CC BY
306
УДК 621.87
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ОПОРНОЙ ПЛАТФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
В.С. Щербаков, М.С. Корытов, М.Г. Григорьев
В статье описывается система автоматического горизонтирования опорной платформы для строительных машин с выносными гидравлическими опорами. Проводится анализ и указываются недостатки существующих систем горизонтирования.
Ключевые слова: платформа, горизонтирование, система, гидропривод, автоматизация
Строительная машина во время работы является объектом повышенной опасности, очень многие внешние факторы влияют на стабильность и безопасность ее работы.
Необходимым условием во время выполнения работ является обеспечение безопасности.
В процессе работы угол наклона опорной платформы к горизонту не должен превышать предельное значение. Это вынуждает оператора часто останавливать технологический процесс и вручную корректировать положение платформы, что приводит к простоям, снижению производительности труда и, как следствие, повышению затрат на выполнение работ [1, 2, 3].
Система управления относится к области строительства, и предназначена для использования в устройствах горизонтирования опорных платформ грузоподъемных, сваезавинчивающих, буровых и других машин с выносными гидравлическими опорами.
Известны различные системы горизонтирова-ния опорной платформы грузоподъемного крана. Наиболее распространена система, содержащая опорную платформу передвижного шасси, гидравлическое оборудование с насосом для создания давления, выносные силовые гидроцилиндры, расположенные по углам периметра опорной платформы, и золотниковый кран управления работой гидроцилиндров. Такая система позволяет посредством гидрозолотников вручную управлять выдвижением гидравлических опор в соответствии с показаниями креномера до достижения горизонтального положения платформы строительной машины [4].
Недостатками данной системы являются: невозможность автоматически производить выравнивание в горизонтальной плоскости опорной платформы и значительное время, затрачиваемое на приведение крана в рабочее положение. Так как оператор не имеет возможности вручную управлять сразу тремя или четырьмя опорами, он вынужден устранять крен сначала в продольном направлении
Щербаков Виталий Сергеевич - СибАДИ, д-р техн. наук, профессор, тел. (3812) 65-04-55
Корытов Михаил Сергеевич - СибАДИ, канд. техн. наук, доцент, тел. (3812) 65-03-18
Григорьев Максим Геннадьевич - СибАДИ, аспирант, тел. (3812) 65-04-55
относительно опорного контура платформы, а затем в поперечном направлении. Также недостатками системы управления являются: недостаточно точное горизонтирование платформы и возможность неравномерной нагрузки на опоры.
Из известных систем автоматического управления наиболее близкой по технической сущности к представленной является система автоматического выравнивания опорной платформы [5]. Она содержит поворотную кабину, опорную платформу передвижного шасси, усилительный блок управления, датчики наклона, сориентированные в продольной и поперечной плоскостях платформы, поворотную опору, панель управления, датчики контакта штоков с опорной поверхностью и гидравлические цилиндры.
Управление системой осуществляется с пульта управления тумблером, управляющим трехпозиционным электромагнитным клапаном. Данная система работает следующим образом. Перед началом работы оператор на пульте управления переводит тумблер в положение опускания штоков выносных гидравлических цилиндров, которое происходит до их контакта с опорной поверхностью. После срабатывания датчиков контакта с опорной поверхностью сигнал подается в усилительный блок управления на включение автоматического выравнивания платформы. Выравнивание платформы происходит в два этапа. Вначале устраняется поперечный крен за счет синхронной работы пары боковых гидроцилиндров, расположенных слева или справа, в зависимости от направления наклона. Далее в работу вступает пара передних или задних гидроцилиндров (в зависимости от направления продольного наклона), которые окончательно выводят платформу в горизонтальное положение.
Данная система обладает следующими недостатками. Выравнивание платформы происходит последовательно в два этапа (вначале устраняется поперечный наклон платформы, затем продольный), что занимает значительное время. Данный недостаток является следствием: 1) относительного расположения двух датчиков наклона и опорной платформы, один из которых измеряет поперечный наклон платформы относительно горизонтальной плоскости, а другой - продольный наклон платформы относительно горизонтальной плоскости; 2) ограничения на количество одновременно выдвигаемых гидроцилиндров. При автоматическом горизон-
тировании предусматривается возможность одновременной работы только двух из четырех гидроцилиндров опор (продольной пары, затем поперечной пары гидроцилиндров), причем только на выдвижение. Невозможно автоматическое горизонтирование одновременным выдвижением и втягиванием различных опор, что обусловлено гидравлической схемой устройства. Все указанные недостатки увеличивают общее время горизонтирования платформы данной системой.
Кроме того, система не предназначена для постоянного отслеживания горизонтального положения платформы машины в процессе работы, и автоматического ее выравнивания в случае последующего отклонения от горизонтального расположения, что также является ее недостатком. Невозможно также постоянное отслеживание в рабочем режиме машины степени нагружения каждой из опор платформы (не предусмотрены соответствующие датчики), что не позволяет использовать систему для контроля безопасности работ и аварийной остановки машины при возможном провале или проседании грунта под какой-либо из опор в процессе работы.
