Способ наблюдения за процессом загрузки приемных сосудов экскаватором-драглайном

 

Изобретение относится к автоматизированному управлению экскаваторами-драглайнами при выполнении загрузки приемных сосудов (ПС) ограниченных габаритов . Цель изобретения-повышение производительности экскаватора-драглайна за счет сокращения времени наведения ковша на место разгрузки при сохранении точности наведения. Устанавливают телекамеру на стреле на расстоянии, равном радиусу разгрузки, а оптическую ось направляют вертикально. На экране видеомонитора устанавливают специальное приспособление, обеспечивающее определенное положение ковша по отношению к приемному сосуду, и контролируют перемещение горной массы в приемный сосуд. Дополнительно измеряют высоту уступа расположения приемного сосуда относительно уровня земной поверхности , расстояние от телевизионной камеры до уровня земной поверхности, длину изображения расстояния от оптической оси телекамеры до задней кромки ковша в момент начала его опрокидывания и размер ширины изображения ковша. Задают размер ширины ковша, высоту ПС, максимальное и минимальное допустимые расстояния между верхними срезами ковша и ПС в момент зависания ковша над ПС, линейное увеличение телевизионной системы, линейный размер экрана по вертикали, скорость транспортирования ковша и время реакции машиниста. По измеренным и заданным параметрам определяют по приведенной математической зависимости фокусное расстояние объекта. Это определяет производительность экскаватора-драглайна, так как включает все технические показатели технологической цепочки при наведении на место разгрузки.7 ил. ч а Os О о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 Е 02 F 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4725504/03 (22) 31.05.89 (46) 29.02.92;Бюл.М 8 (71) Институт горного дела им,А.А.Скочинского (72) И.Л.Гейхман, С.М.Гвоздев, В.Ю;Лузаков, И.Л.Мордухович и Н.И.Беляков (53) 622.619(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М

1308715, кл. Е 02 F 3/48, 1987, Авторское свидетельство СССР М

1602947, кл. Е 02 F 9/20, 1988. (54) СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПРОЦЕССОМ ЗАГРУЗКИ ПРИЕМНЫХ СОСУДОВ

Э КС КАВАТО РОМ-ДРАГЛАЙ Н ОМ (57) Изобретение относится к автоматизированному управлению экскаваторами-драглайнами при выполнении загрузки . приемных сосудов (ПС) ограниченных габаритов. Цель изобретения — повышение производительности экскаватора-драглайна засчет сокращения времени наведения ковша на место разгрузки при сохранении точности наведения. Устанавливают телекамеру на стреле на расстоянии, равном радиусу разгрузки, а оптическую ось направляют вертикально. На экране видеомонитора.ус-

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к применению экскаваторов-драглайнов для загрузки приемных сосудов ограниченных габаритов; в частности транспортных средств, а также к автоматизации технологического цикла при использовании экскаваторов-драглайнов,с применением диалоговой системы, и может быть использовано на открытых горных работах.

<19>5Uоо 1716008 А1 танавливают специальное приспособление, обеспечивающее определенное положение ковша по отношению к приемному сосуду, и контролируют перемещение горной массы в приемный сосуд. Дополнительно измеряют высоту уступа расположения приемного сосуда относительно уровня земной поверхности, расстояние от телевизионной камеры до уровня земной поверхности, длину изображения расстояния от оптической оси телекамеры до задней кромки ковша в момент начала его опрокидывания и размер ширины изображения ковша. Задают размер ширины ковша, высоту ПС, максимальное и минимальное допустимые расстояния между верхними срезами ковша и ПС в момент зависания ковша над ПС, линейное увеличение телевизионной системы, линейный размер экрана по вертикали, скорость транспортирования ковша и время реакции машиниста, По измеренным и заданным параметрам определяют по приведенной математической зависимости фокусное расстояние обьекта. Это определяет производительность экскаватора-драглайна, так как включает все технические показатели технологической цепочки при наведении на место разгрузки. 7 ил.

Цель изобретения — повышение производительности экскаватора-драглайна за счет сокращения времени наведения ковша на место разгрузки при сохранении. точности наведения.

На фиг.1 изображен экскаватор-драглайн с установленной на стреле телекаме, рой, осуществляющий погрузку приемного сосуда (железнодорожного думпкара) общий вид; на фиг.2 — то же, осуществляющий

1716008 верхнюю погрузку приемного сосуда; на фиг.3- варианты расположения ковша драглайна на иэображении перед началом его опрокидывания; на фиг.4 — блок-схема основных частей телевизионной системы со вспомогательными приспособлениями на экране видеомонитора; на фиг.5 — иэображение на экране видеомонитора в кабине машиниста в момент зависания ковша над транспортным сосудом перед его разгрузкой с наложением на него центральной вертикальной линии, горизонтальной метки и вертикальных, контрольных меток; на фиг.6 — варианты написания на экран видеомонитора приспособлений для наведения с центральной вертикальной линией, с горизонтальной и вертикальной метками; на фиг.7 — драглайн, вид сверху.

