающей I, контрольно-следящей II и программно-управляющей III частей. Задающая часть с помощью лазерного излучателя устанавливает параллельно проектной поверхности дороги световую опорную плоскость. При этом оптический пучок в приборе подается на пентопризму, которая разворачивает излучение на 90° и осуществляет его вращение вокруг вертикальной оси излучателя. Контрольно-следящая часть включает в себя фотоприемное устройство (ФПУ), установленное на штанге механизма перемещения (МП), которая закреплена на рабочем органе машины, в данном случае на отвале. ФПУ служит для преобразования лазерного сигнала в электрический, поступающий в блок выработки команд управления (БВК), где формируются управляющие сигналы для исполнительных механизмов с одновременным отображением на информационном табло-индикаторе положения режущей кромки отвала относительно проектной поверхности. Программно‑управляющая часть состоит из измерителя перемещения машины, микропроцессорного вычислительного блока выработки команд управления высотным положением ФПУ, механизма перемещения ФПУ и устройства для магнитной записи данных. При работе в ручном режиме оператор по показаниям индикатора сам устанавливает требуемое положение рабочего органа. В автоматическом режиме управляющие сигналы с БВК подаются на исполнительный механизм, т.е. на систему типа «Профиль». ФПУ автоматически удерживается в плоскости лазерного излучения, а величина его перемещения несет информацию о неровностях возводимой дороги. Необходимый уклон возводимой поверхности на постоянных продольных участках поверхности может задаваться отклонением оси излучателя от вертикали. При работе на переходных вертикальных кривых требуется более сложное управление машиной, которое обеспечивается программным устройством. В этом случае микропроцессор рассчитывает необходимое высотное положение рабочего органа и формирует сигнал для механизма перемещения. При изменении положения ФПУ по высоте в БВК вырабатывается сигнал управления, по которому рабочий орган поднимается или опускается на высоту перемещения ФПУ. Такая система обладает большими возможностями, т.к. световая опорная поверхность позволяет не только управлять работой машины или комплекта машин, но и осуществлять постоянный геодезический контроль высотных отметок в любой точке и на любом этапе строительства дороги. Рассмотрим используемые системы автоматического управления рабочими органами для различных строительных и дорожных машин и оборудования. АВТОМАТИЗАЦИЯ БУЛЬДОЗЕРОВ Возросшие требования к качеству планировочных работ, особенно при сооружении земляного полотна дороги, вызвали ускоренную автоматизацию скреперов, бульдозеров и автогрейдеров, выполняющих эти работы. При этом основными направлениями автоматизации явились стабилизация требуемого углового положения рамы и ножа в поперечной и продольной плоскостях, управление подъемом отвала при перегрузке двигателя, управление скоростью для реализации имеющейся мощности и управление группой машин по направляющему лучу лазера. Наибольшее распространение среди землеройной техники имеют бульдозеры. Автономная система автоматического управление рабочим органом бульдозера типа «Автоплан-10» (рис.202) состоит в общем случае из блоков управления 5 и перегрузки 4, пульта управления 3, маятникового датчика углового положения отвала 2, датчика числа оборотов двигателя (тахогенератора) 1, реверсивных гидроэлектрозолотников 7, аккумуляторных батарей 6, обратного клапана с дросселем 11, агрегатов и приборов гидросистемы, а также трубопроводов (дренажного 5, слива рабочей жидкости в бак 9, подвода 10 и подачи 12 рабочей жидкости под давлением). Пульт, блоки управления и перегрузки, а также аккумуляторные батареи установлены в кабине машиниста. С помощью блока управления отвалу бульдозера задается требуемый угол продольного наклона, а сигнал датчика преобразуется в команду, на электромагниты реверсивного гидрозолотника. Пульт управления служит для обеспечения кнопочного дистанционного управления подъемом и опусканием отвала бульдозера. Реверсивный гидрозолотник осуществляет управление гидроприводом перемещения отвала в соответствии с командами блока управления и расположен позади корпуса бортовых фрикционов трактора. Маятниковый датчик углового положения установлен на одном из толкающих брусьев универсальной рамы бульдозера рядом с шарнирным соединением толкающей рамы. Он предназначен для подачи электрического сигнала в блок управления и представляет собой маятник, соединенный с подвижным контактом потенциометра. Работа бульдозера с автоматическим управлением осуществляется следующим образом. В зависимости от уклона поверхности строящейся дороги или площадки на пульте управления задается необходимый угол наклона толкающего бруса, который соответствует положению режущей кромки ножа отвала относительно опорной поверхности гусениц. В процессе работы бульдозера гусеницы встречаются с неровностями площадки, а угол наклона толкающих брусьев при этом изменяется в обе стороны от горизонтали и вертикали. В этом случае маятниковый датчик посылает в блок управления электрические сигналы — импульсы тока об изменении угла наклона толкающего бруса рамы. В свою очередь импульсы, преобразованные в электрический ток, направляют его в электрозолотник, соленоид которого обеспечивает подачу рабочей жидкости гидросистемы в соответствующую полость рабочего гидроцилиндра. При этом шток гидроцилиндра перемещается, устанавливая отвал бульдозера в заданное для работы положение. Указанная система стабилизации положения отвала обеспечивает надежность работы только при практически постоянной частоте вращения вала двигателя. При снижении частоты вращения вала двигателя, возникающей с увеличением усилий на отвале, механизм контроля системы отключает автомат стабилизации, подавая сигнал на выглубление отвала. После восстановления частоты вращения вала двигателя трактора до нормальной, контролируемой датчиком числа оборотов двигателя (тахогенератором, приводимым от работомера), вновь включается автомат стабилизации положения отвала, который принимает прежнее заданное положение. Скорость опускания отвала для заглубления регулируется обратным клапаном с дросселем, который служит и ограничителем. Предохранительный клапан рассчитан на давление 10 МПа и защищает систему от перегрузки. Работа гидропривода автоматической системы осуществляется от шестеренного насоса, установленного на тракторе. Система «Копир-Автоплан», используемая в работе бульдозеров, позволяет контролировать положение рабочего органа по внешним жестким направляющим (трос, бордюр и т. п.). В настоящее время наиболее совершенной системой автоматического управления бульдозеров является система «Комбиплан‑10ЛП» с лазерными приборами (рис.203). Эта система позволяет изменять и стабилизировать угловое положение отвала в продольной и поперечной плоскостях с помощью датчиков, установленных на отвале и раме машины, а также защищать двигатель от перегрузок. При этом для соблюдения машиной заданного направления движения и регулирования положения рабочего органа по высоте используют лазерные устройства. Они включают в себя лазерный нивелир (излучатель), устанавливаемый на площадке, и фотоприемное устройство ФПУ, контролирующее положение отвала относительно луча лазера, установленное на отвале бульдозера. Глубина резания в продольной плоскости задается из кабины путем установки ФПУ на требуемую высоту Н. Отклонение положения ФПУ от заданного при проходе машины