Робототехника в строительстве
Технология и особенности применения средств роботизации в строительстве. Роботизированные комплексы для выполнения монтажных работ. Анализ средств технологического оснащения. Использование роботов, особенности их конструктивных элементов в строительстве.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.10.2017 |
| Размер файла | 500,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Тульский государственный университет"
Кафедра "Городского строительства и архитектуры"
Курсовая работа
по дисциплине: "Строительные машины и оборудование"
"Робототехника в строительстве"
Выполнил: Седов М.С.
Проверил: Костенко Ю.А.
Тула 2015
Содержание
Введение
1. Технология и особенности применения средств роботизации в строительстве
2. Роботизированные комплексы для выполнения монтажных работ
2.1 Роботизация производства бетонных работ
2.2 Роботы и роботизированные комплексы для штукатурных работ
2.3 Малярные роботы и роботизированные комплексы
3. Роботизация земляных и свайных работ
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Роботизация технологических операций является важным направлением автоматизации технологических процессов в строительстве. Роботизации строительных работ предшествует тщательный анализ технологических операций и процессов. В ходе анализа должны быть подвергнуты разбору технические, организационные и социальные факторы, а также проведена оценка экономической целесообразности. В первую очередь в ходе обследования оценивается уровень механизации и автоматизации строительных процессов, оценивается уровень сложности операций и выполняется пооперационный их анализ. Результаты пооперационного анализа позволяют предварительно установить уровень сложности роботизируемого процесса и техническую целесообразность использования средств робототехники. Анализ средств технологического оснащения позволяет оценить возможность совместной работы используемого технологического оборудования со средствами роботизации или принять решение о необходимости его замены. При анализе проводится оценка возможности автоматизации отдельных операций на основе традиционных средств механизации и целесообразности использования промышленных роботов. В процессе оценки целесообразности роботизации строительного процесса учитываются возможности максимальной загрузки технологического оборудования и внедряемых средств робототехники, затраты времени на перемещение оборудования в пределах объекта и на другой объект, а также потери времени на монтаж и наладку оборудования. Программирование, эксплуатация и техническое обслуживание средств робототехники требует специальной квалификации, поэтому на стадии анализа роботизируемых строительных процессов следует рассмотреть вопросы структуры кадров и уровня их квалификации.
1. Технология и особенности применения средств роботизации в строительстве
Оценка экономической целесообразности роботизации отдельных строительных процессов осуществляется на основе анализа затрат и расчета их окупаемости. При этом учитывается совместимость внедряемых средств робототехники с другим технологическим оборудованием. Объекты роботизации считаются выбранными, если они обеспечивают экономический эффект. Окончательное решение о целесообразности внедрения средств робототехники лучше принимать на основании экспертных оценок и заключения специалистов о том, что роботизация данных операций или процессов технически и экономически осуществима.
При разработке роботизированной технологии строительного процесса необходимо также изучить проектную документацию зданий и сооружений, где предполагается использование роботов, особенности их конструктивных элементов. Это позволит произвести группировку конструктивных элементов здания по определенным признакам на основе общности конструктивно-технологических особенностей и предоставит возможность точной оценки объемов выполняемых работ. Кроме того, в процессе анализа возможна выработка рекомендаций и предложений по унификации конструктивных элементов здания, повышению их технологичности при роботизации строительных операций. На основе информации, полученной в результате анализов, составляются технические условия на роботизацию технологической операции или процесса. При разработке роботизированного технологического процесса анализируются все особенности и приемы выполнения операций действующего технологического процесса и выбираются те, которые обеспечивают наибольшую производительность и наилучшее качество. Роботизируемый технологический процесс должен иметь или допускать использование автоматической подачи материалов к рабочему месту, оснащение механизированным и автоматизированным инструментом, приспособлениями и оснасткой.
Анализ трудозатрат показал, что наиболее трудоемкими являются малярные и монтажные работы, которые составляют соответственно 25 и 23,5% от общих трудозатрат по строительству наземной части здания. Операции монтажного процесса делятся на две группы: операции монтажного цикла и вспомогательные операции. Операции монтажного цикла связаны с установкой элементов в проектное положение, а вспомогательные операции связаны с закреплением элементов, герметизацией и бетонированием стыков, антикоррозийной защитой закладных деталей, заделкой швов на фасаде здания. Наиболее трудоемкими из перечисленных операций являются операции монтажного цикла, доля которых превышает 65% общих монтажных трудозатрат. Вспомогательные операции существенно разнородны, относительно не связаны между собой, существенно зависят от конструктивных решений и используемой технологии. Поэтому наибольший интерес представляют основные операции монтажного цикла, включающие захват панели, ее подъем и транспортирование к месту установки, позиционирование и посадку панели на место, выверка планового положения панели и закрепление панели. Эти операции полностью определяют период цикла и составляют 50% всех монтажных трудозатрат. Кроме того, они характеризуются тяжелыми и опасными условиями труда. Исходя из изложенного следует сделать вывод, что роботизация монтажных работ на строительстве зданий и сооружений является первоочередной. При строительстве объектов из сборного железобетона в первую очередь следует решать вопросы автоматизации и роботизации операций строповки и расстроповки, подачи и установки элемента в проектное положение с заданной точностью. Эти задачи в настоящее время вполне решаемы на основе использования кранов-манипуляторов, позиционирующих роботов и специальной монтажной оснастки. роботизация строительство монтажный
Другой группой строительных операций, представляющих первоочередной интерес для роботизации являются отделочные работы. В первую очередь это относится к малярным и штукатурным работам. Малярные работы отличаются технологичностью, обеспечивающей использование роботов с традиционной структурной организацией. Однако, выполнение указанных работ в отдельных помещениях различного объема предъявляет ряд дополнительных требований к конструктивному исполнению малярных роботов. Они должны обеспечивать удобное перемещение из одного помещения в другое, быструю подготовку к работе на новом месте. Выполнение малярных работ включает ряд технологических операций: очистка поверхности, ее шпатлевка, грунтовка, нанесение окрасочных составов. Поэтому при роботизации малярных работ необходимо предусматривать возможность смены технологического инструмента и подачи различных материалов. Особенностью выполнения названных операций является то, что каждая из них имеет свою особую технологию выполнения. Так технология очистки предусматривает непосредственное взаимодействие рабочего инструмента с поверхностью. Причем это взаимодействие должно выполнятся при определенном его нажатии на поверхность. В тоже время такие операции как грунтовка и окрашивание могут выполняться без непосредственного взаимодействия с поверхностью, и рабочий инструмент может находиться на определенном расстоянии от нее. Особенностью малярных работ является разнообразие используемых способов нанесения грунтовочных и окрасочных составов на рабочие поверхности, а также разнообразие схем окраски. Поэтому при роботизации этих работ необходим тщательный анализ технологических процессов малярной отделки зданий выбор рациональных способов и схем окрашивания. При выборе должны учитываться виды и формы поверхностей, их площади, вид используемых окрасочных материалов, требования к фактуре поверхности и др. Технологическими особенностями малярных работ, выполняемых распылением окрасочных составов, является образование в рабочей зоне мелкодисперсной аэрозольной воздушной среды, которая вредна для обслуживающего персонала, а в случае использования лакокрасочным материалов является взрывоопасной. Эти особенности должны учитываться при проектировании малярных роботов и выборе способа управления им. Технологическими предпосылками роботизации в данном случае является наличие методов и средств подготовки и подачи к рабочему инструменту (например, краскопульту) грунтовочных и окрасочных материалов. Анализ технологий и оборудования для малярных работ показал, что данный вид работ является наиболее подготовленным для роботизации. Этот вид работ располагает различными агрегатами с автоматическим и дистанционным управлением для подачи и распыления красок, нанесения грунтовок.
