Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины



Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины
Устройство автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины

 


Владельцы патента RU 2521977:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") (RU)

Изобретение относится к строительству, в частности к контролю уплотнения насыпных строительных грунтов. Устройство автоматического управления исполнительным механизмом рабочего органа грунтоуплотняющей машины состоит из акселерометра, усилителя, полосового фильтра, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, фильтра первой гармоники, преобразователя частоты в аналоговый сигнал, алгебраического сумматора, задатчика степени уплотнения грунта, аналого-цифрового преобразователя, компаратора, триггера, формирователя импульсов, блока памяти. Устройство снабжено преобразователями контроля числа проходов машины, скорости ее перемещения, силы и частоты удара рабочего органа, частоты оборотов кривошипного механизма, входным и выходным нормализаторами для связи с объектом управления, бортовым микропроцессорным контроллером с программным обеспечением, регулируемым по нескольким оптимальным параметрам исполнительным механизмом. Первичные преобразователи через входной нормализатор сигналов электрически подключены к «Входу 1» микропроцессорного контроллера, на «Вход 2» которого подается сигнал от анализатора сравнения, а с «Выхода» через выходной нормализатор формируются команды для управления регулируемым исполнительным механизмом, кинематически сочлененным с рабочим органом машины. Обеспечивается повышение производительности грунтоуплотняющей машины, улучшение качества уплотнения насыпного покрытия. 7 ил.

 

Изобретение относится к строительству, в частности к контролю степени уплотнения насыпных строительных грунтов при возведении оснований и фундаментов жилых и административных зданий и сооружений, гидротехнических плотин, траншей магистральных трубопроводов, насыпей автомобильных и железных дорог.

1. Известно (аналог) устройство для контроля степени композиционных смесей SU 1749898А1 [(МПК G06F 15/46, G01N 9/36) от 22.03.1992]. Известный аналог относится к области измерения физико-механических свойств композиционных материалов и может быть использовано в химической, электротехнической и других отраслях промышленности. Известное устройство содержит вибрационный рабочий орган, акселерометр, усилитель, полосовой фильтр, детекторы, алгебраические сумматоры, задатчики амплитуды колебаний и степени уплотнения грунта, компараторы, триггеры и формирователи импульсов.

Недостатком известного аналога является то, что устройство повышает только точность контроля момента времени окончания цикла уплотнения, не исключает снижение эксплуатационной производительности грунтоуплотняющей машины, перерасход горюче-смазочных материалов и затрат, связанных с дополнительным контролем качества уплотнения насыпного грунта с использованием передвижных лабораторий. Обуславливается это тем, что известное устройство является информационным и не имеет возможности управления рабочим органом грунтоуплотняющей машины в зависимости от заданной степени уплотнения грунта и внешних возмущающих воздействий, отрицательно влияющих на качество уплотнения.

2. Известно техническое решение, см. патент №4348901 (МПК G01N 3/36) (ближайший аналог-прототип устройства контроля степени уплотнения грунта, включающее вибрационный рабочий механизм с установленным на нем акселерометром, который через усилитель подключен к основному полосовому фильтру и показывающий степень уплотнения грунта индикатор).

Недостатком известного устройства является низкая точность показаний информационного индикатора в связи с отсутствием возможности оптимальной настройки параметра фильтра в условиях воздействия на объект случайных помех.

3. Например, в известном аналоге по патенту ФРГ №3421824, кл. МКИ G05D 19/00, E01C 19/28 от 19.12.85 «Устройство для контроля эффективности уплотнения грунта виброкатками и виброплитами», содержит датчик ускорений и прибор передачи информационных показаний на индикатор. Недостатком указанного аналога по патенту №3421824, кл. МКИ G05D 19/00 от 19.12.85 является разброс показаний индикаторного прибора, связанных с неоднородностью свойств уплотняемого грунта (гранулометрия, модуль упругости, влажность, неровность поверхности).

4. В известном аналоге по патенту Австрии №385065, кл. МКИ E01C 19/23 от 10.02.88 «Устройство для определения степени уплотнения грунта катком» содержит индукционный датчик, сердечник которого кинематически связан с рабочим механизмом машины, измеритель амплитуды колебаний, фильтры преобразования частот, усилитель напряжения от сигналов датчика и индикатор показаний.

Недостатком известного устройства по патенту №385065, кл. МКИ E01C 19/23 от 10.02.88, как и всех предыдущих, изложенных в настоящем обзоре является то, что они являются по набору технических средств и структуре построения только информационного действия с выводом показаний на индикатор, что не может обеспечить решение основной задачи: повышение эксплуатационной производительности грунтоуплотняющей машины при высоком качестве уплотнения и сокращение затрат при выполнении строительно-монтажных работ.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование блока управления путем введения новых технических средств и программного обеспечения, позволяющих автоматически изменять режимы работы грунтоуплотняющей машины.

