Способ наблюдения за процессом загрузки приемных сосудов экскаватором-драглайном

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 71 б 008 А 05 Е 20 ТЕНИЯ О К АВТОР Изомати ке,экскаватемных счастноставтоматиспользприменебыть испботах,горнои автоприменению агрузки пригабаритов; в тв, а такжек го цикла при драглайнов,с емы, и можетх горных раватор-драге телекамеи риемного мпкара) об- ествляющий ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт горного дела им,А.А.Скочинского(56) Авторское свидетельство СССР В1308715, кл. Е 02 Е 3/48, 1987,Авторское свидетельство СССР .М1602947, кл. Е 02 Р 9/20, 1988,(54) СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПРОЦЕССОМ ЗАГРУЗКИ ПРИЕМНЫХ СОСУДОВЭ 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 ковшана место разгрузки при сохранении точности наведения. Устанавливают телекамеруна стреле на расстоянии, равном радиусуразгрузки, а оптическую ось направляютвертикально. На экране видеомонитора.усбретение относится к а более конкретно к оров-драглайнов для з осудов ограниченных и транспортных средс изации технологическо овании экскаваторовнием диалоговой сист ользовано на открыты 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 относительноуровня 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 произ водительности экскаватора-драглайна за счет сокращения времени наведения ковша на место разгрузки при сохранении. точно сти наведения,На фиг.1 изображен экска лайн с установленной на стрел рой, осуществляющий погрузку сосуда (железнодорожного ду щий вид; на фиг.2 - то же, осущ(4) писать в виде Р -едем формулу длковшаа пкимеем изображе- Поскольширин ия О У Оиз 1-Г" азиз и ( ОРиз СОПЗ 1,(6) тбкРББкРогично получают формображения приемного, считая, что па, расажения приемного сосугп Соскольку - = тогпиз СизС 1 улу для шисосуда Сэ. фокусировда пренебины изПри этом ой изобр егаем, П а - Бк Сизгп(8) перации масштабироносительно верхнего ней высоте пк его эам сосудом, определяУчитывают, что о вания проводится о среза ковша при сре висания над приемнь емой как ической о ам гео 1ласно за тиси Ьмин+Ьмакспк -2 ально и максимальависания ковша над где йасин и пиакс - мин но допустимые высоть приемным сосудом. Ьк аиз Риз размер полПоскольку рения те де Р - линейныйамеры;Риз-длина сешени телекамерь)= - из 5 к % гп верхнюю погрузку приемного сосуда; на фиг,З- варианты расположения ковша драглайна на иэображении перед началом его опрокидывания; на фиг.4 - блок-схема основных частей телевизионной системы со 5 вспомогательными приспособлениями на экране видеомонитора; на фиг.5 - иэображение на экране видеомонитора в кабине машиниста в момент зависания ковша над транспортным сосудом перед его разгруз кой 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 цен тральной вертикальной линией, с . горизонтальной и вертикальной метками; на фиг.7 - драглайн, вид сверху.По известным габаритным размерам приемного сосуда и ковша (пусть, напри мер, С - ширина приемного сосуда, О - ширина ковша) определяют соотношение между этими габаритами на экране видеомонитора и фокусным расстоянием оптической системы телекамеры Е, и высоты 25 зависания ковша над приемным сосудом пк (фиг.1 и 2), Вводят обозначения Сэ и Сиз - ширина приемного сосуда на экране видеомонитора и на изображении, формируемом оптической системой телекамеры на ее фо томишени, бэ и биэ - аналогичные величины для ширины ковша, при этом Г= - = - увеличение размера изооэСиз азизбражения при переносе с фотомишени на 35 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 наблюда ют на изображении. п 1- расстояние от верхнего среза приемного сосуда до главной плоскости оптической системы телекамеры (объектива), аиэ - расстояние от главной плоскости оптической системы до изобра где Рэ - длина экрана видеомонитора,Если известны Но - высота уступа, на котором расположен приемный сосуд, и- высота подвеса телекамеры относительно уровня драглайна, тогда1 = Но+А+агде А - высота приемного сосуда;а - расстояние от телекамеры до верхнего среза приемного сосуда,Тогда формулу для фокусного расстояния оптической системы телекамеры можно переСР СР.,(а - Ь,) Га рп 1 По аналогии с приведеннымСиз1 1 1 Оа -.минАналогично,бэмакс ОРиз п 1 - пк- Г биа макс р пмаксЕсли известна высота уступатором относительно уровня стоялайна расположен приемный сосдлина экрана видеомонитора в каб(10) 511) Но на кония драгуд, а также ине маши)1Таким образом, определена функция нижнего предела ширины изображения ковша для минимальной высоты зависания ймин ковша над приемным сосудом биз мин (щ) (или бэ мин (Но и аналогичнаЯ фУнкциЯ веР хнего предела ширины изображения ковша для максимальной высоты зависания ймакс ковша над приемным сосудом биз макс (п 1) (или бэ макс (НоПрй, управлении процессов разгрузки 2 ковша с помощью изображения, формируемого телекамерой на стреле, машинистдолжен успеть среагировать на появление ковша на изображении на экране видеомонитора и произвести необходимые манипу ляции с органами управления разгрузкой ковша. Если известна скоРость чк тРанспоР- тирования ковша в горизонтальной плоскости, то можно определить время 1 к, . проходящее с момента вхождения ковша в 3 поле зрения телекамеры, до момента начала опрокидывания ковша по формуле+МЧкгде у - расстояние по горизонтали между 40 задней кромкой ковша в момент начала его опрокидывания и оптической осью телекамеры;Р - расстояние, охватываемое полем зрения телекамеры вдоль линии транспор тирования ковша в плоскости, проходящей через верхний срез ковша (фиг,З).