Управление дорожными машинами через "GPS"

Курсовая работа

"Управление дорожными машинами через "GPS"

Введение

Высокие темпы автомобилизации после окончания второй мировой войны потребовали коренного перелома в решении дорожных проблем практически во всех странах мира. Рост интенсивности движения автомобилей и плотности транспортных потоков, значительно опережающий темпы дорожного строительства, сделал необходимым принятие энергичных мер по приведению дорожной сети в соответствие с требованиями автомобильных перевозок.

Развитие дорожной сети, обеспечение возрастающего объема строительства новых и содержания действующих транспортных магистралей связано в реальной экономике с обновлением и поддержанием в работоспособном состоянии дорожно-строительных машин.

Поэтому новые методы при проектировании дорожных машин широко используются, изобретаются новые узлы и агрегаты машин, проводятся вычисления множества задач, чтобы обеспечить более долгий срок работы механизмов машинных, множества заводов и предприятий.

В составе машинных парков дорожно-строительных и ремонтно-эксплуатационных предприятий чаще всего можно встретить бульдозеры, скреперы, экскаваторы, катки, планировочно-уплотняющие машины, компрессоры, трубоукладчики. В производстве земляных работ: устройстве и содержании дорог перечисленным дорожно-строительным машинам вряд ли могут конкурировать по производительности другие средства механизации, поэтому они работают на сосредоточенных и линейно-протяжных объектах всех отраслей народного хозяйства.

Объем выпуска дорожно-строительных машин сократится не намного и в ближайшее время ожидается увеличение их серийности наряду с совершенствованием конструкции, улучшением условий работы машиниста, повышением удобства технического обслуживания и ремонтопригодности. На развитие исполнений дорожно-строительных машин оказывают влияние технический уровень и качество применяемых для их сборки базовых тракторов, дизельных двигателей, силовых передач, систем и аппаратуры управления.

Обращают на себя внимание заметные изменения в технологии производства строительно-монтажных работ, выполняемых дорожно-строительными машинами. Повысились темпы возведения и реконструкции объектов, появились новые методы выполнения работ и технологических операций, более конкретными стали задания на подлежащие выполнению машинами объемы работ на строительной площадке, усилилась ответственность и изменились формы оплаты труда рабочих.

Применение современных образцов дорожно-строительных машин обеспечивает выполнение требований интенсивной технологии механизированного производства работ, рост производительности и улучшение условий труда рабочих, но достигается это за счет совершенствования и усложнения конструкций машин, что, в свою очередь, требует высокой квалификации машиниста, одновременно возрастает значение профессиональной инициативы, самостоятельности и ответственности машиниста и его руководителя (менеджера).

Наибольшее распространение при производстве общестроительных земляных работ имеют дорожно-строительные машины мощностью до 150 кВт.

Чтобы в полной мере реализовать технические возможности механизмов и машин применяют общие принципы и особенности конструирования универсальных, специальных промышленных роботов и роботов агрегатно-модульного типа.

Конструкция промышленного робота определяется большим числом факторов, зависящих от его назначения и условий применения.

В современной робототехнике развивается два основных направления конструирования роботов. Первое из них связано с разработкой специализированных роботов, предназначенных для оснащения технологического оборудования определенной группы и выполняющих технологические операции одного вида, и специальных, предназначенных для оснащения технологического оборудования конкретной модели и выполняющих определенные технологические операции. Такие роботы имеют небольшое число степеней подвижности, высокие показатели быстродействия, точности и надежности. Однако возможности их применения при изменении параметров технологического процесса ограничены.

Второе направление состоит в разработке многофункциональных, универсальных промышленных роботов, которые могут применяться в широком диапазоне изменения параметров технологического процесса и в различных процессах. Эти роботы обладают большим числом степеней подвижности, но обеспечить в них высокую точность и надежность значительно труднее, а также они требуют больших затрат при изготовлении. Кроме того, часто на конкретных операциях используются для движения не все степени подвижности.

Эти противоречия могут быть разрешены, если применить агрегатно-модульный принцип построения роботов – конструирование из типовых узлов и модулей. Роботы этого типа не обладают избыточностью на конкретных операциях и в то же время универсальны. Недостатки агрегатно-модульных роботов по сравнению с универсальными при большом числе степеней подвижности – увеличение массы и снижение жесткости.

