Способ контроля положения ковша экскаватора-драглайна

 

Изобретение относится автоматическому измерению эксплуатационных параметров экскаватора-драглайна и предназначается для контроля положения ковша. Цель изобретения - увеличение точности определения координат кромки зубьев; ковша. Дополнительно измеряют с дискретностью 2-5° угол поворота платформы ft, угол наклона платформы в плоскости стрелы Јni, угол отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы (р„ Определяют и запоминают множество значений {sin a, cos ei, tg pi}. Определяют и запоминают для каждой пары значений изменения длин тягового т и подъемного Ini канатов, соответствующие им значения расстояния di между кромкой зубьев ковша и угло вой.осыр стрелы. Определяют для контролируемого положения ковша величину di путем ее выбора в соответствии с фактическими длинами свисающих частей тягового 1Т| и подъемного Ini канатов. Координаты . кромки зубьев ковша определяют в цилиндрической системе координат с осью ординат , совпадающей с осью вращения экскаватора и с осью абсцисс, проходящей по рабочей плоскости пяты экскаватора, по формулам . + n - AXi; fk p +hT ijJk fy ±Д, где г; hi - радиус и высота оси вращения направляющего шкива тягового каната; АХс А ; At/ - приращения координат крышки зубьев ковша в пространстве при отклонении ковша от плоскости стрелы. 2 ил, ел х Ю СП о

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)т Е 02 F 9/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1578281 (21) 4692014/03 (22) 18.05.89 (46) 15.02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Государственный проектно-конструкторский и научна-исследовательский.институт по автоматизации угольной промышленности (72) С.В.Ворончихин, В,Ф.Кузнецов, А,Q.Ïåðìèíoâ и А.И.Филипненка (56) Авторское свидетельство СССР

Й. 1578281, кл. Е 02 F 9/20 от 14.09.88. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ

" КО В ША ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙ НА (57) Изобретение относится к автоматичеСкому измерению эксплуатационных параметров экскаватора-драглайна и предназначается для контроля положения ковша. Цель изобретения — увеличение точности определения координат кромки зубьев ковша. Дополнительно измеряют с дискретностью 2-50 угол поворота платформы р, угол наклона платформы в плоскости стрелы 6 в угол отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы р, OïpåäåëÿИзобретение относится к автоматическому измерению эксплуатационных параметров экскаватора-драглайна при выполнении вскрышных бестранспортных .. работ, в частности, предназначается для коНтроля полОжения ковша в пространстве и является усовершенствованием известного способа контроля положения ковша экскаватора-драглайна по авт. св. ¹ 1578281.

Целью изобретения является упрощение реализации способа при одновремен„„БЫ„„ 1795010 А2 ют и запоминают множество значений (sin а, cos 6, tg p }. Определяют и запоминают для каждой пары значений изменения длин тягового Iran и подъемного lnt канатов, соответствующие им значения расстояния di между кромкой зубьев ковша и угловой. осью стрелы. Определяютдля контролируемого положения ковша величину 4 путем ее выбора в соответствии с фактическими длинами свисающих частей тягового

1 и подъемного l>i канатов. Координаты кромки зубьев ковша определяют в цилиндрической системе координат с осью ординат, совпадающей с осью вращения экскаватора и с осью абсцисс, проходящей по рабочей плоскости пяты экскаватора, по формулам Хы=Х + n - AXE, ф фы = ф + пт + Л у1; +i = ф + Ьф, где г;

ht — радиус и высота оси вращения направляющего шкива тягового каната; АХ1, Лp; Лф — приращения координат крышки зубьев ковша в пространстве при отклонении ковша от плоскости стрелы. 2 ил, (Э ном повышении точности определения ко- .( ординат кромки зубьев ковша.

Н8 фнг.1 показана расчетная схема дая м а определения положения ковша; на фиг.2 — jM структурная схема устройства, реализующего способ контроля положения ковша экскаватара-драглайна.

Предлагаемый способ включает следующие основные операции: — осуществляют физическую модель системы "стрела экскаватора — порожний

1795010 ковш — упряжь ковша — тяговый и подъемный канаты"; — задаются дискретностью изменения длин тягового ITl и подъемного Ini канатов и используя модель, находятдля каждой пары значений IT1 1111 соответствующие им координаты кромки зубьев порожнего ковша xiyi, — зада атся дискретностью изменения углов ei, р, находя г "для каждого возможного значения измег1ения указанных углов функции синуса, косинуса,и тангенса и запоминают множество-этих значений соатветствующ1их углам 8, р, e;csin а, cosG

P tg Pj, 1 .. — запоминают множество значений (ITl Ininxlyi), характеризующих возможное положение подвешенного на тяговом и подъемном канатах порожнего ковша в плоскости стрелы; — определяют и запоминают для каждой пары ITl Inl множество значений расстояний .