По известным габаритным размерам приемного сосуда и ковша (пусть, например, C — ширина приемного сосуда, 0— ширина ковша) определяют соотношение между этими габаритами на экране видеомонитора и фокусным расстоянием оптической системы телекамеры F, и высоты зависания ковша над приемным сосудом h» (фиг.1 и 2). Вводят обозначения Сз и Сиз— ширина приемного сосуда на экране видеомонитора и на изображении, формируемом оптической системой телекамеры на ее фотомишени, бз u d» — аналогичные величины для ширины ковша, при этом

Г= — = — увеличение размера изооз

Сиз d» бражения при переносе с фотомишени на экран видеомонитора. Высоту й» зависания ковша над приемным сосудом определяют как расстояние по вертйкали между верхним срезом приемного сосуда и верхним срезом ковша, которые визуально наблюдают на изображении. m- расстояние от верхнего среза приемного сосуда до главной плоскости оптической системы телекамеры (объектива), m» — расстояние от главной плоскости оптической системы до изображения.

Согласно законам геометрической оптики

1 (1)

m к m»

m .h» m»

Поскольку

P P» где P — линейный размер поля зрения телекамеры;

Риз-длина секции накопления (фотомишени телекамеры), имеем

1+ — — (1+ )= — „ Отсюда

F—

P + Риз

P .

5 (3) где Рэ — длина экрана видеомонитора.

Если известны Ho — высота уступа, на котором расположен приемный сосуд, и L— высота подвеса телекамеры относительно

10 уровня драглайна, тогда

i = Hoo+A+m где А — высота приемного сосуда:

m — расстояние от телекамеры до верхнего среза приемного сосуда, Тогда формулу для фокусного расстояния оптической системы телекамеры можно переписать в виде F— (4) Сз С CF СРиз(п — hê)

Г m pITI

40 (8) Учитывают, что операции масштабирования проводится относительно верхнего среза ковша при средней высоте h» его зависания над приемным сосудом, определяемой как

50 Ьмин+пмакс

Ьк

2 где ймин и ймакс — минимально и максимально допустимые высоты зависания ковша над приемным сосудом.

По аналогии с приведенными для d» и

- Сиз

+ 1 1 D 1 (g) в:Е m„mmm. а„,„„,тт- „„g С

Выведемформулудля ширины изображения ковша бэ. Посколь0 m "к ку имеем

Стиз Приз

1 + 0 1 (5)

m Ьк бизе% И к Г

С учетом (3) и (4) т "" = =К=- т- - p сттт" 6>

0F DF ОР

Аналогично получают формулу для ширины изображения приемного сосуда Сз.

При этом, считая, что h»«m, расфокусировкой изображения приемного сосуда пренебm С регаем. Поскольку — = то глиз Сиз

35 —,„— — + — р. (7)

+ С 1

Сучетом(3)и(4) 1716008 откуда с учетом (3 )и (4)

dg„„„DP„m — h, — у — бизиин (10)

Аналогично, бэмакс ОРиз m — hz 5 ма макс (1 1)

Если известна высота уступа Но на котором относительно уровня стояния драглайна расположен приемный сосуд, а также длина экрана видеомонитора в кабине маши(12) ниста ба макс

Таким образом, определена функция нижнего предела ширины изображения ковша для минимальной высоты зависания h H ковша над приемным сосудом биз мин (m) (или бэ мин (Но)) и аналогичнаЯ фУнкциЯ веР- 20 хнего предела ширины изображения ковша для максимальной высоты зависания Ьмакс ковша над приемным сосудом биз макс (m) (или бэ макс (Но)).

Прй, управлении процессов разгрузки 25 ковша с помощью изображения, формируемого телекамерой на стреле, машинистдолжен успеть среагировать на появление ковша на изображении на экране видеомонитора и произвести необходимые манипу- 30 ляции с органами управления разгрузкой ковша. Если известна скорость Ч, транспортирования ковша в горизонтальной плоскости, то можно определить время 4, проходящее с момента вхождения ковша в 35 поле зрения телекамеры, до момента начала опрокидывания ковша по формуле

Устанавливая время тк равным времени (р, необходимым машинисту для оценки ситуации и принятия соответствующих мер по управлению ковшом, которое мы назовем, временем реакции машиниста, имеем для. поля зрения телекамеры

P=2(Vgtp g ). (14) 55

При этом предполагаем, что при транс-. портировании ковша расстояние между уровнем верхних кромок ковша и приемного сосуда равно

Чк где у — расстояние по горизонтали между 40 задней кромкой ковша в момент начала его опрокидывания и оптической осью телекамеры:

P — расстояние, охватываемое полем зрения телекамеры вдоль линии транспор- 45 ти рован и я -ковша в плоскости, п роходя щей через верхний срез ковша (фиг,3).

