Компьютеризация и автоматизация дорожной техники в США
Уровень дорожного машиностроения в США чрезвычайно высок. Америка в настоящее время является законодателем мод в дорожном машиностроении. Отличительными чертами дорожного машиностроения США являются:
1. Компьютеризация дорожной техники, асфальтобетонных заводов, цементобетонных заводов, битумных баз. Использование компьютеров позволило резко сократить количество административно-управленческого персонала и рабочих.
Дорожная индустрия США располагает мобильными асфальтосмесительными установками с производительностью до 400 т/ч, а также передвижными и стационарными с производительностью 400-800 т/ч. С целью максимального использования производительности таких установок их оборудуют накопительными бункерами вместимостью до 600 т, оснащают автоматизированными системами управления и контроля дозирования компонентов асфальтобетонных смесей. Переход с одного состава на другой осуществляется автоматически с пульта управления. Все погрузочные операции на асфальтобетонных и цементобетонных заводах выполняются с помощью погрузчиков. Для приготовления смесей используют щебень шести фракций и песок трех фракций. Максимальный размер зерен щебня, как правило, не более 10-15 мм.
2. Высокая производительность дорожный машин и комплексов, обеспечивающих строительство 1,8-3,2 км слоя дорожной одежды за смену. Так, бетоноукладчик СМI-500 фирмы "CMI Corporation" может укладывать в смену 3,2 км цементобетонного слоя шириной до 15 м. Бордюроформовочная машина фирмы "Power Сurbers Inc." при мощности 20 кВт укладывает до 2,4 км монолитного бордюра за смену (шириной до 60 см и высотой 40 см).
Современные укладчики дорожных материалов и смесей c производительностью от 150 до 1200 т/ч обеспечивают ширину укладки смеси в покрытие дороги или магистрали от 0,5 до 24,0 м. Укладчики снабжены мощной системой подачи материалов и их предварительного уплотнения, способной укладывать смеси различных составов и жесткости слоем до 50 см.
Конструкцию асфальтоукладчиков постоянно совершенствуют, оснащая их оборудованием, обеспечивающим высокую степень окончательного уплотнения покрытия, что дает возможность сократить время их работы.
Компания "Caterpillar" выпускает комплект машин и оборудования для строительства дорог, начиная с нулевого цикла и заканчивая отделкой готового асфальтобетонного покрытия. Асфальтобетонный завод этого комплекта имеет оборудование, используемое не только для приготовления смеси, но и для регенерации асфальтобетона, которое оснащенно компьютерными системами контроля за производственным процессом, электронными весами, средствами постоянного подогрева готовой продукции.
3. Универсальность машин. Как правило, машина может иметь несколько производственных функций. Дорожные катки используются для уплотнения различных грунтов, асфальтобетонной смеси, скола льда с покрытия и проч. Смена оборудования производится просто, количество приспособлений на одну машину доходит до 115 шт. Современные укладчики материалов также могут быть использованы для любых типов материалов (цементо- и асфальтобетонной смеси, цементогрунта, щебня, песка).
4. Простота конструктивного решения машин и механизмов. Сочетание простоты технического исполнения с современными компьютерами и автоматизацией процессов позволяет существенно упростить конструкцию, ремонт и содержание машин, их изготовление, повышая производительность труда и надежность.
Например, передвижной смесительный цех состоит из бункера, транспортера, дозатора, передвижных бункеров цемента, извести, золы, мешалки и транспорта готовой продукции. Вся установка помещается на площади 11 м2 вместе с транспортерами. На установке работает один оператор, а ее производительность составляет 100 т/ч. Количество выпускаемых составов сухой смеси обычно около 40.
5. Простота сборки и демонтажа. Например, смесительную установку с производительностью 100 т/ч можно демонтировать и смонтировать за одни сутки.
6. При изготовлении различных машин и оборудования различные фирмы объединяют свои усилия или создают дочерние специализированные фирмы, что позволяет решать проблему комплексно, с высокой конкурентоспособностью. Например, фирма "Astec", являющаяся одним из мировых лидеров в конструктировании и изготовлении асфальтобетонных заводов, включает в себя фирму "Barber-Greene", которая выпускает 11 моделей асфальтоукладчиков и 5 моделей дорожно-фрезерных машин, фирму "Heatec", производящую резервуары для хранения битума и разогреватели битума, фирму "Telsmith", изготавливающую дробилки, транспортеры, грохоты, и фирму "Ameacon", выпускающую контрольные системы на базе микропроцессоров и программируемых систем.
