Устройство для управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси
Изобретение относится к технике для укладки дорожного покрытия и автоматическому управлению процессом уплотнения дорожного покрытия. Технический результат заключается в повышении эффективности автоматического управления процессом уплотнения, увеличении производительности и эффективности дорожностроительных работ. Для его достижения автоматическое управление процессом уплотнения осуществляют непрерывно при скоростях движения асфальтоукладчика, соответствующих проектным значениям, в качестве регулируемых режимных параметров работы асфальтоукладчика используют параметры его рабочего органа, а регулирование параметров рабочего органа осуществляют с помощью подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа. При этом использован асфальтоукладчик с трамбующими брусьями, в качестве регулируемых параметров рабочего органа которого используют частоту вращения эксцентрикового вала привода трамбующих брусьев и усилие в толкателях трамбующих брусьев, а в качестве параметра для оценки степени уплотнения используют коэффициент уплотнения. На основе информации о текущей степени уплотнения и сравнения ее с проектным значением коэффициента уплотнения осуществляется автоматическое управление процессом уплотнения путем изменения частоты вращения эксцентрикового вала привода трамбующих брусьев. Устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси 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. 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 8, являющимся регулятором рабочего объема гидромотора 9, автоматически изменяющим частоту трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика (бруса) 10 при различных проектных значениях скорости движения асфальтокукладчика. 2 н.п. форм., 4 з.п. форм., 1 илл.
Изобретение относится к технике для укладки дорожного покрытия и автоматическому управлению процессом уплотнения дорожного покрытия.
Известно устройство для автоматического контроля процесса уплотнения дорожно-строительных материалов катками и виброкатками, содержащее датчик угла, установленный на раме, аналого-цифровой преобразователь, однокристальный программируемый контроллер и индикатор, при этом датчик угла постоянно фиксирует значение угла наклона рамы к горизонтальной плоскости и при каждом следующем проходе катка изменяет свое значение, а, когда значение угла наклона рамы остается практически постоянным, индикатор сигнализирует об окончании процесса уплотнения (патент РФ 
2188272,27.08.2002).
Недостатком известного устройства является его низкая эффективность в связи с многократным количеством проходов катка по уплотняемой поверхности покрытия до получения определенной плотности, осуществляемых до тех пор, пока индикатор не подаст сигнал об окончании процесса уплотнения, при этом индикатор сигнализирует только об окончании процесса уплотнения, но не управляет движением катка, что приводит к длительному процессу уплотнения дорожного покрытия и снижению производительности дорожно-строительных работ.
Известно устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов, содержащее установленную на шасси базовой машины балансирную раму, выполненную в виде параллельных телескопических двуплечих рычагов, соединенных по концам поперечинами, снабженную закрепленными на поперечинах регулировочными контргрузами и установленным на выдвижных плечах рычагов рабочим органом, включающим отражательный щит, виброплиту и трамбующий брус, с винтовым механизмом изменения угла атаки. Устройство снабжено также трособлочным механизмом подъема-опускания рабочего органа с закрепленной на шасси базовой машины лебедкой. Управление работой асфальтоукладчика осуществляется оператором путем ручного манипулирования рукоятками регуляторов потоков жидкости гидромоторов, кинематически связанных с соответствующими механизмами вращения или перемещения. При уплотнении покрытия машинист-оператор следит за информацией о достигнутых результатах и при необходимости с помощью определенных рукояток изменяет режимы уплотнения (Авторское свидетельство 1413172,30.07.1988).
Недостатком известного устройства является то, что при уплотнении покрытия необходимо постоянное внимание машиниста-оператора за информацией о достигнутых результатах и принятие решений об изменении вручную режимов уплотнения при отклонении результатов работы от заданных значений с помощью определенных рукояток, что свидетельствует об отсутствии автоматического управления уплотняющим рабочим органом асфальтоукладчика.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, является 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, 27.09.1998).
Недостатком прототипа 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.
Задачей изобретения является повышение эффективности автоматического управления процессом уплотнения за счет выполнения непрерывного процесса уплотнения при скоростях движения асфальтоукладчика, соответствующих проектным значением и включения подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика, обеспечивающими за асфальтоукладчиком заданную степень уплотнения асфальтобетонной смеси без непосредственного участия в управлении процессом уплотнения машиниста-оператора, а также увеличение производительности и эффективности дорожно-строительных работ.
Для решения поставленной задачи устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, содержащее датчики контроля плотности уплотняемой поверхности, устанавливаемые на элементах асфальтоукладчика, фиксирующих напряжение в смеси, и связанные с ними аналого-цифровые преобразователи устройств ввода и вывода и микропроцессор, являющиеся элементами электронного блока управления, согласно изобретению, дополнительно содержит элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа со встроенным в ней блоком перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства с алгоритмом (ППЗУ), связанным с микропроцессором.
Согласно изобретению, устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси установлено на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями и дополнительно содержит 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, 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 при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика.
На чертеже приведена функциональная схема расположения элементов и блоков устройства автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси с выделенным контуром подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа, с помощью которых осуществляется способ автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси.
Устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, установленное на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями, 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. 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 8, являющимся регулятором рабочего объема гидромотора 9, автоматически изменяющим частоту трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика (бруса) 10 при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика.
Устройство 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. Аналоговые сигналы с датчиков 6 и 7 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 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 устройство вывода 3 поступает аналоговый сигнал на электроуправляемый золотниковый исполнительный механизм 8, распределяющий и регулирующий поток жидкости в заданном направлении. Поток жидкости меняет рабочий объем гидромотора 9, что вызывает изменение частоты трамбования уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика 10. Рабочий орган асфальтоукладчика 10 в зависимости от заданной регулятором рабочего объема гидромотора 9 частоты трамбования уплотняет асфальтобетонную смесь. На уплотняющем рабочем органе асфальтоукладчика 10 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 11, непрерывно продолжают свои действия до остановки асфальтоукладчика.
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 (Ку) 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 автоматического управления процессом уплотнения вследствие непрерывного процесса уплотнения при скоростях движения асфальтоукладчика, соответствующих проектным значением и за счет постоянно действующей подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика, обеспечивающими за асфальтоукладчиком заданную степень уплотнения асфальтобетонной смеси без непосредственного участия в управлении процессом уплотнения машиниста-оператора, что в целом свидетельствует об увеличении производительности и эффективности дорожно-строительных работ.
1. Устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси, содержащее датчики контроля плотности уплотняемой поверхности, устанавливаемые на элементах асфальтоукладчика, фиксирующих напряжение в смеси, и связанные с ними аналого-цифровые преобразователи устройств ввода и вывода и микропроцессор, являющиеся элементами электронного блока управления, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит элементы подсистемы автоматического управления режимами уплотняющего органа со встроенным в ней блоком перепрограммируемого постоянно запоминающего устройства с алгоритмом (ППЗУ), связанным с микропроцессором.
2. Устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси по п.1, отличающееся тем, что оно установлено на асфальтоукладчике с трамбующими брусьями.
3. Устройство автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит 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, 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 при различных проектных значениях скорости движения асфальтоукладчика.