di между кромкой зубьев ковша и условной осью ctpGJTbl (ITi In(wdip (9) 10 (10) (12) (13) А-tg p+cos е

Таким образом; в процессе перемещения подвешенного на тяговом и подъемном канатах порожнего ковша по измеренным

Ф значениям свисающих частей тягового К и подьемнаго ini канатов определяют координаты ковша в плоскости стрелы, затем, по измеренным величинам углов:наклона платформы в плоскости стрелы ei, поворота платформы ф и отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы р вычисляют вспомогательные переменные и определя35 ют координаты ковша в цилиндрической системе координат ХУф, при этом ковш может находиться вне вертикальной плоскости стрелы (например, при его раскачивании, или при ускорениях и замедлениях враще4О ния платформы), а поворотная платформа может иметь наклон к горизонтальной плоскости, что и имеет место при эксплуатации экскаватора, При этом, возможные значения (c1j)

45 1.$1п ф (С0$ @) (19 Pß

5О зубьев ковша и существенно упрощает вычислительные процедуры, Последнее обстоятельство позволяет использовать простейшие вычислители при реализации способа.

При определении координат х у в плоскости стрелы учитываются провисы подьемнога и тягового канатов, а также положение ковша в зависимости от его координат в плоскости стрелы. При отклонении ковша от вертикальной плоскости (2) (3) (4) где Nx.N> - радиус вращения и высота точки схода подъемного каната с направляющего шкива;

L — условная ось стрелы (расстояние между точками схода тягового и подъемного канатов с направляющих шкивов); — измеряют угол наклона платформы в плоскости стрелы 81, — измеряют угол поворота платформы экскаватора ф; — измеряют угол отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы <р; — измеряют длины свисающих частей, тягового iTl и подьемного ITi канатов при и Ф перемещении подвешенного на тяговом и подьемногл канатах порожнего ковша;

- определяют координаты кромки зубьев порожнего ковша, подвешенного на тяговом и подъемном канатах, путем выбора

Р 6 соответствующих! lni значений координат . xiy;„ — определяют координаты кромки зубьев ковша в цилиндрической системе коорди.нат ХУф;

Хц=х +гт- Лхг (5)

+kl=yl=hT+ Л yi (6)

gkk = ô + Ьф, (7) где rT,hT — радиус и высота оси вращения направляющего шкива тягового каната;

AX = (8)

>, - (Ь,) -aA ;c ;

2 А,. B;- JB*;-4À С;

2Л;

sin K;4g. Ю, 1.1 A.""

СО 5 Е;

2 () ; Girl Я, 4 g Ц); q );) 1 2 2С05Е;

С i=Ci=xi тц Р

B;=2(tg р + d(ct>s я1) (14)

{ ;- ьх ) 4g. q;

Bg, acct . (15) Х;-И;1ггт

1795010

5 Лyi

МК2ух=di

cos ei (27) l,б = х б + у б (16) Из Л ОМК1:

„2 (1 )г (,)г

Из Л MNK1: но AXi =Ajjitgfi (18) тогда (29) 1

12 (I .)2 12 (19) (30) тогда г (1 т!) -(1= -ги) =(1 n) -(- ni (20) откуда (31) lnl + б. (1 91

1-nl

2L (21) (32) тогда б1 = (Inr) Lni (22)

Ь,<

h)((ЗЗ) 2А, 51п Е 4g Цб+

CoS Е; где (34) К2гхК2х=(хф- Aq)tg р (23) М К2ух=б!-К2ухК1 (24) стрелы на угол ф (угол между горизонтальной проекцией условной оси стрелы и плоскостью направлящего шкива тягового каната) координаты xlyi изменяются, угловая координата положения ковша ф также изменяется (фиг.1).

Из Л ОК1К1х (фиг.1);

Ini = (N xi) + (Ny — yi) (17) т;е. при р =0 координаты кромки зубьев ковша xiyi определя отся путем выборки соответствующих 1и(1 значений, а геометрические соотношения между координатами ковша xiyi и параметрами положения корша описываются выражениями (16)-(22).

При р Ф 0 при тех же значениях 1П 1 1координаты кромки зубьев ковша изменяются на (-Лх) и Лу (фиг.1: отрезки К1х К2х и К1у К2у соответственно).

Аналогично изменяются координаты кромки зубьев ковша при изменении угла на. клона платформы экскаватора, поскольку

Я = Ос +ею(Fni изменяется в пределах й5О).

Определим зависимости Лxi,Ë yi от

6, p . Из A OK2xK2zx (фиг.1):

di=MK1 (25)

di — расстояние между кромкой зубьев ковша и условной осью стрелы (ON).