7. Высокое качество работы машин, которое обеспечивается современной простой, недорогой автоматизацией. Практически на всех машинах (укладчиках, скреперах, грейдерах, катках, бульдозерах, фрезах, ремиксерах, маркировщиках) имеются следящие системы, которые работают по копиру или выполнены в виде системы лыж или многоопорных тележек, скользящих по уже уложенному слою. Точность, обеспечиваемая этими приспособлениями и механизмами, как правило, равна ±3 мм по высоте, а для новых моделей фирмы "CMJ" приближается к нулю.
Например, акустическое устройство контроля "Ultra 3s", которое устанавливается на асфальтоукладчиках фирмы "Blaw Knox", позволяет автоматически контролировать количество укладываемого на основание дороги материала (асфальтобетонная или цементобетонная смесь). Импульсы от датчиков, установленных вблизи от разравнивающего бруса, в виде отраженного эхо-сигнала поступают в блок контроля и на стандартное устройство автоматической подачи материала, которое воздействует на приводы питающих конвейеров, включая и выключая их. Прибор "Ultra 3s" устраняет неудобства, связанные с использованием устройств, требующих контакта с горячим укладываемым материалом.
Система Blount Construction Laser, выпущенная фирмой "David White Instruments", позволяет контролировать процесс профилирования поверхности в продольной и поперечной плоскостях одновременно. Эта система работает в сочетании с гидравлической системой машины. Радиус действия системы составляет 360 м.
Бортовые системы контроля CLS Laser Systems устанавливают на машинах, осуществляющих подготовку под строительство участков, где возводят большие многоуровневые гаражи (наземные или подземные), стоянки для грузовых и или легковых автомобилей, осуществляют отрывку траншей, точное профилирование поверхности для укладки бетонной смеси в основание или покрытие автомобильной дороги, выемку грунта, фрезерование старого покрытия или укладку цементобетонной или асфальтобетонной смеси в новое покрытие. Такими системами обеспечен прием сигнала в диапазоне 360°. Системы имеют семиканальную оценку профиля, отображаемую на трех индикаторах блока управления. В дополнение к визуальным индикаторам можно использовать звуковые сигналы. В радиусе действия лазерного излучателя, равном 300 м, могут работать несколько автоматизированных машин.
Система Laserplane Power Control System фирмы "Spectra Physics", включающая бесконтактное акустическое устройство Tracer, может работать в ручном и автоматическом режимах. Она используется на профилировщиках и им подобных машинах, работающих на направляющей линии, закруглении, прежнем проходе или другой опорной линии.
Лазерная система является наиболее распространенной разновидностью системы контроля и включает в себя отдельно стоящий лазерный излучатель и устанавливаемый на дорожной машине мачтовый приемник. Существует большое количество лазерных систем. Лазерный излучатель стандартной конструкции (гелий неонового типа) используется обычно для создания уклонов и отвесов. Применяется также диодный лазер, который проецирует невидимый инфракрасный свет. Он используется там, где видимый источник света не нужен. Бортовые лазерные приемники дают возможность визуально определять, в каком положении находится рабочих орган: выше или ниже заданного уровня или на заданной (проектной) отметке. Оператор вносит соответствующие корректировки в управление машиной. Лазерная система в сочетании с гидравлической системой машин позволяет вносить корректировки автоматически. Стоимость автоматической системы в значительной степени зависит от типа гидравлической системы машины. Расходы на ее установку оправдываются постоянным использованием.
Более сложные лазерные системы могут контролировать двускатные или сложные профили. Оператору вводит соответствующее задание в систему, при этом съемка местности не производится. Большинству бортовых лазерных систем необходим кабель для соединения приемника, смонтированного на рабочем органе дорожной машины, с блоком управления в кабине. На лазерах современных конструкций кабель не предусмотрен: от приемника к блоку управления посылаются радиосигналы. Лазеры бортовых систем безопасны, питаются от низковольтных источников, максимальная потребляемая мощность 2,5 мВт.
