СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПРОТИВОГОЛОЛЁДНОЙ ОБРАБОТКИ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF DE-ICY PROCESSING OF ROAD AND AERODROME COATINGS

Изобретение относится к системам управления рабочими процессами машин с дисковым оборудованием и может быть использовано для оптимального управления распределением жидких противогололедных реагентов при их нанесении по дорожным и аэродромным покрытиям.
сцп
сцп
сцп
сцп
Известно устройство автоматического дозирования химических реагентов при нанесении их на поверхность искусственного покрытия, в котором реализуется способ, заключающийся в том, что с началом движения машины определяют коэффициент сцепления К колеса с поверхностью искусственного покрытия в зависимости от состояния поверхности - поверхность чистая сухая, мокрая, мокрая грязная или покрытая льдом. Значение К, поступившее в процессор, преобразуется в управляющий сигнал. Последний поступает в систему автоматического управления, после чего включается соответствующая программа дозированной плотности нанесения химического реагента на поверхность покрытия. Одновременно сигнал программы дозированного нанесения химического реагента записывается в память процессора и осуществляется проверка соответствия К дозированной плотности. При изменении К меняется программа дозированного нанесения химического реагента на поверхность покрытия (см. патент РФ №2487971, МПК Е01Н 10/00, опубл. 20.07.2013).
Недостатком известного способа является невозможность оценивать характер распределения частиц (капель) химического реагента на покрытии, то есть в учете при нанесении реагентов только состояния поверхности покрытия без принятия во внимания факторов внешней среды.
Известен способ обеспечения работы системы управления рабочим процессом мобильного распределителя материалов для обработки дорожных покрытий и устройство управления рабочим процессом мобильного распределителя материалов, принятый в качестве прототипа, который заключается в том, что предварительно опытным или расчетным путем получают зависимости частот вращения регулируемых гидравлических приводов исполнительных органов распределителя реагента от вида применяемого реагента и от силы тока, протекающего в цепях электромагнитов приводов регулятора расхода реагента, формируя из них базу данных, которую заносят в память микроконтроллера. При работе в зависимости от установленных режимов дозирующих органов и вида используемого реагента с применением имеющейся базы данных формируют с помощью широко-импульсных модуляторов сигналы управления силой тока электромагнитов, регулирующих частоту вращения исполнительных органов распределителя реагентов, исходя из условия постоянства расхода рабочей жидкости в гидроприводах (см. патент РФ №2398929 С1, МПК Е01Н 10/00, Е01С 19/20, опубл. 20.07.2013).
Недостатком известного способа является отсутствие учета деформации зоны распределения реагента при воздействии внешней среды - скорости и направления ветра. Наличие деформации может быть весьма существенным и оказывать воздействие на равномерность нанесения реагентов на покрытия при сохранении заданной ширины зоны распределения.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение качества противогололедной обработки покрытий за счет наиболее полного учета эксплуатационных, метеорологических, геометрических и конструктивных параметров при одновременном обеспечении непрерывного контроля и поддержания оптимального расхода и уровня равномерности распределения жидких противогололедных реагентов по дорожным и аэродромным покрытиям.
ф
н
ф
н
ф
max
ф
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе автоматического контроля противогололедной обработки дорожных и аэродромных покрытий при работе используют установленную на машине систему управления, содержащую блок управления с микроконтроллером и подключенный к нему блок датчиков для измерения, по меньшей мере, скорости Vм движения машины и расхода q реагентов, а также пульт управления с дисплеем, предварительно в блоке управления формируют базу эксплуатационных параметров с информацией о виде реагента, о соответствующих скорости Vм движения машины, давлении Рп подачи реагента, частоте ω вращения распределительных дисков и расходе q реагента и вводят расчетные зависимости ширины  зоны распределения и фактического расхода q реагентов от эксплуатационных параметров, таких, как скорость Vм движения машины и частота ω вращения распределительных дисков, перед началом работы при помощи пульта системы управления производят выбор вида применяемого реагента и устанавливают требуемую норму расхода q реагента и ширину  зоны распределения, непрерывно обеспечивая в процессе обработки заданную ширину зоны распределения и норму расхода выбранного вида реагента, согласно изобретению дополнительно в блоке датчиков используют датчики, с помощью которых фиксируют скорость Vv и направление ветра, а также линейные и угловые перемещения распределительного диска, а при формировании баз данных в блоке управления дополнительно учитывают базу данных конструктивных параметров рабочего оборудования с информацией о диаметре распределительного диска, длине и количестве лопаток диска, расположении форсунок, их типе и диаметре сопловых отверстий, базу данных метеорологических параметров, содержащую данные о фактическом направлении и скорости Vv ветра, а также базу данных геометрических параметров рабочего оборудования, содержащую данные об угле α наклона распределительного диска относительно оси его вращения и высоте Н дисков над покрытием, причем дополнительно в память микроконтроллера вводят информацию, содержащую описание математических моделей движения жидкого реагента по рабочему оборудованию и в воздушной среде, а также расчетные зависимости формы зоны распределения и фактического расхода q реагентов в зависимости от конструктивных, геометрических и метеорологических параметров и численные критерии качества распределения - плотность распределения капель по площади зоны при идеальных условиях и допускаемое отклонение δ от плотности при реальных условиях распределения, при этом в процессе распределения реагента производят расчет ширины  зоны распределения, зоны b перекрытия распределительных дисков и численно определяют неравномерность распределения реагента как отклонение δ фактической плотности распределения реагента по площади зоны распределения от плотности, рассчитанной при идеальных условиях в отсутствии ветра, и в случае, если требуемые значения параметров  не достигнуты, а также в случае, если отклонение δ превышает допускаемое максимальное значение δ, то осуществляют подбор эксплуатационных параметров рабочего оборудования и фактического значения расхода q реагента, используя базы данных, содержащие математические модели и численные критерии качества распределения.
Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря комплексному учету влияния различных условий работы, таких, наряду с эксплуатационными, как метеорологические условия, а также конструктивные особенности рабочего оборудования, дополненные их геометрическими характеристиками, а именно, изменяемые угол наклона распределительного диска относительно оси его вращения, а также высота расположения диска над покрытием. Последние дают возможность подбирать эксплуатационные параметры, позволяющие обеспечивать заданный уровень качества распределения реагента с учетом равномерности распределения при оптимальном расходовании реагента с помощью системы управления, то есть в автоматическом режиме.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 представлен алгоритм реализации способа при помощи системы управления.
ф
ф
max
ф
Способ автоматического контроля противогололедной обработки дорожных и аэродромных покрытий заключается в том, что при работе используют установленную на машине с реагентом, распределяемым с помощью дискового рабочего оборудования, систему управления. Последняя, как правило, содержит блок управления с микроконтроллером и подключенный к нему блок датчиков, отслеживающих скорость движения машины и расход реагентов, а также пульт управления с дисплеем. Предварительно в блоке управления формируют базу данных эксплуатационных параметров с информацией о виде реагента, скорости Vм движения машины, давлении Рп подачи реагента, частоте ω вращения распределительных дисков и расходе реагента. Кроме этого, вводят расчетные зависимости ширины  зоны распределения и фактического расхода q реагентов от эксплуатационных параметров, таких, как скорость Vм движения машины и частота ω вращения распределительных дисков. Дополнительно в блоке датчиков используют датчики, с помощью которых фиксируют скорость Vv и направление ветра, а также линейные и угловые перемещения рабочего оборудования, а именно, высоту Н распределительного диска над покрытием и угол α его наклона к оси вращения. Помимо этого при формировании баз данных в блоке управления учитывают базу данных конструктивных параметров рабочего оборудования с информацией о диаметре распределительного диска, длине и количестве лопаток диска, расположении форсунок, их типе, диаметре сопловых отверстий, базу данных метеорологических параметров, содержащую информацию о фактическом направлении и скорости Vv ветра, а также базу данных геометрических параметров рабочего оборудования, содержащую информацию об угле α наклона распределительного диска относительно оси его вращения и высоте Н распределительных дисков над покрытием. Причем дополнительно в память микроконтроллера вводят информацию, содержащую описание математических моделей движения жидкого реагента по рабочему оборудованию и в воздушной среде, а также расчетные зависимости формы зоны распределения и фактического расхода q реагентов в зависимости от конструктивных, геометрических и метеорологических параметров и численные критерии качества распределения - плотность распределения капель по площади зоны при идеальных условиях и допускаемое отклонение δ от плотности при реальных условиях распределения. При этом в процессе распыления реагента производят расчет ширины  зоны обработки, зоны b перекрытия дисков и численно определяют неравномерность распределения реагента как отклонение δ фактической плотности распределения реагента по площади зоны распределения от плотности, рассчитанной при идеальных условиях в отсутствии ветра. Если требуемые значения параметров  не достигнуты, а также в случае, если отклонение δ превышает допускаемое максимальное значение δ, то осуществляют подбор эксплуатационных параметров рабочего оборудования и фактического значения расхода q реагента, используя базы данных, содержащие математические модели и численные критерии качества распределения.
Способ автоматического контроля противогололедной обработки дорожных и аэродромных покрытий с использованием дискового рабочего оборудования реализуется с помощью системы управления (фиг. 1), которая содержит блок 1 управления с микроконтроллером (на чертеже не показан) и подключенный к нему блок 2 датчиков, в состав которого входят датчик 3 скорости машины (ДС), датчик 4 расхода реагента (расходомер), датчик 5 давления (манометр). Дополнительно в блок 2 датчиков включены датчики 6 частоты вращения распределительных дисков (ДУП1), датчики 7 угла наклона распределительных дисков относительно вертикальной оси вращения (ДУП2), датчики 8 линейных перемещений распределительных дисков (ДЛП), датчик 9 скорости Vv и направления ветра (анемометр). Система управления снабжена пультом 10 управления с дисплеем 11 и блоком 12 ввода/задания исходных данных, магистралью 13 и устройством 14 сопряжения для обеспечения передачи данных между элементами системы, а также исполнительными механизмами 15 и устройством 16 выдачи управляющих сигналов.
