Устройство для определения положения экскавационной машины в пространстве

 

ОП ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.06.80 (21) 2942165/29-03 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Е 02 F 3/48

Гее дарстеелемй кемитет па делам лзебретенлй и еткрмтнй, Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 28.06.82 (53) УДК 621.879..38 (088.8) t

А. М. Мартынов, Ю. В. Плеханов, В. Д. Потапов и А.1Й.,Филинпенко: к

Государственный проектно-конструкторский и научно- -, исследовательский институт по автоматизации ужщьы ц промышленности и Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕ,ЛЕНИЯ ПО.ЛОЖЕНИЯ

ЭКСКАВАЦИОННОЙ МАШИНЫ В ПРОСТРАНСТВЕ

Изобретение относится к автоматическому измерению параметров работы экскавационных машин, а именно экскаваторадраглайна, и, в частности, предназначено для автоматического определения аппликаты точки состояния экскаватора при его передвижке в процессе экскавации.

Известны различные устройства для определения основных параметров работы экскаватора (1) и (2).

Известно устройство для определения положения экскавационной машины в пространстве, а именно карьерного экскаватора, содержащее датчик пути перемещения, датчик угла наклона, связанный с ними выходной блок, вычислитель, блок задания опорной плоскости, блок определения совмещения контролируемой точки, которые связаны между собой (3).

Однако указанное устройство весьма сложно по структуре, поскольку в нем предусматривается задание линии перемещения экскаватора в пространстве и Ее отработка следящей системой, выходные сигналы которой воздействуют на приводы экскаватора. Кроме того, такое решение устройства способствует накоплению случай2 ной составляющей ошибки измерения контролируемого параметра, поскольку сигналы датчиков пути и угла наклона непрерывно обрабатываются в измерительных трактах устройства как при движении экскаватора, так и при его стоянии на месте.

Таким образом, использование такого устройства для измерения положения экскаватора-драглайна в пространстве относительно редко перемещающегося в процессе

10 экскавации не эффективно.

Цель изобретения — повышение точности измерения аппликаты точки состояния экскаватора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено датчиками верхнего

ts положения опор, рабочего и нерабочего положения кронштейна, шарнирно закрепленного на поворотной платформе экскаватора, узлом реверсивного управления и вторым датчиком угла наклона, причем датчик пути расположен на кронштейне и снабжен приводом, расположенным на поворотной платформе, при этом привод и датчики пути, верхнего положения опор, рабочего и нерабочего положения кронштейна подключены к узлу реверсивного управления, а

937622

1О

15 го

25 зо

55 датчики угла наклона экскаватора выполнены на поворотных трансформаторах, параллельно синусным обмоткам которых подключены выпрямители на кипп-реле, роторы . траксформаторов. имеют ограничители поворота и на их осях жестко закреплены грузы, а статоры закреплены на поворотной платформе экскаватора, при этом их продольные оси расположены параллельно плоскости платформы и перпендикулярно к вертикальной плоскости, проведенной через ось стрелы при ее нахождении в транспортном положении экскаватора.

При этом вычислитель выполнен в виде четырех ключей, двух интеграторов, двух компараторов, трех логических элементов И, двух триггеров, генератора импульсов и счетчика . импульсов, причем первый ключ через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к одному из входов первого триггера, второй вход которого соединен параллельно с одним из входов второго триггера, соответствующие выходы первого триггера соединены с входами второго и третьего ключей и первого логического элемента И, к второму входу которого подключен выход второго триггера, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, к входу которого через последовательно соединенные четвертый ключ и второй интегратор подключен выход первого логического элемента И, выход третьего ключа подключен к второму входу первого интегратора, выход второго ключа подключен к второму входу второго интегратора, а выход четвертого ключа подключен к запрещающему входу счетчика, к счетным входам которого подключены выходы второго и третьего логических элементов И, одни входы которых соединены параллельно и подключены к генератору импульсов, а вторые входы второго и третьего логических элементов И, входы второго ключа, вход первого ключа и параллельные входы триггеров являются входами вычислителя, а выходы счетчика являются выходами вычислителя.