Лазерный нивелир Accu Sweep 721, разработанный фирмой "CLS", предназначен для образования при помощи вращающегося (на 360°) лазерного луча горизонтальной или наклонной плоскости на площади до 28 га, на которой луч улавливается приемным устройством Dmni Sensor, установленным на телескопической штанге, смонтированной на отвале машины. Сигнал передается на приемное устройство дисплея в кабину грейдера или бульдозера, так что оператор может наблюдать за положением отвала с рабочего места и вносить при необходимости соответствующие коррективы. Работа может вестись также и в автоматическом режиме.
Нивелир модели Dmni Sensor 9921 защищен от вибрации, сырости и ударных нагрузок. Передача сигнала осуществляется с большой точностью. Пять световых сигналов проходят через дисплей приемного устройства, показывая уровень отвала. Этот нивелир применяют при различных земляных работах, разработке канав, траншей, для точного выравнивания бетонных опор, при устройстве или отделке дорожной одежды.
Автоматический нивелир GKO-A фирмы "Kern Instru-ments" в корпусе из высокопрочного и антикоррозионного легкого металла предназначен для повышения точности земляных, наземных и подземных работ и различного рода измерений. Прибор установлен на высокоточном шарнире, которые опирается на стальную штангу. При достижении крайней точки рабочего диапазона появляется предупредительный красный сигнал в верхнем или нижнем углу монитора, показывающий необходимость остановки.
Прежде чем продолжить выравнивание, нужно привести прибор в исходное положение. Для измерения и вычисления угла нивелировки машина должна быть оборудована прибором, обеспечивающим обзор на 360°, и считывающим устройством.
Для работы со скрепером используют лазерный прибор Beacon 5000. Автоматическая установка уровня делает его работу независимой от внешних условий. Приемное устройство, установленное на скрепере, предназначено для приема сигналов в пределах 360°. Сигнал от лазерного луча фиксируется фотоэлементом. Для наблюдения за рабочим процессом используется видеомонитор, установленный в кабине. При работе в автоматическом режиме оператор управляет только скоростью движения скреперов, процесс срезки грунта в соответствии с сигналами, излучаемыми лазерным прибором в пределах 360°, полностью автоматизирован.
Появилась аппаратура для автономного автоматического управления дорожными машинами, например акустический датчик, который может работать самостоятельно или вместе с лазером. Он работает наподобие локатора, принимая звуковую волну, отраженную от объекта, и переводя ее на пройденное расстояние. Преимущество акустического датчика заключается в том, что он может быть размещен на удалении от копирного шнура или профилируемой поверхности.
8. Автоматический контроль за использованием мощности двигателей дорожных машин, что позволяет существенно экономить расход энергии. Для этого выпускаются, например, фирмой "Sundstrand-Sauer" специальные приборы стоимостью около 1500 долларов, которые легко устанавливаются на любых машинах и механизмах.
В последнее время в США стали очень широко применять повторное использование старого асфальтобетона, цементобетона и других материалов, что дало толчок разработке и выпуску новых моделей техники: холодных и горячих фрез, передвижных смесителей, дробильных заводов для железобетона, новых смесителей для асфальтобетонных заводов, установок для переработки неудачной бетонной смеси, установок для переработки бытовых и технических отходов. Конструктивно эти машины несложны, состоят из уже известных технических решений, но используемых по новому назначению. В целом расширение функций машин и механизмов является характерной чертой дорожного машиностроения США.
Например, машина для холодного фрезерования 2000 VC/R предназначена для перемешивания на месте битумной эмульсии и сфрезерованного асфальтобетонного или цементобетонного дробленого каменного материала и укладки нового основания или покрытия. Оснащение этой машины микрокомпьютером позволяет оператору следить за количеством подаваемой битумной эмульсии с целью получения качественной смеси.
Машина оснащена легкозаменяемыми конвейерной системой и системой подачи битумной эмульсии, а также двойной системой резки сильной струей воды и двойной системой контроля. Насосные системы как воды, так и для битумной эмульсии могут работать в разных режимах, что позволяет производить фрезерование различного материала на разную глубину.
С помощью машины 2000 VC/R можно также производить на месте приготовление бетонной смеси с низкой осадкой конуса. Эту машину можно применять для устройства или ремонта обочин, ремонта швов покрытия, удаления бугров, выравнивания поверхности покрытия автомобильных дорог.