1. Техническая характеристика Автогрейдер ГС 25–09

Автогрейдер гс-25.09

Рис. 1. Автогрейдер ГС 25–09

Автогрейдер ГС-25.09 превосходно подходит для возведения земляного полотна, устройства и содержания дорог, разнообразных планировочных работ, профилирования и отделки дорожного полотна, а также для ремонта и содержания дорожных покрытий, городских проездов и площадей.

6-цилиндровый 4-тактный дизельный двигатель жидкостного охлаждения с турбо-наддувом и промежуточным охладителем воздуха. Оснащен 2-х ступенчатым, 2-х элементным воздухоочистителем сухого типа с индикатором засорения. Стартер и электросистема на 24 В, с бесщеточным генератором на 45 А (1.0 кВт) со встроенным регулятором напряжения и двумя необслуживаемыми батареями по 12 В с током холодного пуска 650 А и резервом емкости 190 а/ч каждая, выключатель батареи.

Трансмиссия автоматическая с самодиагностикой фирмы «ZF», Германия. Модель 6 WG 190. Скорости на передачах при стандартных шинах и оборотах двигателя -2000 об/мин

Тормоза:

Стояночный тормоз, включаемый пружиной и отключаемый гидравлически, дисковый на входном валу тандемной тележки, действующий на все колеса тележки, оснащен блокировкой включения передач трансмиссии и средствами предупреждения оператора.

Рулевое управление автогрейдера ГС-25.09:

Рулевое управление передними колесами с гидростатическим приводом, включающим два гидроцилиндра. Минимальный радиус поворота при одновременном использовании рулевого управления переднего моста, изгиба рамы и наклона передних колес – 7800 мм.

Передний мост:

Мост цельносварной стальной с ребрами для увеличения торсионной жесткости, качающейся на одном центральном шкворне. Цилиндр наклона колес с гидрозамком, включенным в стандартную комплектацию.

Рамы:

Передняя рама: цельносварная, коробчатого сечения, с наклоном для улучшения переднего обзора.

Задняя рама: с силовым периметром, допускающим модульный монтаж оборудования, что облегчает обслуживание привода и идеально для навески рабочего оборудования.

Гидросистема с насосом постоянного объема и разгрузкой насоса при нейтральном положении рукояток управления гидрораспределителей. В состав системы входит 6 гидрораспределителей с ручным управлением, обеспечивающих управление основным рабочим оборудованием. 4 электрических гидрораспределителя обеспечивают работу вспомогательных операций. Управление гидрораспределителями имеет горизонтальное размещение короткоходовых рычагов на рулевой колонке. Система оснащена гидрозамками в контурах подъема отвала, наклона отвала, сдвига поворотного круга, наклона колес и изгиба рамы.

Кабина и органы управления ГС-25.09:

Все органы управления расположены в 9О° – ном секторе перед оператором и справа от него. Перед ним находятся: дисплейный блок, на котором отображаются все необходимые параметры работы автогрейдера, контрольные параметры его систем, аварийные сигнализаторы, переключатели управления электрическими гидрораспределителями, рукоятки управления ручными гидрораспределителями. Справа – рычаг управления КПП, дисплей КПП, органы управления приводом переднего моста, отопителем, очистителями, омывателями стекол, освещением, выключатель электросистемы и предохранители. Уровень шума в кабине – от 78 до 80 дБ.

Технические характеристики автогрейдера ГС-25.09

Рабочее оборудование автогрейдера для удобства качественного выполнения работ, могут принимать множество положений в пространстве.

Профилирования грунтовых дорог с устройством водоотводных канав; возведения дорожных насыпей из боковых резервов высотой от 0,6 до 1,00 м; планировки земляного полотна, откосов выемок и насыпей; устройства корыта на готовом земляном полотне для дорожной одежды; перемешивания грунтовых, гравийно-щебеночных материалов с вяжущими материалами на полотне дороги; планировки площадей, очистки дороги от снега и т.д.

Грейдеры выпускаются прицепными, работающими в сцепе с тракторами или тягачами, и самоходными – автогрейдерами (табл. 1). Все операции выполняются с помощью рабочего органа – отвала с ножом, располагающегося между колесной базой машины.

Отвал имеет различные установки в плане и вертикальной плоскости, а также вынос в сторону, что позволяет выполнять разнообразные работы по зарезанию, перемещению грунтов и сыпучих материалов.

