Устройство для автоматического регулирования положения ковша гидравлического экскаватора

 

Изобретение относится к автоматизации положения рабочего органа строительных и землеройных машин, предназначенных для отрывки котлованов над подземными токопроводящими коммуникациями. Цель изобретения - повьшение безопасности проведения (Л (О ел 00 со ел 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 E 02 Р 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ.СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3837114/22-03 (22) 04. 01. 85 (46) 23.09.86. Вюл. У 35 (72) А.В.Колченко, Н.П.Чеченев и С.М.Рак (53) 621.879.3(088.8) (56) Патент CIIIA и 3817411, кл. Е 02 Г 9/24, опублик. 1974.

Заявка ФРГ Р 2620809, кл. F02 Г 3/42,,опублик. 1976.

„.SU„„258958 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ KOB8IA ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к автоматиз ации п оложе ния р аб о ч е го ор ган а строительных и землеройных машин, предназначенных для отрывки котлованов над подземными токопроводящими коммуникациями. Цель изобретения— повышение безопасности проведения земляных работ при неравномерной глубине залегания подземных коммуникаций (ПК). Устройство включает индукционную рамку 16, генератор 15, индукционные магнитоприемники (ИИП)

8 и 12, корректор 9, фазовращатель

13, сумматор 14, коммутатор 10, определитель экстремума 17, индикатор

18, делитель 11, датчики 1 и 2 угла отклонения рукояти и ковша, .косинусные преобразователи 4 и 5, блок 3 ввода постоянных длины ковша, расстояния от точки поворота ковша до точки крепления ИМП 8 и 12 к рукояти и толщины слоя, оставляемого над

ПК грунта, и блок 6 управления приводом.7 стрелы. Генератор 15 вырабатывает низкочастотные сигналы. Вокруг кабеля ПК 22 создается магнитное поле, которое наводит ЭДС в ИМП

1258958

8 и 12. При нахождении ИИП 8 над кабелем ЭДС в нем максимальна, о чем подается сигнал с определителя экстремума 17 на индикатор 18. В делите" ле 11 непрерывно определяется расстояние (Н) от точки крепления ИМП

8 и 12 к рукояти до ПК. С помощью датчиков 1 и 2 и блока 3 определяется расстояние по вертикали от этой точки крепления до режущей кромки ковша (РКК). По разности (АН) этих расстояний в блоке 6 определяется расстояние между PKK и ПК. При достижении дН заданного блоком 3 значения формируется управляющий сигнал на привод 7 стрелы, Изменяется про" странственное положение стрелы. При этом заданное расстояние между ПК и

PKK сохраняется. Тем самым ПК предохраняется от повреждения. 4 ил.

Изобретение относится к устройст«вам для автоматического регулирования положения рабочего органа строительных машин и может быть использовано в землеройных машинах, предназначенных для отрывки котлованов над подземными токопроводящими комму- никациями, в частности в гидравлических экскаваторах.

Целью изобретения является повышение надежности эа счет обеспечения безопасности проведения земельных работ при неравномерной глубине залегания подземных коммуникаций.

На фиг.1 представлен экскаватор (общий вид) и блок-схема устройства, на фиг. 2 — корректор; на фиг. 3— косинусный преобразователь; на фиг. 4 - блок управления привода стрелы..

Устройство содержит датчик 1 угла отклонения рукояти экскаватора от.гравитационной вертикали, датчик

2 угла отклонения ковша экскаватора от гравитационной вертикали, блок

3 ввода постоянных длины ковша, рас.стояния от точки поворота ковша до точки крепления индукционных магнитоприемников к рукояти экскаватора и толщины слоя оставляемого над. подземной коммуникацией грунта, первый косинусный преобразователь 4, второй косинусный преобразователь

5, блок 6 управления приводом стре5 лы, привод 7 стрелы экскаватора, второй индукционный магнитоприемник

8, корректор 9, коммутатор 10, делитель 11, первый индукционный магнитоприемник 12, фазовращатель 13, сумматор 14, генератор 15, индукционную рамку 16, определитель 17 экстремума, индикатор 18, ковш 19, рукоять 20 экскаватора, стрелу 21 экскаватора, подземную коммуникацию

22, кронштейн 23, привод 24 кронштейна, штангу:25, на которую крепятся индукциойные магнитоприемники, точ ку 26 крепления маятника к рукояти экскаватора.