Евгений МАРГАЙЛИК
1. Компьютеризация дорожной техники, асфальтобетонных заводов, цементобетонных заводов, битумных баз. Использование компьютеров позволило резко сократить количество административно-управленческого персонала и рабочих.
Дорожная индустрия США располагает мобильными асфальтосмесительными установками с производительностью до 400 т/ч, а также передвижными и стационарными с производительностью 400-800 т/ч. С целью максимального использования производительности таких установок их оборудуют накопительными бункерами вместимостью до 600 т, оснащают автоматизированными системами управления и контроля дозирования компонентов асфальтобетонных смесей. Переход с одного состава на другой осуществляется автоматически с пульта управления. Все погрузочные операции на асфальтобетонных и цементобетонных заводах выполняются с помощью погрузчиков. Для приготовления смесей используют щебень шести фракций и песок трех фракций. Максимальный размер зерен щебня, как правило, не более 10-15 мм.
2. Высокая производительность дорожный машин и комплексов, обеспечивающих строительство 1,8-3,2 км слоя дорожной одежды за смену. Так, бетоноукладчик СМI-500 фирмы "CMI Corporation" может укладывать в смену 3,2 км цементобетонного слоя шириной до 15 м. Бордюроформовочная машина фирмы "Power Сurbers Inc." при мощности 20 кВт укладывает до 2,4 км монолитного бордюра за смену (шириной до 60 см и высотой 40 см).
Современные укладчики дорожных материалов и смесей c производительностью от 150 до 1200 т/ч обеспечивают ширину укладки смеси в покрытие дороги или магистрали от 0,5 до 24,0 м. Укладчики снабжены мощной системой подачи материалов и их предварительного уплотнения, способной укладывать смеси различных составов и жесткости слоем до 50 см.
Конструкцию асфальтоукладчиков постоянно совершенствуют, оснащая их оборудованием, обеспечивающим высокую степень окончательного уплотнения покрытия, что дает возможность сократить время их работы.
Компания "Caterpillar" выпускает комплект машин и оборудования для строительства дорог, начиная с нулевого цикла и заканчивая отделкой готового асфальтобетонного покрытия. Асфальтобетонный завод этого комплекта имеет оборудование, используемое не только для приготовления смеси, но и для регенерации асфальтобетона, которое оснащенно компьютерными системами контроля за производственным процессом, электронными весами, средствами постоянного подогрева готовой продукции.
3. Универсальность машин. Как правило, машина может иметь несколько производственных функций. Дорожные катки используются для уплотнения различных грунтов, асфальтобетонной смеси, скола льда с покрытия и проч. Смена оборудования производится просто, количество приспособлений на одну машину доходит до 115 шт. Современные укладчики материалов также могут быть использованы для любых типов материалов (цементо- и асфальтобетонной смеси, цементогрунта, щебня, песка).
4. Простота конструктивного решения машин и механизмов. Сочетание простоты технического исполнения с современными компьютерами и автоматизацией процессов позволяет существенно упростить конструкцию, ремонт и содержание машин, их изготовление, повышая производительность труда и надежность.
Например, передвижной смесительный цех состоит из бункера, транспортера, дозатора, передвижных бункеров цемента, извести, золы, мешалки и транспорта готовой продукции. Вся установка помещается на площади 11 м2 вместе с транспортерами. На установке работает один оператор, а ее производительность составляет 100 т/ч. Количество выпускаемых составов сухой смеси обычно около 40.
5. Простота сборки и демонтажа. Например, смесительную установку с производительностью 100 т/ч можно демонтировать и смонтировать за одни сутки.
6. При изготовлении различных машин и оборудования различные фирмы объединяют свои усилия или создают дочерние специализированные фирмы, что позволяет решать проблему комплексно, с высокой конкурентоспособностью. Например, фирма "Astec", являющаяся одним из мировых лидеров в конструктировании и изготовлении асфальтобетонных заводов, включает в себя фирму "Barber-Greene", которая выпускает 11 моделей асфальтоукладчиков и 5 моделей дорожно-фрезерных машин, фирму "Heatec", производящую резервуары для хранения битума и разогреватели битума, фирму "Telsmith", изготавливающую дробилки, транспортеры, грохоты, и фирму "Ameacon", выпускающую контрольные системы на базе микропроцессоров и программируемых систем.