Способ автоматического контроля противогололедной обработки дорожных и аэродромных покрытий с использованием дискового рабочего оборудования реализуется следующим образом.
н
В начале работы согласно заданному алгоритму реализации (фиг. 2) при помощи пульта 10 (фиг. 1) и блока 12 ввода/задания исходных данных задаются требуемые параметры рабочего процесса - это ширина зоны обработки  и ширина зоны перекрытия b при обработке аэродромных покрытий. Затем с помощью блока 12 производится ввод информации в блок 1 управления о конструктивных и геометрических параметрах, таких, как диаметр диска, длина и количество лопаток диска, тип и диаметр сопловых отверстий форсунок, расположение форсунки относительно диска, а также данные об эксплуатационных параметрах, таких, как частота ω вращения диска, давление Рп подачи реагента, скорость Vм движения машины. Дополнительно вводятся данные о метеорологических параметрах, в число которых входят скорость Vv и направление ветра. Исходя из этих данных выбирается рекомендованная норма расхода q реагента. Ее численное значение заносится с помощью пульта 10 в блок 1 управления.
В процессе распределения реагента системой управления на основании заложенных в устройства памяти блока 1 управления математических моделей движения капель по рабочему оборудованию и в воздушной среде, производится расчет ширины  зоны обработки, а также зоны b перекрытия распределительных дисков и численно определяется неравномерность распределения реагента как отклонение δ фактической плотности распределения реагента по площади зоны распределения от плотности, рассчитанной при идеальных условиях, то есть при отсутствии ветра и деформации зоны распределения. Данные о фактическом значении скорости Vv и направлении ветра, вызывающего появление неравномерности распределения реагента, поступают с датчика-анемометра 8 в блок 1 управления по магистрали 13 и преобразуются устройством 14 сопряжения в сигналы, адаптированные к работе с устройствами блока 1 управления.
max
ф
Если по результатам расчетов требуемые значения параметров  не достигнуты, а также в случае, если отклонение δ плотности распределения при реальных условиях от плотности распределения реагента по площади зоны при идеальных условиях распределения в отсутствии ветра превышает допускаемую максимальное значение δ, то система осуществляет поиск решений для обеспечения заданных значений отклонения 8. Из блока 1 управления по магистрали 13 поступает преобразованный устройством 14 сопряжения сигнал о необходимости корректировки параметров распределения. Устройства 15 выдачи управляющих сигналов формируют управляющие воздействия, направленные на обеспечение требуемых значений параметров  и, в случае необходимости, значения ширины зоны перекрытия b. Управляющие воздействия передаются исполнительным механизмам 16, которые управляют положением рабочего оборудования, частотой ω вращения каждого распределительного диска, уровнем давления Рп подачи и фактического расхода q реагента, а также скоростью Vм движения машины.
ф
2
Системой предусмотрено варьирование эксплуатационных параметров, например, скорости Vм движения машины, давления Рп подачи реагента и геометрических параметров рабочего оборудования, таких, как высота Н распределительного диска над покрытием, угол α наклона каждого распределительного диска (фиг. 2). Также предусмотрено изменение фактического значения расхода q реагента с целью обеспечения нормы расхода реагента на 1 м зоны распределения.
После изменения эксплуатационных или геометрических параметров блок 1 управления производит перерасчет значений параметров  и устанавливает степень их соответствия требуемым значениям. Результаты вычислений выводятся на дисплей 11 пульта 10 управления. Расчет параметров  производится непрерывно в течение всего процесса противогололедной обработки с учетом меняющихся показателей метеорологических параметров (фиг. 2).
Способ автоматического контроля противогололедной обработки дорожных и аэродромных покрытий с использованием дискового рабочего оборудования может быть осуществлен в автоматическом режиме, реализовывая методом математических расчетов поиск оптимального решения по обеспечению качества, или в режиме ручного управления, предоставляя возможность с пульта 10 выбирать предлагаемые варианты обеспечения качества с соответствующей каждому из них численной оценкой степени неравномерности, выведенной на дисплей 11 (фиг. 1).
В итоге применение изобретения позволит непрерывно в автоматическом режиме осуществлять расчетными методами контроль равномерности распределения жидкого реагента по дорожному и аэродромному покрытиям и выработку способов поддержания заданной плотности при помощи изменения эксплуатационных или отдельных геометрических параметров рабочего оборудования.
Изобретение позволит снизить расход реагента с сохранением рекомендуемой нормы и гарантированным равномерным распределением капель по площади зоны распределения. При этом сводится к минимуму негативное влияние метеорологических условий на процесс противогололедной обработки покрытий. Математические модели, на которых базируется способ, могут быть использованы при определении и обосновании рациональных геометрических и конструктивных параметров распределительного оборудования на этапе проектирования и подготовки к противогололедной обработке.
Таким образом, изобретение позволяет повысить качество противогололедной обработки покрытий за счет наиболее полного учета эксплуатационных, метеорологических, геометрических и конструктивных параметров при одновременном обеспечении непрерывного контроля и поддержания оптимального расхода и уровня равномерности распределения жидких противогололедных реагентов по дорожным и аэродромным покрытиям.