10.1. Общие положения

Существенное повышение эффективности строительного произ­водства обеспечивается путем постоянного совершенствования тех­нологии, организации, управления и используемого оборудования. Одновременно основное значение в указанных видах работ приоб­ретает не только механизация, но и автоматизация и роботизация строительного производства.

Механизация и автоматизация строительного производства так­же постоянно совершенствуются, так как дают возможность уве­личивать темпы строительства, снижать трудоемкость и стоимость работ, повышать их качество, улучшать и облегчать условия труда обслуживающего персонала, обеспечивать безопасность выполняе­мых работ, перейти к завершению полной механизации тяжелых и трудоемких процессов и от механизации отдельных простых про­цессов строительства к комплексной их механизации и автоматиза­ции. В соответствии с этим в строительстве различают механизиро­ванные, комплексно-механизированные и автоматизированные виды работ.

При механизированных работах основные операции выполняют­ся с помощью машин, оборудования, установок и инструментов, имеющих механический, электрический, пневматический, гидрав­лический и комбинированные приводы. Например, наиболее трудо­емкая операция технологического процесса по отрывке грунта при производстве земляных работ выполняется экскаватором

.При комплексно-механизированных работах все основные и вспомогательные тяжелые и трудоемкие операции и процессы меха­низированы. В этом случае все машины, оборудование и другие средства механизации должны быть взаимосвязаны по производи­тельности и обеспечивать заданный ведущей машиной темп работ при наивысших технико-экономических показателях. Например, при производстве земляных работ экскаватором выполняется от­рывка грунта, автосамосвалом — его транспортирование, а бульдо­зером, автогрейдером и уплотняющей машиной (катком, трамбов­кой) — зачистка, разравнивание, планирование и уплотнение грун­та. При этом в указанном комплекте машин экскаватор является ве­дущей, а остальные — вспомогательными машинами. Так как суще­ствующие типы и типоразмеры машин не всегда могут обеспечить полное соответствие их производительности сменному потоку ра­бот, то необходимо всегда выявлять образующийся между ними раз­рыв и подбирать такое сочетание, при котором не полностью ис­пользуются только наиболее дешевые в эксплуатации машины или же ввод этих машин осуществлять на определенных этапах работ.

Автоматизация производственных процессов включает в себя по­нятия «автоматика» и «автоматизация», которые не следует отожде­ствлять. Автоматика — отрасль науки и техники, разрабатывающая теорию и методы автоматизации производственных процессов, а ав­томатизация — это применение технических средств автоматики, освобождающих человека частично или полностью от непосредст­венного участия в производственном процессе.

При автоматизированных процессах различают частичную, ком­плексную и полную автоматизацию.

Частичная автоматизация предусматривает примене­ние автоматического оборудования, приборов и устройств на от­дельных, преимущественно основных производственных операциях. Большинство строительных машин и оборудования оснащено таки­ми приборами и устройствами для отключения или ограничения действия машин и их рабочих органов, учета работы, регулирова­ния скорости движения рабочих органов, траектории их движения (глубина копания траншей с заданным уклоном для землерой- но-транспортных машин, подача сборных элементов к месту их ус­тановки по кратчайшему пути для монтажных кранов и др.) и т. д.

Комплексная автоматизация предусматривает при­менение системы связанных в единую технологическую линию от­дельных агрегатов, машин, приборов и устройств, осуществляющих все (как основные, так и вспомогательные) операции производст­венного процесса. При этом оператором или машинистом выполня­ются только операции пуска и остановки, а поддержание заданных параметров производственного процесса во всех его звеньях проис­ходит автоматически.

Полная автоматизация позволяет выполнять не только все основные и вспомогательные производственные операции, но и полностью осуществлять автоматическое управление и контроль за процессами, в том числе изменение по заданной программе пара­метров и вида продукции.

В строительстве и промышленности строительных материалов автоматизированы производственные процессы на асфальто- и це- ментобетонных заводах, заводах железобетонных изделий и домо­строительных комбинатах, а также на строительных, дорожных ма­шинах и оборудовании при выполнении отдельных, обычно основных, операций.

Средства автоматизации разделяют на устройства управления, защиты, регулирования и контроля. В каждой строительной и до­рожной машине используются различные комбинации указанных видов устройств, однако основным направлением является автома­тизация управления рабочими органами. Управление по степени участия в нем человека можно разделить на неавтоматическое, авто­матизированное и автоматическое. При этом следует отметить, что в последнее время существенно изменилась аппаратура управления, используемая в строительных и дорожных машинах. Рассмотрим указанные системы управления и общие понятия автоматизации производственных процессов.

Неавтоматическое управление машиной бывает ручное и механизированное. В первом случае человек сам определя­ет необходимые действия по управлению технологическим процес­сом, осуществляет и контролирует их визуально или по показаниям простейших приборов. Во втором случае технологический процесс (рис. 10,1, а) управляется с помощью исполнительных механизмов, использующих дополнительную энергию (электрическую, сжатого воздуха или рабочей жидкости). При этом приборы через соответст-

а) 6)

Рис. 10.1. Структурная схема систем управления

вующие преобразователи только информируют человека о наруше­ниях технологического процесса.