по неровностям вызывает появление сигнала ΔН, воздействующего на механизм перемещения ФПУ, который восстанавливает требуемое положение рабочего органа на эту величину. К достоинствам этих систем следует отнести возможность осуществлять управление не только одной машиной, но и группой машин на значительных линейных расстояниях и площадях при оптимальных рабочих скоростях. При этом точность планировки грунта по продольному профилю с системой автономного автоматического управления положением отвала составляет ±50 мм, а по лучу лазера—±30 мм. При работе землеройно-транспортных машин цикличного действия машинисту приходится производить многократные включения и выключения привода рабочего органа. В среднем за смену он более 1000 раз изменяет положение отвала бульдозера. Это затрудняет рациональную загрузку двигателя. Поэтому стабилизация нагрузки двигателя путем изменения толщины срезаемой стружки грунта по мере его набора рабочим органом бульдозера или скрепера возможна только при автоматизации указанного процесса. Автоматическое регулирование работы двигателя включает в себя две параллельные и в то же время зависимые системы, представленные на рис.204 в виде упрощенной блок-схемы: а) регулирование частоты вращения вала двигателя с помощью центробежного регулятора, увеличивающего подачу топлива при изменении этой частоты; и б) регулирование частоты вращения вала двигателя в функции изменения нагрузки. В первой системе цепь регулирования частоты вращения вала двигателя состоит из центробежного регулятора оборотов ЦР и топливного насоса ТН, которые регулируют подачу топлива в цилиндры двигателя. Вторая система регулирования включает в себя следующие основные элементы и принципы их действия: • датчик (тахогенератор) Д, сигнал которого i1 пропорционален частоте вращения двигателя; • задающий элемент З, подающий постоянный электрический сигнал i2 пропорциональный заданным номинальным частотам вращения вала двигателя; • сравнивающее устройство С, в котором производится алгебраическое сложение сигналов от датчика и задающего элемента и полученная разность представляет собой управляющий сигнал Δi; • усилитель У, усиливающий управляющий сигнал до величины y, способный управлять механизмом подъема-опускания рабочего органа; • исполнительный механизм И, преобразующий управляющее воздействие в механическое перемещение рабочего органа h и предоставляющий собой два гидроцилиндра двустороннего действия с электрогидравлическим золотниковым устройством. Автоматически перемещая рабочий орган машины по вертикали, исполнительный механизм тем самым регулирует толщину стружки грунта, которая определяет нагрузку на двигатель. В связи с тем, что требования к нагрузке двигателя во время работы остаются постоянными, рассмотренная система автоматического регулирования является стабилизирующей. Благодаря автоматизированной системе управления производительность бульдозеров увеличивается в среднем на 15%. АВТОМАТИЗАЦИЯ АВТОГРЕЙДЕРОВ Автогрейдеры выполняют значительный объем планировочных и отделочных работ при устройстве, в основном, земляного полотна с требуемыми продольным и поперечным профилями. На этих машинах устанавливают различные комплекты аппаратуры системы «Профиль». Система автоматики «Профиль-10» предназначена для автоматического управления положением отвала автогрейдера только в поперечной плоскости машины. Комплект этой аппаратуры состоит из пульта управления, датчика углового положения ДКБ, сравнивающего и усиливающего устройства и реверсивного гидрораспределителя с электроуправлением. Для дистанционного и автоматического управления отвалом, автоматической стабилизации углового положения отвала в поперечной плоскости и управления им по высоте используют систему «Профиль-20». В состав комплекта аппаратуры входит то же самое оборудование, что и в аппаратуре предыдущего поколения «Профиль-10», с добавлением датчика высотного положения ДЩБ, установленного на специальном кронштейне с правой стороны грейдерного отвала по ходу автогрейдера. Работа этой системы ведется с использованием жестких направляющих. При стабилизации положения отвала 1 в поперечной плоскости (рис.205) применяют маятниковый датчик 2, установленный на тяговой раме. Стабилизация высотного положения отвала в профильной плоскости и движения автогрейдера по курсу осуществляется при совместном действии щуповых датчиков соответственно 5 и 4, установленных на отвале и на выносной штанге, и копирного троса 6. Одновременно в сочетании с датчиком 4 работает датчик угла поворота 3, который контролирует положение колес автогрейдера. При этом в первом случае положение установки копирного троса должно соответствоватьзаданному профилю, а управляемым параметром во втором случае является расстояние S от оси машины до копирного троса. Сигналы датчиков поступают в блок управления, где преобразуются в управляющие и отрабатываются соответствующими гидроцилиндрами и гидросистемами автогрейдера. При этом переход рулевого управления с автоматического на ручное производится отключением питания системы автоматики и выключением муфты сцепления редуктора. В настоящее время на автогрейдерах устанавливаются автоматические системы управления типа «Профиль-30», одна из которых оснащена датчиками углового положения и продольного профиля, а другая — датчиком углового положения и лазерной установки. Благодаря использованию систем автоматического управления работой автогрейдера существенно увеличивается производительность машины и повышается качество планируемых поверхностей. АВТОМАТИЗАЦИЯ СКРЕПЕРОВ Скреперы нашли широкое применение на послойной разработке грунта и точной планировке под заданные отметки крупных строительных площадок и дорог. Для этого прицепные гидроуправляемые скреперы оборудованы автоматической аппаратурой, обеспечивающей автоматическое управление положением ковша по высоте, перемещением задней стенки и выглублением ковша при перегрузке для предотвращения отключения силовой установки. Использование автоматизированных скреперов позволяет повысить: производительность труда за счет сокращения числа проходов; качество выполняемых работ; улучшить условия работы машиниста. Для точной планировки под заданные отметки и получения различных уклонов земляной поверхности используют аппаратуру «Копир-Стабилоплан-10Л» (рис.206) с лазерным устройством. В состав аппаратуры входят электрогидрораспределитель 1, пульт с блоком управления 2, механизм перемещения 3 с ФПУ, Рис.206. Скрепер с системой «Копир-Стабилоплан-10Л» с лазерным устройством датчики управления КВД задней стенкой ковша 4 и углового положения ДКБ рамы скрепера 5. В этой системе автоматическая стабилизация положения ножа скрепера может осуществляться с помощью датчика углового положения ДКБ или автономной системой управления, или копирной по лучу лазера. Этот датчик устанавливается на буфере ковша скрепера и предназначен для преобразования перемещения своего корпуса относительно вертикали в электрический сигнал, передаваемый после усиления и замера рассогласования на исполнительный механизм. Пульт с блоком управления и защиты от перегрузок расположен в кабине машиниста. При этом переход с автономного управления на копирный производится простым переключателем, установленным в блоке управления. В копирном режиме управления система обеспечивает стабилизацию ножа скрепера по высоте. Работа этой системы аналогична ранее рассмотренным и осуществляется с помощью ФПУ, установленного в передней части ковша скрепера и