МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Городского строительства и архитектуры»

КОНТРОЛЬНО - КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Строительные машины и оборудование»

«Робототехника в строительстве»

Выполнил: студент гр. Б360833в Седов М.С

Проверил: доцент кафедры ГСиА Костенко Ю.А.

Тула,2015

Содержание

Содержание 2

1 Технология и особенности применения средств роботизации в строительстве 4

2 Роботизированные комплексы для выполнения монтажных работ 10

3 Роботизация производства бетонных работ 24

4 Роботы и роботизированные комплексы для штукатурных работ 32

5 Малярные роботы и роботизированные комплексы 40

6 Роботизация земляных и свайных работ 46

Заключение 53

Список использованной литературы 55

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.

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.