В последние годы интенсивно проводятся исследования и разработки по роботизации штукатурных работ. В отличии от малярных работ они отличаются более сложной технологией и использованием в основном ручных методов работы. Большой объем штукатурных работ и их высокая трудоемкость являются хорошими стимулами их роботизации. В настоящее время строительство располагает новыми технологиями для приготовления, подачи и нанесения штукатурного раствора на рабочую поверхность. Разработаны и выпускаются промышленностью специализированные штукатурные станции, обеспечивающие смешивание компонентов, подачу штукатурного раствора к месту выполнения работ, его перемешивание на месте и подачу и набрызг готового раствора. Однако нанесение раствора и перемещения сопла выполняется вручную. Автоматизированные штукатурные станции являются хорошей предпосылкой роботизации штукатурных работ. В последние годы проводятся интенсивные разработки в области совершенствования технологии штукатурных работ, из которых для роботизации работ интерес представляют готовые сухие смеси и средства их механизированной обработки. В современном технологическом процессе выполнения штукатурных работ выделяется три основных рабочих этапа: нанесение штукатурного раствора на поверхность, грубое разравнивание материала в состоянии набора прочности, выравнивание поверхности с выдержкой допустимых отклонений на неровность поверхности, окончательная обработка нанесенной штукатурки и получение желаемой структуры поверхности. Автоматизация штукатурных работ на основе робототехники должна решаться совместно с разработкой новых технологий и комплексного подхода к автоматизации всех рабочих этапов. Особенностью штукатурных работ является разнородность используемых технологий для выполнения отдельных операций. Если для нанесения растворов применяется технология набрызга, то для разравнивания материала и окончательной обработка нанесенной штукатурки используются методы силового воздействия на обрабатываемую поверхность. Особенностью штукатурных работ также является необходимость провешивания поверхности и выдерживания ее в процессе выполнения работ.
Бетонные работы в жилищном и гражданском строительстве занимают самый большой объем работ, достигающий почти 22%. Поэтому их роботизация представляет огромный интерес. В настоящее время созданы хорошие технологические и технические предпосылки в решении задач роботизации бетонных работ. Разработана и применяется механизированная технология укладки бетона. Созданы средства для транспортирования и подачи бетона к местам его укладки. Дальнейшее совершенствование технологии бетонных работ должно быть направлено на решение задач комплексной механизации и автоматизации всех операций технологического цикла бетонных работ. Учитывая сложность решаемых задач, следует их роботизацию выполнять поэтапно. Основу роботизируемой технологии должны составить трубопроводный способ доставки бетона к месту укладки и использование манипуляционных стрел для его распределения. При роботизации бетонных работ необходимо учитывать ряд технологических особенностей. Среди них в первую очередь должны выполнятся требования равномерного распределения бетона в процессе укладки, его уплотнения, сохранения положения закладных деталей и арматурных изделий. Технологией выполнения бетонных работ следует предусматривать обход всевозможных препятствий в виде арматурных стержней, рам опалубок и пр. При решении задач роботизации бетонных работ следует учитывать отличительные особенности укладки бетона в опалубочные формы и при заливке площадок различной протяженности.
Определенный интерес для роботизации представляют земляные и свайные работы. Земляные работы являются наиболее трудоемкими, однако здесь широко используются землеройные машины. Основной технологической особенностью землеройных работ является наличие неконтролируемых изменений нагрузки в процессе работы оборудования. Кроме того, технологией выполнения земляных работ предусматривается контроль положения, направлений, уклонов и неровностей выполняемых траншей, котлованов, площадок и других объектов. Это требует использования специальных средств задания направлений, осевых линий и плоскостей. Внедрение роботизированной технологии на этих работах должно быть связано с совершенствованием манипуляционных механизмов экскаваторов, перевода их на интерактивное и супервизорное управление, использования адаптивных законов управления режимами. При решении задач управления группой механизмов должны решаться вопросы синхронизации работы оборудования. Технология выполнения свайных работ предусматривает подачу свай, их позиционирование, забивку до скального грунта или на заданную глубину. Если забивка свай выполняется специальными сваебойными механизмами, то их подача и установка выполняется с помощью средств малой механизации, не позволяющих полностью механизировать и автоматизировать этот вид работ. Перспективным направлением решения задач автоматизации этих работ является роботизация процессов подачи и установки свай в проектное положение. Технологическими особенностями роботизации этих операций являются большие массы объектов роботизации, необходимость внешнего контроля выполнения установочных операций, неодинаковая твердость грунтов в различных местах свайного поля.
