Научная статья на тему 'Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов алмазного бурения бетона'

Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов алмазного бурения бетона Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
96
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЛМАЗНОЕ БУРЕНИЕ БЕТОНА / DIAMOND DRILLING OF CONCRETE / АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ / AUTOMATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES IN CONSTRUCTION / РОБОТЫ / ROBOTS / КОЛЕСНЫЕ РОБОТЫ / WHEELED ROBOTS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Комерзан Е.В., Свириденко О.В.

В данной статье предложено автоматизировать технологический процесс алмазного бурения бетона монолитных перекрытий. Проанализирована и предложена технология бурения и подход к проектированию роботизированной машины. Впервые рассмотрен подход к проектированию колесного робота с интегрированной установкой алмазного бурения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Комерзан Е.В., Свириденко О.В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Basics of developing a robot machine for intensification technological processes of diamond drilling of concrete

In this article, it is proposed to automate the technological process of diamond drilling of concrete monolithic ceilings. The drilling technology and approach to designing a robotic machine are analyzed and proposed. The approach to designing a wheeled robot with an integrated diamond drilling rig is considered for the first time.

Текст научной работы на тему «Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов алмазного бурения бетона»

УДК 624.01

ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МАШИНЫ РОБОТА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ БЕТОНА

Е.В. Комерзан, О.В. Свириденко

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва

Аннотация Ключевые слова:

В данной статье предложено автоматизировать технологический процесс Алмазное бурение бетона, автома-

алмазного бурения бетона монолитных перекрытий. Проанализирована тизация технологических процессов

и предложена технология бурения и подход к проектированию роботи- в строительстве, роботы, колесные

зированной машины. Впервые рассмотрен подход к проектированию роботы

колесного робота с интегрированной установкой алмазного бурения История статьи:

Дата поступления в редакцию 17.01.18

Дата принятия к печати 18.01.18

В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения объема бетонных работ в строительстве.

Одним из условий широкого применения технологии алмазного бурения является невозможность проектировщиками предусмотреть в документации абсолютно все возможные отверстия в бетоне для систем водоснабжения, отопления, кондиционирования и вентиляции и.т.д. Технологический процесс алмазного бурения - это процесс бурения в бетоне отверстий идеальной формы безударным методом коронками различного диаметра от 12 мм до 1500 мм. Данные коронки имеют режущие сегменты. Сегменты в свою очередь состоят из связки (металла) и искусственных алмазов [2]. Именно эти алмазики, обладающие высокой твердостью при рекомендуемой угловой скорости коронки в прямом смысле способны резать прочный армированный бетон при подаче коронки 3-5 мм. в минуту.

Рис. 1. Технологический процесс алмазного бурения монолитных перекрытий человеком оператором (слева - внизу коронка алмазного бурения и мотор - редуктор, в центре станина, справа насос подачи воды)

Данная технология достаточна, совершенна и изучена, однако есть ряд факторов снижающих производительность.

Перечислим некоторые из них:

1. Квалификация операторов установки алмазного бурения (отсутствие стабильного, одинакового уровня качества зависит от температуры воздуха, сложности выполняемых работ, монотонности и.т.д.);

Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов...

2. Для некоторых видов работ по алмазному бурению, например вертикальные отверстия в стенах, невозможность выполнять бурение одному оператору без страховки и помощника, что значительно увеличивает трудозатраты на 1 погонный метр бурения и значительно снижает производительность;

3. Человеческий фактор, при определение центров отверстий при бурении (отклонение от заданных параметров приводит к значительному снижению качества выполненных работ);

4. Неаккуратное обращение с установкой алмазного бурения, работа с перегрузками с перегревом в погоне за минимальным временем бурения;

5. Практически отсутствуют работы по алмазному бурению бетона в ночное время суток по причине высокой стоимости. А так же значительно увеличивается стоимость работ в зимнее время.

Решение вышеперечисленных вопросов объясняет актуальность разработки и проектирования автоматизированного роботизированного комплекса для интенсификации процессов алмазного бурения бетона.

