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.

В первую очередь это относится к технологии разравнивания и за­тирки штукатурного слоя. Рабочая оснастка на этих операциях дол­жна обеспечивать сложные поступательно-вращательные движе­ния. Японской фирмой «Симидзу кэнцэцу» разрабатывается техно­логия штукатурных работ с помощью роботизированной установки. Она включает ходовой агрегат, который обеспечивает передвиже­ние в пределах перемещения с автоматическим обходом простен­ков, колонн и препятствий. Использование этой установки на за­тирке цементной стяжки показало достаточно высокое качество об­работанной поверхности и хорошую производительность. Роботизированной установкой было обработано около 10 тыс. м2 поверхностей. С середины 80-х годов прошлого века разработки в области роботизации штукатурных работ ведутся рядом научных центров России: ЦНИИОМТП, ВНИИСтройдормаш, Новочеркас­ский политехнический институт (ныне Южно-Российский государ­ственный технический университет) и др. Этими организациями проведена большая работа по разработке требований к штукатур­ным роботам и манипуляторам, технологических схем производст­ва работ и проработке конструктивных решений.

Анализ технологии штукатурных работ, средств их механиза­ции, а также выполненные технические и экспериментальные работы по роботизации процессов нанесения растворов и затирки поверхности позволяет сделать вывод о целесообразности создания для штукатурных работ передвижных РТК.

Рисунок 4.1. Манипулятор для штукатурных работ на подвижной

платформе 1 — шасси; 2 — стойка телескопическая; 3 — привод; 4 — пульт управления; 5 — щит

В состав такого комп­лекса должны входить: установка для приема, перемешивания и транспортировки раствора и известкового молока, растворонасос­ные установки для подачи материала к рабочему инструменту, ав­томатические манипуляторы, снабженные рабочими органами для нанесения и разравнивания слоев раствора и затирки поверхности. Такие комплексы позволят выполнять набрызг, уплотнение и раз­равнивание обрызга, грунтовки и накрывки поверхности. В них должны быть предусмотрены регулировка усилия прижатия уплот­няющих и затирочных механизмов, контроль качества поверхности и выверка ее горизонтальности и вертикальности. Комплексы дол­жны иметь дистанционное и программное управление, обеспечи­вающее выполнение заданной схемы оштукатуривания.

Компоновочная схема автоматического манипулятора для шту­катурных работ, входящего в составе роботизированного комплек­са, приведена на рисунке 4.2. Такой робот может использоваться при отделочных работах в жилых и общественных зданиях. Он представляет собой мобильную конструкцию на мини — шасси. Основой манипулятора является телескопическая штанга, которая в процессе работы распирается между полом и потолком. Манипу­лятор, установленный на штанге, имеет два звена и может пере­двигаться вдоль штанги. Рабочий орган может занимать горизон­тальное и вертикальное положения. Это позволяет вести оштука­туривание стен и потолков. Рабочий орган снабжается сменным набором рабочего инструмента. Подача команд и корректировка программы робота осуществляются с местного пульта ПУ или пу­льта инфракрасного дистанционного управления ПДУ. Эти команды поступают в устройство управления УУ, которое на их основе формирует управляющие воздействия для звеньев манипу­лятора и рабочего органа РО. Положение звеньев манипулятора контролируется датчиками положения ДП. Для контроля качества поверхности используются устройство контроля УКК и акустиче­ские датчики ДА. Мобильные платформы штукатурных роботов могут использовать шагающие, гусеничные, колесные или гибрид­ные механизмы передвижения. Такие роботы позволяют решать задачу комплексной автоматизации штукатурных работ в жилищ­ном и гражданском строительстве

Рисунок 4.2. Строительный робот для штукатурных работ 1 — мини-шасси, 2 — телескопическая штанга, 3 — манипулятор, 4 — рабочий орган, М — манипулятор, РО — рабочий орган с соплом, УУ — устройство управления, ДП — датчики положения, ДА — датчик акустический, УКК — устройство контроля качества поверхности, ПУ — пульт управления, ПДУ — пульт дистанционного управления, В — воздух, Р — раствор, Э — электроэнергия

Роботизированный комплекс, включающий группу рассмотрен­ных роботов, дает возможность вести работы поточно-расчленен­ным методом (рисунок 4.3). Раствор к манипуляторам подается растворонасосом из бункера-смесителя штукатурной станции, уста­навливаемого у подъезда здания. Здесь же размещается установка для приема и перекачки известкового молока. На лестничной пло­щадке размещают растворопровод, к которому подсоединяют ра­бочие органы манипуляторов. Сжатый воздух подают от компрес­сорного агрегата, находящегося на лестничных площадках. В каче­стве рабочих органов манипуляторов, входящих в состав этих комплексов, используются приспособления для механизированно­го нанесения растворов. Однако для робототехнических систем необходимы форсунки, которые могут работать с растворами лю­бой консистенции, выполнять обрызг, грунтование поверхности и наносить накрывки. При этом они должны снабжаться электро­магнитными или электромеханическими вентилями для регулиро­вания подачи воздуха, а также иметь устройства для автоматиче­ского регулирования размера факела. Таким образом, форсунка как рабочий орган строительного робота снабжается регулировоч­ными элементами, обеспечивающими в процессе работы автома­тическое управление диаграммой распыления и степенью раздроб­ления струи. Размер выходного отверстия сопла выбирают так, чтобы обеспечивалась необходимая скорость раствора на выходе из сопла, создающая надежное сцепление раствора с поверхно­стью. В связи с тем, что скорость раствора на выходе из сопла определяется скоростью его движения по трубопроводу, в форсун­ках робототехнических систем должно предусматриваться регули­рование размера выходного отверстия. Режим работы рабочего ин­струмента определяется требуемым расходом материала и подле жит контролю и управлению. Качество нанесения слоя раствора определяется расстоянием между выходным отверстием форсунки и поверхностью, а также зависит от угла наклона сопла. Поэтому при роботизации необходимо предусматривать стабилизацию угла наклона сопла и автоматическое регулирование расстояние его до поверхности.