Широкие возможности роботизации технологических операций открываются в строительной индустрии. На предприятиях стройиндустрии роботы могут включаться в состав системы технологического оборудования и рассматриваться как элементы комплексной автоматизации технологических линий. При роботизации процессов в строительной индустрии возникают условия для использование роботов, как на основных, так и вспомогательных операциях производственного процесса и работающих во взаимосвязи с другими видами технологического оборудования.
2. Роботизированные комплексы для выполнения монтажных работ
В последние годы наблюдается значительное увеличение объема монтажных работ. Монтаж современных зданий и сооружений представляет собой сложный комплексный процесс, включающий целый ряд операций: строповку, транспортировку, прием монтируемых элементов и конструкций на рабочем месте, наведение на принятые ориентиры, установку, временное закрепление, приведение в проектное положение, расстроповку и постоянное их закрепление. Особое внимание при монтажных работах уделяется точности установки конструкций и элементов в проектное положение. Допустимые отклонения монтируемых элементов от проектного положения приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Допустимые отклонения конструкций от проектного положения, мм
|
Отклонение осей: |
||
|
фундаментных блоков относительно разбивочных |
±10 |
|
|
нижних граней стен и перегородок от установочных |
±4 |
|
|
плоскостей стен и перегородок от вертикали |
±5 |
|
|
Отклонение отметок: |
||
|
верхних опорных поверхностей фундаментов от проектных |
±5 |
|
|
опорных поверхностей стен и перегородок в пределах выверяемого участка |
16 |
|
|
двух смежных нижних поверхностей и перекрытий |
4 |
|
|
верхних поверхностей двух смежных перекрытий |
8 |
На монтажных работах в настоящее время используются краны, различного рода монтажные механизмы, универсальная и специальная технологическая оснастка. Внедряются новые методы и формы технологии и организации, начинают использоваться средства автоматизации как основных, так и вспомогательных операций. Однако, несмотря на это, пятая часть рабочих при монтаже зданий и сооружений выполняет большой объем трудоемкой ручной работы. Больших затрат ручного труда требует проведение таких работ как выверка и установка конструкций в проектное положение, их закрепление, герметизация стыков, замоноличивание швов, перестановка оснастки, вспомогательного оборудования и др.
В результате несовершенства применяемого оборудования и оснастки трудоемкость монтажных операций остается очень высокой. Используемые башенные краны выполняют лишь подъемно-транспортные операции. Окончательная выверка монтируемых конструкций в большинстве случаев выполняется вручную. Монтаж одной стеновой панели жилого крупнопанельного дома занимает в среднем до 15 мин. Процесс монтажа строительных конструкций во многих случаях осложняется ограниченностью обзора машинистом крана монтажного горизонта, что снижает эффективность монтажа. Решение задач комплексной механизации и автоматизации монтажных работ сдерживается из-за их сложности. Она обусловлена большими габаритами и массой монтируемых конструкций, их разнотипностью, большими размерами монтажных зон, влиянием ветровых и других климатических факторов. Кроме того, при производстве монтажных работ должно происходить постоянное перемещение монтажных средств по фронту работ.
Повышение эффективности монтажа зданий и сооружений становится важнейшей задачей сегодняшнего дня. В этом направлении во многих странах ведутся исследования и разработки, позволившие получить положительные результаты. Разработаны и внедрены в строительных организациях новые методы монтажа, проведены значительные работы по повышению монтажной технологичности сборных конструкций. На строительных площадках все шире начинают использоваться строительные краны с дистанционным управлением и повышенным уровнем автоматизации. На монтажных работах промышленных объектов находят применение башенные краны с программным управлением. Разработаны и выпускаются новые конструкции строительных кранов с телескопическими стрелами, выносными гидравлическими опорами, перемещающейся вдоль башни стрелой, со стабилизационными платформами и др. Большое внимание уделяется созданию и внедрению автоматических и полуавтоматических грузозахватных устройств и траверс. В последние годы разработаны траверсы, обеспечивающие ориентацию монтируемых элементов в пространстве при гибкой системе подвеса, а также захватные устройства с дистанционной и автоматической расстроповкой. Имеется опыт использования специализированных кондукторов и монтажных машин для установки колонн, стеновых панелей и других строительных конструкций.
Анализ методов и средств выполнения монтажных работ показывает, что успешное решение задач их комплексной механизации и автоматизации связано с разработкой и внедрением методов принудительной установки и ориентирования монтируемых элементов в проектное положение, основанных на достижениях робототехники. Использование строительно-монтажных манипуляторов и роботов совместно с внедрением высокотехнологичных сборных элементов зданий и сооружений позволяет создать автоматизированные монтажные комплексы, исключающие ручной труд при строповке, ориентировании, установке, фиксации и расстроповке монтируемых элементов. Прототипом монтажных РТК следует рассматривать различного вида автоматизированные кондукторы и монтажные машины. Для автоматической выверки колонн многоэтажных промышленных и гражданских зданий разработан ряд кондукторов, многие из которых представляют собой манипуляционные механизмы, снабженные специальными захватами. Попытки автоматизации монтажа жилых зданий привели к разработке кондукторов, обеспечивающих выверку и временное закрепление стеновых панелей. Эти устройства представляют металлоемкую пространственную конструкцию с установленными на ней захватами. Для решения задач роботизации монтажных операций полезным является опыт создания трафаретных кондукторов (см. рисунок 2.1). Их основу составляет кондукторная рама, которая с помощью гидродомкратов перемещается по вертикальным трубчатым стойкам. В раме устроены проемы для панелей и установлены механизмы с гидротолкателями для фиксации и ориентации панелей. Установка на раме монтажного манипулятора с телескопической штангой, оснащенной захватами, перемещающегося вдоль и поперек рамы, позволяет роботизировать процесс монтажа крупнопанельных жилых зданий. Несмотря на громоздкость и высокую металлоемкость, подобного рода конструкций, они служат хорошей базой для поиска новых принципов роботизации монтажных операций.
