1. Введение
При проведении строительных работ вне населенных пунктов, например, при прокладке нефте и газопроводов, строительстве новых объектов вне городской среды, разработке новых месторождений и т. д., возникает сложность, которая заключается в отсутствии
коммуникации с внешним миром. Сама сложность заключается не столько в большой удалённости, сколько в проблемах, возникающих при передвижении по просёлочной местности. Протяжённость таких путей может измеряться от нескольких десятков километров до нескольких сотен километров [1], [2], [3].
При таких условиях сложно оценить эффективность применения общепринятой специализированной техники для строительных работ. Вследствие чего возникает потребность оборудовать строительные площадки центрами базирования техники специального назначения. Возведение и снабжение центров для каждой строительной площадки приведёт к значительным расходам ресурсов. Для оптимизации затрачиваемых материальных ресурсов предлагается внедрение автономной технологической техники и комплексов.
Развитие автономных транспортных средств и комплексов, выполняющих операции в сложных условиях, — это востребованное направление [4], [5]. Наличие специальной техники для обеспечения строительных работ позволяют повысить эффективность и безопасность их выполнения. Выполненные разработки позволяют лучшим образом адаптироваться к нестандартным ситуациям таким образом, чтобы выполнить работы качественно и в заданные сроки.
Целью работы является проведение исследований возможности применения транспортных средств специального назначения роботизированного типа для использования в строительной отрасли.
2. Методы и принципы исследования
При детальном изучении внутреннего строения современной специализированной техники можно обнаружить обилие электронных компонентов и высокотехнологического оборудования. Функционал у каждого из узлов или агрегатов может отличаться, но в совокупности их прямое назначение — обеспечить лучшие условия работоспособности машины. Из чего следует, что уровень современного обеспечения транспортных средств специального назначения в значительной степени влияет на его функциональность. Поэтому возникает потребность в исследовании инновационных технологических решений.
Постепенная модернизация машин и комплексов служит для расширения границ их применения. Так, из наиболее востребованных развивающихся технологий выделяют средства дистанционного управления. Отличительной особенностью удалённого способа пилотирования можно выделить обширную вариативность применения и мобильность в действиях. Данную модель управления можно интегрировать в различные области, связанных с использованием транспортных средств. В случаях с повышенной опасностью, требуется применять технику дистанционного управления. В частности, для подобных условий предусматривается технология удалённого пилотирования.
Внедрение автономной техники и комплексов дистанционного пилотирования в строительной отрасли будет одним из способов решения проблемы безопасности и точности позиционирования. Идея заключается в размещении единого пункта базирования комплекса в равноудалённой близости от нескольких точек приложения. Механизация трудового процесса поспособствует разгрузки мощностей предприятий и обеспечит благоприятные условия безопасности жизнедеятельности. В состав комплекса входит базовая машина для обеспечения телекоммуникации, связи и управления над пилотируемыми машинами. В связке с основной техникой следует машина сопровождения с краново-манипуляторной установкой, основной функцией которой является перемещение крупногабаритных объектов.
Рабочий процесс выстраивается таким образом, чтобы управление комплексом осуществлялось из единой базы. Для обеспечения и поддержания непрерывной работы в зоне проведения работ задействуется телекоммуникационная станция транслирования сигнала связи от центра управления непосредственно к комплексу.
3. Основные результаты
Для разработки и моделирования строительной машины было использовано программное обеспечение «КОМПАС 3D» [6]. Разработанный прототип представляет универсальную платформу, разработанную специально для внедрения модуля с дистанционным управлением непосредственно в конструкцию кабины водителя. Техническое оснащение в качестве камер кругового обзора обеспечивает наблюдение за передвижением техники без необходимости сопровождающего члена экипажа. Средства наружного наблюдения могут служить для обнаружения объектов даже в условиях затруднённой видимости на местности. Результаты моделирования изображены в графическом виде на рисунке 1.
Прототипы строительных машин входящих в роботизированный комплекс: а – машина разграждения; б – машина для прокладки траншейных путей
В одном из предыдущих исследований [7] приводились результаты сравнения разных типов движителей, где были выявлены достоинства и недостатки двигателя внутреннего сгорания и электрической силовой установки (рис. 2).
Графики внешней скоростной характеристики: а – дизельного двигателя; б – электрического двигателя
Из графиков можно видеть расхождение зависимости мощности от крутящего момента. Поэтому от выбранного типа двигателя зависит определённый стиль управления техникой. Для более манёвренного и скоростного варианта передвижения электрическая компоновка двигателя будет более предпочтительной. Однако в условиях экстремальной эксплуатации электродвигатель может испытывать некоторые трудности с запасом хода, что может привести к его неработоспособности. Вследствие чего следует позаботиться над продолжительностью работы электрической силовой установки. В качестве модернизации тяговых характеристик специализированной техники возможна интеграция нескольких типов двигателей одновременно. Данная модель силовой установки называется гибридной, которая позволяет повысить автономность работы установки. Посредством смены режима работы силовой установки на двигатель внутреннего сгорания происходит процесс рекуперации.
Внедрение шасси гусеничного типа обеспечат повышенную проходимость на затрудненных участках пересеченной местности из-за большей площади контакта с грунтом. В сравнении с колесной базой оказывают меньшее давление на почву и не испытывают трудностей с тяговыми качествами [8]. Больший дорожный просвет, а также низкий центр тяжести в совокупности являются неотъемлемыми показателями в холмистой и горных местностях.
4. Обсуждение
Особенностью техники специального назначения можно выделить принцип двойного назначения [9], [10]. Возможность видоизменять конструкцию открывает новые возможности для современного потребителя. Посредством установки соответствующего навесного оборудования получится внедрить технику практически в любую структуру строительной отрасли. Таким образом, универсальная инженерная машина придёт на смену устаревшей технике и обеспечит лучшие условия работоспособности. Так, например, машина может использоваться в качестве тягача на смену тракторам, для приведения в действие разнообразного оборудования. При помощи установленного отвала появляется возможность для взаимодействия с различными типами препятствий и их перемещения. Функция дистанционного управления обеспечит возможность автоматизировать технологические процессы, а также контролировать обстановку на расстоянии.
5. Заключение
Полученный результат представляет уникальную разработку автономного мультифункционального комплекса. Основной задачей комплекса является обеспечение проведения строительных работ. В перечень комплекса входят несколько специализированных средств, способных решить ряд важных задач: обеспечение связи в труднодоступных условиях, проведение землеустроительных работ, устранение препятствий в зоне проведения работ, расширение логистических систем. В совокупности комплекс предназначен для обеспечения работ на местах строительства, в труднодоступных местах (месторождениях, местах прокладки трубопроводных магистралей и т.д.) где отсутствуют общественные и экономические блага. Вследствие чего принесёт большой вклад в развитие строительной отрасли в целом.