Рисунок 4.3. Роботизированный комплекс для выполнения штукатурных работ 1 — манипулятор; 2 — штукатурная станция; 3 — электрораспределительный щит; 4 — растворонасос; 5 — приемный бункер; 6 — растворопровод; 7 — компресор; I-V — виды операций: подготовка, обрызг, грунтовка, накрывка и затирка

Для разглаживания и затирки лицевого штукатурного слоя ма­нипуляторы снабжают штукатурно-затирочными органами. На первой стадии роботизации могут быть использоваться пневмати­ческие и электрические затирочные машинки. При создании спе­циализированных роботов для штукатурных работ нужны специа­льные рабочие органы, выполняющие затирочные операции, ко­торые должны иметь встроенный привод и комплект съемного затирочного инструмента. Робот, снабженный такими рабочими органами, должен выполнять механизированную затирку накрывочного слоя, затирку цементно-песчаного раствора на поверхно­сти железобетонных панелей, шлифовку прошпаклеванных верти­кальных и горизонтальных поверхностей. При создании затироч­ного инструмента должна предусматриваться автоматическая стабилизация удельного давления затирочного диска на обрабаты­ваемую поверхность и регулирование его величины в зависимости от состава раствора и времени его нанесения, а также регулирова­ние скорости вращения дисков. Затирочная плоскость дисков мо­жет иметь увеличенную по сравнению с ручными затирочными машинками площадь. Так как процесс затирки происходит при смачивании поверхности, то к рабочему органу робота предусмат­ривается подвод воды с регулированием ее подачи.

Наряду с рассмотренным вариантом штукатурного инструмен­та, обеспечивающего набрызг материала соплом со сжатым возду­хом, предлагалось использование и других вариантов. Идея одного из них состоит в подачи штукатурного раствора посредством вра­щающегося валка из погружной ванны и равномерное прижатие его с определенным усилием к стене. Такая технология позволяет достичь строго определенного прижатия раствора к поверхности и совместить операции нанесения раствора с разравниванием шту­катурки. Однако при такой технологии остаются переходы в мес­тах сопряжения стен с потолком и полом. Интересным представ­ляется вариант штукатурного инструмента в виде замкнутой каме­ры с уплотнительными элементами. В этом случае образуется ровная поверхность и сглаживаются все неровности исходной по­верхности, при этом за одну операцию выполняется нанесение и разравнивание штукатурки. Однако это не позволяет гибко на­страиваться на обработку ниш и выступов. Очень простым по конструкции является штукатурный инструмент с открытой каме­рой и встроенной затирочной рейкой. Он состоит из простой пли­ты с несколькими отверстиями для подачи материала и примыка­ющей к ней по периметру затирочной рейки. Простота конструк­ции, совмещение операций нанесения материала и его разравнивания одним инструментом. Однако требуются дополни­тельные исследования оптимальной степени заполнения инстру­мента, а также выяснения достаточности схватывания штукатур­ного слоя с поверхностью стены.

При роботизации штукатурных работ одновременно рассматри­ваются и решаются вопросы автоматизации приготовления и транспортировки раствора. Оборудование передвижных раствор­ных узлов, входящих в состав РТК, снабжается средствами конт­роля, защиты, автоматического и дистанционного управления. На трубопроводе, подающем растворы, на этажи здания, устанавлива­ют электромагнитные клапаны для управления подачей, а также датчики давления для регулирования режима работы насосных аг­регатов. В составе роботизированных штукатурных комплексов включаются автоматизированные штукатурно-смесительные агре­гаты с дистанционным управлением. Для подачи растворов в ком­плекте с манипуляторами используются плунжерные одноступен­чатые горизонтальные насосы, входящие в состав штукатурных аг­регатов и станций. При выполнении большого объема штукатурных работ наиболее эффективным является использова­ние штукатурной машины, располагаемой на рабочем этаже, в ко­торую компрессором подается сухая штукатурка из силоса разме­щенного на нулевой отметке здания. Длина подводимого к роботу растворовода для подачи готового штукатурного раствора может составлять 10—15м.

При автоматическом управлении процессом оштукатуривания система управления снабжается группой алгоритмов, выполняю­щих следующие операции. В состав алгоритмического обеспече­ния штукатурного робота включаются алгоритмы компенсации ошибок, возникающих вследствие неровности пола, выверки ин­струмента на заданную толщину слоя, измерения расстояния до стены и поддержания требуемой ориентации инструмента. Кроме того, система управления должна иметь алгоритмы обработки из­мерительной информации обеспечивающие оценку поверхности стены в рабочей зоне и отслеживающую наличие и габариты име­ющихся проемов и границы обрабатываемых поверхностей. Для управления штукатурным роботом используются также алгорит­мы, обеспечивающие выполнения инструментом меандрового движения при нанесении раствора на стену и его разравнивании и алгоритмы производящие автоматическую смену рабочей позиции при достижении конца рабочего участка стены.

Дата добавления: 2015-05-29