Рисунок 2.1. Трафаретный кондуктор с манипулятором для монтажа зданий
1 - опорная стойка; 2 - рама кондуктора; 5 - подъемный механизм; 4 - манипулятор; 5 - стрела крана
Другим направлением роботизации монтажных работ является разработка на базе башенных кранов специализированных кранов-манипуляторов. Интересное конструктивное решение имеют краны, снабженные специальными управляемыми грузозахватными траверсами-манипуляторами с пространственной подвеской, которые обеспечивают стабильность положения монтируемых элементов независимо от ветровых нагрузок и высокую точность их монтажа. Такие краны могут иметь программно-дистанционное управление. Все операции могут выполняться автоматически или оператором в режиме дистанционного управления. Пространственная подвеска манипулятора обеспечивает точную посадку панелей в замки, а поворотный манипулятор - подачу деталей в зону монтажа в нужном для установки положении. Оригинальное техническое решение имеет башенный кран новой конструкции, представленный на рисунке 2.2, который позволяет сократить в 1,5 раза продолжительность монтажа крупнопанельных зданий и повысить качество работ. Его отличительной особенностью является наличие манипулятора и поворотно-передаточного устройства. Манипулятор установлен на основной стреле. Кран снабжен вспомогательной неподвижной стрелой (подстрелкой) с перемещающейся по ней кареткой. Поворотно-передаточное устройство выполняет функции магазинного устройства и представляет собой кольцевую раму с шестью парами кронштейнов для подвешивания к ним специальных траверс с элементами.
Рисунок 2.2. Монтажный кран с манипулятором 1 - основная стрела; 2 - манипулятор; 3 - вспомогательная стрела; 4 - поворотно-передаточное устройство
Конструкция этого крана позволяет выполнять одновременно операции по подъему одних элементов и установке в проектное положение других. Элементы, поступившие на строительную площадку, разгружают с помощью вспомогательной стрелы и подают ею в магазинное устройство, где их навешивают на кронштейны.
Манипулятор берет из магазинного устройства необходимый для монтажа элемент, транспортирует его вдоль основной стрелы к месту установки, затем ориентирует его в заданное положение и производит установку на место. Управление таким монтажным краном осуществляется с выносных пультов управления, один из которых находится у монтажника, а другой у такелажника. Для обеспечения автоматического или полуавтоматического режима работы на кране устанавливается группа датчиков положения, измеряющих линейные перемещения монтажного манипулятора lМ, hм, угловые перемещения основной и вспомогательной стрелы ас, ав, магазинного устройства ам и положение груза по высоте на крюке вспомогательной стрелы hг. Выходные сигналы датчиков подаются в систему управления краном, которая управляет работой механизмов в соответствии с заложенной программой и поступающими командами с пультов управления ПУМ и ПУТ. Громоздкость конструкции, высокая подвижность крана, невысокая точность монтажа ограничили практическое использование таких кранов.
Перспективным направлением автоматизации монтажных операций следует считать создание автоматических монтажных механизмов с очувствлением. В этом направлении накоплен определенный опыт. В частности были предприняты попытки создания монтажного крана с автоматическим управлением и органами очувствления, которые позволяют устанавливать монтируемый элемент в зависимости от положения ранее установленной конструкции. Однако такая конструкция не нашла практического использования в виду накопления погрешностей монтажа из-за неточности установки предыдущих элементов. При монтажных работах находят применение краны-манипуляторы с шарнирно-рычажными телескопическими стрелами (рисунок 2.3). Многозвенное телескопическое оборудование с вращательными парами и набором рабочих самозахватывающих органов дает возможность выполнять целый комплекс монтажных операций. Для роботизации строительно-монтажных работ представляет интерес, предложенный метод двухстадийного монтажа элементов. На первой стадии строительные конструкции подаются краном в расширенную зону допусков, а на второй их выверяют путем самоустановки и самофиксации. При этом требуемая точность подачи элементов не превышает 30 мм. Однако такая схема монтажа требует повышенной точности изготовления монтируемых конструкций.
Рисунок 2.3. Кран-манипулятор с шарнирно-телескопической стрелой
Для механизации процесса возведения стен из асбестоцементных экструзионных панелей институтом ЦНИИОМТП предложен мобильный манипулятор, установленный на самоходном шасси (рисунок 2.4). Для обеспечения необходимой устойчивости манипулятора в процессе монтажа его ходовая часть снабжена выносными гидроопорами с дистанционным управлением. Манипулятор снабжен сменными захватами в виде вакуумных присосок и механических зажимов.
Рисунок 2.4. Схема монтажа стен горизонтальной разрезки из ПАЭ с использованием манипулятора 1 - трехзвенный манипулятор; 2 - самоходное шасси; 3 - гидроопоры; 4 - рабочий орган; 5 - панель
Процесс установки панели включает несколько операций: ориентацию захватного устройства относительно панели, фиксацию панели в захватном устройстве, перемещение ее к месту установки, закрепление панели в проектном положении. Применение манипулятора для монтажа панелей ПАЭ позволяет повысить производительность труда в 1,5 раза, исключить тяжелые ручные операции.
Определенный опыт использования манипуляторов и роботов на строительно-монтажных работах накоплен в зарубежных странах. В Японии, Германии, США и других странах созданы манипуляторы, предназначенные для монтажа навесных элементов, колонн, инженерных коммуникаций. В Японии разработана роботизированная система для подъема и спуска элементов при монтаже высотных строительных объектов Подъемные устройства оснащены гидроприводами, а управление ими осуществляется от микроЭВМ. Использование роботов на монтажных работах позволяет значительно сократить трудозатраты и время выполнения операций. В Германии для транспортировки и монтажа ограждающих конструкций разработан грузоподъемный манипулятор на базе мостового крана с двумя грузовыми тележками. На тросовой подвеске тележек закреплена балка с двумя управляемыми захватами. Манипулятор захватывает ограждающие конструкции за монтажные петли. Все операции выполняются в полуавтоматическом режиме.
При монтаже тяжелых и крупногабаритных элементов целесообразно применять роботы, работающие совместно с краном (рисунок 2.5). При этом монтажный робот должен иметь согласованное с краном управление, которое выполняется одним оператором с портативного пульта. При этом для обмена информацией между системой управления и пультом оператора может использоваться инфракрасный или радиоканал связи. Аппаратура управления роботом и станция управления краном объединяются модулем синхронизации, обеспечивающим прием команд управления и синхронизацию работы оборудования при их исполнении.