Автогрейдеры в зависимости от массы подразделяются на легкие (до 9 т), среднее (до 13 т) и тяжелые (до 19 т). Они имеют колесную схему 1–2–3 или 1–3–3, то есть трехосные автогрейдеры с двумя или тремя ведущими осями. У всех автогрейдеров ведущие колеса управляемые.

Для выполнения всего комплекса работ автогрейдеры дополнительно укомплектовываются сменным оборудованием (рис. 2,3,4) типа бульдозерный отвал, откосник, кирковщик и удлинитель.

Автоматическая система управления обеспечивает стабилизацию отвала в поперечной плоскости и по высоте (профиль 20) или стабилизацию отвала и гидравлическую систему.

Таблица 1. Техническая характеристика грейдеров

Агрегаты движения автогрейдера ГС 25–09

Двигатель автогрейдера ГС 25–09 ЯМЗ-236 БЕ 2–20 – это двигатель нового поколения, оснащенный новейшей системой сгорания V-ACT.

Он идеально подходит для автогрейдеров, отличается высокой топливной экономичностью и низким уровнем вредных выхлопов. Не требует установки дополнительного оборудования и устройств для дополнительной очистки отработавших газов. (рис. 5)

У такого насоса ось блока цилиндров расположена под углом к оси ведущего вала, что и определяет его название – с наклонным блоком.

Органы управления агрегатами, электронные блоки, считываемые показания с рабочих механизмов узлов и агрегатов

К органам управления автогрейдера и системы считывающей показания с узлов и агрегатов машины относятся: гидрораспределитель, осуществляющий контроль за ножами и другими агрегатами, имеющими гидроцилиндры, электронный блок управления работающий как автономно так и при индивидуальных настройках машиниста, совместно с другими электронными блоками управления получаемые сигналы по системе GPSнавигации; электронная приборная панель, отображающая сигналы, получаемые от узлов и агрегатов автогрейдера через электронный блок управления в цифровом фор мате (рис. 11); гидрораспределитель, оборудованный электромагнитными клапанами для управления узлами и агрегатами автогрейдера без участия машиниста, но прежде настроивший электронный блок управления на определенный режим работы.

2. Одночастотный 12-канальный GPS-приемник класса точности картографии и ГИС «PathfinderProXL»

Приемники навигационного класса точности призваны решать навигационные задачи на транспорте, в народном хозяйстве (например, при строительстве автодорог и т.д.) и отдыхе.

Приемники класса точности картографии и ГИС также относительно дешевы и доступны проектно-изыскательским и строительным организациям.

Точность приемников класса картографии и ГИС может быть существенно повышена при базовом варианте их использование в случае применения базовых станций, и они могут быть использованы при решении большинства инженерно-геодезических задач, включая задачи, решаемые режиме реального времени (например, съемка плана и продольного профиля существующей автомобильной дороги с движущегося автомобиля).

Приемники геодезического класса точности весьма недешевы, однако даже в автономном режиме работы обеспечивают определение координат точек местности с точностью до 1–3 см. в кинематическом режиме и до 1 см. при статических измерениях, и поэтому применимы для решения практически любых инженерно-геодезических задач.

При огромном многообразии приемников «GPS», обеспечивающих выполнение инженерно-геодезических задач на изысканиях и в строительстве, нужно стремиться приобретать приемники и геодезические системы, работающие не только с орбитальным комплексом США «NAVSTAR», но, прежде всего, работающие с отечественной навигационной системой «ГЛОНАСС».

Одночастотные и двухчастотные приемники, работающие на одной частоте радиоволн в практике инженерно-геодезических работ используют и многоканальные приемники, работающие с использованием кодов на двух частотах: 1575,72 MHz и 1227,6 MHz. Приемники такого уровня обеспечивают более точное определение координат точек местности, в связи с возможностью дифференцированного учета для каждого рабочего спутника ионосферных и тропосферных задержек, а так же обеспечивает быструю инициализацию (присваивание начальных значений) приемника, что особенно актуально в местах, где могут частично блокироваться сигналы спутников.

По точности определения координат и назначению различают приемники следующих классов: навигационного класса с точностью определения координат 150–200 метров; класса картографии и ГИС с точностью определения координат 1–5 метров; геодезического класса с точностью определения координат до 1 см.

