Устройство для автоматического регулирования положения ковша гидравлического экскаватора

(53) и Ю Ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ТОРСНОМУ.СВИДЕТЕЛЬСТ 3837114/22-0304.01.8523.09.86. Бюл. У 35А.В.Колченко, Н.П.Чеченев(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГОРЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КОВША ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА(57) Изобретение относится к автомтизации положения рабочего органастроительных и землеройных машин,предназначенных для отрывки котлованов над подземными токопроводящикоммуникациями. Цель изобретения -повышение безопасности проведенияземляных работ при неравномернойглубине залегания подземных коммуникаций (ПК). Устройство включает индукционную рамку 16, генератор 15,индукционные магнитоприемники (ИМП)8 и 12, корректор 9, фазовращатель13, сумматор 14, коммутатор 10,определитель экстремума 17, индикатор18, делитель 11, датчики 1 и 2 углаотклонения рукояти и ковша, .косинусные преобразователи 4 и 5, блок 3ввода постоянных длины ковша, расстояния от точки поворота ковша доточки крепления ИМП 8 и 12 к рукоятии толщины слоя, оставляемого надПК 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 12589588 и 12. При нахождении ИИП 8 над кабелем ЭДС в нем максимальна, о чемподается сигнал с определителя экстремума 17 на индикатор 18. В делите"ле 11 непрерывно определяется расстояние (Н) от точки крепления ИМП8 и 12 к рукояти до ПК. С помощьюдатчиков 1 и 2 и блока 3 определяется расстояние по вертикали от этойточки крепления до режущей кромкиковша (РКК). По разности (АН) этихрасстояний в блоке 6 определяетсярасстояние между РКК и ПК, При достижении дН заданного блоком 3 значения формируется управляющий сигнална привод 7 стрелы, Изменяется про"странственное положение стрелы. Приэтом заданное расстояние между ПК иРКК 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 стрелыУстройство 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, расстояния 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 преобразователь5, блок 6 управления приводом стре лы, привод 7 стрелы экскаватора,второй индукционный магнитоприемник8, корректор 9, коммутатор 10, делитель 11, первый индукционный магнитоприемник 12, фазовращатель 13, 1 О сумматор 14, генератор 15, индукционную рамку 16, определитель 17экстремума, индикатор 18, ковш 19,рукоять 20 экскаватора, стрелу 21экскаватора, подземную коммуникацию22, кронштейн 23, привод 24 кронштейна, штангу:25, на которую крепятсяиндукциойные магнитоприемники, точку 26 крепления маятника к рукоятиэкскаватора.20Корректор 9 содержит ключевой ,усилитель 27, исполнительный элемент28 ввиде, например, контактов реле,блок 29 памяти, исполнительный эле мент 30 в виде, например, контактовреле, датчик 31 угла поворота плат-.формы экскаватора с рабочим оборудованием, исполнительный элемент 32 ввиде, например, контактов реле,Щ первый блок 33 вычитания, второйблок 34 вычитания, датчик 35 угла по1258958 О где 3ворота кронштейна, третий блок 36вычитания,. электродвигатель 37, редуктор 38, потенциометр 39,Косинусный преобразователь можетсодержать преобразователь 40 углаотклонения рабочего оборудования(рукояти или ковша)от гравитационнойвертикали в напряжение, пропорцио"нальное косинусу угла отклонения,блок 41 умножения, инвертор 42.Блок управления приводом стрелыможет содержать сумматор 43, блок 44сравнения. Индукционный магнитоприемник (ИМ) 15 (блоки 8 и 12) представляе собой катушку индуктивности, намотанную на ферритовый сердечник и подключенную к буферному усилителю, предназначенному для согласования ИМ с последую щим каскадом. ИМ предназначен для преобразования напряженности магнитного поля в электрическое напряжение. Два индукционных магнитоприемника идентичны. Крепятся они на противопо ложных концах штанги 25 на фиксированном расстоянии 1 друг от другатаким образом, чтобы их продольные оси были перпендикулярны штанге. Штанга, в свою очередь, жестко кре 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 эЫкаватора) на наводимую ЭДС в индукционных магнитонриемниках.Делитель 11 - блок, представляющий собой логометрический преобразователь с временным разделением каналов передачи сигналов, выходное напряжение 45 которого пропорционально величине Б Нщ 1 в .ф-. + т,ЕЕ -ЕН - расстояние между точкой 50крепления к рукояти экскаватора и подземной коммуникацией;г - расстояние между точкойкрепления штанги к маятни- Ыку и точкой крепления маятника к рукояти экскаватора,41 - расстояние между продольными осями первого и второгоиндукционных магнитоприемников,ЕЕ - ЭДС, наводимые соответственно в первом и второммагнитоприемнике.Устройство для автоматического регулирования положения ковша гидравли" ческого экскаватора работает следую-, щим образом (работу рассматриваемпри 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 Ево 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 по 5 125895 стоянное расположение индукционной рамки 16 над кабелем 22 при повороте платформы экскаватораф корректирует значение Е при отклонении втос 7рого 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 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 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 г 5 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 выход сумматора 14 через коммутатор 10 к соответствующим входам делителя 11. Генератор 15 продолжает быть включенным.45Начинается 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 бЬ , На выходе блока 41 умножения будет напряжение, пропорциональное произведению Ь созЫ, которое поступает на вход ийвертора 42, на выходе которого будет напряжение, пропорцио- нальное произведению Ь соз, но с обратным знаком, т.