11минН1макс Ьмин+" макс

2 2 где пмин и пмакс — минимально и максимально допустимые высоты зависания ковша над приемным сосудом (расстояния между уровнями верхних кромок ковша и приемного сосуда).

Если в момент начала опрокидывания ковша оптическая ось телекамеры проходит через середину ковша, тогда параметр P равен

P.=2V tp-g где g — длина ковша (фиг.3).

Аналогично, если в момент начала опрокидывания ковша оптическая ось телекамеры проходит через режущую кромку ковша (фиг.3) параметр P равен

P =2(Vgtp-g)

Параметр у, входящий в формулу (14), можно определить по подобию размеров изображения с размерами в натуре в плоскости, перпендикулярной оптической оси телекамеры и проходящей через верхний срез ковша при его транспортировании к месту разгрузки. В предложении, что расстояние между верхними срезами ковша и приемного сосуда равно Ьк (соответствие высоты зависания ковша над приемным сосудом), величину йк можно контролировать, например, по соотношению величины зазора между ковшами и приемным сосудом при зависании первого над вторым, и величины высоты приемного сосуда, можно записать для произвольного фокусного расстояния

F0:Zx= D где D — ширина ковша

Х и d> — образы величин и D на экране видеомонитора, xD откуда „=-гэ

Величина 0 известна х и de можно измерить на экране видеомонитора, например, с помощью линейки или нанесения на экран шкалы.

Следовательно, можно определить у.

Способ может быть реализован в следующем устройстве (фиг.2).

Экскаватор-драглайн содержит ковш 1, корпус со стрелой 2, поворотную платформу

3, тяговый канат 4, лебедку 5 тяги, подъемный канат 6, лебедку 7 подъема видеомонитор 8, установленный в кабине машиниста, телекамеру 9, установленную на стреле над местом разгрузки, приемный сосуд 10, в который производится разгрузка горной массы. Экран видеомонитора оснащен приспособлением 11 для наведения. На фиг.4 изображен пульт 12 управления, опре1716008 деляющий возможность управления меха- с барабана лебедки 5 тяги и наматывания низмом перефокусировки телекамеры. подъемного каната 6 на барабан лебедки 7

На фиг.5 и 6 изображены приспособле- подъема. Машинист драглайна по изобрания для наведения, которыми оснащается жению на экране установленного в его кабиэкран видеомонитора. Прицельные приспо- 5 не видеомонитора 8, формируемомусобления содержат вертикальную линию 13, установленной на стреле драглайна телекапроходящую через центр экрана и совпада- мерой 9, ожидает момента появления либо ющую на изображении сосью стрелы, гори-. приемного сосуда 10, в который ведется зонтальную метку 14, совпадающую с разгрузка ковша, либо ковша при его подтяизображением режущей кромки ковша в мо- 10 гивании к концу стрелы. Если ковш появляментначалаего разгрузки,двепары верти- ется на экране раньше транспортного кальных контрольных меток 15, расстояние сосуда, машинист осуществляет останов его между которыми равно d ци для ближних подтягивания до момента точной установки к центральной вертикальной линии меток стрелы на место разгрузки. Установка стреи d M„g для дальних к центральной 15 лы наместо разгрузки осуществляется снавертикальной линии меток, вспомогатель-. чала через стадию выбора места разгрузки ную горизонтальную линию 16. по результатам визуальной оценки машиниЗаметим, что может быть несколько раз- ста на экране степени загрузки внутренней личных вариантов выполнения приспособ- полости транспортного сосуда 10, а затем ления для наведения (фиг.6) в зависимости 20 через стадию наведения стрелы на выбранот точки расположения телекамеры, направ- ное место разгрузки по совпадению центления визирования, фокусного расстояния ральной вертикальной линии 13 фиг,6), объектива, размеров фотомишени телека- нанесенной на поверхности экрана видеомеры и экрана видеомонитора и т.п. На монитора, с серединой выбранного места фиг.6 изображен случай, когда оптическая 25 разгрузки, ось телекамеры привязана к центру масс Одновременно с установкой стрелы над ковша в момент начала его опрокидывания, выбранным местом разгрузки машинист по и горизонтальнаяметка14находится вниж- совмещаемости изображения ближнего к ней части экрана, Фиг.6 соответствует слу- нему борта транспортного сосуда с горизончаю, когда оптическая ось телекамеры 30 тальной меткой 14, нанесенной на экране привязана к режущей кромке ковша в мо- видеомонитора и определяющей положемент начала его опрокидывания. В этом слу- ние режущей кромки ковша в момент начала чае горизонтальная метка совпадает со его разгрузки, оценивает, насколько точно вспомогательной центральной горизон- произойдет выгрузка содержимого ковша в тальной линией 16. Попутно заметим, что 35 транспортный сосуд. для случая на фиг.б параметр P=2(V