контролирующего положение режущей кромки ковша относительно лазерной направляющей 6. Защита двигателя от перегрузки обеспечивается чувствительным элементом, которым является датчик частоты вращения вала двигателя — тахогенератор ТГ. Его сигналы после сравнения и усиления передаются на исполнительные механизмы, изменяющие в ту или другую сторону заглубление рабочего органа скрепера. При движении скрепера под уклон и на выемках подсыпка грунта производится автоматически путем принудительного его выталкивания задней стенкой скрепера. Это осуществляется с помощью датчиков управления задней стенкой КВД (установленных на ковше скрепера и представляющих собой бесконтактные выключатели), сравнивающего устройства, усилителя, исполнительного механизма (гидроцилиндра перемещения задней стенки). Автоматическую остановку задней стенки скрепера при достижении последней крайних положений обеспечивают конечные выключатели типа ВК-200, установленные на направляющей ковша скрепера. Автоматическое выдвижение задней стенки ковша происходит в процессе движения скрепера при положении режущей кромки выше уровня передних колес, а ее возвращение в исходное положение — при опускании ножа. Это контролируется датчиками выдвижения и возврата стенки, установленными на раме скрепера. При подъеме ковша на 3...5 см выше уровня передних колес срабатывает один из датчиков и стенка выдвигается и выталкивает грунт, а при резании стружки грунта толщиной более 1 см другой датчик направляет заднюю стенку в противоположную сторону, освобождая место для набора грунта. Требуемая глубина резания устанавливается дистанционно из кабины машиниста задатчиком, а контролируется датчиками ДКБ, ФПУ, ТГ и КВД и управляется электромагнитами гидрозолотников, воздействующими на гидроцилиндры ковша скрепера. Аппаратура «Стабилоплан-10» предназначена только для автоматического управления положением ковша по высоте и состоит из датчика углового положения ДКБ, пульта и блока управления и гидрораспределителя. Такая система обеспечивает точную планировку поверхности в автономном автоматическом режиме. Стабилизация тягового усилия землеройно-транспортных машин также может осуществляться автоматически. Схема стабилизации на примере прицепного скрепера приведена на рис.207. Она включает в себя датчик тягового усилия I, регулятор // и привод управления III. Объектом регулировки является рабочий орган машины - ковш. Его положение определяет значение независимого параметра регулирования - толщины срезаемой стружки грунта. Именно от этого параметра зависит величина нагрузки. Стабилизация тягового усилия осуществляется следующим образом. При работе скрепера тяговое усилие посредством гидравлического динамометра 1 преобразуется в перемещение штока мерного гидроцилиндра 2, который через зубчато-реечную передачу 3 вращает вал переключателя 4. Если сопротивление грунта соответствует тяговому усилию скрепера, переключатель расположен в нейтральном положении так, как показано на схеме. При увеличении или снижении нагрузки на режущий орган ковша переключатель замыкает один из неподвижных контактов 5, в результате чего срабатывает одно из двух реле 9, воздействующее на соответствующий электромагнит 6. Электромагнит, в свою очередь, перемещает золотник гидрораспределителя 7 вверх или вниз и, включая гидроцилиндр 8, поднимает (выглубляет) или опускает (заглубляет) ковш. В приводе механизма передвижения самоходных скреперов устанавливается гидромеханическая передача, позволяющая автоматически изменять скорость машины в зависимости от сопротивления движению. В самоходных скреперах используется и восьмискоростная полуавтоматическая коробка с сервопереключением передач. Для создания высокого тягового усилия на колесах при загрузке и выгрузке ковша первые две передачи и задний ход работают с применением гидротрансформатора. Передачи 3...8 работают напрямую и предназначены для эффективного использования скорости при перемещениях по дорогам. Во время цикличной работы машинист выбирает наивысшую в зависимости от дороги передачу, а трансмиссия автоматически переводит ее на 2-ю при загрузке и выгрузке и вновь возвращает к назначенной скорости при перевозке. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСКАВАТОРОВ Одноковшовые экскаваторы выполняют до 38% земляных работ в строительстве. При ручном управлении ими на зачистку и планировку дна котлована после копания остается слой грунта до 20 см. Поэтому внедрение на экскаваторах микропроцессоров и лазерных информационно-измерительных устройств для управления процессом копания позволяет повысить точность и качество выполняемых работ, снизить трудозатраты и численность обслуживающего персонала. В одноковшовых экскаваторах используются различные виды указанных устройств. В одном случае при автоматизации работы экскаватора 1 с обратной лопатой на рытье траншей приемник лазерного излучения 3 крепится на ковше экскаватора (рис.208). Лазерный излучатель 2 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. Другая автономно-копирная система управления одноковшовым экскаватором 4 (рис.209) по лучу лазера 2 состоит из лазерного излучателя 1, информационно-измерительного устройства с датчиками Д1...Д5, установленными в шарнирах крепления рабочего оборудования, и механизмом перемещения фотоприемного устройства 3, а также микропроцессорного устройства 6, анализующего заданный закон управления рабочим процессом машины. Во время работы микропроцессорное устройство по сигналам датчиков вырабатывает управляющие сигналы, поступающие на исполнительные устройства, т.е. на гидроцилиндры положения стрелы, рукоятки ковша для поддержания заданной глубины копания и требуемого угла резания. Управление работой машины осуществляется рукояткой 6, а рабочие параметры высвечиваются на дисплее 7. При этой системе копание производится вручную по индикатору глубины копания, а на зачистных операциях включается автоматическая система управления, обеспечивающая заданную глубину копания, прямолинейность траектории движения режущей кромки ковша и заданный угол резания. Наибольшую эффективность использования экскаваторов с лазерными системами дает применение бортовых микрокомпьютеров. В этом случае в память компьютера вносятся все необходимые данные, такие как геометрические размеры котлована, углы откосов, емкость, угол поворота, высота подъема ковша и т.п. Тогда во время работы в компьютер автоматически поступают сигналы с фотоприемника, а затем на исполнительные устройства для «моментальной» корректировки выполняемого процесса по отрывке траншеи или котлована. Для гидравлических одноковшовых экскаваторов и погрузчиков, выполняющих длительные работы с постоянно повторяющимися циклами, разработана компьютерная система управления погрузочными работами. Наиболее эффективно эта система используется при отрывке траншей, планировке откосов, погрузке разрабатываемых материалов в транспортные средства, в шахтах и т.