Введение к работе
Актуальность темы диссертации. С увеличением объемов земляных работ в современном строительстве повышаются требования к качеству уплотнения грунтов при сооружении оснований фундаментов для различных зданий и сооружений, гидротехнических дамб и плотин, насыпей железных и автомобильных дорог, устройств магистральных трубопроводов и др
Важным звеном технологического процесса устройства насыпных строительных сооружений является получение требуемой плотности грунта по всей толщине уплотняемого слоя, так как уплотнение грунта обеспечивает прочность, стабитьность и несущую способность возводимых насыпных строительных сооружений Некачественное производство работ по уплотнению грунтов приводит к разрушению возводимых сооружений, а нередко и к аварийным ситуациям, что связано с большими материальными и трудовыми затратами на ликвидацию этих последствий Известны случаи появления трещин в дорожном покрытии, осадки поверхности грунта в траншеях для трубопроводов, оснований и фундаментов Особенно опасны разрывы магистральных трубопроводов с газом и горючесмазочными материалами в результате осадки трубопровода из-за некачественного уплотнения, что может привести к экологической катастрофе Установлено, что до 60% повреждений земляных сооружений происходит из-за некачественного уплотнения земляных насыпей и покрытий
Особенно актуальной является эта задача в связи с бурным развитием в последние годы нефтяной и газовой промышленности, так как увеличиваются объемы работ по сооружению траншей для прокладки магистральных трубопроводов
На основании «Руководства по гидротехническому контролю при производстве земляных работ», М Стройиздат, 1994, с 5-6, в настоящее время основными методами контроля качества уплотнения насыпных грунтов инженерных сооружений являются методы, основанные на отборе и анализе проб грунта в лабораторных условиях Недостатком этих методов является большая продолжительность лабораторных анализов, которые требуют значительного технологического перерыва в производстве работ и, в случае неудовлетворительного результата, нет возможности внести коррективы, так как грунт уже уплотнен, а содержание передвижных лабораторий для оценки степени уплотняемых грунтов требуют дополнительных материальных затрат
Решение задачи повышения плотности грунта за счет приблизительного увеличения числа проходов машины при уплотнении по одному следу приводит к снижению производительности грунтоуплотняющей машины, ввиду несанкционированных проходов на одной захватке, перерасходу горюче-смазочных материалов и износу грунтоуплотняющих механизмов машины и, кроме того, в результате возможного переуплотнения грунт снова разрыхляется и уплотняемая поверхность теряет свою прочность
Анализ технологического процесса уплотнения грунта и свойств строительных насыпных материалов позволил установить, что для каждого вида материала и назначения уплотняемой поверхности существует оптимум технологии обработки, сочетающий выбор типа уплотняющей машины, режимов управления регулирующими органами и параметров уплотняющих воздействий с учетом
внешних неконтролируемых возмущений Поэтому назрела острая необходимость создания новых прогрессивных автоматизированных устройств управления режимами работы грунтоуплотняющей машины и оперативного контроля степени уплотнения грунта для обеспечения необходимых технико-экономических показателей, что возможно только в автоматизированном технологическом процессе уплотнения при наличии как систем управления, так и информационных систем, что определяет основное направление и актуальность избранной темы диссертации
Работа выполнялась в соответствии с индивидуальным планом обучения автора в аспирантуре МГСУ и планами НИР кафедры «Автоматизации инженерно-строительных технологий» и «Электротехники и электропривода» в рамках межвузовской научно-технической программы «Строительство» (научное направление 7 2- Совершенствование технологии строительства и строительно-монтажных работ)
Цель работы. Основная цель диссертации - разработка и исследование научно-обоснованной системы автоматизированного управления технологическим процессом уплотнения (САУ-ТУ) грунтов насыпных строительных сооружений на базе информационного обеспечения степени плотности грунтов при регулировании параметров грунтоуплотняющей машины
Для достижения поставленной цели:
выполнен анализ зарубежного и отечественного опыта автоматизации технологических процессов уплотнения насыпных строительных грунтов, приведены недостатки существующих методов и технических решений,
разработаны технологические обоснования, позволяющие определить возможность автоматизации технологии уплотнения насыпных грунтов,
исследованы закономерности влияния на степень уплотнения грунта регулируемых параметров и внешних случайных воздействий,
выполнена математическая модель по системе «виброуплотняющая машина -уплотняемый грунт», как совокупность исследуемого объекта автоматизации,
разработаны и реализованы устройства контроля параметров управления и внешних случайных воздействий,
разработан метод непрерывной оценки степени уплотнения грунта с выдачей информационных сигналов от частотного преобразователя,
разработаны структура построения и современные технические средства системы управления и измерения параметров технологического процесса уплотнения насыпных грунтов,
» выполнена экспериментальная проверка полученных результатов
Методика исследований В перечисленных исследованиях и разработках были использованы методы линейного синтеза управления, методы случайных процессов и оптимального моделирования факторных экспериментов, методы математического моделирования технологических процессов и электроприводов, работающих в условиях при воздействии случайных возмущений, теория автоматического дискретного управления и оптимизации
Теоретической основой исследования стали труды Акишина И П, Баркана Д А , Баумана В А , Быховского И И, Бутенина Н В , Доценко А И, Исраилова
С И , Тарасова В С , Тихонова А Ф , Фролова А К , Шилкова В А , Чаботарева Л М, Урунича В М и других ученых
Научная новизна. Научной новизной обладают следующие основные результаты выполненных исследований
разработана и исследована методика оценки степени уплотнения грунта по величине амплитуд гармонических колебаний уплотняемой поверхности, преобразованных в электрический сигнал,
установлены и исследованы аналитические зависимости регулируемых параметров на степень уплотнения насыпного грунта с учетом случайных внешних воздействий,
проведен теоретический анализ влияния эксплуатационной производительности вибродинамической машины от степени уплотнения насыпного грунта,
разработана математическая модель технологического процесса уплотнения грунта по системе «вибромашина - уплотняемая поверхность», на основе обработки большого массива данных ласс/вного к активного экспериментов,
теоретически обоснованы положения по созданию вибродинамического плотномера и устройства непрерывного контроля влажности уплотняемого грунта,
разработаны модель, структура и алгоритм управления исполнительным механизмом виброуплотняющей машины, что явилось теоретическим обоснованием для разработки и внедрения системы автоматизированного управления технологией уплотнения (САУ-ТУ) насыпного грунта