Анализ достижения в области технологии, механизации и автоматизации строительно-монтажных работ и прогнозов развития строительной робототехники позволяет определить наиболее перспективные для роботизации виды строительно-монтажных работ и операций. К ним следует отнести монтаж перегородок из различных материалов, монтаж каркасов зданий, укладку лестничных маршей и перекрытий, разборку конструкций зданий при реконструкции, монтаж и демонтаж строительных лесов, монтаж инженерного оборудования зданий и сооружений.
Для монтажа перегородок внутри здания из блочных и листовых материалов экономически оправдано применение передвижных манипуляторов с дистанционным и интерактивным управлением. В качестве основания таких манипуляторов целесообразно использовать мини-шасси на пневмоколесном и гусеничном ходу или применять платформы на воздушной пленке.
Рисунок 2.5. Установка железобетонных колонн с помощью робота 1 - колонна; 2 - робот; 3 - башенный кран
Перспективным направлением является решение задач автоматизации монтажа крупнопанельных зданий на основе создания роботизированных монтажных комплексов с программным и адаптивным управлением. На рисунке 2.6 приведена схема роботизированного комплекса для монтажа панелей наружных и внутренних стен и перекрытий жилых зданий. В состав комплекса входит башенный кран, специализированный монтажный робот и растворная станция. Такой комплекс обеспечит автоматизацию всех основных операций: подъем и подачу панелей к месту монтажа, устройство растворной постели, выверку и установку панелей, герметизацию швов. При разработке таких комплексов одновременно должны совершенствоваться способы фиксации панелей, а также конструкция и технология герметизации швов.
Рисунок 2.6. Роботизированный комплекс для монтажа зданий 1 - стрела башенного крана; 2 - монтажный робот; 3 - стеновая панель; 4 - растворопровод
Монтажный робот размещается на подвижной платформе с выдвижными опорными консолями. Один из манипуляторов комплекса служит для ориентации и установки монтируемых конструкций, второй обеспечивает подготовку поверхности и герметизацию швов. Управление работой всех механизмов комплекса, в том числе и башенного крана, осуществляется с пульта дистанционного управления и от микроЭВМ системы управления робота.
Рядом российских исследовательских центров (МГСУ, ВНИ- ИСтройдормаш, ЦНИИОМТП) ведутся работы по разработке кранов-манипуляторов с различными типами связей для монтажа строительных элементов зданий. В зависимости от конкретного назначения в них использованы жесткие, гибкие и комбинированные связи. Некоторые конструкции, с целью обеспечения необходимой точности позиционирования, снабжены устройством для временного опирания ориентирующего органа на перекрытия рабочего горизонта. Особенностью этих конструкций является использование специальных грузозахватных приспособлений с несколькими степенями подвижности, обеспечивающих точную ориентацию монтируемых элементов (рисунок 2.7). Эти устройства обеспечивают корректировку угловых положений монтируемой конструкции в двух плоскостях, разворот относительно вертикальной оси и ее вертикальную посадку. Из предложенных схем кранов-манипуляторов выделим наиболее перспективный вариант, который представлен на рисунке 2.8.
Рисунок 2.7. Грузозахватное ориентирующее устройство 1 - ориентирующий орган; 2 - схват; 3 - шток; 4 - силовой цилиндр; 5 - ползун; 6 - тяги; 7 - гидроцилиндры
Рисунок 2.8. Перспективный вариант крана-манипулятора для монтажных работ
Такая схема, благодаря жестким связям между звеньями, имеет меньшую погрешность позиционирования. Тросовая подвеска противовеса не влияет на точность манипулятора, а его использование позволяет снизить мощность привода. Кроме того, данная схема с вращательными кинематическими парами обладает большей маневренностью и может использоваться для монтажа различных строительных конструкций. Приведенный кран-манипулятор имеет шесть региональных степеней подвижности, отвечающие непосредственно за доставку монтируемого элемента в зону монтажа и установку в проектное положение и одну глобальную. Глобальная степень подвижности представляет собой рельсовый ход. Эта степень подвижности участвует только при межоперационных перемещениях, например при смене места монтажа. Для нее задаются несколько точек позиционирования, в которых будет находиться манипулятор во время монтажа. Обычно этих точек столько же, сколько захваток в строящемся здании. Пятая и шестая степени подвижности отвечают за локальную установку панели в зоне монтажа. Пятая степень подвижности обеспечивает совмещение вертикальной ось панели с вертикалью в плоскости панели, а шестая служит для совмещение горизонтальной оси панели с горизонтальной осью. Требуется еще выставить вертикальную ось панели в плоскости перпендикулярной плоскости панели и выставить горизонтальную ось панели в плоскости панели. Но при точном изготовлении панели, она сама принимает желаемое положение под действием собственного веса.
Для построения монтажных РТК представляют интерес краны-манипуляторы с ориентирующим устройством, связанным со стрелой пространственной канатной подвеской. Применение пространственной канатной подвески позволяет избавиться от крутильных колебаний, возникающих в обычной системе (рисунок 2.9). Пространственная подвеска с канатами, натянутыми силой веса подвешенных масс, воспринимает полную пространственную систему нагрузок как жесткая связь. Несмотря на несовершенство, сложность и громоздкость предлагаемых устройств, отдельные их решения, безусловно, заслуживают внимания и могут быть использованы при разработки современных монтажных роботов и РТК с адаптивным управлением.
Рисунок 2.9. Ориентирующее устройство с пространственной подвеской
В ходе выполнения монтажных операций требуется задание разбивочных осей и постоянный контроль положения строительных элементов и конструкций. Одним из наиболее перспективных методов задания в пространстве базовых осей при выполнении монтажных работ является использование коллимированного лазерного луча. Применение лазерных приборов позволяет не только обеспечить непрерывный визуальный контроль при установке строительных конструкций, но и автоматизировать их ориентирование. Лазерные прибор и системы контроля могут эффективно использоваться при монтаже ленточных фундаментов, стеновых панелей, перегородок, подвесных потолков, колонн, подкрановых путей. Основу этих приборов и систем составляет лазер, излучающий монохроматический, узконаправленный световой луч. Для автоматического контроля используются специальные фотоприемные измерительные устройства, позволяющие определять направление и величину отклонения монтируемых элементов от проектной оси, задаваемой лазерным лучом.