На фиг. 1 приведена блочная схема устройства для измерения положения экскаватора-драглайна в пространстве; на фиг. 2— функциональная схема вычислителя; на фиг. 3 — функциональная схема измерителя пути перемещения; на фиг. 4 — функциональная схема измерения угла наклона экскаватора.

Устройство для измерения положения экскаватора-драглайна в пространстве содержит измеритель пути перемещения 1, измеритель угла наклона экскаватора .2, вычислитель 3 и выходной блок 4. Измеритель пути перемещения 1 по цепям 5 и 6 связан с вычислителем 3, который по цепям 7 — 10 связан с измерителем угла нак4 лона экскаватора 2, а по цепям 11 и 12— с выходным блоком 4. По цепям 13 и 14 измеритель угла наклона экскаватора 2 подключен к силовой сети. По цепям 15 и 16 измеритель пути перемещения 1 подключен к блок-контактам ключа управления экскаватором, включающим привод механизма шагания, а по цепям 17 — 19 —. к силовой сети.

Вычислитель 3 (фиг. 2) содержит следующие элементы: ключи 20 — 23, интеграторы 24 и 25, компараторы 26 и 27, логические элементы И 28 — 30, триггеры 31 и 32, генератор импульсов 33 и триггерный .счетчик 34. Выходы ключей 20 и 21 подключены к входам интегратора 24, выход которого через компаратор 26 подключен к одному входу триггера 31. Другой вход триггера 31 подключен параллельно одному входу триггера 32, второй вход которого через компаратор 27 подключен к выходу интегратора 25.

Входы интегратора 25 связаны с выходами ключей 22 и 23, Один вход ключа 22 через элемент И 28 подключен к выходам триггеров 31 и 32, второй вход подключен к источнику опорного напряжения 1.11. Один вход ключа 23 связан с соответствующим выходом триггера 31 и с входом ключа 21. Одни входы элементов И 29 и 30 соединены параллельно и подключены к генератору импульсов 33. Выходы элементов И 29 и 30 подключены к счетным входам счетчика 34, запрещающий вход которого подключен к выходу ключа 22.

Измеритель пути перемещения 1 (фиг. 3) включает датчик пути 35, располагаемый на поворотном кронштейне 36, привод

37, связанный кинематической передачей 38 (например, барабан и гибкий тросик) с поворотным кронштейном 36, датчики 39—

41 рабочего и нерабочего положения кронштейна 36 и верхнего положения опоры 42 и узел реверсивного управления. Все элементы измерителя пути располагаются на поворотной платформе 43 экскаватора.

Электрическая схема измерителя пути включает реле-повторитель 44, подключенное к цепи оперативного тока через замыкающий блок-коцтакт 45 контактора включения хода экскаватора, катушки 46 и 47 реверсивного пускателя, подключенные к цепи оперативного тока соответственно через последовательно соединенные размыкающий контакт 39 датчика 39 рабочего положения датчика пути 35 и замыкающий контакт 44.1 реле 44 (включение датчика пути 35 в рабочее положение) и через последовательно соединенные размыкающий контакт 44.2 реле

44 и размыкающий контакт 40.1 датчика 40 нерабочего положения датчика 35 (перевод датчика пути 35 в нерабочее положение).

Измеритель угла наклона экскаватора

2 (фиг. 4) содержит поворотные трансформаторы 48 и 49, статоры которых закреп937622

" Usin

Т2 (2) лены на поворотной платформе экскаватора, причем их продольйые оси расположены параллельно плоскости поворотной платформы и перпендикулярно вертикальной плоскости, проведенной через ось стрелы при ее расположении в транспортном положении.