Корректор 9 содержит ключевой усилитель 27, исполнительный элемент

28 в виде, например, контактов реле, блок 29 памяти, исполнительный эле25 мент 30 в виде, например, контактов реле, датчик 31 угла поворота плат-. формы экскаватора с рабочим оборудованием, исполнительный элемент 32 в виде, например, контактов реле, 1б первый блок 33 вычитания, второй блок 34 вычитания, датчик 35 угла по1258958

10 где

3 ворота кронштейна, третий блок 36 вычитания,. электродвигатель 37, редуктор 38, потенциометр 39, Косинусный преобразователь может содержать преобразователь 40 угла отклонения рабочего оборудования (рукояти или ковша)от гравитационной вертикали в напряжение, пропорцио" нальное косинусу угла отклонения, блок 41 умножения, инвертор 42.

Блок управления приводом стрелы может содержать сумматор 43, блок 44 сравнения.

Индукционный магнитоприемник (ИМ) f 5 (блоки 8 и 12) представляе собой катушку индуктивности, намотанную на ферритовый сердечник и подключенную к буферному усилителю, предназначенному для согласования ИМ с последую- 20 щим каскадом. ИМ предназначен для преобразования напряженности магнитного поля в электрическое напряжение.

Два индукционных магнитоприемника идентичны. Крепятся они на противопо- 25 ложных концах штанги 25 на фиксированном расстоянии 1 друг от друга

° таким образом, чтобы их продольные оси были перпендикулярны штанге.

Штанга, в свою очередь, жестко кре- Ç0 пится около второго индукционного магнитоприемника к маятнику, шарнирно крепящегося к рукояти 20 экскаватора в точке 26. При любом отклонении рукояти 20 экскаватора продольная ось маятника совпадает с гравитационной вертикалью. Длина маятника выбирается из условия ограничения влияния больших металлических масс (рукояти экскаватора) на наводимую ЭДС 40 в-индукционных магнитонриемниках.

Делитель 11 — блок, представляющий собой логометрический преобразователь с временным разделением каналов передачи сигналов, выходное напряжение 45 которого пропорционально величине

u = Н=у — Л-. + r, Е

Е -Е

Н вЂ” расстояние между точкой 50 крепления к рукояти экскаватора и подземной коммуникацией; r — расстояние между точкой крепления штанги к маятни- Sg ку и точкой крепления маятника к рукояти экскаватора, 4 расстояние между продольными осями первого и второго индукционных магнитоприемников, E,,E — ЭДС, наводимые соответственно в первом и втором магнитоприемнике.

Устройство для автоматического регулирования положения ковша гидравлического экскаватора работает следую-, щим образом (работу рассматриваем при отрывке котлована над кабелем).

При помощи коммутатора 10 происходит включение устройства в режим

"Поиск подземной коммуникации". При этом включается генератор 15, который начинает подавать низкочастотные сигналы в индукционную рамку 16. За счет взаимоиндукции индукционной рамки 16 с кабелем 22 в цепи: оболочка кабеля — земля протекает ток.

Одновременно происходит подключение выхода второго индукционного магнитоприемника 8 через коммутатор 10 к входу определителя 17 экстремума.

Ток, протекающий по цепи: оболочка кабеля — земля, создает вокруг кабеля магнитное поле, которое наводит

ЭДС Е во втором индукционном магнитоприемнике 8.

За счет поворота платформы экскаватора производят перемещение ковша

19 в районе разработки котлована до тех пор, пока второй индукционный магнитоприемник 8 не окажется над кабелем 22. Тогда наводимая в нем

ЭДС будет максимальная. При максимальном значении ЭДС, поступающей на вход дифференциатора определителя 17 экстремума на выходе дифференциатора будет нулевой по уровню сигнал, который поступает на вход компаратора нуля определителя 17 экстремума, в результате чего он срабатывает, так как порог его сра" батывания рассчитан на нулевой по уровню сигнал. С выхода компаратора нуля определителя 17 экстремума сигнал поступает на индикатор 18, сигнализирующий о том, что ковш 19 находится над кабелем 22, по которому машинист экскаватора прекращает перемещения ковша, а также сигнал поступит на второй вход корректора 9.

Корректор 9 выполняет две функции: формирует управляющий сигнал, поступающий на вход привода кронштейна 24, который обеспечивает по5 125895 стоянное расположение индукционной рамки 16 над кабелем 22 при повороте платформы экскаватора, корректирует значение Е при отклонении втос -2 рого индукционного магнитоприемника

8 от номинального положения, т.е. такого положения, при котором он находится над кабелем 22. Эта корректировка необходима для устранения погрешностей при изменении Е, обус- 1О ловленных отклонениями второго ИМ от номинального положения.

Сигнал с выхода датчика 31 угла поворота платформы экскаватора, пропорциональный этому углу, непрерывно поступает через исполнительный элемент 28 на вход блока 29 памяти, где и запоминается.

