Автогрейдеры в строительстве

В кабине оператора с увеличенной  площадью обзора (по сравнению с предшествующей моделью) снижены уровень шума и вибрации, установлены фильтры для очистки воздуха, а небольшое избыточное давление воздуха обеспечивает чистоту рабочего места. Все органы управления находятся на центральном пульте, который можно передвигать и наклонять, педали и рычаги досягаемы и не требуют большого усилия при работе. Кабина снабжена системами защиты ROPS/ FOPS.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Системы контроля и управления

Общее описание систем управления строительной техникой

Существуют несколько  видов систем управления, начиная  с простых, работающих по струне и  лазеру, до высокопроизводительных трехмерных систем GPS. Большинство из этих систем обычно устанавливаются на технику уже после начала ее эксплуатации, хотя некоторые из производителей уже сейчас предлагаю технику с предустановленной системой.

Трехмерные системы  управления

Рис. 4. Автогрейдер, оборудованный  трехмерной системой управления BladePro 3D.

Наиболее революционные  изменения в области проведения земляных работ достигаются при введении в производства трехмерных систем управления. Трехмерная система определяет координаты XYZ отвала машины и сравнивает эти данные с предварительно загруженной цифровой моделью. Вычисляется проектная высота и поперечный уклон для текущей позиции, и система автоматически перемещает отвал на нужную высоту и уклон, используя установленный электрогидроклапан.

Информация о текущем  положение отвала и его уклоне по отношению к проектной поверхности  показывается на экране в кабине машины. Системы управления на основе GPS могут обеспечить точность до 30 мм и могут позволить машинистам выполнить большую часть земляных работ, используя как автоматический режим управления отвалом, так и ручной. При использовании системы управления с электронным тахеометром ATS точность проведения земляных работ может быть достигнута до ±5 мм, позволяя провести окончательную обработку земляного полотна.

Существуют два основных типа 3D систем автоматического управления:

1. Система, основанная  на использовании GPS. Эта система загружает проектную поверхность, и плановое положение элементов строительной площадки и позволяет оператору выполнить большую часть земляных работ и часто используется на начальных этапах проекта, когда надо проводить работы с достаточно большим объемом перемещаемого грунта. Система GPS (Global Positioning System) основана на использовании сети навигационных спутников специальным образом расположенных на орбитах вокруг планеты. На обеих сторонах отвала машины устанавливаются две GPS антенны. GPS - приемник в машине несколько раз в секунду вычисляет точную позицию этих антенн и передает эти данные в компьютер для обработки.

2. ATS (Advanced Tracking Sensor) –  электронный тахеометр с системой  самонаведения и слежения –  используется для проведения  точных работ. Электронный тахеометр ATS автоматически отслеживает специальный отражатель, установленный на отвале машины, постоянно измеряет его позицию и передает измеренные данные в компьютер, установленный в кабине машины, который сравнивает эти данные с проектными.

Основным преимуществом  системы ATS является “поисковый интеллект”, который в случае если визирная линия  между отражателем на машине и  электронным тахеометром прервана (например, проехала машина между автогрейдером и тахеометром), позволяет за очень короткий промежуток времени автоматически найти и быстро навестись вновь на отражатель.

Обе 3D системы обеспечивают машиниста машины всеми преимуществами 3D системы управления. Бортовой компьютер  определяет точную позицию каждого  конца отвала. Затем сравнивает эти позиции с проектной высотой и вычисляет, на сколько надо поднять или опустить отвал. Эта информация отображается на экране компьютера в виде положения машины на плане местности, в разрезе (поперечный профиль), в виде текстовой информации, а также на специальных индикаторах. Эти индикаторы используются для ручного управления отвалом машины, указывая машинисту направление перемещения отвала и направления смещения от какой-либо заданной линии. В автоматическом режиме, подъем и опускание отвала происходит при помощи электрогидроклапана.