К роторам поворотных трансформаторов 48 и 49 жестко закреплены на штоках 50 и 51 грузы 52 и 53, ц1токи взаимодействуют с упорами 54 и 55, один из которых при наклоне платформы ограничивает движение ротора влево, другой — вправо от вертикального положения. Синусные обмотки роторов поворотных трансформаторов соответственно подключены к выпрямителям 56 и 57 и к входам 1 ипп-реле 58 и 59.

Работает устройство следующим образом.

Для перемещения экскаватора его стрела разворачивается в направлении обратном направлению движения и включается контактор привода механизма шагания. При этом замыкающий блок-контакт в цепи 15—

16 замыкается, кронштейн 36 с датчиком пути 35 измерителя пути перемещения 1 занимает рабочее положение и на его выходе (цепь 5) формируются импульсы, число которых пропорционально расстоянию перемещения экскаватора на заданном шаге. На выходах 7 — 10 измерителя угла наклона экскаватора формируются сигналы, пропорциональные модулю синуса угла наклона платформы и знаку угла накло11И. В момент занятия опорами крайнего верхнего положения срабатывает датчик 41 измерителя пути перемещения-1 и по цепи 6 вырабаты; вается сигнал, под действием которого вычислитель 3 вырабатывает сигнал, пропорциональный значению приращения аппликаты на данном шаге ЬН1 — — 1 111, sin M;, где ш, - величина перемещения эчскава тора на этом шаге; — наклон плоскости платформы экскаватора к горизонту в направлении перемещения.

Этот сигнал отображается для визуального считывания в выходном блоке. Описанная операция повторяется на каждом шаге и Итоговый результат фиксируется в итоговом счетчике вычислителя 3 и отображается индикаторами выходного блока 4. Если в процессе передвижки экскаватора есть необходимость изменить направление его перемещения, то в момент отключения привод механизма шагания кронштейна с датчиком пути занимает нерабочее положение, поскольку в цепи 15 — 16 размыкается контакт.

После выбора направления перемещения и включения привода механизма шагания, кронштейн 36 с датчиком 35 занимает рабочее положение, устройство продолжает работать в соответствии с приведенными выше описанием.

Вычислитель 3 работает следующим образом.

На вход ключа 20 по цепи 5 поступают прямоугольные импульсы с датчика пути 35 (фиг. 3). Число импульсов пропорционально пути перемещения. Каждый импульс имеет постонную длительность . Под действием указанных импульсов ключ 20 открывается и на его выходе формируются импульсы, амплйтуда которых равна значению опорного напряжения Ц, поступающего на второй вход ключа 20, длительностью н. Эти импульсы поступают на вход интегратора 24 и накапливаются. Следовательно, на выходе интегратора 24 при шагании экскаватора формируется сигнал и

&U1 ш1, 15

AU =-,=К1т., Ui где

Т1 — постоянная времени интегратора; п — число выходных импульсов датчика пути.

В конце каждого шага опоры экскавато20 ра поднимаются, а опорная плита занимает устойчивое положение под влиянием силы тяжести Экскаватора. В общем случае плоскостЬ опоры в направлении движения может иметь угол с горизонтальной плоскостью изменяющийся в пределах щах < 1<+ (та».

По цепи 7 или 8 с измерителя угла наклона

2 на вход ключа 23 поступает сигнал, пропорциональный модулю з1п Ы;, а по цепи 9 или 10 — сигнал о знаке sin di. Условимся считать sin di положительным при наклоне переднего края верхней плоскости платформы экскаватора (передним краем будем считать край по направлению .движения) выше горизонтальной плоскости, проведенной через центр верхней плоскости платформы, и считать sinA< отрицательным при нак35 лоне переднего края верхней плоскости платформй ниже горизонтальной плоскости. При поднятии опоры в крайнее верхнее положение сраба1ывает датчик 41 измерителя пути перемещения 1 (фиг. 3) и по цепи 6 поступает сигнал, который переключает триггеры

31 и 32. В результате этого ключ открывается и на входе интегратора 24 поступает сигнал, который интегрируется с учетом знака, и напряжение уменьшается до нуля, при этом время интегрирования равно

71- —" — Т, V (1)

В момент равенства выходного сигнала интегратора нулю срабатывает дискриминатор 26 и переключает триггер 31 в исходное

5о положение. Одновременно с ключвм 21 от. крывается ключ 23 и его выходной сигнал, пропорциональный sin@;, интегрируется интегратором 25.