п. Она позволяет частично освободить машиниста от ручного управления при многократных повторениях выполняемых операций. Управление работающим в карьере экскаватором, оборудованным компьютерной системой, осуществляется следующим образом. Вначале машинист в ручном механизированном режиме управления выполняет все операции рабочего цикла экскаватора: заполнение ковша разрабатываемым материалом и его перемещение в горизонтальной и вертикальной плоскостях, остановка над самосвалом, разгрузка и возвращение в первоначальное положение. Запоминающее устройство компьютера фиксирует поступающую от датчиков информацию о проделанной траектории и скоростях движения ковша, о расположении самосвала и возможных помехах на пути следования ковша, например, задний борт самосвала. В результате обработки полученных данных компьютер устанавливает оптимальную траекторию и максимально возможные скорости перемещения ковша независимо от квалификации работающего машиниста и эргономических показателей, определяющих взаимодействие между оператором и машиной. Разработанная компьютером программа оптимального перемещения ковша приводится в действие системой автоматики после включения соответствующей кнопки на пульте управления. Работа машиниста в ручном режиме остается только при заполнении ковша материалом. При перемещении экскаватора или погрузке во вновь прибывший самосвал необходимо опять выполнить один цикл в ручном режиме, заново «обучая» компьютер. С помощью переключателя машинист при необходимости в любой момент может перейти на ручное механизированное управление. Благодаря применению компьютерной системы управления не только повышается, но и стабилизируется максимально возможная производительность машины. Для повышения эффективности использования гидравлических одноковшовых экскаваторов при выполнении планировочных и зачистных работ на них устанавливается автоматизированная система управления рабочим органом. Эта система (рис.210) выполнена с однопроводной управляющей связью и состоит из датчика 4 положения ковша, датчиков 7 и 12 положения рукояти и стрелы, каната 8 управляющей связи, рычага 13 и аппаратуры управления 14 гидрораспределителем ковша. Датчик кулачкового типа 4 закреплен на оси рычага 3 шестизвенного механизма, управляющего положением ковша 1 при работе. Датчики в виде канатных блоков свободно установлены на осях поворота рукояти 5 и стрелы 11. Канат проходит по блоку-датчику 7, по направляющим и поддерживающим блокам 10 и крепится одним концом на кулачке 4, а другим — на блоке 12. Для натяжения каната используется пружина кручения 15, закрепленная одним концом на пальце оси стрелы, а другим соединенная с блоком 12. Рычаг управляющей связи 13 через фрикционный механизм также соединен с датчиком 12, 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 2. 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. Рис.210. Автоматизированная система управления рабочим органом одноковшового экскаватора: а — общий вид; б — эапасовка каната управляющей связи При включении в работу гидроцилиндра 9 рукоять 5 поворачивается и изменяет угловое положение ковша относительно планируемой поверхности. При этом посредством каната 8 (при включенном фрикционном механизме) осуществляется поворот рычага 13 и перемещение толкателя системы управления. Последний включает гидрораспределитель ковша и происходит перемещение штока гидроцилиндра 6. Ковш возвращается в первоначальное угловое, относительно планируемой поверхности, положение. При перемещении штока рычаг 3 поворачивается вместе с датчиком кулачкового типа и вызывает противоположное направление движения каната, датчика 12 и рычага. После этого гидрораспределитель ковша закрывается. Поворот датчика 12 и рычага, а также натяжение каната происходят под действием пружины кручения, что исключает возможность проскальзывания каната в направляющих ручьях блоков датчика 12. В результате при изменении положения рукояти следящая система позволяет сохранить первоначальное положение режущей кромки ковша. облегчается благодаря непрерывности совершаемого им рабочего процесса на значительных расстояниях. Автоматизированное устройство предназначено для поддержания заданного положения, в том числе наклона дна траншеи, и оптимизации режима копания. Регулирование глубины копания с заданным углом осуществляется по проволочному канату малого диаметра 1, натягиваемому по нивелиру вдоль трассы траншеи параллельно ее будущему дну (рис.211). При движении экскаватора во время работы вдоль копирного каната 1 одновременно перемещается электромагнитное контактное устройство 2. Оно состоит из двух датчиков, между которыми проходит канат, и установлено на кронштейне, закрепленном на раме рабочего органа 4. Если рабочий орган экскаватора движется параллельно канату и последний не касается ни одного из датчиков, дно образуемой траншеи находится на проектной отметке. Изменение заданного угла наклона Уэад ведет к изменению положения рабочего органа и замыканию контактов одного из датчиков слежения при соприкосновении с копирным канатом. Преобразованный и усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм, приводящий в действие гидроцилиндр 3. При этом с помощью микропроцессора производится подъем или опускание рабочего органа до требуемой отметки. В то же время следует отметить, что изменение положения рассматриваемого рабочего органа по высоте осуществляется прерывисто (т.е. неравномерно). В качестве базовой линии в процессе отрывки траншей могут использоваться и лазерные установки, принцип работы которых практически не отличается от изложенных выше. производительность обусловлена прочностью грунта и скоростью передвижения машины. При этом значительные колебания загрузки основных механизмов и снижение производительности экскаватора зависят от категории грунта, изменения сопротивления копанию, неровностей почвы и состояния режущего инструмента. Обеспечение максимальной производительности может быть достигнуто путем полной загрузки двигателя, что возможно только при наличии системы автоматического управления, регулирования и контроля рабочего процесса машины. В настоящее время большегрузные строительные автосамосвалы, работающие совместно с загружающими их экскаваторами и погрузчиками, также оснащают современными бортовыми электронными системами. Эти системы предназначены для управления работой автосамосвала в наиболее экономичном режиме, а также для получения импульсов от датчиков, обработки их микрокомпьютером и выдачи на дисплей оперативных данных по использованию, техническому обслуживанию и ремонту машины. Экономичная работа автомобиля достигается за счет оптимального режима работы двигателя при правильно выбранной скорости, обеспечиваемой в некоторых моделях автоматической коробкой передач. При этом в компьютер заложены программы на режим раннего переключения скоростей для различных условий работы автосамосвала в зависимости от его массы, рельефа и вида дороги, а также свойств ее покрытия. В то же время автоматическое переключение передач снижает износ дисков сцепления и само время переключения передач. Максимальное использование мощности двигателя, обеспечение высокой проходимости, отказ от применения дифференциала, что позволяет снизить износ покрышек колес, обеспечиваются разработанными системами для предотвращения блокировки ведущих колес при торможении, а также для регулирования проскальзывания в приводе и обеспечения минимальной пробуксовки колес при движении. Наряду с информацией о состоянии узлов и машины в целом на дисплей в цифровой и текстовой форме выводятся сведения о малейших отклонениях от нормальной работы автомобиля, что позволяет еще на ранней стадии их возникновения определить возможность устранения неисправностей. При этом с помощью командной клавиатуры на дисплей вызываются различные варианты устранения неисправностей. Одновременно с устранением неисправностей компьютер позволяет обнаружить и более серьезные неполадки, а также заказать необходимые для замены при ремонте запасные части. Для того чтобы обратить внимание водителя на