 

Trimble BladePro 3D

Система Trimble BladePro 3D предназначена для установки на автогрейдеры, асфальтоукладчики или дорожные фрезы. В отличие от лазерных систем, которые в основном предназначены для работы на прямолинейных участках и площадных объектах, или в отличие от ультразвуковых систем для которых необходимо устанавливать копирную струну, система Trimble BladePro 3D позволяет формировать поверхности практически любой формы и без какой-либо разбивки.

Система состоит из следующих основных компонентов:

• бортовой компьютер, управляющий работой системы (рис. 1);
• электронная система слежения за перемещением машины (роботизированный тахеометр и активный отражатель);
• датчик уклона и поворота отвала;
• электрогидроклапаны, для управления цилиндрами отвала;
• программное обеспечение Terramodel, для проектирования и преобразования данных.

Рис. 1. Панель управления системой BladePro 3D.

Основной принцип работы с системой достаточно прост. В бортовой компьютер загружаются проектные данные в цифровом виде по участку работ. Роботизированный тахеометр устанавливается в удобном месте и привязывается по 2 – 3 опорным точкам к местной строительной системе координат. После включения системы тахеометр автоматически находит активный отражатель, установленный на отвале машины, и постоянно отслеживает его перемещение с максимальной угловой скоростью 23°/сек.

Частота определения  координат позиции отвала может  быть установлена до 6 раз в секунду. Координаты передаются в бортовой компьютер по радиомодему. Бортовой компьютер использует данные от тахеометра, датчика наклона и поворота отвала для вычисления положения и текущего уклона лезвия. Эти данные сравниваются с проектным положением, т. е. тем положением лезвия отвала, которое должно было бы быть в данной позиции. В результате вычисляются величины, на сколько надо поднять или опустить левый или правый гидроцилиндр отвала. Изменение положения цилиндров происходит автоматически или, при необходимости, вручную, ориентируясь по информации на экране бортового компьютера.

В результате машинисту  не требуется вести автогрейдер только по одной проходке, а он может уже перемещаться по полотну практически в любом направлении, формируя точную копию запроектированной поверхности дороги. При этом Вам не потребуется делать разбивку на трассе: расставлять пикетажные колышки с отметками или натягивать струну для работы с ультразвуком, контролировать при помощи каких либо геодезических инструментов полотно после проходов автогрейдера – машинист сам скажет, где надо добавить грунта, где надо – срезать.

При использовании системы BladePro 3D на основе роботизированного тахеометра Trimble ATS (аналог Trimble 5600 Robotic) точность формирования, например, земляного полотна дороги может быть достигнута в пределах +/- 5 – 10 мм, в итоге Вы экономите не только время на проведение работ, но и материал, в том числе и дорогостоящую асфальтобетонную смесь верхних слоев.

Система является универсальной, т.е. она может работать и в  обычном 2D режиме, например с использованием лазерного приемника и лазерного построителя плоскости (лазерного нивелира) или ультразвуковым датчиком.

Экономическая эффективность  автогрейдера с АСУ

В связи с постоянным ростом требований к качеству строительной продукции возникает необходимость  повышать общий технический уровень строительных работ, их надежность, долговечность, эстетичность, технологичность. Земляные работы занимают в общей схеме строительства особое место, особенно при сооружении дорог, путепроводов, аэродромов и т. д. Поэтому вопросы точности проведения земляных работ имеют принципиальное значение, ибо они, в конечном счете, определяют уровень качества строительных работ.

Сегодня строители всего  мира активно применяют современные  системы автоматизированного управления Trimble для того, чтобы получать выгодные подряды, поскольку такие системы значительно сокращают продолжительность и стоимость выполняемых работ. Зачастую системы автоматического управления практически полностью окупают себя уже на первом проекте.

Так почему же выгоднее покупать строительную технику с автоматической системой управления? Проиллюстрируем это на простом примере экономии асфальтобетона при строительстве дороги.