Принцип действия автоматических устройств для измерения отклонений строительных конструкций относительно лазерного луча представлен на рисунке 2.10. Фотоприемное устройство, закрепленное на монтируемом элементе, состоит из оптической матрицы с фотодиодами. Матрица составлена из собирающих линз, которые разделяют световой поток на соответствующие фотодиоды. Последние преобразуют световой поток в электрические сигналы, которые попарно сравниваются относительно вертикальной и горизонтальной осей.
Перспективным направлением автоматизации процесса контроля выполнения монтажных операций является использование матричных фотодиодных панелей, которые в сочетании с микроэлектронными устройствами обработки информации позволяют с высокой точностью регистрировать положение строительных конструкции и выдавать управляющие сигналы исполнительным механизмам.
При монтаже фундаментов, установке колонн и панелей лазерными приборами задаются разбивочные оси основных конструктивных частей здания.
Рисунок 2.10. Фотоэлектрическое устройство контроля положения монтируемых строительных конструкций
Используя отклоняющие устройства, эти оси в процессе работы переносятся на монтажные горизонты. Монтажные краны в этом случае снабжаются специальными траверсами с жестким захватом строительных конструкций. На траверсы устанавливаются фотоприемные устройства, регистрирующие положение монтируемых элементов относительно проектных осей, задаваемых лазерным лучом. При автоматизации установки панелей в проектное положение сигналы с фотодетекторов, пропорциональные величине отклонения, передаются в систему управления монтажным оборудованием.
2.1 Роботизация производства бетонных работ
Современное строительство характеризуется большими объемами выполнения бетонных работ. Объемы использования монолитного бетона и железобетона составляют свыше 130 млн. м 3 и продолжают увеличиваться. Около 80'% объема монолитного бетона используются в промышленном строительстве в первую очередь для возведения конструкции подземных частей зданий и сооружений и фундаментов под технологическое оборудование. Монолитный бетон и железобетон широко применяют для возведения дымовых труб, градирен, силосов, тяжелых колонн, различных резервуаров, энергетических объектов, подпорных стенок, сложных арочных и сводчатых покрытий. Монолитный бетон и железобетон используется для устройства полов, подъездных дорог. Возрастает интерес к монолитным бетонным и железобетонным конструкциям в гражданском строительстве. Монолитные конструкции применяют для строительства высотных зданий общественного назначения и жилых многоэтажных домов. Из монолитного железобетона возводят здания повышенной этажности, характеризующиеся сложными, выразительными по форме планами и сочетаниями объемов. Эффективен монолитный бетон при строительстве в районах с повышенной сейсмичностью.
Главным направлением повышения эффективности бетонных работ является индустриализация заготовительных процессов, широкомасштабное внедрение комплексной механизации и автоматизации на основе использования достижений робототехники и микропроцессорной техники.
Возведение конструкций из монолитного бетона и железобетона включает комплекс работ, который состоит из заготовительных, транспортных и монтажно-укладочных операций. Направления развития технологии бетонных работ предусматривают первоочередное решение задач комплексной механизации подачи, распределения и укладки бетонной смеси. На строительных площадках требуются машины и оборудование, которые бы выполняли непрерывную подачу и укладку бетонной смеси в конструкции и обеспечивали бы заданный темп бетонирования. Причем места укладки бетона могут располагаться как ниже нулевой отметки, так и на значительной высоте от нее. Они могут иметь значительные габариты и объемы. Сократить трудоемкость подачи и укладки бетонной смеси, устранить тяжелый ручной труд и повысить производительность труда позволяет использование бетононасосов, трубопроводного транспорта, специальных бетоноукладчиков, бетоноукладочных стрел-манипуляторов и роботов. Особенно они эффективны при бетонировании больших площадей и возведении монолитных железобетонных зданий. Шарнирно-распределительные стрелы представляют собой манипуляторы с бетонопроводами, имеющие ручное, дистанционное или программное управление. Они монтируются на автобетононасосах, поворотных платформах, временных и стационарных опорах, башенных кранах.
Наибольшее применение на строительных площадках находит автобетононасос с шарнирно-распределительной стрелой. На рисунок 3.1 показан автобетононасос, оборудованный стрелой-манипулятором с гидравлическим управлением. Стрела автобетононасоса состоит из шарнирно-сочленяемых секций, по которым проходит бетонопровод, оканчивающийся гибким рукавом. Стрела-манипулятор имеет от 3 до 5 секций. Такой манипулятор позволяет с одной стоянки машины подавать бетонную смесь на высоту до 22 м в любую точку бетонируемой конструкции в радиусе до 20 м.
Рисунок 3.1. Автобетононасос с шарнирно-распределенной стрелой
Управление положением стрелы ведется машинистом с пульта, расположенного на машине. Некоторые автобетононасосы с шарнирно-распределенной стрелой оснащены системой радиоуправления, позволяющее оператору управлять перемещением стрелы с места укладки бетона. Перевод манипулятора из рабочего в транспортное положение занимает 20--30 мин. Это дает возможность рационально использовать установку на многих объектах. Практика применения автобетононасосов со стрелами-манипуляторами показала их высокую эффективность. Внедрение этого оборудования на объектах с рассредоточенными объемами бетонных работ позволяет устранить трудоемкие операции по укладке бетонной смеси, избавить рабочих от больших затрат физического труда, грязной и вредной работы.
Высокие экономические показатели дает использование стрел-манипуляторов при возведении высотных монолитных зданий и сооружений с помощью переставных и скользящих опалубок. В этом случае на рабочем полу опалубки устанавливается опорная башня с поворотной платформой, на которой монтируется стрела-манипулятор с бетонопроводом (рисунок 3.2).Бетонопровод стрелы через вертикальный трубопровод соединяется с автобетононасосом, располагаемым у основания сооружения.