е,П-Ь созтт- .Одновременно при помощи датчика 2 угла отклонения ковша экскаватора от гравитационной вертикали и второго косинусного преобразователя 5 происходит вычисление произведения (-Ь соз й), где й - угол. отклонения ковша от гравитационной вертикали (угол, образованный гравитационной, вертикалью и прямой, соединяющей точку поворота ковша с его режущей кромкой). Процесс вычисления этого произведения аналогичен процессу вычисления произведения (-Ь тсозд-). Отличие заключается в том, что со второго выхода блока 3 ввода ггостоянных на второй вход второго косинусного преобразователя,5.подается напряжение, пропорциональное величине ЬНа первый вход решающего блока 6 поступает напряжение, пропорциональное (-Ь созо ), на второй вход напряжейие, пропорциональное (-Ь, " асов й), а на третий вход решащцего 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 индукционных магнитоприемниках (блоки 12 и 8) ЭДС, соответственно Е и Е. тСигнал 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 отклонении второго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения (положения над кабелем), то на выходе корректора 9 будет сигнал Е соз 0 = Е7 12589При отклонении втброго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения за счет поворота платформы экскаватора на угол 4 , происходит корректировка значения Е сле 2 дующим образом.Напряжение с выхода датчика 31 угла поворота платформы экскаватора, пропорциональное углу, поступает через исполнительный элемент 32 на вто о рой вход первого блока, 33 вычитания, на второй вход которого с выхода блока 29 памяти через исполнительный элемент 30 подается напряжение, пропорциональное запомненному углу, 15На выходе первого блока 33 вычитания появляется напяржение рассогласования, пропорциональное разности ЬУ = т - у , которое поступает наопервый вход третьего блока вычита 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 углуоНа 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 О метра 39 будет сигнал, равный произведению Е соз ь 7, поступающий .на первый вход сумматора 14 и через первый вход коммутатора 10 - на первый вход определителя 11 отношения. Таким образом, осуществляется кор 45 ректировка сигнала Е при отклонении второго индукционного магнитоприемника 8 от номинального положения. ЕН Н=+гЕ,"Е 25 или при отклонении второго индукцион-.ного магнитоприемника 8 от номинального положения Е создаЕ -Е саяну- Ь соз ВКи формирует управляющий сигнал на привод стрелы 7 экскаватора следующим образом.Напряжения, пропорциональныеН- Ьч созс - Ь соз В, 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 стретьего выхода блока 3 ввода посто,янных поступает напряжение, пропорциональное дН .Напряжение на выходе блока 44 сравнения появится только в том случае, если разность дН - ь Н, ( О. Напряжение с выхода блока 44 сравнения подается на вход привода стрелы 7 Напряжение, пропорциональное ь , 150 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 8дольная 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 Ьу Таким образом, обеспечивается постоянное расположение индукционной рамки 16 над кабелем 22.На выходе сумматора 14 будет сигнал, равный разности Е- Е или скорректированный сигнал Е -Е созд), 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 форму- ле Е сов а 7 фьН = 1 + г - Ь созев Е,-Е созь 3МлрРаму Амф Елмаз Ю Сдыю Ьязю 9 12 экскаватора, который изменяет пространственное положение стрелы экскаватора за 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 гид" равлического 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 индук 58958 10ционными магнитопрнемниками, выходпервого из которых подключен черезфазовращатель к первому входу сумматора, выход которого подключен кпервому входу коммутатора, первый ивторой выходы которого подключены квходам делителя, выход которого подключен к второму входу блока управления приводом, стрелы, выход второ го индукционного магнитоприемникаподключен к первому входу корректо"ра и к второму входу коммутатора,выход корректора подключен к второму входу сумматора и к третьему вхо ду коммутатора, третий выход которо"го подключен через генератор к индукционной рамке, четвертый выход коммутатора через определитель экстремума подключен к входу индикатора 0 и к второму входу корректора, а второй выход блока ввода постоянныхподключен к первому входу первогокосинусного преобразователя, к второму входу которого подключен датчик 25 угла отклонения рукояти, а выходподключен к третьему входу блокауправления приводом стрелы, третийвыход блока ввода постоянных подключен к первому входу второго ко" 30 синусного преобразователя, к второму входу которого подключен датчикугла отклонения ковша, а выход второго косинусного преобразователя.подключен к четвертому входу блока1258958 Я Р Жгюу Р длвн АРЯР ЬГ фила 3 СРыжУ Аьэю 4 ЕРыжй АвюаЮ СРжюРа джаба У ЕРюхюРа Фюо иди Составитель Л.ВиноТехред.Л.Сердюкова Корректор А.Зимоко Коссе й едак сно комитета СССи открытийская наб., д 4/ Производственно-полиграфическое предприятие л. Проектная,жго Заказ 5098/31 ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москв