На выходе последнего формируется сигнал

937622

7 или же после подстановки (1) можно записать - — U з1по4 (3)

Ui T2 или

U = (ш в(п- ;

В момент переключения триггера 31 в исходное положение срабатывает элемент

И 28, в результате чего открывается ключ 22

С выхода ключа 22 сигнал поступает на ин- о тегратор 25 и на разрешающий вход счетчика 34. В интеграторе в результате этого выходной сигнал уменьшается и при достижении нуля срабатывает дискриминатор 27, который переключает триггер 32 в исходное положение.

l5

Время уменьшения напряжения U интегг ратора 25 до нуля равно

Тз v

U2 и2

® го

U V э1П <1 Т1Тз

lJi Uz Уз г5 (б) т.е. т = 1ш1з1п 1;

Ni = hHl)rlllisinWi (7) Предлагаемое устройство имеет простую структуру и относительно простые по решениям основные функциональные узлы. Оно позволяет повысить точность измерения аппликаты контрольной точки экскаватора. Измерение величины перемещения экскаватора

45 производится только в момент его движения, а в другое время датчик перемещения выключен, что устраняет возможность наложения ошибки за счет интегрирования флуктуационных сигналов. Измерение угла наклона плоскости платформы производится при поднятых опорах, т.е. в момент, когда переходный процесс проседания экскаватора на новый точке стояния практически завершился. Вычисление приращения аппликаты производится после завершения каждого шага и фиксируется в дискретной форме, что также снижает возможность накопления ошибки за счет накопления флуктуационных сиг. налов. или же после подстановки (3).

При переключении триггера 32 в исходное положение закрывается ключ 22 и исчезает на входе счетчика 34 разрешающий сигнал. В связи с тем, что один из элементов И 29 и 30 был подготовлен для работы поскольку по цепи 9 или 10 поступал сигнал знака sin 1, то в течение времени существования разрешающего сигнала в счетчике 34 зафиксируется число импульсов, равное

При выполнении m шагов в счетчике, очевид но суммарное число импульсов составит

1 1е E Ni

1 где m — число шагов при передвижке экскаватора.

Величина N будет характеризовать положение экскаватора по вертикальной оси трехмерной системы координат.

Измерение пути осуществляется следующим образом.

В момент включения привода шагания замыкающий контакт 45 в цепи 15 и 16 замыкается и срабатывает реле 44. В результате этого разрывается цепь питания (контакт 44.2) катушки 47 реверсивного контактора и замыкается цепь питания катушки .контактора 46 (контакт 44.1). Включается двигатель 37 и кронштейн 36 опускается в рабочее положение, которое фиксируется датчиком 39. При выключении привода шагания цепь питания реле 44 разрывается, в результате чего выключается катушка контактора 47, включается двигатель 37, при этом направление вращения его ротора будет обратным. Кронштейн 36 с датчиком 35 занимает нерабочее положение, которое фиксируется датчиком 40. В верхнем положении опоры 43 срабатывает датчик 41, что означает окончание очередного шага. Это состояние характеризуется появлением сигнала по цепи 6. В рабочем положении датчика 35. по цепи 5 формируются сигналы, характеризующие величину пути перемещения экскаватора.

Измерение угла наклона 2 осуществляется следующим образом (фиг. 4). При на-. клоне платформы экскаватора, например влево, под влиянием силы тяжести груза

53 ротор поворотного трансформатора 49 повернется по часовой стрелке и на его синусной обмотке появится сигнал переменного тока, амплитуда которого пропорциональная где 1 — угол наклона плоскости платформы экскаватора.