7. Высокое качество работы машин, которое обеспечивается современной простой, недорогой автоматизацией. Практически на всех машинах (укладчиках, скреперах, грейдерах, катках, бульдозерах, фрезах, ремиксерах, маркировщиках) имеются следящие системы, которые работают по копиру или выполнены в виде системы лыж или многоопорных тележек, скользящих по уже уложенному слою. Точность, обеспечиваемая этими приспособлениями и механизмами, как правило, равна ±3 мм по высоте, а для новых моделей фирмы "CMJ" приближается к нулю.
Например, акустическое устройство контроля "Ultra 3s", которое устанавливается на асфальтоукладчиках фирмы "Blaw Knox", позволяет автоматически контролировать количество укладываемого на основание дороги материала (асфальтобетонная или цементобетонная смесь). Импульсы от датчиков, установленных вблизи от разравнивающего бруса, в виде отраженного эхо-сигнала поступают в блок контроля и на стандартное устройство автоматической подачи материала, которое воздействует на приводы питающих конвейеров, включая и выключая их. Прибор "Ultra 3s" устраняет неудобства, связанные с использованием устройств, требующих контакта с горячим укладываемым материалом.
Система Blount Construction Laser, выпущенная фирмой "David White Instruments", позволяет контролировать процесс профилирования поверхности в продольной и поперечной плоскостях одновременно. Эта система работает в сочетании с гидравлической системой машины. Радиус действия системы составляет 360 м.
Бортовые системы контроля CLS Laser Systems устанавливают на машинах, осуществляющих подготовку под строительство участков, где возводят большие многоуровневые гаражи (наземные или подземные), стоянки для грузовых и или легковых автомобилей, осуществляют отрывку траншей, точное профилирование поверхности для укладки бетонной смеси в основание или покрытие автомобильной дороги, выемку грунта, фрезерование старого покрытия или укладку цементобетонной или асфальтобетонной смеси в новое покрытие. Такими системами обеспечен прием сигнала в диапазоне 360°. Системы имеют семиканальную оценку профиля, отображаемую на трех индикаторах блока управления. В дополнение к визуальным индикаторам можно использовать звуковые сигналы. В радиусе действия лазерного излучателя, равном 300 м, могут работать несколько автоматизированных машин.
Система Laserplane Power Control System фирмы "Spectra Physics", включающая бесконтактное акустическое устройство Tracer, может работать в ручном и автоматическом режимах. Она используется на профилировщиках и им подобных машинах, работающих на направляющей линии, закруглении, прежнем проходе или другой опорной линии.
Лазерная система является наиболее распространенной разновидностью системы контроля и включает в себя отдельно стоящий лазерный излучатель и устанавливаемый на дорожной машине мачтовый приемник. Существует большое количество лазерных систем. Лазерный излучатель стандартной конструкции (гелий неонового типа) используется обычно для создания уклонов и отвесов. Применяется также диодный лазер, который проецирует невидимый инфракрасный свет. Он используется там, где видимый источник света не нужен. Бортовые лазерные приемники дают возможность визуально определять, в каком положении находится рабочих орган: выше или ниже заданного уровня или на заданной (проектной) отметке. Оператор вносит соответствующие корректировки в управление машиной. Лазерная система в сочетании с гидравлической системой машин позволяет вносить корректировки автоматически. Стоимость автоматической системы в значительной степени зависит от типа гидравлической системы машины. Расходы на ее установку оправдываются постоянным использованием.
Более сложные лазерные системы могут контролировать двускатные или сложные профили. Оператору вводит соответствующее задание в систему, при этом съемка местности не производится. Большинству бортовых лазерных систем необходим кабель для соединения приемника, смонтированного на рабочем органе дорожной машины, с блоком управления в кабине. На лазерах современных конструкций кабель не предусмотрен: от приемника к блоку управления посылаются радиосигналы. Лазеры бортовых систем безопасны, питаются от низковольтных источников, максимальная потребляемая мощность 2,5 мВт.
