ПРОФИЛИРОВЩИК-РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОГ

Описание полезной модели
Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при устройстве оснований дорог II, III и IY категорий, при выполнении планировочных работ, где требуется высокая точность выполнения поверхности.
Профиль дороги принято делить на три составляющие [1]: "···макропрофиль, микропрофиль и шероховатости, что обусловлено различным воздействием их на автомобиль. Макропрофиль, состоящий лишь из длинных плавных неровностей (длина волны 100 м и более), практически не вызывает колебаний автомобиля на подвеске···<···>. Микропрофиль состоит из неровностей (длина волны от 10 см до 100 м), вызывающих заметные колебания автомобиля на подвеске···<···>. Шероховатости (длина волны менее 10 см) <···> не вызывают ощутимых колебаний автомобиля···».
Реальный профиль представляет собой суперпозицию перечисленных трех составляющих профилей. Изучение динамики автомобиля показало, что при скорости от 100 до 160-180 км/час ощутимые вертикальные колебания автомобиля на подвеске вызывает лишь микропрофиль. При этом, как показали наши исследования, наиболее опасны неровности с длиной волны от 5 м до 50 м. Макропрофиль, который представляет собой низкочастотную составляющую продольного профиля (затяжные спуски и подъемы), реально влияет на тяговую динамику автомобиля, а шероховатость - на его управляемость и устойчивость, особенно на поворотах.
При строительстве инженерного сооружения, землеройная машина либо «приспосабливает», дорабатывает (сглаживает) уже имеющуюся поверхность земли, либо делает совершенно новую поверхность. В любом случае приходится различать первоначальную (до обработки) и конечную (после обработки) поверхность земли. На характер показателей, регламентирующих точность сооружения, прямое влияние оказывает степень активного изменения машиной спектрального состава первоначальной поверхности. С этой точки зрения представляется важным, изменяет или не изменяет машина, и если изменяет, то в какой степени, спектральный состав в зоне низких частот. Если строится новая поверхность, то по своему спектральному составу, по крайней мере, в зоне низких частот, она, чаще всего, существенно отличается от аналогичных характеристик первоначальной поверхности. Однако еще чаще мы «приспосабливаем» первоначальную поверхность, ограничивая свои требования изменением спектрального состава «новой» поверхности лишь в зоне средних и в некоторой части высоких частот, пропуская очень длинные неровности. Иначе говоря, «сглаживаем» первоначальную поверхность, имея дело с микропрофилем. Это отличие имеет принципиальное значение не только для регламентации характеристик точности сооружений, но и выбора конструктивной
схемы машины и ее системы управления. Такие машины обладают свойством «фильтра низких частот».
В настоящее время широко применяются в дорожном строительстве многих стран мира комплекты высокопроизводительных машин, основу которых составляют профилировщики и распределители дорожно-строительных материалов. Так, в состав отечественного комплекта машин ДС-110 для строительства дорог входит профилировщик ДС-97.
Профилировщик ДС-97 (рис.1) состоит из основной рамы, которая через кронштейны рамы и поворотные вилки опирается на четыре гусеничные тележки. В цилиндрических окончаниях кронштейнов размещаются гидроцилиндры подъема и опускания машины, включаемые от копирной системы автоматического управления или дистанционно с пульта управления. Поворотные вилки имеют свободу вращения в цилиндрических окончаниях кронштейнов рамы, что позволяет им изменять положение гусеничных тележек относительно рамы в плане и гидроцилиндром поворота гусеничных тележек обеспечивать рулевое управление машиной от копирной системы автоматического управления курсом или вручную дистанционно с пульта управления.
На основной раме размещены пульт управления, силовая установка, смотровые решетки, ограждающие перила, лестницы, винтовые ограничители и указатели установки рабочих органов относительно основной рамы. Снизу к раме крепятся различные рабочие органы машины: фреза-шнек, отвал фрезы, шнек и отвал шнека. Фреза-шнек и шнек имеют с обеих сторон привод, осуществляемый от гидродвигателей через цепные передачи, и закрыты крышками. Крышки шнека могут быть подняты гидроцилиндрами для выхода срезаемого материала в стороны. За крышками шнека устанавливаются открылки, отбрасывающие срезанный материал дальше на обочину (до 0,75 м).