возникновение нештатных ситуаций в работе самосвала, одновременно с выводом на дисплей текста срабатывает световая и звуковая сигнализация. Использование микроэлектроники в строительных грузовых автосамосвалах позволяет облегчить управление и обслуживание, обеспечить надежность, безопасность эксплуатации машины и снижение ее эксплуатационных расходов, а также значительно улучшить тягово-скоростные и топливно-экономические свойства автомобилей-самосвалов, обеспечивает повышение их надежности и стабильности в работе. Рассмотрим рабочий процесс дизель-молота на схеме (рис.212). При недостаточной высоте подскока поршня сигналы датчиков номинального РНОМ и максимального РMAX подскока отсутствуют, контакты их реле остаются открытыми, реле Р2 и РЗ — выключенными, в результате чего осуществляется автоматическая подача топлива. В этом случае контакт 1РЗ реле Р закрыт. Увеличение высоты подскока поршня оказывает воздействие на датчик номинального подскока. При этом контакт Риом замыкается, включается реле РЗ и открывается контакт 1РЗ, выключая привод Я регулировочной иглы топливного насоса. Подскок поршня до уровня максимального датчика вызывает замыкание контакта Ртах. и включение реле Р2, замыкающее цепь питания электродвигателя. При этом вращение вала электродвигателя обеспечивает такое направление и расстояние перемещения иглы, которое уменьшает подачу топлива. Это происходит до окончания воздействия поршня на датчик максимального подскока или до снятия усилия с ограничителя хода КВм. После приведения регулировочной иглы топливного насоса в нормальное положение вновь продолжается работа дизель-молота в оптимальном режиме. Для контроля вертикального и высотного положения сваи при ее погружении используются лазерные приборы, оборудованные специальными устройствами. Эти устройства 1 (рис.213) обеспечивают разделение выходящего лазерного пучка на горизонтальный 2 и наклонный 3, которые направляются соответственно к нижней 6 и верхней 5 рискам, расположенным на свае 4. При этом прибор устанавливается по высоте так, чтобы горизонтальный пучок находился на уровне проектной отметки оголовка сваи, т.е. совпал с риской 5 при полном ее погружении. В процессе погружения сваи проекции лазерных пучков должны находиться на ее геометрической оси. При этом угол наклона пучка 3 уменьшается и при достижении горизонтального положения погружение сваи прекращается. Строительство тоннелей метрополитена, автотранспортных и водоотводных тоннелей, а также специальных тоннелей и штреков, особенно при встречной их разработке и на криволинейных участках, требует абсолютной точности заданного направления проходки. При этом существенное значение имеют современные высокопроизводительные механизированные проходческие щитовые комплексы, реализующие повышенные скорости проходки. Однако, так как традиционные методы маркшейдерского обеспечения сдерживают опережающие темпы строительства, появилась необходимость в эффективном непрерывном контроле за положением, проходческого оборудования и его движением. Решекие этой задачи осуществляется различными методами, использующими лазерные приборы. Наибольшее применение в тоннельном строительстве нашел метод установки лазерного прибора 1 и контрольных марок 3 на столбах или на стенах построенного участка тоннеля (рис.214). В этом случае лазерный пучок 2 проецируется на приемное устройство 5, закрепленное на проходческом щите 4. При этом он проходит две диафрагмы в контрольных марках, одна из которых расположена на стене, а другая на ближайшем к излучателю конце проходческого щита. Перед началом работы лазерный пучок проходит через две диафрагмы, положение которых определено геодезическим путем и соответствует продольной оси щита, и наводится на центр приемного устройства, находящегося на машине. При перемещении проходческого щита во время работы в заданном направлении пучок Должен попадать в центр приемного экрана, а при изменении направления подаются световые и звуковые сигналы и осуществляется корректировка работы машины. Возвращение движения машины на заданный курс производится либо машинистом путем включения корректирующего устройства, либо автоматически с помощью управляющей микро-ЭВМ. Рис.214. Управление работой проходческого щита по лазерному лучу Работа лазерного излучателя с приемным устройством возможна на расстоянии до 600 м. После перемещения проходческого щита на определенное расстояние происходит перестановка контрольные марок, а затем и лазерного прибора. При проходке криволинейных участков тоннелей дополнительно используются усилитель излучения и призмы развертки луча, обеспечивающие отклонение его на заданный угол поворота тоннеля. Незаменимыми машинами для уплотнения дорожно-строительных материалов при строительстве дорог и различных площадок являются дорожные катки, автоматизации которых в последнее время уделяется большое внимание. Современные дорожные катки с гидравлической системой управления для автоматической настройки на оптимальный режим работы оснащаются электронной системой с микропроцессорной техникой. Применение бортового микропроцессора позволяет, в зависимости от требуемой плотности и толщины укатываемого слоя, выбирать и автоматически поддерживать постоянную скорость передвижения катка, а ее изменение производить плавно, равномерно и качественно уплотняя материал. Эта система обеспечивает не только соответствие направления движения машины вращению вала вибровозбудителя, но и автоматический разгон и торможение, а также изменение частоты колебаний в зависимости от плотности укатываемой поверхности, включение и отключение вибровозбудителя при изменении направления движения катка. Система электронного автоматического управления вибрационным катком состоит из силовой (гидравлической) части и электронного блока управления ЭБУ с операционным усилителем. Силовая часть содержит регулируемые реверсивные аксиально-поршневые насосы, аксиально-поршневые регулируемые и нерегулируемые гидромоторы, насосы систем управления и подпитки, а также редукционные клапаны с пропорциональным электрическим управлением. Величина электрического сигнала из ЭВУ обеспечивается пропорциональным регулированием насосов ходовой системы и вибровозбудителя. В этом случае задающий сигнал от рычага подачи топлива подается в ЭБУ, усиливается, преобразуется в нем и поступает на управляющие обмотки пропорционального электромагнита редукционного клапана, формирующего требуемое давление в системе управления. При этом поток рабочей жидкости перемещает поршень гидроусилителя насоса и, изменяя угол наклона блока цилиндров, определяет подачу насоса в соответствии с заданным сигналом. Регулирование подачи насоса в зависимости от нагрузки производится следующим образом. Увеличение нагрузки на движителях вызывает увеличение крутящего момента на валу двигателя, что определяется датчиком скорости. Датчик обратной связи регистрирует снижение частоты вращения вала двигателя и подает сигнал в ЭБУ, из которого сигнал рассогласования поступает в редукционный клапан, формирующий давление в системе управления в соответствии с величиной поступившего сигнала. В связи с этим уменьшается и подача насоса. При отключении одного из мостов катка в ЭБУ формируется сигнал, подаваемый на пропорциональные электромагниты редукционных клапанов. В результате этого подача насоса уменьшается в два раза, а заданная скорость движения катка сохраняется постоянной. Вибровозбудитель приводится в работу с помощью объемного гидропривода. При этом