Указанный сигнал выпрямляется выпрямителем 56 и на выходе кипп-реле 58 формируется сигнал. Аналогично работает узел и при наклоне плоскости платформы экскаватора в противоположную сторону, при этом функционируют элементы 48, 57, 59.

При наклоне платформы влево сигнал формирует только поворотный трансформатор

49, поскольку упор 54 не позволяет вращаться ротору трансформатора 48, при наклоне вправо сигнал формирует только трансформатор 48, а упор 55 препятствует работе трансформатора 49. Следовательно, при наклоне в любую сторону на выходе 7 (или 8 вырабатывается сигнал, характеризующий модуль sin Ji, а на выходе 9 (или 10) знак

sind>. При горизонтальном положении платформы экскаватора сигналы на выходах?—

10 равны нулю.

937622

Формула изобретения

Фиг.1

Измерение аппликаты точки состояния экскаватора-драглайна обусловлено необходимостью использования его на предельных параметрах, т.е. обеспечения экскавации с заданной глубиной черпания.и высотой разгрузки по трассе перемещения. Соблюдение этого условия обуславливает получение высоких технико-экономических показателей использования экскаватора.

1. Устройство для определения положения экскавационной машины в пространстве, преимущественно экскаватора-драглайна, содержащее датчик пути, датчик угла наклона экскаватора, вычислитель и выходной блок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения аппликаты точки стояния экскаватора, оно снабжено датчиками верхнего положения опор, рабочего и нерабочего положения кронштейна, шарнирно закрепленного на поворотной платформе экскаватора, узлом реверсивного управления и вторым датчиком угла наклона, причем датчик пути расположен на кронштейне и снабжен приводом, расположенным на поворотной платформе, при этом привод и датчики пути, верхнего положения опор, рабочего и нерабочего положения кронштейна подключены к узлу реверсивного управления, а датчики угла наклона экскаватора выполнены на поворотных трансформаторах, параллельно синусным обмоткам которых подключены выпрямители и кипп-реле, роторы трансформаторов имеют ограничители поворота и на их осях жестко закреплены грузы, а статоры закреплены на поворотной платформе экскаватора, при этом их продольные оси расположены параллельно плоскости платформы и перпендикулярно к вертикальной плоскости, проведенной через ось стрелы при ее нахождении в транспортном положении экскаватора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вычислитель выполнен в виде четырех ключей, двух интеграторов, двух компараторов, трех логических элементов И, двух триггеров, генератора импульсов и счетчи ка импульсов, причем первый ключ через последовательно соединенные первый интегратор и первый компаратор подключен к одному из входов первого триггера, второй вход которого соединен параллельно с одним из входов второго триггера, соответствующие выходы первого триггера соединены с входами второго и третьего ключей и первого логического элемента И, к второму входу которого подключен выход второго триггера, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, к входу которого через последовательно соединенный четвертый ключ и второй интегратор подключен выход первого логического элемента и, выход третьего ключа подключен к второму входу первого интегратора, выход второго ключа подключен к второму входу второго интегратора, а выход четвертого ключа подключен к запрещающему входу счетчика, к счетным входам которого подключены выходы второго и третьего логических элементов И, одни входы которых соединены параллельно и подключены к генератору импульсов, а вторые входы второго и третьего логических элементов И, входы второго ключа, вход первого ключа и параллельные входы триггеров являются входами вычислителя, а выходы счетчика являются выходами вычислителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР з5 № 411199 кл. Е 02 F 9/20 1972

2. Авторское свидетельство СССР № 309098, кл. Е 02 F 3/26, 1969.

3. Авторское свидетельство СССР № 336400, кл. Е 02 F 3/26, 1970 (прототип).

937622 фиа4

Составитель P. Гладун

Редактор В. Лазаренко Тех ред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 4397/40 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР яо делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП кПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4