3. Техническая характеристика компьютерного тахеометра «GeodimeterAT-MC»

Современные электронные тахеометры, обеспечивающие прямой обмен информации с полевыми и базовыми персональными компьютерами снабжены сервоприводами, и дистанционным компьютерным управлением, система автоматического слежения за целью и набором универсальных, полевых геодезических программ.

В настоящее время в России используют главным образом импортные компьютерные тахеометры (станции) различных конструктивных особенностей, точности и назначений.

Высокоэффективный компьютерный тахеометр «GeodimeterAT-MC» (рис. 14) специально разработан для автоматического управления работой дорожно-строительных машин и механизмов (бульдозеров, автогрейдеров, асфальтоукладчиков и т.д.).

Технические характеристики компьютерного тахеометра:

Средняя квадратическая погрешность измерения углов:

· Стандартны режим……………………….……….1``

· Режим слежения…………………………………..2``

Измерения расстояний:

· Стандартный режим……………±(1+3ppmxD) мм

· Режим слежения…………………..±(2+3ppmxD) мм

Диапазон измерения расстояний…………………………..до 3200 м

Масса тахеометра со встроенным источником питания.………8,5 кг

Диапазон рабочих температур……………………….от -20º С до +50º С

Электронные тахеометры – многофункциональные геодезические приборы, представляющие собой комбинацию кодового теодолита, встроенного в светодальномера и специализированного мини-компьютера, обеспечивающие запись результатов измерений во внутренние или внешние блоки памяти.

К настоящему времени в развитых зарубежных странах и в России разработано и производится большое число электронных тахеометров, различающихся конструктивными особенностями, точностью и назначением.

Современные электронные тахеометры, как правило, позволяют решать следующие инженерные задачи:

· Определение недоступных расстояний;

· Определение высот недоступных объектов;

· Определение дирекционных углов;

· Обратная засечка;

· Определение трехмерных координат реечных точек;

· Вынос в натуру трехмерных координат точек;

· Измерение со смещением по углу;

· Вычисление площадей и т.д.

С пульта тахеометра можно вводить следующую информацию в память компьютера:

К_п – поправочный коэффициент на изменение температуры и давления;

(i – l) – разность высот тахеометра и отражателя;

H₀ – высота станции. При вводе этой информации тахеометр срзу определяет абсолютные высоты точек визирования H, по умолчанию – превышения h;

А₀ – дирекционный угол опорного направления. При вводе этой информации тахеометр определяет дирекционные углы направлений на точке визирование А, по умолчанию – справа по ходу лежащие горизонтальные углы β;

Х₀, Y₀ – координаты точки стояния прибора. При вводе этой информации тахеометр сразу определяет координаты точек визирования X, Y, по умолчанию – приращения координат от опорного направления ∆X, ∆Y;

К_м – число целых километров в измеряемом расстоянии.

Электронный тахеометр автоматически учитывает при измерениях влияния кривизны Земли и рефракции атмосферы.

4. Метод использования системы «GPS»

При строительстве автомобильных дорог, подготовке основания устройства земляного полотна, перемещения и профилирования строительных материалов учитываются точные параметры использования материалов и расположение их в дорожной одежде, например, чтобы равномерно расположить слой дорожной одежды из щебня площадью 3000 м^2, толщиной 0,25 м по всей площади требуется высокая квалификация машиниста и исправная техника. Но здесь присутствует человеческий фактор, случаются ошибки при профилировании больших площадей дорожных одежд, поэтому основание получается неровным волнообразным.

Чтобы избежать этого дорожные инженеры применяют сложную программируемую дорожно-строительную технику с полным программным контролем. Для этого при строительстве автомобильной дороги на дорожно-строительную технику устанавливают дополнительное оборудование, которое программируется и выполняет работу без участия человека.