для предотвращения образования наплывов грунта и в особенности асфальта при изменении направления движения или при остановке катка происходит автоматическое отключение вибровозбудителей (в связи с уменьшением скорости катка ниже допустимой), а при достижении заданной скорости они вновь включаются в работу. В системе автоматики используются переключатели выбора частоты вибрации и отключения одного из вибровозбудителей, а также задатчик изменения частоты вибрации, постоянно контролирующий плотность покрытия. При этом требуемая частота вибрации задается независимо от направления и скорости движения машины. В комбинированных катках задние пневматические колеса приводятся во вращение попарно отдельными гидродвигателями. Это позволяет при движении катка на поворотах осуществлять автоматическую регулировку скорости качения одной пары колес относительно другой. Во время работы с горячим асфальтом смачивание и охлаждение вальцов выполняется автоматически путем периодического включения насоса для подачи воды под давлением. В катках на пневматических колесах, при работе с материалами различного вида и состава, требуемыми толщиной уплотнения и плотностью, обеспечивается централизованное автоматическое регулирование давления воздуха в шинах. Наряду с автоматическим управлением вибровозбудителя и катка возможно их переключение на ручное. Благодаря использованию в катках чувствительной электронной системы, насосы и гидродвигатели работают в оптимальном режиме, что значительно увеличивает срок их службы. Автоматизация управления рабочим процессом дорожных катков позволяет оптимизировать этот процесс с учетом физико-механических свойств уплотняемого материала и ведет к повышению производительности и качеству выполняемых работ, снижению времени уплотнения и расхода топлива, а также улучшает условия работы машиниста. Контроль качества уплотняемых дорожно-строительных материалов делится на контроль прочности, плотности, влажности и толщины покрытия. Эти виды контроля осуществляются различными методами, к которым относятся механический, электронно-механический, электромагнитный, низкочастотный, СВЧ‑метод (сверхвысокие частоты), ультразвуковой и радиоизотопный. Механический метод или метод отбора проб уплотненного материала сопряжен с необходимостью разрушения дорожного покрытия и с дальнейшим исследованием этих проб в лабораторных условиях. В связи с ограниченным количеством отобранных проб, полученные данные не будут отличаться достаточной достоверностью и не смогут (по истечении затрат времени, требуемых на исследование) повлиять на качество уплотнения уже готовых покрытий. При этом в некоторых случаях, например на покрытиях автомобильных мостов и эстакад, такой отбор проб может привести и к нарушению прочности несущих конструкций. Электромагнитный, низко- и высокочастотные методы контроля зависят от внешних источников энергии и по своей сложности не всегда удовлетворяют специфическим требованиям, предъявляемым дорожным строительством к таким приборам. Ультразвуковой метод для работы с дорожно-строительными материалами также не вполне эффективен. Это объясняется тем, что в средах, обладающих вязкостью, происходит потеря энергии при распространении ультразвуковых волн. При этом величина поглощения их в грунте и асфальтобетоне довольно значительна. Одновременно к недостаткам следует отнести возможность работы приборов при температуре окружающего воздуха в незначительном диапазоне (от -5 до +35° С). В практике известны и другие методы непрерывного контроля дорожно-строительных материалов при послойном их уплотнении машинами динамического воздействия. Одним из устройств, устанавливаемых на катках, является динамический индикатор для автоматического контроля качества уплотнения в процессе трамбования или вибрирования. В катках 1 (рис.215,а) с вибровозбудителем на вибровальце 5 устанавливается вибродатчик 4, сигналы от которого поступают по кабелю 3 в преобразователь и орган сравнения 2, усиливаются и подаются в исполнительные органы. Одновременно данные измерений поступают в постоянное запоминающее устройство и на панель индикации в кабине машиниста. В процессе работы катка на уплотняемой площадке приборы по показаниям вибродатчиков регистрируют измеряемые характеристики материала. При повышении плотности и одновременном увеличении модуля упругости земляного полотна на приборе фиксируются возрастающие показания. В случае устройства полотна из грунта с различными модулями упругости определяется результирующий динами-ческий модуль упругости и регистрируется относительная величина несущей способности основания. На экране дисплея или индикаторе счетчика высвечиваются цифры средних значений за период измерения от 5 до 30 с. Прибор настраивается на показания, соответствующие требуемой степени плотности, которые устанавливаются после стандартных испытаний. Превышение заданной плотности регистрируется световым или звуковым сигналами, которые оповещают о достижении нормативного уровня укатываемой поверхности. Каток может комплектоваться дополнительным печатающим устройством для выдачи на бумажную ленту данных за время работы машины. В трамбующих машинах 5 (рис.215,б) автоматическое устройство включает в себя подобные элементы и состоит из индукционного вибродатчика 2, установленного на трамбующей плите 1, и прибора 4, размещенного в кабине машиниста, регистрирующего сигнал датчика и соединенного с ним кабелем 3. Перед началом работ определяют показания индикатора (тарировку), соответствующие требуемой плотности грунта при заданной толщине слоя. Степень уплотнения при работе машин динамического действия обратно пропорциональна скорости их движения. Поэтому следует стремиться к поддержанию той скорости, которая получена при тарировке. Использование динамических индикаторов плотности повышает производительность грунтоуплотняющих машин и качество уплотнения грунта. В связи с тем, что не все указанные методы способны обеспечить контроль всех видов качества уплотненных дорожно-строительных материалов, возникла необходимость в разработке нетрадиционных методов измерений; Для оперативного неразрушающего контроля грунтовых оснований, бетонных и асфальтобетонных покрытий используют контрольно-измерительные радиометрические приборы. Их работа основана на применении источников γ-излучения, быстрых нейтронов или на их совместном действии. В приборах используются свойства высокой проникающей способности γ-лучей и снижения интенсивности их излучения при прохождении через исследуемый материал. Поэтому, зная интенсивность излучения, исследуемый материал и заданную толщину уплотняемого слоя, можно, протарировав приборы, определять степень плотности укладываемого материала. Содержание влаги в контролируемом материале определяется по замедлению нейтронного излучения атомами водорода, а содержание связующего в асфальтобетонной смеси— по количеству углеводородных соединений в битуме. Эти приборы используют как для поверхностного (метод вторичного рассеивания), так и для глубинного (метод просвечивания) измерения параметров уплотняемых материалов. В настоящее время на строительстве дорог применяют переносные приборы для поверхностного измерения плотности асфальтобетонных покрытий толщиной 2,5...6 см, для поверхностного толщиной 10 см и глубинного толщиной 25 см измерения плотности и влажности грунтов и материалов покрытий (рис.216), а также для определения содержания связующего в асфальтобетонных смесях. Эти автономные приборы состоят из