СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится к технике для укладки дорожного покрытия и автоматическому управлению процессом формирования дорожного покрытия.
Известен способ уплотнения смесей, преимущественно бетонных и асфальтобетонных, осуществляемый с помощью импульсно-роликового устройства с автоматическим контролем степени уплотнения смеси, в котором уплотнение осуществляется укатывающими роликами, а контроль за степенью уплотнения смеси осуществляется с помощью электронного блока управления, на который подаются сигналы от датчиков, расположенных на брусе-компенсаторе, а по достижении необходимой плотности покрытия, электронный блок управления подает команду на двигатель и гусеничные движители для поступательного перемещения укладчика (патент РФ №2119563, дата приоритета 21.04.1997, дата публикации 27.09.1998, авторы: Абдуллин И.Б., Малашкин С.Е., RU.).
Недостатком известного способа является низкая его эффективность, обусловленная, режимом работы укладчика, во-первых, в связи с использованием в качестве уплотняющего органа импульсно-роликового устройства с определенным числом проходов укатывающих роликов для достижения желаемой плотности покрытия, при этом работающих постоянно, во-вторых, в связи с тем, что автоматическое управление процессом уплотнения на основе информации о текущей степени уплотнения осуществляется по мере достижения необходимой плотности уплотняемой поверхности путем подачи сигнала на двигатель и гусеничные движители для поступательного перемещения укладчика, что приводит к снижению темпов строительства и в целом эффективности дорожно-строительных работ из-за прерывистого режима перемещения укладчика.
В качестве прототипа принято устройство для управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, установленное на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями, содержащее датчики контроля плотности, тензометрические датчики, установленные в толкателях трамбующих брусьев, датчик действительной скорости движения асфальтоукладчика, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода трамбующих брусьев, связанные через устройство ввода и микропроцессор с блоком ППЗУ и являющиеся элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа, микропроцессорснабжен обратной связью с устройствами ввода и вывода, при этом устройство вывода связано с золотниковым исполнительным механизмом, являющимся регулятором рабочего объема гидромотора, автоматически изменяющим частоту трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика (патент РФ №95681, дата приоритета 12.05.2009, дата публикации 10.07.2010, авторы: Емельянов Р.Т., Прокопьев А.П., Климов А.С., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, обусловленная тем, что степень уплотнения асфальтобетонной смеси в процессе ее уплотнения контролируется тензометрическими датчиками, установленными на уплотняющем рабочем органе асфальтоукладчика, кроме того, в устройстве отсутствует адаптивный (сенсорный) датчик на раме рабочего органа асфальтоукладчика для мгновенного реагирования на изменение какого-либо фактора окружающей среды, технологического процесса и изменения режимов работы асфальтоукладчика, что приводит к длительному процессу формирования дорожного полотна во времени, значительному сокращению срока службы асфальтобетонного покрытия и снижению производительности дорожно-строительных работ.
Задачей полезной модели является повышение эффективности системы автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси за счет применения сенсорного датчика на раме рабочего органа асфальтоукладчика, обеспечивающего мгновенное реагирование на изменение какого-либо фактора окружающей среды, технологического процесса и изменяющего режимы работы асфальтоукладчика, а также значительное сокращение процесса формирования дорожного полотна во времени, увеличение срока службы асфальтобетонного покрытия и производительности дорожно-строительных работ.
Для решения поставленной задачи система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, установленная на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями, содержит устройство ввода, однокристальный микропроцессор, устройство вывода, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ), тензометрические датчики, установленные в толкателях трамбующих брусьев, датчик действительной скорости движения асфальтоукладчика, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода трамбующих брусьев, указанные датчики связаны через устройство ввода и однокристальный микропроцессор с блоком ППЗУ и являются элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа, однокристальный микропроцессор снабжен обратной связью с устройствами ввода и вывода, при этом устройство вывода связано с золотниковым исполнительным механизмом, являющимся регулятором рабочего объема гидромотора, автоматически изменяющим частоту трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика (бруса) при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика. Новым является то, что система дополнительно содержит сенсорный датчик на раме рабочего органа асфальтоукладчика, мгновенно реагирующий на изменение какого-либо фактора окружающей среды, технологического процесса и автоматически изменяющий режимы работы асфальтоукладчика, при этом сенсорный датчик связан через устройство ввода и однокристальный микропроцессор с блоком ППЗУ и является элементом подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа.