Перечислим, из каких пунктов (этапов) должно состоять решение такой сложной задачи.

1) Маркетинговые исследования;

2) Определение необходимых и достаточных функций роботизированной машины алмазного бурения (РМАБ);

Функции:

- способность передвигаться самостоятельно без непосредственного участия человека по заранее запрограммированному маршруту движения с самостоятельным определением точек бурения (GPS), с питанием 220В;

- способность занимать рабочее положение с точным расположением по координате, фиксироваться и приступать к бурению;

- способность самостоятельно прокладывать маршрут движения - до точки назначения с точностью точки бурения до 1 мм., определять мертвые зоны, колодцы (наличие датчиков парковки, камер и других устройств);

- возможность повторного использования воды для бурения, конструктивно наличие на борту машины влажного пылесоса с возможностью рециркуляции и повторной подачи в зону бурения смазывающе-охлаждающей жидкости. В холодное время года (при температуре от нуля градусов и ниже необходимо предусмотреть функцию смешивания незамерзающей жидкости и воды);

- автоматическая регулировка оборотов и скорости подачи в соответствии с условиями бурения и инструкцией по эксплуатации, рекомендациями (тип материала, степень армированности бетона, температура);

3) Разработка конструктивной схемы - определение габаритных размеров, наличие упоров и распорок;

4) Разработка эскизного проекта;

5) Разработка 3D модели;

6) Создание опытного образца, испытания, наладка;

7) Запуск серийного производства;

8) Проработка вариантов максимальной унификации и взаимозаменяемости узлов, комплектующих и систем управления

9) Возможность управления и контроля (в нестандартных ситуациях) извне десятками и сотнями роботизированных машин;

10) Расчет экономической эффективности, срока окупаемости;

11) Сферы применения (РМАБ).

Таблица 1

Сравнение эффективности выполнения основных процессов

№ Процессы (основные) Человек оператор Робот алмазного бурения

Да/нет (способность выполнять функцию) Эффективность и качество по 5_ бальной шкале Да/нет (способность выполнять функцию) Эффективность и качество по 5_ бальной шкале

1 Перемещение установки алмазного бурения до заданной точки. Критерий— Скорость и точность позициониров ания в горизонтальной плоскости до 5 мм. да 5 , при условии высокой квалификации да 5+, при использовании систем навигации

2 Установка в горизонтальной плоскости, а так же фиксация установки да 4 да 5, при наличии 3 опорных точек внизу платформы и 1 вертикальной распорки

3 Автоматический контроль и выбор оптимального режима работы (обороты, скорость подачи,расход воды). Критерий - отсутствие закусываний и торможений коронки да 3 или 4 да 5

4 Подача предупреждающих звуковых и световых сигналов при работе нет - да 5

5 Время работы без перерыва (дозаправка) 2-3 часа 3 12 часов (только для дозаправки водой) 5

6 Работа в ночное время и при отрицательных температурах да 3 да 5

Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов..

Таблица 2

Основные этапы разработки машины-робота алмазного бурения

№ Жизненный цикл машины-робота Краткое описание процесса

1 Маркетинговые исследования 1.1 Стоимость робота для конечного потребителя, объемы продаж, востребованность на рынке

2 Проектирование 2.1 Эскизный проект 2.2 Этап разработки 3Б модели 2.3 Опытный образец, испытания, наладка 2.4 Разработка КД 2.5 Изготовление серийного образеца

3 Изготовление 3.1 Этап технологической подготовки производства (станки, оборудование)

4 Эксплуатация 4.1 Начальный период эксплуатации (обкатка) 4.2 Нормальный режим (без износа) 4.3 Аварийный износ