встроенного микропроцессора, цифрового дисплея на жидких кристаллах, переключателя положения зонда с фиксацией через каждые 5 см и кнопки управления для задания требуемых параметров. При работе они переставляются по готовой поверхности. Навесные приборы подобного типа устанавливаются на дорожных катках и предназначены для непрерывного контроля плотности укладываемого и укатываемого асфальтобетона в процессе работы уплотняющей машины. Такой прибор состоит из корпуса, закрепленного на нижней стороне рамы катка между вальцами. Внутри корпуса в двойных герметизированных капсулах из нержавеющей стали помещен источник излучения, отвечающий требованиям температурного класса и хранения радиоактивных материалов. Дополнительную термическую и механическую изоляцию обеспечивают конструкция и материал корпуса. Источник излучения и приемное устройство расположены в корпусе прибора таким образом, что γ‑лучи проникают в исследуемый материал, рассеиваются в нем, преломляются и возвращаются к детектору. Отсюда данные непрерывных измерений передаются с помощью соединительного кабеля на бортовой микрокомпьютер, где происходит обработка и сравнение результатов измерений с заданным значением параметров. Индикаторно - регулирующий блок, соединенный с компьютером и установленный на приборной панели кабины перед машинистом, подает информацию на устройство визуального отображения информации — дисплей. На блоке управления катка устанавливаются также цветные сигнальные лампы, а при необходимости может подключаться и звуковая сигнализация. Степень уплотнения асфальтобетона определяется в течение нескольких секунд в процессе работы катка. Перевод катка на смежную полосу укатки производится только после получения требуемой плотности материала, фиксируемой на дисплее с одновременным включением сигнальной лампы. После перемещения катка на новый участок работы определяется и степень предварительного уплотнения, достигнутая асфальтоукладчиком. Полученные значения плотности асфальта можно ввести в запоминающее устройство и получить результаты измерений в распечатанном виде за любой промежуток времени с указанием участков измерений. Все приборы надежно защищены от воздействия вибрации, перепада температур и пылевлагонепроницаемы. Изоляция изотопов обеспечивает практически естественный уровень радиации. Доза излучения при работе с приборами не превышают 4% от предельно допустимого значения. Для полной безопасности с помощью быстроразъемных соединений прибор по окончании работы снимается с катка и автоматически переводится в положение транспортировки или хранения, а перед началом смены вновь устанавливается. К достоинствам радиометрического метода контроля уплотнения дорожно-строительных материалов следует отнести возможность проводить замеры на горячем асфальте и в непосредственной близости от рабочих органов катков, асфальто-, бетоно- и бордюроукладчиков контролировать возрастание степени уплотнения при каждом проходе катка и определять оптимальное число проходов, а также быстро, надежно и с высокой степенью точности производить измерения состояния материалов. Все сказанное необходимо для достижения требуемых параметров дорожных покрытий и оптимального использования катков. Современное устройство (рис.217), устанавливаемое на катках и обеспечивающее его автоматический режим работы, состоит из трех основных блоков. К ним относятся блок задания условий работы (БЗУР), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и блок индикации (БИ). БЗУР состоит из набора переключателей, с помощью которых задаются условия работы катка. ПЗУ содержит информацию по специально разработанным программам, устанавливающим взаимосвязь между условиями и режимами работы катка. На блок индикации в цифровой (на дисплее), световой, а при необходимости и звуковой форме поступают данные о работе катка. Большое внимание в последние годы уделяется автоматизации грузоподъемных машин, таких, как погрузчики, самоходные стреловые и башенные краны. Основным направлением автоматизации этих машин также является управление, безопасность, контроль и диагностика. Однако в связи со спецификой использования главную роль в работе грузоподъемных машин играет их безопасность. В настоящее время имеется большое количество конструктивных решений ограничителей нагрузки кранов. Наиболее полная схема современных универсальных приборов приведена на рис.218. Основной характеристикой кранов является грузовая, представляемая зависимостью между вылетом и нагрузкой. Ограничитель включает в себя датчик фактической нагрузки и датчик (или датчики) изменения вылета, по сигналу которых определяется допустимая нагрузка. Это датчики угла наклона стрелы и длины стрелы (при телескопической стреле с изменяемой длиной). Для повышенной точности контроля нагрузки и вылета в некоторых типах ограничителей используются конструкционные датчики угла (между осями стрелы и гидроцилиндрами подъема), а также датчик угла наклона платформы. Сигналы указанных датчиков поступают в блок обработки данных, где сравниваются с данными о характеристиках отключения, выдаваемыми из запоминающего устройства. Результаты обработки выводятся на блок индикации, а при превышении фактической нагрузки относительно допустимой — на блок средств отключения. Все универсальные ограничители имеют блок выбора характеристик отключения (в зависимости от вида установленного оборудования и режима работы крана) и устройство согласования характеристик отключения. В некоторых ограничителях содержатся дополнительные средства контроля, создающие второй уровень защиты кранов от опрокидывания путем контроля давления в гидроопорах, а также сигнализаторы и выключатели, блокирующие предельные перемещения механизмов и нагрузку на них. Эта схема ясно показывает, как важно широкое внедрение, особенно в гидравлических самоходных стреловых кранах, современных средств автоматизации. Рис.218. Структурная схема ограничителей нагрузки крана Стреловые самоходные краны последних моделей имеют бортовые электронные системы, состоящие из микропроцессора, пульта управления и датчиков, установленных на базовой машине и на крановой установка. Системы контроля и диагностики базовой машины: и управляющих систем крана подобны рассмотренным на экскаваторах и обеспечивают машиниста всеми необходимыми данными для правильной эксплуатации машины и проведения технического обслуживания и ремонта, а также предупреждают о возможных неисправностях и способах их устранения. Крановые установки имеют свои особенности. Безопасное ведение работ кранами обеспечивается автоматически работающими средствами защиты. К ним относятся: конечные выключатели и различные ограничители; креномеры и анемометры; устройства, сигнализирующие о приближении к ЛЭП и предотвращающие столкновение стрел работающих рядом кранов между собой или с окружающими кран конструкциями; устройства, предотвращающие падение груза и обеспечивающие его опускание в аварийных ситуациях. К последним внедренным на кранах разработкам относятся различные конструкции автоматических ограничителей с информационной панелью в кабине машиниста. В такой панели (рис.219) на экранах двух дисплеев в цифровой форме, обычно постоянно, выводятся получаемые от датчиков ограничителей значения грузового момента и угла наклона стрелы. Нажатием соответствующих кнопок на панели на дисплей можно вызвать значения фактической и допускаемой грузоподъемности, фактического вылета и допускаемой высоты подъема крюка, фактической длины и угла наклона