Силовая установка состоит из дизельного двигателя мощностью 425 л.с. и пяти аксиально-поршневых гидронасосов переменной производительности, которые нагнетают масло в гидромоторы гусеничных тележек, фрезы и шнека. Дополнительный насос с постоянным давлением используется для работы гидроцилиндров рулевого управления, подъема и опускания машины, установки рабочих органов, открывания боковых заслонок, поднятия открылков и погрузки машины.
Фреза-шнек состоит из двух независимых половин, установленных в сферических подшипниках и имеющих гидравлический привод. Каждая половина состоит из трубы длиной 4,2 м и диаметром 30 см. На трубу приварены спиральные лопасти и кронштейны для режущих лопаток. Диаметр получаемого при этом шнека 610 мм, а диаметр фрезы 750 мм. Обороты фрезы-шнека изменяются в пределах 0-75 об/мин в обе стороны. Шнек имеет аналогичную конструкцию и режим работы, отличается только тем, что не имеет кронштейнов для установки режущих лопаток.
Отвалы, установленные за фрезой-шнеком и шнеком, имеют цилиндрическую форму и также состоят из двух независимых половин; их длина 4,2 м и высота 90 см.
Профилировщик-распределитель с автоматическим управлением для устройства основания дорог
Конструкция всех рабочих органов из двух половин позволяет регулировать независимо положение каждого края и середины для получения выпуклого и прямого профиля. Каждый рабочий орган устанавливается по высоте относительно рамы тремя гидроцилиндрами (один в середине и два по краям).
Автоматическая система управления базируются на две копирные струны (шнуры), натягиваемые вдоль строящейся дороги параллельно проектной оси покрытия в плане и параллельно боковым кромкам покрытия в вертикальной плоскости.
По этим шнурам движутся копирные стержни датчиков положения. Датчики положения устанавливаются на специальных кронштейнах (рис.2, а), закрепляемых на цилиндрических окончаниях кронштейнов основной рамы. При этом датчик положения системы задания профиля устанавливается напротив цилиндрических окончаний кронштейнов основной рамы, а датчик положения системы задания курса устанавливается несколько в стороне от цилиндрического окончания кронштейна основной рамы на поперечине, которая при повороте гусеничной тележки в плане поворачивается тягой, соединенной с поворотной вилкой гусеничной тележки.
К основным недостаткам конструкции профилировщика ДС-97 следует отнести:
- сложность конструкции, высокую металлоемкость и энергонасыщенность;
- ненадежная, сложная и трудно монтируемая и настраиваемая система автоматического управления с использованием копирных струн;
- невозможность подачи грунта или другого строительного материала сбоку от машины в процессе планирования основания дорог.
Аналогичную конструкцию и основные вышеперечисленные недостатки имеет профилировщик основания дорог, разработанный американским изобретателем R.A.Hanson, описанный и опубликованный в патенте США от 14.10.1965 №3,375,765 по кл. 404-101 американской классификации.
Профилировщик-распределитель с автоматическим управлением для устройства основания дорог (рис.3) состоит из следующих основных узлов и агрегатов: тракторного тягача 1 гусеничного типа, имеющего ходоуменьшитель и дополнительный привод для насосной гидравлической станции. В передней части тягача на специальной раме 2 с помощью двух шарниров 3 и 4 крепится основная рама 5. Конструкция основной рамы профилировщика-распределителя 5 состоит из поперечной балки с упором 6, позволяющим с помощью гидроцилиндра 7 поднимать и опускать рабочий орган вверх и вниз в вертикальной плоскости.
