Устройство для определения положения экскавационной машины в пространстве

ОП ИСАНИЕСоюз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл.з Е 02 Г 3/48 Гееударствеемй квмитет пф делам лзвбретенвй и еткрмтнй, Опубликовано 23.06.82. Бюллетень23Дата опубликования описания 28.06.82А. М. Мартынов, Ю. В. Плеханов, В. Д. Потапов и А.1 Я,.,Филинпенко: к Государственный проектно-конструкторский и научмо- -,. исследовательский институт по автоматизации унщьыцпромышленности и Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт1Изобретение 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 случай 2ной составляющей ошибки измерения контролируемого параметра, поскольку сигналыдатчиков пути и угла наклона непрерывно обрабатываются в измерительныхтрактах устройства как при движении экскаватора, так и при его стоянии на месте,Таким образом, использование такого устройства для измерения положения экска.ватора-драглайна в пространстве относительно редко перемещающегося в процессе1 Оэкскавации не эффективно.Цель изобретения - повышение точности измерения аппликаты точки состоянияэкскаватора,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство снабжено датчиками верхнего15 положения опор, рабочего и нерабочегоположения кронштейна, шарнирно закрепленного на поворотной платформе экскаватора, узлом реверсивного управления и вторым датчиком угла наклона, причем датчикпути расположен на кронштейне и снабженприводом, расположенным на поворотнойплатформе, при этом привод и датчики пути, верхнего положения опор, рабочего инерабочего положения кронштейна подключены к узлу реверсивного управления, а51 О 15 20 45 50 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 нак 25 30 35 40 4лона 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 1.1,. 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 замыкаю. щий блок-контакт 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 закреп" 1.1 ипАТг 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, ШУбки вМанмодействуют 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 й 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 наклонй. В момент занятия опорами крайнего верхнего положе. ния 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. ЬН 1 -- 1 ш, з 1 п;, где 5 ш, - величина перемещения эчскаватора на этом шаге;1 - наклон плоскости платформыэкскаватора 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,6На вход ключа 20 по цепи 5 поступаютпрямоугольные импульсы с датчика пути 35(фиг. 3). Число импульсов пропорциональнопути перемещения. Каждый импульс имеетпостонную длительность . Под действиемуказанных импульсов ключ 20 открываетсяи на его выходе формируются импульсы,амплйтуда которых равна значению опорного напряжения Ц, поступающего на второйвход ключа 20, длительностью н, Эти импульсы поступают на вход интегратора 24 и10 накапливаются. Следовательно, на выходеинтегратора 24 при шагании экскаватораформируется сигналои = щ=ш15уйгдеТ 1 - постоянная времени интегратора;п - число выходных импульсов датчика пути.В конце каждого шага опоры экскавато 20 ра поднимаются, а опорная плита занимаетустойчивое положение под влиянием силытяжести Экскаватора, В общем случае плоскостЬ опоры в направлении движения мо.жет иметь угол с горизонтальной плоскостьюизменяющийся в пределах абрахц 1"+ (такПо цепи 7 или 8 с измерителя угла наклона2 на вход ключа 23 поступает сигнал, пропорциональный модулю з 1 п Ы;, а по цепи 9или 10 - сигнал о знаке в(п й;. Условимсясчитать з 1 п с; положительным при наклонепереднего края верхней плоскости платформы экскаватора (передним краем будемсчитать край по направлению .движения)выше горизонтальной плоскости, проведенной через центр верхней плоскости платформы, и считать з 1 пЫ 1 отрицательным при накз 5 лоне переднего края верхней плоскости платформй ннже горизонтальной плоскости. Приподнятии опоры в крайнее верхнее положение сраба 1 ывает датчик 41 измерителя путиперемещения 1 (фиг. 3) и по цепи 6 поступает сигнал, который переключает триггеры31 и 32, В результате этого ключ открывается и на входе интегратора 24 поступает сигнал, который интегрируется с учетом знака,и напряжение уменьшается до нуля, приэтом время интегрирования равно45(1)В момент равенства выходного сигнала интегратора нулю срабатывает дискриминатор 26 и переключает триггер 3 в исходное50 положение, Одновременно с ключвм 21 открывается ключ 23 и его выходной сигнал,пропорциональный з 1 пЫ;, интегрируется интегратором 25.На выходе последнего формируется сигнал559376227или же после подстановки (1) можно записатьот (3)Ц Тх или 1.12 = ш, з 1 п ф,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 выход. ной сигнал уменьшается и при достижении нуля срабатывает дискриминатор 27, который переключает триггер 32 в исходное положение.15Время уменьшения напряжения 11 интеггратора 25 до нуля равно(7) Предлагаемое устройство имеет простуюструктуру 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 сигналов. 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 з 1 п ;, то в течение времени существования разрешающего сигнала в счетчике 34 зафиксируется число импульсов, равное При выполнении в шагов в счетчике, очевид но суммарное число импульсов составит11 егде т - число шагов при передвижке экскаватора.Величина Х 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 наклоне 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 с; - 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 з 1 п ;, а на выходе 9 (или 10) знак з 1 п 1;. При горизонтальном положении плат. формы 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 счетчик 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 вхо.ду 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 вычислитезв ля, а выходы счетчика являются выходамивычислителя. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРз 5411199 кл. Е 02 Р 9/20 19722. Авторское свидетельство СССР309098, кл. Е 02 Р 3/26, 1969.3. Авторское свидетельство СССР336400, кл. Е 02 Р 3/26, 1970 (прототип).937622 фиа Составите нко Техред А. Бо Тираж 709 НИИПИ Государственн яо делам изобретен 35, Москва, Ж - 3,ППП аПатентэ, г. У