Задачей предлагаемой системы управления является повышение быстродействия автоматического выравнивания опорной платформы в горизонтальной плоскости, автоматическое поддержание ее в горизонтальном положении на заданной оптимальной высоте, предотвращение аварийных ситуаций потери устойчивости платформы.
При этом достигаются следующие технические результаты:
1. Снижение времени на автоматическое выравнивание опорной платформы в горизонтальной плоскости без ухудшения точностных параметров.
2. Непрерывное автоматическое поддержание опорной платформы в горизонтальном положении в течение всего времени работы машины. Обеспечивается надежная долговременная фиксация достигнутого положения платформы и отсутствие ее «сползания», т.е. изменения со временем достигнутых параметров угловой ориентации.
3. Непрерывное автоматическое поддержание опорной платформы на заданной постоянной, либо переменной оптимальной высоте. Предотвращение ситуации выдвижения штоков на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Повышение за счет этого запаса управляемости углами наклона платформы.
4. Предотвращение внештатных ситуаций потери устойчивости путем выдвижения опоры (опор) и аварийной остановки машины при сильном проседании грунта под какой-либо из опор в процессе работы.
Указанные технические результаты достигаются отличительными признаками предлагаемой системы управления от известных систем.
Система автоматического выравнивания опорной платформы в горизонтальной плоскости включает в себя платформу 1 и присоединенные к ней по углам четыре гидроцилиндра опор 2, 3, 4, 5 (рис. 1). На платформе закреплены два датчика угла наклона платформы 6 и 7.
Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического выравнивания опорной платформы
в горизонтальной плоскости
Каждый из гидроцилиндров 2, 3, 4, 5 оборудован датчиком положения штока 8 и двумя датчиками измерения давления 9 и 10 - в поршневой и што-ковой полостях гидроцилиндра соответственно. Датчики угла наклона своими выходами соединены с информационными входами блока управления (БУ) 11, входящего в состав системы управления. Другими информационными входами БУ 11 связан с датчиками положения штока 8 и датчиками давления 9 и 10. Управляющими выходами БУ 11 связан с четырехсекционным электрогидрораспределителем 12, выходы которого, в свою очередь, подключены к входам гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. Другой управляющий выход БУ является входом блока аварийной остановки машины 13. Включение и отключение устройства производится блоком включения/выключения 14, выход которого является входом БУ.
Датчики наклона расположены относительно платформы 1 таким образом, чтобы измерительные оси 15 датчиков были перпендикулярны диагональным вертикальным плоскостям платформы 16 (рис.
2). Для этого для измерительной оси отдельного датчика должны выполняться два условия: перпендикулярность измерительной оси датчика диагонали 17 опорной платформы и перпендикулярность измерительной оси датчика вертикали 18. То есть, две диагональные вертикальные плоскости платформы 16 образованы пересечением соответствующей диагонали платформы 17 и вертикали 18 каждая. Датчики наклона сориентированы в плоскостях 16, и измеряют отклонение опорной платформы 1 от горизонтали в данных плоскостях.
Гидросхема системы управления состоит из шестеренного насоса постоянной подачи 19, блока четырехсекционного трехпозиционного электрогидрораспределителя 12 (каждая секция на рис. 3 обозначена соответствующей буквой а, б, в, г), четырех исполнительных гидроцилиндров 2, 3, 4, 5, фильтра 20, гидробака 21. Каждый гидроцилиндр снабжен встроенным гидрозамком. Также в систему включен предохранительный клапан 22. Все элементы имеют гидравлические соединения.
Рис. 2. Схема расположения датчиков угла наклона платформы
В качестве датчиков измерения углов наклона платформы используются серийно изготовляемые датчики, сигналы на выходе которых пропорциональны углам наклона платформы относительно горизонтали в плоскости установки каждого датчика. Используются серийные гидроцилиндры опор, устанавливаемые предприятием-изготовителем на базовых шасси строительных машин. При этом каждый гидроцилиндр снабжен встроенным гидрозамком для предотвращения аварийных ситуаций из-за утечек и отказов гидропривода. Особенностью БУ является то, что он содержит в себе процессорный блок алгоритмической обработки информации, по-
ступающей от датчиков углов наклона платформы, датчиков положения штоков опор и датчиков давления. Процессорный блок может быть выполнен на базе промышленных микроконтроллеров.
Настоящая система управления работает следующим образом. Перед началом работы машины оператор на пульте управления переводит тумблер в положение включения устройства, после чего блок включения/выключения 14 подает сигнал в БУ 11. В дальнейшем устройство производит все манипуляции с гидроцилиндрами опор 2, 3, 4, 5 в автоматическом режиме. Выполняется выдвижение штоков выносных гидроцилиндров опор 2, 3, 4, 5.