Целью настоящего изобретения является повышение производительности грунтоуплотняющей машины и сокращение материальных затрат при выполнении строительно-монтажных работ за счет оперативного регулирования параметров работы исполнительного механизма путем автоматического выбора оптимального режима в зависимости от заданной степени уплотнения грунта и внешних возмущающих воздействий: влажности, гранулометрического состава, модуля упругости грунта и неровности уплотняемой поверхности. При этом новое техническое решение устройства автоматического управления рабочим механизмом грунтоуплотняющей машины будет лишено недостатков прототипа и аналогов, выполняющих функции только информационной сигнализации машинисту о выключении грунтоуплотняющей машины по окончании цикла уплотнения.

Эксплуатационная производительность грунтоуплотняющей машины определяется:

где B - ширина полосы уплотнения; b=0,1 (м) - ширина перекрытия смежных полос; VM - скорость перемещения машины в процессе уплотнения (м/час); n - число проходов на одной захватке; KB=0,8-0,85 - коэффициент использования машины (чистое время работы): HO - толщина уплотняемого слоя грунта (м).

Критериями эффективной работы уплотняющей машины являются максимальная производительность при минимальном числе проходов с высокой скоростью передвижения при обеспечении заданной степени уплотнения грунта (Фиг.2). Однако при высокой ПЭ значительно снижается ρф (Фиг 2) и поэтому отсутствует технологическая необходимость максимального обеспечения ПЭ при некачественном уплотнении грунта ρф. Увеличить ПЭ по формуле (1) можно только двумя переменными величинами VM и n, так как величины B, b, HO, KB зависят от технологии уплотнения и не связаны с ρф.

С увеличением VМ растет Пэ, но одновременно снижается ρф (фиг.3), а с уменьшением n увеличиваются ρф (фиг.4) и Пэ, но прямопропорционально снижается время уплотнения ty по (2), что приводит к резкому снижению Пэ за счет длительного времени уплотнения и увеличения проходок n на одной полосе уплотнения

где m - число полос уплотнения; L - длина участка уплотнения (м).

Для оптимизации значений VM, n, ty путем регулирования параметрами Fy, ω, fy по величине и времени их действия предлагается данное изобретение.

Технический эффект изобретения достигается тем, что в устройство введены преобразователи контроля числа проходов машины, скорости ее перемещения, силы и частоты удара рабочего органа, частоты оборотов кривошипного механизма, времени работы машины, на одной полосе уплотнения, многоканальный входной и выходной нормализаторы для связи с объектом управления, бортовой микропроцессорный контроллер с программным обеспечением, регулируемый по нескольким оптимальным параметрам механизм, анализатор сравнения фактической степени уплотнения с заданной, причем первичные преобразователи через многоканальный входной нормализатор сигналов электрически подключен к «Входу 1» микропроцессорного контроллера, на «Вход 2» которого подается сигнал от анализатора сравнения, а с «Выхода» через выходной нормализатор формирует команды для управления регулируемым исполнительным механизмом, кинематически сочлененным с рабочим органом машины.

Введение перечисленных новых технических средств в известное устройство совместно с наиболее важным элементом, каким является регулируемый исполнительный механизм, позволяет разработать управляемый технологический процесс уплотнения грунта на базе микропроцессорной техники с гибким программным обеспечением, обеспечивающим регулирование степени уплотнения по следующим параметрам: Fy - сила удара рабочего органа (фиг.5), ω - частота вала кривошипа (изменение частоты вибрации) (фиг.6), fy - частота удара рабочего органа о грунт (фиг.7) и времени работы машины на одной полосе уплотнения ty.

На фиг.1 представлена структурная блок-схема устройства автоматического управления исполнительным механизмом рабочего органа грунтоуплотняющей машины. Устройство автоматического управления исполнительным механизмом рабочего органа грунтоуплотняющей машины содержит вибрационный рабочий орган 1, акселерометр 2, усилитель 3, полосовой фильтр 4, индикатор 5, преобразователь частоты в аналоговый сигнал 6, алгебраический сумматор 7, задатчик степени уплотнения 8, аналого-цифровой преобразователь 9, компаратор 10, триггер 11, формирователь импульса 12, блок памяти 13, анализатор сравнения фактической степени уплотнения с заданной 14, преобразователи контроля числа проходов машины 15, скорости перемещения машины 16, силы удара рабочего органа 17, частоты удара рабочего органа 18, частоты оборотов кривошипного механизма 19, времени работы машины на одной полосе уплотнения 20, многоканальный входной анализатор 21, бортовой микропроцессорный контроллер 22, выходной нормализатор 23 и регулируемый исполнительный механизм 24.