На основной раме профилировщика-распределителя с помощью штыревого шарнира 9 и гидроцилиндра перекоса 10 крепится рабочее оборудование. Гидроцилиндр перекоса 10 позволяет поворачивать рабочее оборудование относительно штыревого шарнира 9, обеспечивая ему нужное угловое положение в поперечной плоскости.
Непосредственно рабочее оборудование профилировщика-распределителя состоит из отвала 11, шнека с резцами 12, боковыми фартуками 13 и набирается в комплект из нескольких сменных элементов. Такой рабочий орган достаточно
хорошо опробован на профилировщиках ДС-97 комплекта типа «Автогрейд» и вполне способен обеспечить эффективное и качественное планирование и распределение грунта и материалов в нашем случае.
Основная рама профилировщика-распределителя имеет переднюю выносную опору 14 в виде рояльного колеса, расположенную с левой или с правой стороны по ходу движения машины вперед. Такое расположение передней опоры позволяет обеспечить беспрепятственный подъезд транспортных средств в процессе выполнения планировочных работ или распределения дорожно-строительных материалов.
1
2
Высокая планирующая способность профилировщика-распределителя обеспечивается системой автоматического управления (САУ) угловым положение рамы 2. Это достигается посредством установки на раме 2 в месте ее шарнирного крепления на раме гусеничной тележки 15 (или как можно ближе к нему) в продольной плоскости помехозащищенного маятникового измерителя угла относительно гравитационной вертикали. При вертикальном возмущении опорного колеса 14 угловое положение опорных рам 2 и 5 при запертом гидроцилиндре 7 меняется, что фиксируется маятниковым измерителем угла, установленным в точке 15 на раме 2. С помощью гидроцилиндра 7 рама 2 автоматически возвращается в первоначальное или иное заданное угловое положение и при этом днообразующая кромка рабочего органа получает минимальное вертикальное перемещение, которое соответствует очень большой эквивалентной длине базы Вэ неуправляемого профилировщика (l+l=Вэ).
Увеличение Вэ в предлагаемой конструкции, а следовательно и увеличение планирующей способности профилировщика-распределителя ограничивается только точностными показателями САУ, ее приведенной погрешностью. Такая конструкция профилировщика-распределителя и его САУ позволяет избежать возмущений днообразующей кромки рабочего органа при случайных возмущениях рояльного колеса и без дополнительных и трудоемких геодезических и настроечных работ проложить трассу будущего дорожного полотна.
Более подробно теоретические и экспериментальные исследования конструкции и автоматической системы управления планировщиков, а также необходимые расчетные параметры приведены в диссертации доктора техн. наук Кузина Э.Н. в главах 6 и 8.
2
Система автоматического управления процессом профилирования предполагает наличие на предлагаемой машине двух маятниковых помехозащищенных измерителей угла, командного аппарата с процессором, усилителя мощности, электроуправляемых гидравлических золотников и исполнительных гидроцилиндров. Исполнение маятниковых измерителей угла выполнено с использованием нашего изобретения (а.с. №628492 СССР, М. Кл. G 01 С 9/02).
Привод рабочего органа выполняется двумя гидромоторами, встроенными внутри рабочего органа и позволяющими обеспечить необходимый крутящий момент резания и перемещения грунта с бесступенчатым регулированием параметров рабочего цикла в зависимости от разрабатываемого грунта и разравниваемого строительного материала.
Профилировщик-распределитель с автоматическим управлением для устройства основания дорог
Расчетами выполнена проверка поперечной устойчивости такой машины в случае наезда на препятствие или в яму и выявлено, что подобная конструкция не только устойчива при рабочем процессе, но и обладает необходимой тяговой способностью на обеих гусеницах трактора.
Такое конструктивное решение отличает полезную модель перед существующими современными аналогами.
Профилировщик-распределитель с автоматическим управлением для устройства основания дорог отличает от аналогов простота конструкции, меньшая металлоемкость и энергоемкость, надежность и точность работы бескопирной автоматической системы управления, возможность подъезда для доставки строительных материалов сбоку от машины, отсутствие просадки гусеничного трактора на спланированной поверхности и другие.