При приходе сигнала с выходаопределителя 17 экстремума, на вход клю-. 2p чевого усилителя 28 происходит его срабатывание, отключение входа блока

29 памяти от выхода датчика 31 угла поворота платформы и подключение выхода датчика 31 угла поворота 25 платформы через исполнительный элемент 32 к первому входу первого блока 33 вычитания, ко второму входу которого через исполнительный элемент 30 подключается выход блока 29 памяти.

На выходе первого блока вычитания находится нулевой по уровню сигнал, так как сигналы с выходов блоков 29 и 3 1 равны друг другу.

Далее при помощи коммутатора 10 устройство включается в режим "Определение глубины", в результате чего отключается второй индукционный магнитоприемник 8 от входа определителя

17 экстремума и.подключается выход корректора 9 и вьгход сумматора 14 через коммутатор 10 к соответствующим входам делителя 11. Генератор 15 продолжает быть включенным. . 45

Начинается процесс копания котлована.

При помощи датчика 1 угла отклонения и преобразователя 40 первого косинусного преобразователя 4 происходит преобразование угла отклонения рукояти экскаватора от гравитационной вертикали (угла Ы ) в напряжение, пропорциональное косинусу этого угла, которое подается на первый блок 41 умножения, на второй вход подается напряжение с первого выхода блока 3 ввода, пропорциональное расстоянию

8 б

Ь . На выходе блока 41 умножения будет напряжение, пропорциональное произведению L .созо, которое поступает на вход ийвертора 42, на выходе которого будет напряжение, пропорцио- нальное произведению L соз, но с обратным знаком, т.е.

U» -1 cosoL .

Одновременно при помощи датчика

2 угла отклонения ковша экскаватора от гравитационной вертикали и второг о ко сину с но го прео бр аз ов ателя 5 происходит вычисление прбизведения (-L cos В), где  — угол. отклонения ковша от гравитационной вертикали (угол, образованный гравитационной, вертикалью Й прямой, соединяющей точку поворота ковша с его режущей кромкой). Процесс вычисления этого произведения аналогичен процессу вычисления произведения (-L ° созд-).

Отличие заключается в том, что со второго выхода блока 3 ввода ггостоянных на второй вход второго косинусного преобразователя.5.подается напряжение, пропорциональное величине L

На первый вход решающего блока 6 поступает напряжение, пропорциональное (-L созе ), на второй вход напряжейие, пропорциональное (-L„. "

° cos й), а на третий вход решающего блока 6 с третьего выхода блока 3 ввода постоянных поступает напряжение, пропорциональное 6 Н, .

Ток, протекающий по цепи: оболочка кабеля — земля, создает вокруг кабеля 22 магнитное поле, наводящее в первом и во втором индукционньгх магнитоприемниках (блоки 12 и 8)

ЭДС, соответственно Е„ и Е2. т

Сигнал Е, через фазовращатель 13, предназначенный для сдвига фаз между сигналами, поступающими с первого и второго индукционных магнитоприемников точно на 180, поступает на второй вход сумматора 14. Сигнал Е с выхода второго индукционного маг" нитоприемника 8 поступает на первый вход корректора 9.

Так как нет отклонений второго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения (положения над кабелем), то на выходе корректора 9 будет сигнал Е cos О = E2.

7 12589

При отклонении втброго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения за счет поворота платформы экскаватора на угол, происходит корректировка значения Е сле2 дующим образом.

Напряжение с выхода датчика 31 угла поворота платформы экскаватора, пропорциональное углу, поступает через исполнительный элемент 32 на вто- 1о рой вход первого блока, 33 вычитания, на второй вход которого с выхода блока 29 памяти через исполнительный элемент 30 подается напряжение, пропорциональное запомненному углу g . 15

На выходе первого блока 33 вычитания появляется напяржение рассогласования, пропорциональное разности а2 = т — ф, которое поступает на о первый вход третьего блока вычита- 2р ния 36, на второй вход которого поступает напряжение с первого выхода потенциометра 39, пропорциональное углу поворота платформы экскаватора в момент времени поступления сигнала с выхода определителя 17 экстремума, т.е. пропорциональное углу ф о

На выходе третьего блока 36 вычитания появится напряжение, пропорциональное разности ф — Г, подающееся на вход малооборотного двигателя 37, который через редуктор 38 приводит во вращение движок потенциометра 39. Вращение будет продолжаться до тех пор,. пока движок потенциометра 39 не повернется на угол а, в результате чего на выходе третьего блока 36 вычитания будет нулевое напряжение и двигатель прекратит вращение. На втором выходе потенцио- 4О метра 39 будет сигнал, равный произведению E - cos а g, поступаниций .на первый вход сумматора 14 и через первый вход коммутатора 10 — на первый вход определителя 11 отношения.

Таким образом, осуществляется кор45 ректировка сигнала Е при отклонении второго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения.