5 Техническое обслуживание и ТР 5.1 ТР - текущий ремонт

6 Капитальный ремонт 6.1 Интервал до КР в мото-часах

7 Эксплуатация 7.1 Повторная эксплуатация

8 Утилизация 8.1 Утилизация, наносящая минимальный вред окружающей среде

Разработка конструктивной схемы, обоснование расположения основных узлов и компонентов, а так же габаритных размеров позволяет предложить следующий вариант. Во-первых, наиболее целесообразно выбрать колесное шасси машины робота [1]. Гусеничные или шагающие роботы для нашей задачи выбирать нецелесообразно. Далее тип привода колес - индивидуально на каждое колесо электрический привод с частотным управлением. Рулевое управление исключаем. Процесс поворота будет осуществляться за счет разницы оборотов всех ведущих колес. Данный алгоритм управления эффективен, распространен и актуален, а так же практически реализуем. Диаметр колес около 300-400 мм. Платформа на которой будет расположены все конструктивные элементы может на уровне осей ходовых колес. На платформе устанавливаем мотор редуктор и алмазную коронку в вертикальном положении, причем в передней части устанавливаем мотор редуктор 1,5 Квт и коронку большого диаметра 120-130 мм, а в задней части мотор редуктор 1 Квт и коронку малого диаметра 50-80 мм. Следуя принципу уменьшения массы и снижения центра тяжести, выбираем нестандартные коронки высотой 250 - 300 мм. Так же на платформе размещаем насос подачи воды с минимальным расходом. Бак для воды 25-50 литров. Насос для подачи воды должен быть предусмотрен. Однако возможны конструктивные решения позволяющие отказаться от него, из условия подачи воды или незамерзающей жидкости самотеком. Основным элементом конструкции считается вертикальная распорка - для фиксации машины в точке бурения. Вертикальные распорки должны иметь электрический привод. Роботизированная машина алмазного бурения должна иметь механизм сматывания-разматывания электрического кабеля длиной 100-150 м., способным эффективно сматываться и разматываться при движении. Конструктивно наиболее целесообразно расположить его в нижней части машины. Таким образом можем с уверенностью предположить, что габариты Д*Ш*В составят около 900мм* 600мм*500мм. Полученные габаритные размеры позволят беспрепятственно передвигаться, преодолевая мелкий строительный мусор и

заезжая в дверные проемы. Предполагаемую снаряженную массу нетрудно просчитать и ориентировочно получиться 10-150 кг.

В качестве прототипа и визуализации для изготовления опытного образца возможно использование платформы КиКА УоиБо1. Данная платформа может быть использована для отработки процесса движения и навигации.

Рис. 2. Прототип для изготовления опытного образца роботизированной машины алмазного бурения

Использование роботизированной машины алмазного бурения позволит значительно улучшить качество выполненных работ и увеличить производительность за счет использования одной машины вместо двух операторов. А так же за счет работы в ночное и зимнее время.

В данной статье предложен подход к автоматизации технологического процесса алмазного бурения бетона монолитных перекрытий, как наиболее востребованного в капитальном строительстве.

Впервые предложена конструктивная схема, на основании которой реализуем эскизный проект. Даны рекомендации по выбору основных конструктивных элементов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Карпенко А.П. Робототехника и системы автоматизированного проектирования. М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 71 с.

2. Косолапое А.В. Основы алмазной техники и технологии в строительстве. М: Издательство ассоциации строительных вузов, 2005. - 170 с.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Е.В. Комерзан, О.В. Свириденко. Основы разработки машины робота для интенсификации технологических процессов алмазного бурения бетона. — Системные технологии. — 2018. — № 26. — С. 154—158.

BASICS OF DEVELOPING A ROBOT MACHINE FOR INTENSIFICATION

TECHNOLOGICAL PROCESSES OF DIAMOND DRILLING OF CONCRETE

E.V. Komerzan, O.V. Sviridenko

National Research University «MEI»

Abstract Keywords:

In this article, it is proposed to automate the technological process of diamond Diamond drilling of concrete, automation

drilling of concrete monolithic ceilings. The drilling technology and approach of technological processes in construction,

to designing a robotic machine are analyzed and proposed. The approach robots, wheeled robots

to designing a wheeled robot with an integrated diamond drilling rig is Date of receipt in edition: 17.01.18

considered for the first time. Date of acceptance for printing: 18.01.18

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.