Рассмотрим установку дополнительного оборудования на автогрейдер ГС 25–09. для того чтобы автогрейдер получал сигналы, на него устанавливают одночастотный GPS приемник (рис. 13), который подключается к электронному блоку управления автогрейдера (рис. 10). Электронный блок управления обрабатывает сигналы и управляет электромагнитными клапанами гидрораспределителя. Положение ножа автогрейдера в плане при перемещении и планировании щебня по основанию, выдерживая уклоны и толщину, регулируется автоматически без участия машиниста автогрейдера. Все сигналы, вычисленные по профилю дорожного полотна, были введены инженером-строителем в компьютерный тахеометр при геодезических работах. Все сигналы, обрабатываемые тахеометром, вводятся в трехмерной системе координат x, y, z, которые посылаются через спутниковую систему GPS на автогрейдер. Получая сигналы, электронный блок управления обрабатывает их и управляет необходимым узлом и агрегатом для этой точки местности поднимать или отпускать нож автогрейдера. Находясь в другой точке местности, поучая другой сигнал, аппаратура реагирует на выполнение заданных параметров толщины и угла наклона, профиля дорожного основания.

При строительстве дороги, при использовании электронно-вычислительной техники исключается возможность проявления человеческого фактора. Все параметры проекта производства работ прослеживаются и обрабатываются компьютером.

Единственным недостатком при использовании такого метода распределения материалов по дорожному основанию является пробуксовка колес автогрейдера на дорожном основании при накоплении перед ножом автогрейдера большого вала из строительного материала. Для устранения пробуксовки необходимо остановить весь процесс работы, чтобы поднять нож и распределить материал в другую сторону для дальнейшего передвижения автогрейдера заданными параметрами планировки строительного материала. Чтобы избежать эти недостатки, используют тяжелые автогрейдеры, которые оснащены полноприводной системой передвижения 1–3–3. Они обладают хорошими передвижными характеристиками и справляются в тяжелых условиях распределением материалов, чем автогрейдеры, оснащенные системой передвижения 1–2–3.

Заключение

Тахеометрическая съемка является самым распространенным видом наземных топографических съемок, применяемых при инженерных изысканиях объектов строительства. Высокая производительность тахеометрических съемок обеспечивается тем, что все измерения, необходимые для определения пространственных координат характерных точек местности, выполняют комплексно с использованием одного геодезического прибора – теодолита-тахеометра. При этом положение снимаемой точки местности в плане определяют измерением полярных координат: измеряют горизонтальный угол между направлениями на одну из соседних точек съемочного обоснования и снимаемую точку и измеряют расстояние до точки нитяным дальномером или лазерным дальномером электронного тахеометра. Высотное положение снимаемых точек определяют методом тригонометрического нивелирования.

На современном этапе развития научно-технического прогресса происходят фундаментальные изменения технологии и методов проектно-изыскательских работ и строительство инженерных объектов, что находит отражение в изменении состава и методов производства инженерно-геодезических работ, а так же в качественном изменении парка используемого геодезического оборудования.

Очевидно, инженер-строитель, инженер-мелиоратор, инженер лесного хозяйства на современном этапе должны хорошо владеть как традиционными методами геодезии (последние так или иначе применяются и будут применяться при изысканиях, проектирования, строительстве и эксплуатации), так и новыми высокопроизводительными методами инженерно-геодезических работ.

Инженер должен уметь работать как с традиционными видами инженерно-геодезической информацией – топографическими картами и планами, так и с их электронными аналогами – электронными картами (ЭК), являющимися основой ГИС, цифровыми (ЦММ) и математическими моделями местности (МММ), на базе которых осуществляется системное автоматизированное проектирование инженерных объектов на уровне системы автоматизированного проектирования (САПР).

Список использованных источников и литературы

1. Инженерная геодезия: учебник/Г.А. Федотов. – М.: Высш. шк., 2002. – 463 с.: ил.

2. Автомобильные дороги. Проектирование и строительство / Под ред. профессоров В.Ф. Бабкова, В.К. Некрасова и Г. Щилиянова. – М.: Транспорт. 1983. – 239 с.

3. Механика промышленных роботов: Учеб. Пособие для втузов: В 3 кн. / Под ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева. Кн. 3: Основы конструирования/Е.И. Воробьев, А.В. Бабич, К.П. Жуков и др. – М.: Высш. шк., 1989. – 383 с.: ил.

4. Ранев А.В., Полосин М.Д. Устройство и эксплуатация дорожно-строительных машин: Уеб. для нач. проф. образования. – М.: ИРПО; Изд. Центр «Академия», 2000. – 488 с.: ил.

5. Попов В.Г. Строительство автомобильных дорог // Пособие для мастеров и производителей работ дорожных организаций/МАДИ(ГТУ). – М., 2001. – 185 с.