Рис. 3. Схема гидропривода системы управления
После контакта опор с поверхностью происходит вывешивание опорной платформы 1 в горизонтальное положение. Причем, опорная платформа выводится в такое положение по высоте (условно «срединное» по запасам ходов штоков гидроцилиндров вверх и вниз), при котором возможна максимальная коррекция углов наклона платформы при последующем возможном ее «сползании» из-за проседания опор. Для этого выполняется непрерывное автоматическое поддержание платформы на заданной высоте, при которой достигается оптимальное сочетание значений запасов ходов штоков гидроцилиндров.
БУ 11 получает сигналы с датчиков угла наклона 6 и 7, которые пропорциональны углам наклона платформы по двум диагональным плоскостям. В БУ 11 поступают сигналы с датчиков положения штоков опор 8, эти сигналы пропорциональ-
ны положению штоков гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. БУ 11 формирует управляющие сигналы для секций электрогидрораспределителя 12, которые управляют положением штоков гидроцилиндров опор 2, 3, 4, 5. В зависимости от положения опор изменяются углы наклона платформы 1 в горизонтальной плоскости.
Датчики давления 9 и 10 подают сигналы в БУ
11, пропорциональные давлениям в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. Данная информация позволяет судить о степени нагружения каждой из 4-х опор. При возникновении аварийной ситуации БУ 11 останавливает рабочее оборудование машины. Для этого предусмотрен блок аварийной остановки 13, который срабатывает при подаче на него сигнала от БУ 11.
Работа гидропривода системы управления осуществляется следующим образом. В нейтральном положении всех секций электрогидрораспреде-
лителя 12 поток рабочей жидкости от питающего насоса 19 поступает в гидробак 21 через сливную магистраль с установленным на ней фильтром 20. При подаче сигнала напряжения на одну из секций электрогидрораспределителя 12 происходит перенаправление потока жидкости в одну из рабочих полостей соответствующего гидроцилиндра 2, 3, 4, 5. В зависимости от полярности сигнала, подаваемого на определенную секцию электрогидрораспределителя, происходит выдвижение или втягивание штока соответствующего гидроцилиндра.
Встроенные гидрозамки гидроцилиндров служат для предотвращения аварийной ситуации при возникновении утечек в гидролиниях. Предохранительный клапан 22 служит для предотвращения аварийной ситуации, связанной с избыточным давлением в гидросистеме при возникновении неисправностей в гидрораспределительном блоке.
Использование в предлагаемой системе новых элементов (датчиков давления гидрожидкости в опорах) обеспечивает возможность отслеживать степень нагружения опор и предотвращать аварийные ситуации. Использование датчиков положения штоков опор обеспечивает возможность поддержания опорной платформы на заданной постоянной, либо переменной оптимальной высоте, позволяет избегать выдвижения штоков на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Это повышает запас управляемости углами наклона платформы.
По новому сориентированные (в диагональных вертикальных плоскостях опорной платформы) датчики углов наклона обеспечивают возможность устранения углов наклона платформы в каждой диагональной вертикальной плоскости 16 независимо (рис. 2), причем одновременным выдвижением одной диагональной опоры и втягиванием другой. Кроме того, гидравлическая схема предлагаемой системы допускает приведение в действие одновременно всех 4-х гидроцилиндров (рис. 3). Это повышает быстродействие системы и гарантирует авто-
матическое выравнивание за один этап горизонти-рования.
Структура и особенности предлагаемой системы управления позволяют реализовать любой алгоритм ее действия в функции перемещений и усилий каждого из гидроцилиндров опор. Изготовление системы управления производится из узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью. В качестве гидропривода устройства используется уже имеющийся типовой гидропривод, которым оснащено большинство строительных, дорожных и земляных машин, с незначительными легко реализуемыми дополнениями.
Литература
1. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов и кранов-манипуляторов: ПБ 10382-00 и ПБ 10-257-98. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. - 335 с.
2. Котельников В.С. Комментарий к правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00) / В.С. Котельников, Н.А. Шишков. -М.: МЦФЭР, 2007. - 720 с.
3. Правила техники безопасности при эксплуатации стреловых самоходных кранов: ВСН 274-88. - М.: Строй-Инфо, 2007. - 22 с.
4. Раннев А.В., Корелин В.Ф., Жаворонков А.В. Строительные машины: Справочник: В 2 т. Т.1: Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / Под общ. ред. Э.Н. Кузина. - М.: Машиностроение, 1991. - 496 с.
5. Пат. 2342310 Российская Федерация, МПК В 66 С 5/00, В 66 С 23/78. Устройство автоматического выравнивания опорной платформы / Великанов А.В., Иванищев П.И., Танчук П.В., Нилов В.А.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежское высшее военное авиационное инженерное училище. - N 2007115362/11; заявл. 23.04.07; опубл. 27.12.08, Бюл. N 36. - 5 с.
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
SYSTEM OF AUTOMATIC ALIGNMENT OF THE BUILDING MACHINE BASIC PLATFORM
IN THE HORIZONTAL PLANE
V.S. Shcerbakov, M.S. Korytov, M.G. Grigoriev
In article the system automatic horizontal a basic platform for building machinery with portable hydraulic support is considered. The analysis and lacks of existing systems is resulted horizontalizing
Key words: a platform, horizontal, system, hydrodrive, automation