стрелы. При случайной ошибке машиниста, ведущей к перегрузкам и выходу из штатных режимов, включаются световая и звуковая сигнализации и одновременно отключаются все рабочие механизмы. В этом случае, так же, как и при возникновении неисправностей в машине, на дисплей выводится цифровой код с указанием ошибки или неисправности. Бортовые системы обеспечивают автоматический режим задания основных параметров кранов (например, грузоподъемность и вылет при заданной высоте подъема крюка) и работы гидравлических насосов и двигателей в зависимости от действующей нагрузки. Они позволяют стабилизировать в требуемых пределах температуру рабочей жидкости в гидравлических системах и воздуха в кабине. Благодаря используемой в кранах гидравлической системе управления производятся автоматическая установка и регулировка выносных опор и синхронное выдвижение двух-трех телескопических секций стрелы одновременно с автоматической фиксацией их в рабочих положениях. В зависимости от требуемой грузоподъемности, высоты подъема и вылета крюка на ряде кранов применяются автоматически перемещаемые противовесы. При передвижении кранов по бездорожью или по тяжелым грунтам строительной площадки в работу могут автоматически включаться дополнительные ведущие мосты шасси. При этом во многих кранах все ходовые мосты машины оборудованы независимыми пневмогидравлическими подвесками с автоматическим выравниванием дорожного просвета при проходе по неровным поверхностям. Торможение большинства многомостовых кранов при их передвижении по дорогам производится сервопневматическим тормозом, автоматически действующим на все колеса. К автоматически срабатывающим устройствам кранов относятся постоянно действующие управляемые рельсовые захваты, указатели вылета, частоты вращения грузовой лебедки (у кранов с двумя автономно управляемыми лебедками) и силы ветра, ограничители конечных положений рабочих органов (передвижения крана и грузовой тележки, высоты подъема и опускания крюка, поворота крана и угла наклона стрелы) и грузоподъемности. В последнее время, наряду с механическими передачами, для включения основных узлов в работу краны оснащаются и гидравлическими устройствами, используемыми в механизме выдвижения башни и выносных опорах (гидроцилиндры), в механизмах поворота и передвижения (гидромуфты) и для автоматической подачи смазывающего материала к труднодоступным местам редукторов, особенно планетарных (гидронасосы). Появление гидравлических систем в башенных кранах позволяет автоматизировать работу этих механизмов. Значительное увеличение высоты подъема, вылета и грузоподъемности в башенных кранах (особенно зарубежных) ведут к дальнейшему усилению и совершенствованию систем защиты. Для предотвращения столкновения стрел при работе нескольких кранов на одной строительной площадке разработаны и применяются две системы защиты: электромеханическая с контролем двух зон и модульная с контролем пяти зон. Принцип работы этих систем заключается в том, что сигналы положения поворотной части крана и грузовой тележки поступают в электронные модули с регулируемым порогом чувствительности в зависимости от углового положения стрелы и вылета. Если сигналы превысят пороги, соответствующие границам контролируемой зоны, информация поступает на реле в пульт машиниста, и происходит непосредственное воздействие на механизмы крана, т. е. замедление движения или остановка одного или всех узлов крана. Одновременно через систему световой и звуковой сигнализации идет оповещение машиниста о возникновении аварийной ситуации. В последние годы в мировой практике появились различные многопараметрические системы защиты и диагностики, в том числе основанные на использовании микропроцессоров. В последнем случае краны оснащаются датчиками, установленными в механизмах и в ответственных узлах металлоконструкций кранов. Появление любых неполадок в работе крана высвечивается на экране дисплея и позволяет своевременно устранять все появившиеся неисправности. Большое значение для безопасной работы кранов имеет и точный контроль скорости всех движений, осуществляемый регуляторами бесступенчатого контроля. При этом система оптимальной надежности в работе и защите крана от предельных отклонений основана на программируемом логическом контроллере. Одновременно ведется бесступенчатый контроль максимальных значений нагрузки и скорости при соответствующих вылетах. Возникающие отклонения от нормальной работы «мгновенно» появляются на дисплее и одновременно в световом и звуковом исполнении в кабине машиниста, а механизмы крана отключаются от электропитания. На мощных кранах используется автоматическая укладка каната на барабан грузовой лебедки и автоматическое натяжение каната передвижения грузовой тележки. В кранах применяют системы автоматического уравновешивания массы стрелы с грузом на крюке за счет изменения положения противовеса с рычажно-шарнирной рамой (в кранах с подъемной стрелой) и с кареткой на противовесной консоли (в кранах с горизонтальной стрехой и грузовой тележкой). Кровельные работы и устройство полов с использованием рулонных материалов (рубероида, линолеума и т.п.) находят широкое применение в гражданском и промышленном строительстве и относятся к наиболее трудоемким работам. Поэтому внедрение механизации и автоматизации основных производственных процессов при устройстве кровли значительно снижает трудоемкость и повышает производительность с одновременным улучшением качества выполняемых работ. Для автоматического контроля и управления процессом разогрева рулонных материалов разработано электронное устройство к существующим машинам, предназначенным для приклейки наплавляемого рубероида и сварки линолеума. Поддержание заданной температуры разогрева укладываемого отделочного материала в соответствии с технологическим процессом осуществляется с помощью автоматизированного электропривода. Принцип его работы состоит в автоматическом изменении частоты вращения приводного электродвигателя машины, а следовательно, и скорости ее движения, в зависимости от изменения температуры поверхностного слоя материала. В представленной на рис.220,а, б функциональной схеме нагреватель 1 с температурой Т воздействует на рулонный материал 2, нагревая его за время t до температуры Т1. Под действием этой температуры датчики 3 вырабатывают электрический сигнал U(T1), поступающий в блок управления 5. Здесь сигнал преобразуется в управляющее напряжение Uу(T1) для питания электропривода 6, который приводит в движение со скоростью v = f(T1) приклеивающую или сварочную машины. В зависимости от используемого материала и условий работы начальная установка скорости осуществляется задающим напряжением U3 от задатчика 4. Рис.220. Автоматизация работы машины для приклейки наплавляемого рубероида Датчик 3 выполнен по схеме равновесного моста постоянного тока. Чувствительный элемент (терморезистор), изменяющий свое сопротивление в зависимости от изменения температуры, подключен к одному плечу этого моста и располагается в процессе работы на расстоянии 4...6 мм над поверхностью разогреваемого материала. Датчиком 3 определяется температура нагрева поверхностного слоя рубероида и выдается электрический сигнал соответствующего уровня в блок управления 5. Этот блок устанавливает такую частоту вращения вала электродвигателя привода 4 машины, при которой за счет изменения времени пребывания материала в зоне нагрева обеспечивается необходимая температура его разогрева в диапазоне, заданном блоком регулирования 6.