Устройство работает следующим образом

Формирование управляющих сигналов от амплитуд гармонических колебаний, возникающих от воздействия регулируемых параметров: VM, n, τy, Fy, ω, fy по известному устройству происходит следующим образом. При уплотнении насыпного строительного грунта 25 с помощью вибрационного рабочего органа 1 на выходе акселерометра 2 возникает сигнал гармонического вида, близкий к синусоидальному. Этот сигнал, проходя усилитель 3, подается на полосовой фильтр 4, содержащий информацию о процессе уплотнения грунта 25. При этом происходит отстройка этого сигнала как от высокочастотных, так и от низкочастотных помех.

С выхода полосового фильтра 4 полезный сигнал через усилитель 6 подается на преобразователь частоты в аналоговый сигнал 6 и на алгебраический сумматор 7, на вход которого подается сигнал с задатчика 8 амплитуд вибраций, определяющих заданную степень уплотнения грунта. С выхода задатчика 8 этот же сигнал поступает на анализатор 14.

Фиксированный сигнал с задатчика 8, с алгебраического сумматора 7 и с преобразователя частоты в аналоговый сигнал 6 подается на аналого-цифровой преобразователь 9, который на своем выходе вырабатывает код и направляет его в блок памяти 13, а с его выхода на вход компаратора 10, с «Выхода 1» которого кодированный сигнал фиксируется на «Входе 2» анализатора 14. На «Выходе 2» компаратора 10 подключен индикатор 5. Сигнал с полосового фильтра 4 в виде импульсов подается на счетный вход триггера 11, а с него поступает на формирователь импульсов 12, который преобразовывает команды таким образом, что на выходе компаратора возникают прямоугольные импульсы, возникающие от различных гармоник уплотняемого грунта 25.

Для контроля значений сигналов от различных переменных частот, создаваемых регулируемым исполнительным механизмом 24 в управляемом технологическом процессе уплотнения, использовано известное устройство аналога с известной структурой технических средств и связями между ними, которые обеспечивали только нерегулируемый один информационный сигнал с выводом его на индикатор 5.

В управляемом технологическом процессе формируются несколько сигналов от гармонических частот, которые возникают от различных регулируемых параметров и функционально связаны с фактической степенью уплотнения грунта:

ρф=f(VM, n, τy, Fy, ω, fy).

На входе компаратора 10 фиксируется установившееся значение одного контролируемого сигнала, например сигнала амплитуды гармоники, связанной с Fy, который подается на «Вход 1» анализатора сравнения 14, а на «Вход 2» поступает сигнал от задатчика 8, где сравнивается фактическое значение степени уплотнения грунта ρф с заданным ρз.

В случае ρф≠рз вырабатывается сигнал разбаланса Δ, который подается на «Вход 2» микропроцессорного контроллера 22, а с «Выхода» вырабатывается сигнал управления через нормализатор 23 для изменения режима работы регулирующего исполнительного механизма 24. Одновременно многоканальный нормализатор 21 для подключения нескольких преобразователей вырабатывает сигнал, соответствующий данному воздействию 17, и в случае появления сигнала разбаланса Δ микропроцессорный контроллер 22 по адаптивной программе устанавливает следующий, наиболее эффективный оптимальный режим работы регулирующего исполнительного механизма 24, например, изменением параметра ω. Таким образом происходит контроль получаемых сигналов от преобразователей 15-20 с применением многоканального нормализатора 21. При достижении равенства ρфзΔ=0 устройство отключается, и система автоматического управлении переходит в установившийся режим.

Кроме того, такое техническое решение, которое отсутствует в прототипе и в аналоге позволяет компенсировать, за счет оптимизации значения управляющего сигнала, внешние возмущающие воздействия, отрицательно влияющие на степень уплотнения насыпных строительных грунтов: M - влажность уплотняемого грунта, H0 - толщина (высота) слоя, ψм - гранулометрический состав материала, Zn - неровность уплотняемой поверхности, Егр - степень упругости грунта, отрицательно влияющая на степень уплотнения насыпных строительных грунтов.