Е

НН= g +г

Е,--Е

25 или при отклонении второго индукцион-. ного магнитоприемника 8 от номинального положения

U HE Е, сряду + Е -Е .созау я — Ь cos В

К и формирует управляющий сигнал на привод стрелы 7 экскаватора следующим образом.

Напряжения, пропорциональные

Н „- Ьч cosd — Ь cos 8, складываются в сумматоре 43, в результате чего на его выходе будет напряжение, пропорциональное дН, которое поступает на первый вход блока 44 сравнения, на второй вход которого с третьего выхода блока 3 ввода посто,янных поступает напряжение, пропорциональное ДН, .

Напряжение на выходе блока 44 сравнения появится только в том случае, если разность AH — а Н (О. Напряжение с выхода блока 44 сравнения подается на вход привода стрелы 7

Напряжение, пропорциональное а, 0 поступает и на первый вход второго блока 34 вычитания, на второй вход которого поступает напряжение с выхода датчика.35 угла поворота кронштейна 23, пропорциональное углу Ф 55 (углу, образованному продольной осью кронштейна 23 и ею же при таком положении кронштейна, когда его про-, 58 8 дольная ось в одной вертикальной плоскости с рабочим оборудованием экскаватора), при котором индукционная рамка 16 находится над кабелем

22. На выходе второго блока 34 вычитания будет сигнал рассогласования, поступающий на привод кронштейна 24.

Под действием этого сигнала будет происходить поворот кронштейна 23 относительно точки его крепления к платформе экскаватора на угол ау

Таким образом, обеспечивается постоянное расположение индукционной рамки 16 над кабелем 22.

На выходе сумматора 14 будет сигнал, равный разности Š— E (или скорректированный сигнал Е„-Eicosa/), поступающий через второй вход коммутатора 10 на второй вход делителя 11, на выходе которого будет напряжение, пропорциональное величине и которое поступает на четвертый вход решающего блока 6. ,Блок 6 управления приводом стрелы определяет расстояние между кабелем 22 и режущей кромкой ковша 19 по формуле

Е - cosa/ аН = 1 + r — L созоновЂ

Е,-Е созд ф 3

М л р/аиду Амф Юл ло Ю

ОтЕ

mal

9 12 экскаватора, который изменяет пространственное положение стрелы экскаватора sa счет ее поднятия, Поднятие стрелы будет происходить до тех пор, пока напряжение на выходе блока 44 сравнения не станет равным нулю.

Таким образом, значение Н не становится меньше дНО, и тем самым обеспечиваются сохранность подземной коммуникации и безопасность работающего на экскаваторе машиниста.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство для автоматического регулирования положения ковша гидравлического экскаватора, содержащее индикатор, блок ввода постоянных, первый выход которого подключен к первому входу блока управления приводом стрелы, датчик угла отклонения ковша и датчик угла отклонения рукояти, о т л.и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности за счет обеспечения безопаснЬсти проведения земляных работ при нерав номерной глубине залегания подземных коммуникаций, устройство снабжено двумя косинусными преобразователями, корректором, фаэовращателем, сумматором, коммутатором, определителем экстремума, генератором, делителем, инцукционной рамкой и двумя индук58958 10. ционными магнитопрнемниками, выход первого из которых подключен через фазовращатель к первому входу сумматора, выход которого подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого подключены к входам делителя, выход которого подключен к второму входу блока управления приводом, стрелы, выход второ10 го индукционного магнитоприемника подключен к первому входу корректора и к второму входу коммутатора, выход корректора подключен к второму входу сумматора и к третьему вхо15 ду коммутатора, третий выход которо" го подключен через генератор к индукционной рамке, четвертый выход коммутатора через определитель экстремума подключен к входу индикатора

20 и к второму входу корректора, а вто.рой выход блока ввода постоянных подключен к первому входу первого косинусного преобразователя, к второму входу которого подключен датчик

25 угла отклонения рукояти, а выход подключен к третьему входу блока управления приводом стрелы, третий выход блока ввода постоянных подключен к первому входу второго ко"

gp синусного преобразователя, к второму входу которого подключен датчик угла отклонения ковша, а выход второго косинусного преобразователя .подключен к четвертому входу блока

1 . управления приводом стрелы.

1258958

Я

ff Хлю уР

Г

СРюхж !

dinw

ГАкгиЯз,&юга 3 ((rue 3

СРыхжУа

Ап жа 4

ЕРыжЖ

& та 5

С/жми

& сма Ф

Ю х йг

Ф о о фи2

Составитель Л.Виноградов

Редактор П.Коссей Текред.Л.Сердюкова Корректор А.Зимокосов

Заказ 5098/31 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4