При автоматизированном управлении (рис. 10.1, б) часть операций технологического процесса осуществляется меха­низмами управления без участия человека. В этом случае сигналы преобразователей о нарушении технологического процесса прини­маются не только приборами сигнализации, но и сервомеханизма­ми. Последние, воздействуя самостоятельно на механизмы управле­ния, могут остановить действие рабочего органа или всей машины. На долю человека приходится работа по устранению неисправности и повторного запуска машины в работу.

Автоматическое управление (рис. 10.1, в) преду­сматривает управление по командам преобразователей или про­граммного механизма. Эта система состоит из двух основных час­тей: контролирующей / и управляющей II. При таком управлении человек занят только предварительной установкой определенной программы (алгоритма), устранением неполадок по сигналам пре­образователей (регулировка и ремонт механизмов), а также пуском машины в работу или ее отключением. Так,в смесительных установ­ках смеси различных марок готовятся каждая по своей технологии. Алгоритм технологического процесса для каждой марки смеси за­кладывается в память программного механизма, который и управ­ляет последовательностью выполняемых операций от начала и до окончания каждого цикла в течение смены. При этом человек толь­ко устанавливает код требуемой программы управления для по­лучения необходимой марки смеси. Запуск в работу и остановка ма­шины при той системе управления осуществляются в определенной последовательности: при пуске электрическая цепь каждого двига­теля предыдущего рабочего органа машины может быть включена только после пуска электрической цепи двигателя последующего ра­бочего органа и наоборот — при отключении машины. Таким обра­зом, рассмотренное управление технологическими процессами осуществляется системой автоматического управления (САУ), пред­ставляющей совокупность взаимодействующих между собой управ­ляемого объекта и управляющего устройства без непосредственного участия человека и независимо от его квалификации. Автоматичес­кое управление может быть местным и дистанционным и управлять работой одного или нескольких объектов (установок, машин, обо­рудования). Разновидностью автоматического управления является система автоматического регулирования (САР), поддерживающая постоянство или изменение по требуемому закону физической ве­личины, характеризующей управляемый процесс. Здесь же следует отметить, что наряду с управлением и регулированием, в машинах используется и система автоматического контроля (САК) за состоя­нием объекта (узлов машины), за характером протекания техноло­гического процесса или достижением предельных значений пара­метров как в машине и ее узлах, так и в готовой продукции (строительные материалы, сооружения).

Автоматизированное и автоматическое управление производст­венными процессами преимущественное распространение получило на предприятиях по изготовлению асфальтобетонных и цементобе- тонных смесей, а также при изготовлении серийных железобетон­ных изделий (плит, колонн, блоков и т. д.). Однако автоматизация все шире применяется в строительных и дорожных машинах при вы­полнении как отдельных операций, так и различных их комбина­ций. В большой степени этому способствует широкий перевод боль­шинства рассматриваемых машин на гидравлические, в основном объемные гидросистемы управления рабочими органами. В отличие от механических эти системы позволяют снизить металлоемкость, эффективней использовать возможности регулирования положения рабочих органов или самой машины в пространстве и обеспечить повышение качества выполняемых работ и производительности.

В соответствии с этим в настоящее время для землеройных (од­ноковшовые, многоковшовые, цепные экскаваторы и т. п.), земле- ройно-транспортных (скреперы, бульдозеры, автогрейдеры и т. п.) и дорожных (катки, асфальто- и бетоноукладчики) машин, а также для стреловых самоходных и башенных кранов разработаны и вне­дряются микропроцессорные системы управления, регулирования, диагностики и безопасности.

При этом следует отметить особенности устройства и работы большого разнообразия и различного назначения строительных ма­шин, которые должны быть положены в основу при разработке со­ответствующих систем управления. В строительных машинах, осо­бенно в землеройно-транспортных и дорожных, необходимо управлять одновременно несколькими параметрами, такими как курс машины, продольный и поперечный уклон, оптимальная за­грузка приводного двигателя при минимальном расходе топлива, подача и температура укладываемых материалов, осуществлять не­зависимое регулирование в многоконтурных системах, компенсиро­вать воздействия на объекты управления нагрузок от неровности поверхности земли и дороги, неоднородности разрабатываемой сре­ды и распределяемых технологических материалов, температуры ок­ружающего воздуха и скорости ветра, регулировать параметры в широком диапазоне времени (от долей секунды до нескольких часов) и т. д. Помимо этого для выбора требуемых параметров в ма­шинах необходимо использовать специальные бортовые микро- ЭВМ.

В связи с развитием комплексной автоматизации в последнее время большое распространение в строительстве получают роботы и различные манипуляторы. Под манипулятором понимают меха

­

низм, осуществляющий под управлением оператора действия, ана­логичные действиям руки человека. Строительный манипулятор не имеет в своей системе управления никаких вычислительных уст­ройств. Однако для обеспечения ориентационного управления (т. е. точного позиционирования) в состав строительного манипулятора могут входить различные информационно-измерительные устройст­ва (лазерные, телевизионные, радиоанализаторные). Строительный робот — это манипулятор с системой автоматического управления, программирование которым осуществляется посредством специаль­ной рукоятки управления.