Устанавливая время тк равным времени ср, необходимым машинисту для оценки ситуации и принятия соответствующих мер по управлению ковшом, которое мы назовем, временем реакции машиниста, имеем для поля зрения телекамерыР=2(Чк 1 р-у), (14) 55При этом предполагаем, что при транс-. портировании ковша расстояние между уровнем верхних кромок ковша и приемного сосуда равноИминН макс а амин+а 1 макс22где ймин и ймакс - 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 Р равенР - . - 2 Чк 1 р где 9 - длина ковша (фиг,З).Аналогично, если в момент начала опрокидывания ковша оптическая ось телекамеры проходит через режущую кромку ковша (фиг.З) параметр Р равенР =2(Чк 1 р)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 пк (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 расстоянияОгде О - ширина ковшаХ и бэ - образы величин у и О на экране видеомонитора,0 елить у. н вслед откуда=-эВеличина О известна х и бэ можно измерить на экране видеомонитора, например, с помощью линейки или нанесения на экран шкалы,Следовательно, можно опредСпособ может быть реализова У ющем устройстве (фиг.2).Экскаватор-драглайн содержит ковш 1, корпус со стрелой 2, поворотную платформу 3, тяговый канат 4, лебедку 5 тяги, подъемный канат б, 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, определяющий возможность управления меха- с барабана лебедки 5 тяги и наматывания низмом перефокусировки телекамеры. подъемного каната 6 на барабан лебедки 7На 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 не видеомонитора 8, формируемому. собления содержат вертикальную линию 13, установленной на стреле драглайна телека- проходящую через центр экрана и совпада- мерой 9, ожидает момента появления либо ющую на изображении с осью стрелы, гори-. приемного сосуда 10, в который ведется зонтальную метку 14, совпадающую с разгрузка ковша, либо ковша приего подтяизображением режущей кромки ковша в мо 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 бэ мин для ближних подтягивания до момента точной установки к центральной вертикальной линии меток стрелы на место разгрузки, Установка стреи бэк для дальних к центральной 15 лы на место 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 видео- меры 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 горизонтальнаяметка 14 находится 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 положе- мент 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 Р=2(Чтр- ) в Если ковш к моменту наведения и оста- формулах (1 Я 13) будет равен нова поворота стрелы не вошел в поле зрения телекамеры, машинист ожидает егок 1 р 9Конструктивно приспособление наве- появление на экране с целью непрерывного дения может бытьвыполнено, 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 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, нанесеннымиКовш 1 (фиг.1 и 2), наполненный грун- на экране видеомонитора, и при необходитом, открывается от забоя, после чего кор,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. Одновременноведетсятранспорти- дится в.допустимых пределах, машинист рование ковша с грунтом в сторону конца продолжает отпускатьтяговый канат вплоть стрелы за сч те ы за счет отпускания тягового каната 4 до начала опрокидывания ковша и переме/ 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 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 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 ские показатели технологической цепочки при наведении на место разгрузки.Формула. изобретенияСпособ наблюдения за процессом загрузки приемных сосудов экскаватором 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 емный сосуд, о тл и ч а ю щ и й с я 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 . 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 О, высоту приемного сосуда А, максимальное ймакс и минимальное ймин 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 1 р, определяют фокусное расстояние объектива Р по формуле РэН А максмии тр - О"с,) причем телевизионную камеру устанав ливают на расстоянии, равном радиусу раз грузки ковша, а оптическую ось е направляют вертикально вниз.1716008 Фиг 5 0 5 Составитель А. Мартыновактор М.Кобылянская Техред М.Моргентал Коррек Гирняк водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 588 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5