Но К2ухК1=

Ау;

cos q (26) . тогда подставив (26) в (24), имеем: поскольку K2zxK2x=K2K2yx, то из Л МК2

К2ух имеем:.

d P = (xi — Л х ) tg2 p + (di — )2 (28) d; = (Х; — t-t ; б ) F.;,1 k ) Ц} + б ; — —

co5 E.;

20 =et); 2X;hY;436;tg q;+AY,tf K;t3 Чt

2d; лY, лУ; со5 Е; со5 Й;

2- Ф х t2 бб; (X;9 nE;t q td;)+ б

2 ,(" c., 9 Ч )=0

30 со 5 Е; или А(Лу1 -Bi hyi+ Ci=0 .2 откуда

40 2 (Х; 51п Е; 1 (Я; +"", 1 р5)

Со5 Е, Ci=xi tg p . (36)

Аналогично определяем xi: поскольку Лyi= Лxictg q (37) то выражение (28) имеет следующий вир:

-(К,-И; tit tt,+(g; — " 1 г г г (38) .=К; Я ;-2х;ЬХ; у (ф;+ДХ, $) q. .б

55 - 2с) ДХ; ДХ;

5 1 4 51п E.; или х; tq ц>; — 2.b X; 1а ц» +, +

5 бП Е:(+ax,(Ч б91б . 1=0 (39) 1795010 или

Д x F (tg p + cos 6) — 2 Д х (т9 p +

+di cos @)+хгtg2p =0 или (40) А) Дх -В Axi+Ci=0

> / (41) 8 (В;) -4А;С, (42)

2. А, где

A = tg p+ cos а, (43) (44) Bi=2(tg ф+ Ф сов@) (45) C=xi tg P

Из фиг.1 следует, что при р Ф 0 появляется приращение Дф; которое необходимо учитывать при определении координат кромки зубьев ковша в цилиндрической системе координат XY ф

Из ДО K2xK2zx следует, что (X; " ) g = ьЮ (46) (;- ;) тт Ь(Д;) поскаль.ку,K2zxK2x=(xi- Дх))Щф (47) тогда

Щ=а сt,(48) (Х;-63;)+ v

Следовательно, координаты кромки зубьев ковша в системе координат XY ф определяются выражениями:

Хц=xi+ r - Дхi (49) Уы=у +Ь+ Ayi (50) (51) Пример технической реализации способа показан на фиг,2, где приведена структурная схема устройства. Устройство содержит; датчики длин свисающих частей тягового 1 и подьемного 2 канатов, угла наклона поворотной платформы 3, угла отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы 4, угла поворота платформы 5, Bblчислитель 6 и выходной блок 7. Выходы датчиков 1-5 подключены к входам вычислителя

6, выходы которого подключены к выходному блоку 7.

Вычислитель 6 содержит узел 8 выбора координат кромки зубьев ковша x yi и вспомогательной переменной бь связанный с узлом 9 памяти мно>кество х1, уь dg, узел 10

5 выбора значений sin а, cos ei связанный с узлом 11 памяти множества (sin ei, cos й); узел 12 выбора значений tg р; связанный с узлом 13 памяти множества(tg р), узел 14 определения приращения абсциссы кромки

"0 зубьев ковша, связанный с уэлом15 определения абсциссы кромки зубьев ковша, узел

16 определения приращения ординаты кромки зубьев ковша, связанный с узлом 17 определения ординаты кромки зубьев ков"5 ша, узел 18 определения приращения углового положения кромки зубьев ковша, связанный с узлом 19 определения углового положения кромки зубьев ковша, узел уп. равления 20, связанный с узлами 8, 10, 12, 14-18..Выход узла 14, кроме того, подключен к входу узла 18, выходы узла 8 подключены к соответствующим входам узлов 14-18, выходы узлом 10, 12 подключены к входам узлов 14, 16. Соответствующие входы узлов

15, 18 подключены к источнику сигнала пропорциойально постоянной "зличине rT, к входу узла 17 подключен сиг ал, пропорциональный постоянной величине Ь, к входу узла 10 подключен сигнал пропорциональ30 ный постоянной величине я,, Выход датчи ка 3 связан с входами узла 10 (шина 1— модуль угла гпГ, шины 2,3 — знаки изменения угла "+", "-"), выход датчика 4 связан с входом узла 12 (шина 1 — модуль угла ф, с

35 входами узла 18 (шины 2,3 — знаки изменения угла "+", "-"), выход датчика 5 связан с входами узла 19 (шина 1 — модуль угла ф, шины 2,3 — знаки изменения угла "+", "-").