=(к1р9

Конструктивно приспособление наве- появление на экране с целью непрерывного дения может быть выполнено, например, 40 вывода к месту разгрузки. Если ковш вошел . путем нанесения рисунка непосредственно в поле зрения телекамеры до установки на поверхности экрана видеомонитора кра- стрелы над местом "разгрузки, и.его движесящими веществами с возможностью его ние было остановлено, машинист прерывапоследующего смывания (стирания), либо ет останов ковша и продолжает процесс путем наложения на экран пленки с рисун- 45 подтягивания ковша к месту разгрузки. Одком, или путем наложения рисунка из ните- новременно с подтягиванием вошедшего в видных материалов с фиксацией последних поле зрения телекамеры ковша к месту разпо периферии экрана, например, с по- грузки машинист осуществляет проверку мощью клеевых или изоляционных матери- нахождения ковша в допустимых пределах алов, а также другими способами. 50 высоты его зависания над транспортным соСпособ загрузки транспортных средств судом по вписываемости ширины ковша на экскаватором-драглайном осуществляют изображении в промежуток, определяемый следующим образом. вертикальными метками 15, нанесенными

Ковш 1 (фиг.1 и 2), наполненный грун- на экране видеомонитора, и при необходитом, открывается от забоя, после чего кор- 55,мости осуществляет коррекцию высоты за- пус со стрелой 2 начинает поворачиваться висания ковша с помощью подъемного вокруг поворотной платформы 3 к месту раз- каната. Если высота зависания ковша нахогрузки. Одновременно ведется транспорти- дится в -допустимых пределах, машинист рование ковша с грунтом в сторону конца продолжает отпускатьтяговый канат вплоть стрелы за сч т е ы за счет отпускания тягового каната 4 до начала опрокидывания ковша и переме1716008

10 щения его содержимого в транспортный сосуд. При этом в момент начала опрокидывания ковша (его можно идентифицировать с началом высыпания вынимаемой породы из ковша) его режущая кромка на изображении 5 совмещается с нанесенной на экране горизонтальной меткой и ближним к машинисту бортом транспортного сосуда.

После разгрузки ковша в транспортный сосуд подъемная лебедка 7 начинает нама- 10 тывать подъемный канат до тех пор, пока опрокинутый ковш не поднимется над транспортным сосудом на высоту, исключающую механический контакт между ними.

После этого тяговый лебедкой начинает на- 15 матываться тяговый канат, а стрела начинает посредством поворота выводить ковш из эоны разгрузки. В процессе работы машинист драглайна с помощью пульта 12 управления осуществляет фокусировку 20 телекамеры. Фокусное расстояние объектива телекамеры выбирают из условий, описанных выше, что в конечном счете определяет производительность экскаватора-драглайна, так как включает все техниче- 25 ские показатели технологической цепочки при наведении на место разгрузки.

Формула. изобретения

Способ наблюдения за процессом загрузки приемных сосудов экскаватором- 30 драглайном, включающий телевизионное наблюдение за перемещением ковшу к приемному сосуду, установку ковша по телевизионному изображению в заданной зоне, и контроль перемещения горной массы в при- 35 емный сосуд, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности экскаватора-драглайна за счет сокращения времени наведения ковша на место разгрузки при сохранении точности наведения, измеряют высоту уступа расположения приемного сосуда Но относительно уровня земной поверхности, измеряют расстояние

L от телевизионной камеры до уровня земной поверхности, измеряют длину х изображения расстояния, от оптической оси телевизионной камеры в пространстве объектов до задней кромки ковша в момент начала его опрокидывания, по изображению видеомонитора — размер ширины изображения ковша бэ; задают размер ширины ковша D, высоту приемного сосуда А, максимальное смаке и минимальное hMMH допустимые расстояния между верхними срезами ковша и приемного сосуда в момент зависания ковша над приемным сосудом, линейное увеличение Гтелевизионной системы, линейный размер экрана по вертикали Рэ, скорость транспортирования ковша Чк, время реакции машиниста tp, определяют фокусное расстояние объектива F no формуле причем телевизионную камеру устанавливают на расстоянии, равном радиусу разгрузки ковша, а оптическую ось ее направляют вертикально вниз.

1716008

1716008

1716008

Г

I !

I !

I

1 !

buirn

Фиг. 4

1716008

45 . 50

Составитель А. Мартынов

Редактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 588 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101