Всем известно, что  дополнительный расход асфальтобетона, возникающий при неровностях  земляного полотна дороги достаточно дорогое удовольствие, поэтому выгоднее правильно сформировать основание, чем “засыпать” потом неровности асфальтом.

Рассмотрим типичный разрез дорожных одежд для дорог  с твердым покрытием из асфальтобетона. Согласно проекту должно быть:

Что обычно получается в  реальности?

При использовании стандартного автогрейдера, например, производства стран СНГ:

• класс точности планировки около ±50мм
• эквивалентная толщина укладываемого слоя 175 мм ((225+125)/2)

 

Грейдер с системой Blade Pro или BladePro 3D

• класс точности системы ±5мм
• реально получаемая точность 2s ± 10мм

Эквивалентная толщина  укладываемого слоя 135 мм ((125+145)/2)

Расчет экономической  эффективности

(Только для слоя  асфальтобетона. С учетом подстилающих слоёв, эффективность выше в 1.5...2 раза)

Разница эквивалентной  толщины укладываемого слоя	sHэф = 175 - 135 = 40 мм
Площадь сэкономленного слоя при ширине 9м	sS = 9 * 0,04 = 0.36 кв. м
Объем сэкономленного материала  на 1 км	sV = 0.36 * 1000 = 360 куб. м
Экономия на 1 км при  цена А/Б $30 за 1 куб.м	s$a = 360 * 30 = $10800
Сравнение затрат:    Рассмотрим автогрейдер импортного производства
При цене грейдера иностранного производства с САУ	~ $300 000
Грейдера, производства СНГ без САУ	~ $40 000

Таким образом, мы видим, что если оценивать затраты на использование автогрейдера с системой BladePro и BladePro3D и затраты на использование автогрейдера без какой либо автоматической системы, то можно сделать вывод, что в результате неровностей земляного полотна идет перерасход материала на асфальтобетонное покрытие. Но без автоматической системы управления отвалом автогрейдера этот перерасход намного больше. И уже на первых километрах дороги себестоимость автогрейдеров станет одинаковой. При эксплуатации автогрейдера на участке строящейся дороги более 40 км, на сэкономленные средства можно купить еще один автогрейдер.

Конечно, эту оценку нельзя считать аксиомой по экономии асфальтобетона при использовании систем автоматического  управления. Всем ясно, что многие неровности подстилающего полотна строители  просто не замечают, и в сметах на работы уже заранее “планируется” перерасход материала, или в лучшем случае, используют переработанный асфальт для скрытия неровностей. Но в любом случае эта экономическая оценка дает общее представление о целесообразности использования Систем Автоматического Управления.

Кроме экономии на асфальтобетоне при использовании САУ Вы реально  может сократить затраты на геодезические  работы, например, установив на автогрейдер  или бульдозер трехмерную систему (Trimble BladePro3D или SiteVision) вы полностью уходите от необходимости производить разбивку, расставлять колышки, производить контроль полотна после каждого прохода автогрейдера и т.д. Этот тип систем использует цифровую модель проекта для вычисления требуемого положения отвала, от машиниста машины будет только требоваться вести машину, как говориться “по приборам”. При использовании более простых – так называемых 2D систем от геодезиста будет требоваться только установить лазерный построитель плоскости и задать проектный продольный и поперечный уклоны или выставить копирную струну. Как и с трехмерными системами, контроль над правильностью проведения работ осуществляет сам машинист машины.

Также, если учитывать  возможности работы некоторых видов  систем практически в любую погоду и в ночное время, то можно получить дополнительную экономию еще около 30%. Таким образом, системы автоматического управления позволяют Вам не только экономить материал, средства на геодезические работы и контроль, горюче-смазочные материалы, но оптимизировать рабочее время дорогостоящей строительной техники. Например, Вам не будет необходимости держать автогрейдер на каждом из участков проведения работ, а будет выгоднее, быстро выполнив необходимую работу в одном, перебазировать технику на другой участок.