Рисунок 3.2. Подача бетонной смеси манипулятором при возведении монолитных зданий 1 - скользящая опалубка; 2 - опорная башня; 3 - стрела-манипулятор; 4 - бетонопровод; 5 - автобетононасос; 6 - приемный бункер
Применение манипуляторов для укладки бетонной смеси в монолитном строительстве позволяет исключить ручной труд и автоматизировать этот процесс. Особенно перспективны манипуляторы при бетонировании в скользящей опалубке.
В этом случае можно создать роботизированные скользящие комплексы, обеспечивающие автоматизированную укладку бетонной смеси, ее уплотнение, установку арматуры и управление подъемом опалубки. Создание таких комплексов дело ближайшего будущего. Они дадут возможность значительно расширить объем монолитного строительства и снизить его себестоимость.
Шарнирно распределительные стрелы нашли широкое распространение за рубежом. Они имеют до пяти секций общей длиной до 32 м и выпускаются в комплекте с бетононасосами в стационарном или в съемном вариантах. Ведущими производителями такого оборудования являются Германия и Япония. В Японии разработан робот для горизонтального распределения бетонной смеси в опалубки. Он укрепляется с помощью держателей на временной или постоянной опоре (рисунок 3.3). Манипулятор робота состоит из четырех звеньев коробчатой формы. В местах сочленений звеньев установлены пластмассовые подшипники. Каждое звено поворачивается с помощью гидравлических двигателей. Для улучшения операций укладки бетонной смеси центры вращения звеньев расположены немного эксцентрично по отношению к осям. На переднем звене манипулятора установлен привод для перемещения гибкого рукава в вертикальной плоскости (вверх-вниз), что позволяет легко избегать в процессе бетонирования торчащей арматуры и других препятствий. Для транспортировки бетонной смеси на звеньях манипулятора укреплены трубы диаметром 125 мм, имеющие разъемные соединения. На последнем звене установлен гибкий рукав, соединенный с бетонопроводом. Пульт управления выполнен подвижным и установлен на четвертом звене. Предусмотрено также дистанционное управление роботом. Гидравлический привод обычно размещается на первом звене и обеспечивает плавное перемещение звеньев. Манипулятор снабжается вибраторами для уплотнения бетонной смеси или инструментом для отделочных работ. Масса дополнительной оснастки может достигать 100 кг. В целях безопасности работ на каждом звене манипулятора установлены мигающие сигнальные лампы и звуковые зуммеры, которые начинают работать при включении робота. Четырехсекционная распределительная стрела манипулятора обеспечивает охват рабочей площади до 990 м 2. Максимальная скорость движения рабочего органа при вращении любого звена не превышает 1 м/с. Время монтажа робота на объекте составляет около 1 ч. Робот может работать с производительностью подачи бетонной смеси до 170 м 3/ч. Применение описанного робота на строительстве ряда административных зданий и промышленных объектов с большим объемом бетонных работ позволило исключить тяжелую работу по укладке и уплотнению бетонной смеси, уменьшить число рабочих, занятых на этих операциях, и повысить качество получаемых железобетонных конструкций.
Рисунок 3.3. Манипулятор для горизонтальной укладки бетона
1 - звенья манипулятора; 2 - бетонопровод; 3 - гибкий рукав
Представляет интерес предложенная в Японии система подачи и распределения бетона, состоящая из башенного крана и манипулятора, управляемого одним оператором. Схема исполнительного устройства крана-манипулятора обеспечивает управляемое пространственно ориентирование и позиционирование с заданной точностью. Для этого исполнительное устройство в отличие от традиционных строительных кранов построено по жесткой кинематической схеме.
При производстве бетонных работ на строительных площадках приходится выполнять большой объем ручных операций, связанных с установкой арматуры. Несмотря на применение унифицированных арматурных изделий, их установка характеризуется большой трудоемкостью. Повысить производительность труда и исключить тяжелый ручной труд позволяет применение манипуляторов и робототехнических устройств с комплектом сменных рабочих органов для установки и сварки арматурных сеток.
Автоматизированную укладку тяжелых стержней арматуры обеспечивает робот, разработанный и внедренный в Японии (рисунок 3.4). Он выполнен на базе гидравлического экскаватора и снабжен бортовой микроЭВМ. Его эффективно использовать в промышленном строительстве при укладке большого числа стержней арматуры массой до 100 кг. Применение робота в данном случае значительно сокращает сроки ведения работ, улучшает условия труда и сокращает число рабочих. Система управления машиной предусматривает три режима работы: непосредственное управление из кабины, дистанционное управление с выносного пульта и автоматизированное. Программа управления роботом позволяет автоматически раскладывать крупноразмерные стержни арматуры с фиксированным шагом, устанавливаемым оператор.
Рисунок 3.4. Робот для укладки сварки арматурных стержней
В Японии на строительных площадках нашла применение робототехническая система для чистовой затирки и шлифовки бетонных полов (рисунок 3.5). Она является многофункциональным устройством, которое выполняет движение по незастывшему бетону, производит выравнивание уложенного бетона, нанесение настилки, а также выполняет циклевку и окончательную отделку полов. Система представляет собой мобильный строительный робот, имеющий колесное шасси, двухзвенную руку с рабочим инструментом для обработки пола. Диаметр актуатора 102 см. Система работает в автоматическом режиме по программе, в которой задаются требования к геометрическим параметрам обрабатываемой поверхности пола, а также маршрут и скорость перемещений. Для управления движением применяют гидрокомпас, путеизмерительное устройство с сенсорными датчиками обнаружения проема и касания боковой поверхности. Система управления на базе микроЭВМ обеспечивает автономное движение при управлении от бортовой навигационной системы по данным гидрокомпаса и локатора. Скорость перемещения машины изменяется от 0 до 12 м/мин, а ее производительность составляет 200--300 м 2 обрабатываемой поверхности в 1 ч.
Рисунок 3.5. Робототехническая система для чистовой обработки полов 1 - шасси; 2 - манипулятор; 3 - рабочий инструмент;
Перспективным направлением использования средств робототехники является набрызг-бетонирование. В Норвегии распространение получил роботизированный комплекс для набрызга бетонирования обводненными бетонными смесями. Исполнительное оборудование, управляемое роботами, обеспечивает производительность до 20 м 3/ч, при этом осыпь составляет 5--10%. Насосное и распределительное оборудование монтируется на шасси или на самоходных тележках, а бетонная смесь поступает из автобетоносмесителя. Процессом набрызг-бетонирования управляет оператор.