Лазерный нивелир Accu Sweep 721, разработанный фирмой "CLS", предназначен для образования при помощи вращающегося (на 360°) лазерного луча горизонтальной или наклонной плоскости на площади до 28 га, на которой луч улавливается приемным устройством Dmni Sensor, установленным на телескопической штанге, смонтированной на отвале машины. Сигнал передается на приемное устройство дисплея в кабину грейдера или бульдозера, так что оператор может наблюдать за положением отвала с рабочего места и вносить при необходимости соответствующие коррективы. Работа может вестись также и в автоматическом режиме.
Нивелир модели Dmni Sensor 9921 защищен от вибрации, сырости и ударных нагрузок. Передача сигнала осуществляется с большой точностью. Пять световых сигналов проходят через дисплей приемного устройства, показывая уровень отвала. Этот нивелир применяют при различных земляных работах, разработке канав, траншей, для точного выравнивания бетонных опор, при устройстве или отделке дорожной одежды.
Автоматический нивелир GKO-A фирмы "Kern Instru-ments" в корпусе из высокопрочного и антикоррозионного легкого металла предназначен для повышения точности земляных, наземных и подземных работ и различного рода измерений. Прибор установлен на высокоточном шарнире, которые опирается на стальную штангу. При достижении крайней точки рабочего диапазона появляется предупредительный красный сигнал в верхнем или нижнем углу монитора, показывающий необходимость остановки.
Прежде чем продолжить выравнивание, нужно привести прибор в исходное положение. Для измерения и вычисления угла нивелировки машина должна быть оборудована прибором, обеспечивающим обзор на 360°, и считывающим устройством.
Для работы со скрепером используют лазерный прибор Beacon 5000. Автоматическая установка уровня делает его работу независимой от внешних условий. Приемное устройство, установленное на скрепере, предназначено для приема сигналов в пределах 360°. Сигнал от лазерного луча фиксируется фотоэлементом. Для наблюдения за рабочим процессом используется видеомонитор, установленный в кабине. При работе в автоматическом режиме оператор управляет только скоростью движения скреперов, процесс срезки грунта в соответствии с сигналами, излучаемыми лазерным прибором в пределах 360°, полностью автоматизирован.
Появилась аппаратура для автономного автоматического управления дорожными машинами, например акустический датчик, который может работать самостоятельно или вместе с лазером. Он работает наподобие локатора, принимая звуковую волну, отраженную от объекта, и переводя ее на пройденное расстояние. Преимущество акустического датчика заключается в том, что он может быть размещен на удалении от копирного шнура или профилируемой поверхности.
8. Автоматический контроль за использованием мощности двигателей дорожных машин, что позволяет существенно экономить расход энергии. Для этого выпускаются, например, фирмой "Sundstrand-Sauer" специальные приборы стоимостью около 1500 долларов, которые легко устанавливаются на любых машинах и механизмах.
В последнее время в США стали очень широко применять повторное использование старого асфальтобетона, цементобетона и других материалов, что дало толчок разработке и выпуску новых моделей техники: холодных и горячих фрез, передвижных смесителей, дробильных заводов для железобетона, новых смесителей для асфальтобетонных заводов, установок для переработки неудачной бетонной смеси, установок для переработки бытовых и технических отходов. Конструктивно эти машины несложны, состоят из уже известных технических решений, но используемых по новому назначению. В целом расширение функций машин и механизмов является характерной чертой дорожного машиностроения США.
Например, машина для холодного фрезерования 2000 VC/R предназначена для перемешивания на месте битумной эмульсии и сфрезерованного асфальтобетонного или цементобетонного дробленого каменного материала и укладки нового основания или покрытия. Оснащение этой машины микрокомпьютером позволяет оператору следить за количеством подаваемой битумной эмульсии с целью получения качественной смеси.
Машина оснащена легкозаменяемыми конвейерной системой и системой подачи битумной эмульсии, а также двойной системой резки сильной струей воды и двойной системой контроля. Насосные системы как воды, так и для битумной эмульсии могут работать в разных режимах, что позволяет производить фрезерование различного материала на разную глубину.
С помощью машины 2000 VC/R можно также производить на месте приготовление бетонной смеси с низкой осадкой конуса. Эту машину можно применять для устройства или ремонта обочин, ремонта швов покрытия, удаления бугров, выравнивания поверхности покрытия автомобильных дорог.
Евгений МАРГАЙЛИК
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 23 за 1998 год в рубрике техника
