ВВЕДЕНИЕ
1 Обзор исследований и разработок 7
1.1 Анализ технологических процессов строительства
асфальтобетонных покрытий 7
1.2 Устройство и принцип действия уплотняющего рабочего органа
асфальтоукладчика 17
1.3 Реологические модели 26
1.4 Система автоматического управления с обратной связью 29
2 Теоретическое описание объекта 32
2.1 Математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонной
смеси трамбующим брусом с виброплитой 33
2.2 Имитационная модель рабочего процесса объекта 38
3 Экспериментальное исследование 45
3.1 План компьютерного эксперимента 45
3.2 Компьютерный эксперимент 49
3.3 Обработка результатов компьютерного эксперимента 50
4 Разработка модели системы управления процессом уплотнения рабочим
органом укладчика 53
4.1 Синтез регулятора 53
4.2 Требования к системе управления 57
4.3 Параметрический синтез регулятора 59
4.4 Имитационная модель системы управления с ПИ-регулятором 62
4.5 Моделирование модели системы управления с ПИ-регулятором 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
Публикации по теме магистерской диссертации 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А Расчет основных параметров гидропривода 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Листинг программы для ЭВМ 81
ПРИЛОЖЕНИЕ В Статья опубликованная в материалах международной научной конференции ММТТ-29 85
Строительство дорог в России, в виду её территориальной протяженности, всегда оставалось и остаётся одной из главных задач. Для создания инфраструктуры современного государства с развитой экономикой необходимы отличные по качеству и несущей способности скоростные автомагистрали. На сегодняшний день для строительства дорог с учётом всех норм и правил, учитывающих возможные нагрузки на дорожное покрытие, необходимо применять современные дорожно-строительные комплексы. Достижение качества и максимальная производительность не возможна без современных средств и систем автоматизации.
Асфальтоукладчики предназначены для сооружения оснований и покрытий из битумоминеральных и асфальтобетонных смесей при строительстве и ремонте магистральных и городских автомобильных дорог, тротуаров, площадей и территорий аэродромов.
Рабочий орган. Состоит из уплотняющих агрегатов, обеспечивающих получение требуемой степени уплотнения смеси при заданном качестве поверхности уложенного слоя. В современных асфальтоукладчиках применяются рабочие органы в двух исполнениях: раздвижном и стандартном.
Уплотняющие агрегаты рабочего органа должны обеспечить высокое предварительное уплотнение смеси.
Типовые агрегаты рабочего органа:
- трамбующий брус; (за счет эксцентрикового вала трамбующий брус перемещается по вертикали);
- вибрационная плита (вибрация выглаживающей плиты вызывается дебалансным валом, расположенным в поперечном направлении);
- прессующая планка (планка под воздействием импульсов гидравлической жидкости оказывает давление на смесь максимум до 130 бар с частотой до 68 Гц).
Возможны исполнения: с одной прессующей планкой; с двумя прессующими планками.
Выглаживающие плиты с высокой степенью уплотнения также превосходно подходят для укладки таких специальных материалов, как щебенисто-мастичные асфальтовые смеси с мелким щебнем или тощий бетон, укатку которых необходимо производить в течение очень короткого времени после распределения по поверхности. Благодаря высокой степени предварительного уплотнения покрытия достаточно всего несколько финишных проходов виброкатком.
Требуемая степень уплотнения покрытия достигается за счет минимального количества проходов катка при сохранении оптимальной ровности.
Система привода асфальтоукладчика. Все механизмы имеют гидравлический привод. Двигатель через трансмиссию приводит в действие гидравлические насосы, которые в свою очередь питают следующие механизмы: гусеницы (левую и правую), шнеки (левый и правый), питатели (левый и правый), двойной трамбующий брус, вибрационные устройства, открывание-закрывание бункера, поднятие-опускание и телескопическое раздвижение-складывание распределителя.
В магистерской работе для достижения поставленной цели выполнены следующие задачи:
- Выполнен анализ рабочего процесса асфальтоукладчика;
- Разработана функциональная схема системы управления рабочим органом асфальтоукладчика;
- Синтезированы параметры ПИ-регулятора;
- Разработаны имитационные модели аналоговой и цифровой системы управления рабочим органом асфальтоукладчика в среде MATLAB&Simulink;
- Выполнено компьютерное моделирование системы управления рабочим органом асфальтоукладчика в обоснованных диапазонах переменных.
Компьютерное моделирование показало следующее:
- обеспечивается астатизм в рабочем диапазоне регулирования угловых скоростей гидравлического двигателя;
- достигнута практическая независимость угловой скорости гидравлического двигателя от основных возмущений, а изменение моментов не влияет на угловую скорость.
Эффективность полученных результатов определяется работоспособностью моделей, разработанных в среде Simulink и результатами отработки задающих воздействий.
Публикации по теме магистерской диссертации
1) Программа моделирования привода уплотняющего рабочего органа асфальтоукладчика / С.И. Колотвин и др. // Свид. о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017611489 от 03.02.2017 г.
2) Модель адаптивной системы управления уплотняющим рабочим органом асфальтоукладчика / Сергей И. Колотвин и др. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-29: сб. трудов XXIX Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т. 12. - Саратов: Саратов. гос. техн. ун-т; Санкт- Петербург: СПбГТИ(ТУ), СПбПУ, СПИИРАН; Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2016. - 384 с (С. 361-365).
3) Колотвин С.И. Разработка модели нечеткого регулятора системы управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси укладчиком / Сергей И. Колотвин и др. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-29: сб. трудов XXIX Междунар. науч. конф.: в 12 т. Т. 12. / под общ. ред. А.А. Большакова. - Самара: Самарск. гос. техн. ун-т, 2016. - 384 с (С. 365-369).
4) Модель нечеткой системы управления процессом уплотнения смеси асфальтоукладчиком / С.И. Колотвин и др. // Неделя науки СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием. Институт металлургии, машиностроения и транспорта. Ч. 2. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. - 358 с. С. 317-319.