Анализ отечественного и зарубежного опыта роботизации бетонных работ показывает, что в первую очередь необходимо обеспечить широкое внедрение на строительных объектах манипуляторов и РТК, обеспечивающих подачу, распределение и укладку бетонной смеси. Эти комплексы должны быть мобильны, иметь программное и дистанционное управление. Целесообразно создать 3--4 типоразмерных группы такого оборудования, отличающихся производительностью, высотой подачи, зоной обслуживания. Это оборудование обеспечит комплексную механизацию и автоматизированное управление укладкой и уплотнением бетонных смесей при устройстве фундаментов, бетонных полов, монолитных перекрытий, стен и колонн. Кроме того, необходимо создать комплекс оборудования в стационарном, исполнении для установки на перекрытиях возводимых объектов и на рабочих площадках опалубок. Перспективными следует считать работы по созданию роботизированных скользящих комплексов для строительства монолитных железобетонных зданий и сооружений. Целесообразно внедрять манипуляторы для установки арматурных каркасов, сборки и разборки опалубок.
2.2 Роботы и роботизированные комплексы для штукатурных работ
Штукатурные работы относятся к числу наиболее трудоемких строительных процессов. Несмотря на развитие средств механизации, объем ручных операций на штукатурных работах остается значительным и превышает 60%. Кроме того, выполнения этих работ связано с повышенной влажностью, распылением раствора, вибрацией, что делает этот вид работ мало привлекательным и вредным для здоровья. В связи с этим во многих странах проводятся работы по механизации и автоматизации штукатурных операций, связанных с нанесением штукатурных растворов на поверхность, их разравниванием и затиркой. Одним из перспективных направлений решения этих задач является использования средств робототехники.
Одним из первых применений манипулятора для штукатурных работ является создание в Белоруссии специального многофункционального манипулятора для штукатурных работ (рисунок 4.1). Манипулятор выполнен на трехколесном шасси, на котором смонтированы несущая стойка, привод и блок управления. Вдоль стойки перемещается щит, закрепленный на ползуне, передвигаемом электроприводом. В рабочем положении манипулятор раскрепляется в распор между полом и потолком. При выполнении штукатурных работ у стены монтируют инвентарные маяки, по которым устанавливают плоскость щита манипулятора. Между щитом и стеной образуется полость, куда закачивается раствор. После его схватывания щит отводится от стены и электроприводом поднимается вдоль вертикальной стойки на шаг, равный высоте щита, и вновь прижимается к маякам. После оштукатуривания первой захватки устройство передвигают вдоль стены на ширину щита и процесс повторяется. Манипулятор снабжен цикловой системой управления, которая обеспечивает дистанционное и автоматическое управление в зоне рабочей захватки. Система управления позволяет обеспечить автоматический скользящий режим работы, при котором щит непрерывно перемещается по маякам и непрерывно подается раствор. Несмотря на невысокое качество оштукатуренных поверхностей, испытания показали принципиальную возможность автоматизации штукатурных операций на основе использования достижений робототехники. Они позволили определить основные направления роботизации штукатурных работ.
Подобные документы
Особенности технологии строительства малоэтажного жилого дома. Сравнительный анализ различных видов конструктивных схем. Устройство фундамента, кровли. Каркасные и безкаркасные здания. Основные виды конструктивных систем, применяемых в строительстве.
презентация [4,6 M], добавлен 07.03.2016Анализ опасных факторов при строительстве и эксплуатации объекта. Обоснование проекта стройгенплана. Меры безопасности при выполнении земляных, железобетонных, электросварочных и монтажных работ, правила допуска. Опасные зоны. Проверка устойчивости крана.
контрольная работа [65,6 K], добавлен 07.01.2011Понятие и цель процесса индустриализации в строительстве. Сущность монтажа строительных конструкций, его этапы и методы. Особенности вариантов организации монтажных работ. Состав проекта производства монтажных работ. Варианты доставки сборных конструкций.
презентация [3,3 M], добавлен 28.07.2013История подрядных отношений в строительстве. Понятие договора строительного подряда. Права и обязанности сторон по договору строительного подряда. Особенности подрядных отношений в строительстве. Техническая документация и смета. Сдача и приемка работ.
курсовая работа [40,6 K], добавлен 29.04.2011Повышение качества строительно-монтажных работ и отделочных работ. Основные этапы монтажных работ. Снос стен и демонтаж стяжки. Разводка труб водопровода и канализации. Смещение стояков отопления, горячей и холодной воды. Укладка керамической плитки.
отчет по практике [34,4 K], добавлен 17.05.2011Контроль качества выполняемых работ при строительстве земляного полотна и правила их приемки. Операционный контроль в процессе выполнения и по завершении соответствующих операций. Основные правила приемки работ при строительстве автомобильных дорог.
реферат [66,9 K], добавлен 14.01.2015Характеристика возводимого здания и определение объемов работ. Калькуляция трудовых затрат и заработной платы. Технология и организация каменных и монтажных работ, выбор оборудования и методов. Охрана труда и техника безопасности в строительстве.
курсовая работа [841,8 K], добавлен 06.06.2012Организация и проведение работ по подготовке технических свидетельств о пригодности новых материалов, изделий, конструкций и технологий для применения в строительстве; нормативно-правова база; органы, осуществляющие сертификацию, порядок ее проведения.
реферат [25,3 K], добавлен 15.04.2013Типы размеров объемно-планировочных и конструктивных элементов зданий: номинальные модульные, конструктивные, натурные, их характеристика, условия использования в чертежах. Единая модульная система в строительстве. Простейшие конструкции деревянных ферм.
контрольная работа [17,0 K], добавлен 23.06.2013Изучение технических особенностей конструкций зданий для застройки склонов и описание конструктивных решений террасных сооружений. Исследование способов сохранения поверхности земли и рельефа при подземных, надземных стройках и строительстве на шельфе.
презентация [2,8 M], добавлен 08.08.2013