Работа устройства, В узел памяти 9 записывают с принятой дискретностью для каждой пары значений hi l>l множество соответствующих координат кромки зубьев ковша х у и вспомогательной переменной

4. В узлы памяти 11, 13 записывают соответственно значения синусов и косинусов углов и =8<+8 i итангенсовуглов р, при этом дискретность измерения углов принимается в пределах 2-5 в зависимости от линейных размеров зкскаватори. При перемещении ковша в пространстве с выходов датчиков 1,2 на узел 8 поступают сигналы пропорциональные l>fl>i, который по команР де узла управления 20 осуществляет выбор иэ множества (xiyidi ) соответствующих значений. Указанные сигналы поступают на соответствующие входы узлов 14-18. На входы узла 10 поступают сигналы пропорциональные е< и е . В узле 10 по команде узла упа равления 20 осуществляется

1795010 алгебраическое суммирование углов и выбор из множества(э!и е, сов cij соответствующих значений, которые поступают на входы узлов 14, 16. На вход узла 12 поступает с выхода датчика 4 сигнал, пропорциональный модулю угла р. Узел 12 по команде узла управления 20 обеспечивает выбор из множества1тц p$ соответствующего значения. Указанный сигнал поступает на входы узлов 14, 16. В свою очередь по команде узла управления 20 на выходе узла 14 формируется сигнал Лxi (формулы 8, 10-12), который поступает на вход узла 15 и 18. На выходе узла 16 формируется сигнал Лу (формулы 9, 12-14), который поступает нэ вход узла 17. На выходе узла 18 формирует. ся сигнал Ьф (формула 15), который поступает на вход узла 19, на второй вход которого поступает сигнал ф с выхода датФ чика 5, По команде узла управления 20 на выходах узлов 15, 17, 19 соответственно по формулам 5, 6, 7 формируются сигналы, характеризующие координаты ХцУц фд кромки. зубьев подвешенного на тяговом и подъемном канатах ковша пр изменяющихся значениях in, 1ть col, p, ф . Численные значения координат ковша индицируются на выходном блоке 7.

Таким образом. устройством формируЕтся информация, характеризующая координаты кромки зубьев порожнего ковша, Формула изобретения

Способ контроля положения ковша экскаватора-драглайна по авт.св. ¹ 1578281, отличающийся тем, что, с целью упрощения и увеличения точности, дополнительно измеряют с дискретностью 2-5 углы поворота платформы ф, наклона платформы в плоскости стрелы e>l и отклонения ковша от вертикальной плоскости стрелы р, при этом определят и запоминают множество значений1"з1п е, cos 6, tg р), определяют для контролируемого положения ковша величины stn й, cosq, tg p путем их выбора в соответствии с фактическими значениями углов el, p, определяют и запоминают для каждой пары значений изменения длин тягового 1 и подъемного 4( канатов, соответствующие им значения . вспомогательной переменной бь определяют для контролируемого положения ковша подвешенного на подьемном и тяговом канатах, что позволяет определять координаты любой точки в рабочей зоне забоя, т,е. определять фактические значения парамет5 ров паспорта экскавации.

Технико-экономические преимущества способа заключаются в следующем. Практическое использование способа позволит снизить обьемы переэкскавации в сложных

10 бестранспортных технологических схемах за счет ликвидации нарушений заданных параметров паспорта экскавации, По предварительной оценке указанное обстоятельство позволит увеличить фактическую

15 производительность экскаватора на вскрыше за счет ликвидации бесполезной работы не менее, чем на 5%.

Экономическая эффективность от использования способа на драглайне типа

20 ЭШ20.90 составит

Эг=Се К п Vr 3gon=

=0,1 х 0,05 х 3 х 10 -.7000=8000 руб., где С,=-0,1 оуб. — средняя стоимость переработки 1 м горной массы;

25 Куем=0,05 — коэффициент увеличения производительности;

V =3-10 м — средняя годовая произвоб 3 дительность экскаватора;

Здсп=7000 руб, — ориентировочные до30. полнительные затраты, связанные с оснащением экскаватора соответствующигди средствами и их эксплуатацией, величину вспомогательной переменной di путем ее выбора в соответствии с фактическими длинами свисающих частей тягового

4 и подъемного 1пг канатов, а координатьг

Ф кромки зубьев ковша определяют в цилиндрической.системе координат с осью ординат, совпадающей с осью вращения экскаватора, и с осью абсцисс, проходящей по рабочей плоскости пяты экскаватора, по формулам

Хц=.x i+ rT- Ьц

Yki=yi+h>+ hyi.

Qi =ф Ьф где гт, hT — радиус и высота оси вращения направляющего шкива тягового каната;

Ь хь hyi,Ëô — приращения координат кромки зубьев ковша в пространстве при отклонении ковша от плоскости стрелы.

1795010

Составитель С.Ворончихин

Техред М,Моргентал Корректор Н;Слободяник

Редактор

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

Заказ 4О9 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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