Автоматизация копания грунта одноковшовым экскаватором

Одноковшовые экскаваторы выполняют до 38% земляных работ в строительстве. При ручном управлении ими на зачистку и планировку дна котлована после копания остается слой грунта до 20 см. Поэтому внедрение на экскаваторах микропроцессоров и лазерных информационно-измерительных устройств для управления процессом копания позволяет повысить точность и качество выполняемых работ, снизить трудозатраты и численность обслуживающего персонала. В одноковшовых экскаваторах используются различные виды указанных устройств.

В одном случае при автоматизации работы экскаватора с обратной лопатой на рытье траншей приемник лазерного излучения крепится на ковше экскаватора (рис. 5).

Рисунок 5 Лазерная система автоматизации контроля работы экскаватора.

Лазерный излучатель устанавливается на дне траншеи в начале ее разработки с направлением пучка лазера вдоль оси траншеи с проектным углом наклона.

В кабине машиниста располагается информационно-индикаторное устройство, на экране которого он по положению (перемещению) лазерного пятна определяет величину и направление отклонения ковша от заданных отметок и устанавливает ковш в требуемое положение.

Другая автономно-копирная система управления одноковшовым экскаватором по лучу лазера состоит из лазерного излучателя, информационно-измерительного устройства с датчиками Д1… Д5, установленными в шарнирах крепления рабочего оборудования, и механизмом перемещения фотоприемного устройства 3, а также микропроцессорного устройства 6, реализующего заданный закон управления рабочим процессом машины (рис. 10.40). Во время работы микропроцессорное устройство по сигналам датчиков вырабатывает управляющие сигналы, поступающие на исполнительные устройства, т. е. на гидроцилиндры положения стрелы, рукоятки ковша для поддержания заданной глубины копания и требуемого угла резания. Управление работой машины осуществляется рукояткой, а рабочие параметры высвечиваются на дисплее. При этой системе копание производится вручную по индикатору глубины копания, а на зачистных операциях включается автоматическая система управления, обеспечивающая заданную глубину копания, прямолинейность траектории движения режущей кромки ковша и заданный угол резания.

Наибольшую эффективность использования экскаваторов с лазерными системами дает применение бортовых микрокомпьютеров. В этом случае в память компьютера вносятся все необходимые данные, такие как геометрические размеры котлована, углы откосов, емкость, угол поворота, высота подъема ковша. Тогда во время работы в компьютер автоматически поступают сигналы с фотоприемника, а затем на исполнительные устройства для «моментальной» корректировки выполняемого процесса по отрывке траншеи или котлована.

Рисунок 6 Автономно-копирная система управления экскаватором.

Для гидравлических одноковшовых экскаваторов и погрузчиков, выполняющих длительные работы с постоянно повторяющимися циклами, разработана компьютерная система управления погрузочными работами. Наиболее эффективно эта система используется при отрывке траншей, планировке откосов, погрузке разрабатываемых материалов в транспортные средства, в шахтах и т. п. Она позволяет частично освободить машиниста от ручного управления при многократных повторениях выполняемых операций.

Управление работающим в карьере экскаватором, оборудованным компьютерной системой, осуществляется следующим образом. Вначале машинист в ручном механизированном режиме управления выполняет все операции рабочего цикла экскаватора: заполнение ковша разрабатываемым материалом и его перемещение в горизонтальной и вертикальной плоскостях, остановка над самосвалом, разгрузка и возвращение в первоначальное положение. Запоминающее устройство компьютера фиксирует поступающую от датчиков информацию о проделанной траектории и скоростях движения ковша, о расположении самосвала и возможных помехах на пути следования ковша, например, задний борт самосвала. В результате обработки полученных данных компьютер устанавливает оптимальную траекторию и максимально возможные скорости перемещения ковша независимо от квалификации работающего машиниста и эргономических показателей, определяющих взаимодействие между оператором и машиной.

Разработанная компьютером программа оптимального перемещения ковша приводится в действие системой автоматики после включения соответствующей кнопки на пульте управления. Работа машиниста в ручном режиме остается только при заполнении ковша материалом. При перемещении экскаватора или погрузке во вновь прибывший самосвал необходимо опять выполнить один цикл в ручном режиме, заново «обучая» компьютер. С помощью переключателя машинист при необходимости в любой момент может перейти на ручное механизированное управление.

Благодаря применению компьютерной системы управления не только повышается, но и стабилизируется максимально возможная производительность машины.

Рисунок 7 Автоматизированная система управления рабочим органом одноковшового экскаватора: а — общий вид; б — запасовка каната управляющей связи.

Для повышения эффективности использования гидравлических одноковшовых экскаваторов при выполнении планировочных и зачистных работ на них устанавливается автоматизированная система управления рабочим органом. Эта система (рис. 7) выполнена с однопроводной управляющей связью и состоит из датчика положения ковша, датчиков и положения рукояти и стрелы, каната управляющей связи, рычага 13 и аппаратуры управления гидрораспределителем ковша.

Датчик кулачкового типа закреплен на оси рычага шестизвенного механизма, управляющего положением ковша при работе.

Датчики в виде канатных блоков свободно установлены на осях поворота рукояти и стрелы. Канат проходит по блоку-датчику, по направляющим и поддерживающим блокам и крепится одним концом на кулачке, а другим — на блоке.

Для натяжения каната используется пружина кручения, закрепленная одним концом на пальце оси стрелы, а другим соединенная с блоком.

Рычаг управляющей связи через фрикционный механизм также соединен с датчиком, выполняющим одновременно и функцию суммирующего устройства, а конец рычага при работе экскаватора взаимодействует с толкателем системы управления. Управление поворотом ковша из плоскости копания осуществляется гидроцилиндрами.

Работы по планировке земляных поверхностей осуществляются следующим образом. Ковш устанавливается на грунт плоской частью передней стенки, а стрела переводится в плавающее положение с одновременным включением фрикционного механизма.

При включении в работу гидроцидиндра рукоять поворачивается и изменяет угловое положение ковша относительно планируемой поверхности. При этом посредством каната (при включенном фрикционном механизме) осуществляется поворот рычага и перемещение толкателя системы управления. Последний включает гидрораспределитель ковша и происходит перемещение штока гидроцилиндра.

Ковш возвращается в первоначальное угловое, относительно планируемой поверхности, положение. При перемещении штока рычаг поворачивается вместе с датчиком кулачкового типа и вызывает противоположное направление движения каната, датчика и рычага.

После этого гидрораспределитель ковша закрывается. Поворот датчика и рычага, а также натяжение каната происходят под действием пружины кручения, что исключает возможность проскальзывания каната в направляющих ручьях блоков датчика.

В результате при изменении положения рукояти следящая система позволяет сохранить первоначальное положение режущей кромки ковша.