Устройство автоматического управления исполнительным механизмом рабочего органа грунтоуплотняющей машины состоит из акселерометра, усилителя, полосового фильтра, усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, фильтра первой гармоники, преобразователя частоты в аналоговый сигнал, алгебраического сумматора, задатчика степени уплотнения грунта, аналого-цифрового преобразователя, компаратора, триггера, формирователя импульсов, блока памяти, отличающееся тем, что в устройство введены преобразователи контроля числа проходов машины, скорости ее перемещения, силы и частоты удара рабочего органа, частоты оборотов кривошипного механизма, входной и выходной нормализаторы для связи с объектом управления, бортовой микропроцессорный контроллер с программным обеспечением, регулируемый по нескольким оптимальным параметрам исполнительный механизм, причем первичные преобразователи через входной нормализатор сигналов электрически подключены к «Входу 1» микропроцессорного контроллера, на «Вход 2» которого подается сигнал от анализатора сравнения, а с «Выхода» через выходной нормализатор формируются команды для управления регулируемым исполнительным механизмом, кинематически сочлененным с рабочим органом машины.



 

Похожие патенты:

Использование: заявляемое изобретение относится к области специального испытательного оборудования, предназначенного для испытания изделий, содержащих взрывчатые материалы (ВМ), на стойкость к воздействию ударных нагрузок на копровых стендах.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для проведения механических испытаний материала, в частности испытаний на растяжение и ползучесть образцов в канале ядерного реактора.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для использования при определении прочности бетонных и железобетонных конструкций. Сущность: осуществляют крепление прибора с заданием направления приложения нагрузки к скалывающему элементу под углом к поверхности участка измерения.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения прочности бетонных и железобетонных конструкций. .

Изобретение относится к устройствам для исследования прочностных свойств конструкций, в частности крыла воздушного судна, и может быть использовано для контроля его прочности путем замера вибраций консоли крыла непосредственно в полете.

Изобретение относится к области судостроения (прочности конструкции корпусов судов), касается вопросов обеспечения и повышения эксплуатационного ресурса судов арктического плавания, сварные конструкции которых находятся под воздействием циклических нагрузок и низких температур.

Изобретение относится к области компьютерных сетей. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при определении прочности образцов из бетона. .

Изобретение относится к области исследования гелеобразных продуктов. .

Способ уплотнения балласта рельсового пути посредством принудительного внедрения в среду и извлечения из нее инструмента. В качестве инструмента используется по меньшей мере один стержень, предназначенный для уплотнения среды, установленный с возможностью вращения вокруг своей продольной оси и/или вокруг оси параллельной или непараллельной продольной оси стержня.

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к устройству и способу для уплотнения грунта. Уплотнительное устройство содержит, по меньшей мере, один перемещающийся барабан, выполненный с возможностью вращения вокруг вала барабана, соединенные вибровозбудители, создающие колебательный момент вокруг вала барабана, причем указанные вибровозбудители имеют неуравновешенные массы, вращающиеся не в фазе 180° в одном и том же направлении вращения, и имеют приводной вал, движущийся коаксиально к валу барабана, для приведения в движение вибровозбудителей.

Изобретение относится к устройствам, выполняющим ударное глубинное трамбование грунта, и может использоваться для изготовления набивных свай, а также для уплотнения грунта и улучшения его структуры.

Изобретение может быть использовано в строительстве для улучшения физико-механических свойств грунта и повышения его несущей способности. Устройство содержит базовую машину со стрелой, шарнирно соединенный с ней рабочий орган, включающий ударный трамбующий механизм со штампом и гидроцилиндры.

Изобретение относится к строительной техники, применяемой при устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах. .

Изобретение относится к строительству, а именно к оборудованию для уплотнения грунта и образованию котлованов при возведении фундаментов. .

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в сельском хозяйстве при обработке почвы, для уплотнения грунта при производстве земляных работ в строительстве и для разрушения гололедных образований на автодорогах и тротуарах.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в сельском хозяйстве, при содержании автодорог и в коммунальном хозяйстве для разрушения гололедных образований, в строительстве при производстве земляных работ.

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в сельском хозяйстве при обработке почвы, для уплотнения грунта при производстве земляных работ в строительстве и для разрушения гололедных образований на автодорогах и тротуарах.

Виброблок // 2380475
Изобретение относится к машинам для земляных работ и может быть использовано в строительстве для уплотнения несвязных грунтов. .

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к устройству и способу для уплотнения грунта. Уплотнительное устройство содержит, по меньшей мере, один перемещающийся барабан, выполненный с возможностью вращения вокруг вала барабана, соединенные вибровозбудители, создающие колебательный момент вокруг вала барабана, причем указанные вибровозбудители имеют неуравновешенные массы, вращающиеся не в фазе 180° в одном и том же направлении вращения, и имеют приводной вал, движущийся коаксиально к валу барабана, для приведения в движение вибровозбудителей.
Наверх