На чертеже приведена функциональная схема расположения блоков системы автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси с выделенным контуром подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа.
Система автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси установлена на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями и содержит устройство ввода 1, однокристальный микропроцессор 2, устройство вывода 3, блок перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 4, тензометрические датчики 5, установленные в толкателях трамбующих брусьев, датчик действительной скорости движения асфальтоукладчика 6, датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода трамбующих брусьев 7, сенсорный датчик на раме рабочего органа асфальтоукладчика 8. Указанные датчики связаны через устройство ввода 1 и однокристальный микропроцессор 2 с блоком ППЗУ 4 и являются элементами подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа. Однокристальный микропроцессор 2 снабжен обратной связью с устройствами ввода 1 и вывода 3. При этом устройство вывода 3 связано с золотниковым исполнительным механизмом 9, являющимся регулятором рабочего объема гидромотора 10, автоматически изменяющим частоту трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика (бруса) 11 при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика.
Система осуществляет процесс автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси следующем образом.
Датчик действительной скорости движения машины 6 и датчик частоты вращения эксцентрикового вала привода трамбующего бруса 7 преобразуют скорость и частоту в электрический (аналоговый) сигнал. Сенсорный датчик 8, установленный на раме рабочего органа асфальтоукладчика, вырабатывает сигнал, пропорциональный изменению какого-либо фактора окружающей среды или технологического процесса, преобразуя его в электрический (аналоговый) сигнал. Аналоговые сигналы с датчиков 6 7 и 8 поступают в аналого-цифровой преобразователь устройства ввода 1, в котором преобразуются в цифровые сигналы и в цифровом виде поступают в однокристальный микроконтроллер 2. Однокристальный микроконтроллер 2 - это вычислительное микропроцессорное устройство, которое имеет обратную связь с устройством ввода 1, блоком ППЗУ 4 и устройством вывода 3, выполняющее расчетные операции в соответствии с алгоритмом перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 4, а именно сравнивает поступившие цифровые сигналы из устройства ввода 1 с запрограммированным в ППЗУ 4 значением коэффициента уплотнения. Последний получен в результате экспериментальных исследований уплотняющей способности опытного образца асфальтобетонной смеси типа Б рабочим органом асфальтоукладчика с трамбующими брусьями при различных изменяющихся факторах окружающей среды, технологических процессов и зависит от усилий на трамбующих брусьях, частоты трамбования и частоты вращения эксцентрикового вала при различных скоростях движения асфальтоукладчика. При несоответствии коэффициента уплотнения требуемому значению параметра из однокристального микроконтроллера 2 через цифро-аналоговый преобразователь устройства вывода 3 поступает аналоговый сигнал на электроуправляемый золотниковый исполнительный механизм 9, распределяющий и регулирующий поток жидкости в заданном направлении. Поток жидкости меняет рабочий объем гидромотора 10, что вызывает изменение частоты трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика 11. Рабочий орган асфальтоукладчика 11 в зависимости от заданной регулятором рабочего объема гидромотора 10 частоты трамбования уплотняет асфальтобетонную смесь. На уплотняющем рабочем органе асфальтоукладчика 11 установлены тензометрические датчики 5, преобразующие растяжение и сжатие толкателей трамбующих брусьев в электрический (аналоговый) сигнал. Аналоговый сигнал с тензометрических датчиков 5 после преобразования в устройстве ввода 1 как усилие, соответствующее текущему коэффициенту уплотнения, поступает в цифровом виде в однокристальный микроконтроллер 2, и элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа, образующие контур 12, непрерывно продолжают свои действия до остановки асфальтоукладчика.
у
Работа подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа основана на экспериментальных данных, свидетельствующих о наличии заложенной в алгоритме перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства (ППЗУ) 4 зависимости коэффициента уплотнения (К) от усилия (F) в элементах привода уплотняющего бруса на завершающей фазе цикла уплотнения, при нарастании сопротивления смеси деформированию (условно не показано).
Преимущество заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности системы автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вследствие непрерывного процесса формирования дорожного полотна, за счет применения сенсорного датчика на раме рабочего органа асфальтоукладчика, обеспечивающего мгновенное реагирование на изменение какого-либо фактора окружающей среды, технологического процесса и изменяющего режимы работы асфальтоукладчика, что в целом свидетельствует о значительном сокращении процесса формирования дорожного полотна во времени, увеличение срока службы асфальтобетонного покрытия и производительности дорожно-строительных работ.