10.4.4. Автоматизация автогрейдеров

Автогрейдеры выполняют значительный объем планировочных и отделочных работ при устройстве, в основном, земляного полотна с требуемыми продольным и поперечным профилями. На этих ма­шинах устанавливают различные комплекты аппаратуры системы «Профиль».

Система автоматики «Профиль-10» предназначена для автома­тического управления положением отвала автогрейдера только в поперечной плоскости машины. Комплект этой аппаратуры состоит из пульта управления, датчика углового положения ДКБ, сравни­вающего и усиливающего устройства и реверсивного гидрораспре­делителя с электроуправлением.

Для дистанционного и автоматического управления отвалом, автоматической стабилизации углового положения отвала в попе­речной плоскости и управления им по высоте используют систему «Профиль-20». В состав комплекта аппаратуры входит то же самое оборудование, что и в аппаратуре предыдущего поколения «Про­филь-10», с добавлением датчика высотного положения ДЩБ, уста­новленного на специальном кронштейне с правой стороны грейдер­ного отвала по ходу автогрейдера. Работа этой системы ведется с использованием жестких направляющих.

При стабилизации положения отвала 1 в поперечной плоскости (рис. 10.36) применяют маятниковый датчик 2, установленный на тяговой раме. Стабилизация высотного положения отвала в про­фильной плоскости и движения автогрейдера по курсу осуществля­ется при совместном действии щуповых датчиков соответственно 5

О о

Рис. 10.36. Автогрейдер с системой «Профиль-20»

и 4, установленных на отвале и на вы­носной штанге, и копирного троса 6. Одновременно в сочетании с дат­чиком 4 работает датчик угла поворо­та 3, который кон­тролирует положе­ние колес автогрей­дера. При этом в

первом случае положение установки копирного троса должно соот­ветствовать заданному профилю, а управляемым параметром во втором случае является расстояние S от оси машины до копирного троса. Сигналы датчиков поступают в блок управления, где преоб­разуются в управляющие и отрабатываются соответствующими гид­роцилиндрами и гидросистемами автогрейдера. При этом переход рулевого управления с автоматического на ручное производится от­ключением питания системы автоматики и выключением муфты сцепления редуктора.

В настоящее время на автогрейдерах устанавливаются автома­тические системы управления типа «Профиль-30», одна из которых оснащена датчиками углового положения и продольного профиля, а другая — датчиком углового положения и лазерной установки.

Благодаря использованию систем автоматического управления работой автогрейдера существенно увеличивается производитель­ность машины и повышается качество планируемых поверхностей.

10.4.5. Автоматизация скреперов

Скреперы нашли широкое применение на послойной разработке грунта и точной планировке под заданные отметки крупных строи­тельных площадок и дорог. Для этого прицепные гидроуправляе- мые скреперы оборудованы автоматической аппаратурой, обес­печивающей автоматическое управление положением ковша по высоте, перемещением задней стенки и выглублением ковша при пе­регрузке для предотвращения отключения силовой установки. Ис­пользование автоматизированных скреперов позволяет повысить производительность труда за счет сокращения числа проходов, качество выполняемых работ и улучшить условия работы маши­ниста.

Для точной планировки под заданные отметки и получения раз­личных уклонов земляной поверхности используют аппаратуру «Копир-Стабилоплан-ЮЛ» (рис. 10.37) с лазерным устройством. В состав аппаратуры входят электрогидрораспределитель 1, пульт с

Рис. 10.37. Скрепер с системой «Копир-Стабилоплан-lOJI» с лазерным устройством

блоком управления 2, механизм перемещения 3 с ФПУ, датчики управления КВД задней стенкой ковша 4 и углового положения ДКБ рамы скрепера 5. В этой системе автоматическая стабилизация положения ножа скрепера может осуществляться с помощью датчика углового положения ДКБ или автономной системой управ­ления, или копирной по лучу лазера. Этот датчик устанавливается на буфере ковша скрепера и предназначен для преобразования пере­мещения своего корпуса относительно вертикали в электрический сигнал, передаваемый после усиления и замера рассогласования на исполнительный механизм.

Пульт с блоком управления и защиты от перегрузок расположен в кабине машиниста. При этом переход с автономного управления на копирный произвЪдится простым переключателем, установлен­ным в блоке управления.

В копирном режиме управления система обеспечивает стабили­зацию ножа скрепера по высоте. Работа этой системы аналогична ранее рассмотренным и осуществляется с помощью ФПУ, установ­ленного в передней части ковша скрепера и контролирующего поло­жение режущей кромки ковша относительно лазерной направляю­щей 6.

Защита двигателя от перегрузки обеспечивается чувствительным элементом, которым является датчик частоты вращения вала двига­теля — тахогенератор ТГ. Его сигналы после сравнения и усиления передаются на исполнительные механизмы, изменяющие в ту или другую сторону заглубление рабочего органа скрепера.

При движении скрепера под уклон и на выемках подсыпка грун­та производится автоматически путем принудительного его вытал­кивания задней стенкой скрепера. Это осуществляется с помощью датчиков управления задней стенкой КВД (установленных на ковше скрепера и представляющих собой бесконтактные выключатели), сравнивающего устройства, усилителя, исполнительного механизма (гидроцилиндра перемещения задней стенки). Автоматическую ос­тановку задней стенки скрепера при достижении ею крайних поло­жений обеспечивают конечные выключатели типа ВК-200, установ­ленные на направляющей ковша скрепера.

Автоматическое выдвижение задней стенки ковша происходит в процессе движения скрепера при положении режущей кромки выше уровня передних колес, а ее возвращение в исходное положение — при опускании ножа. Это контролируется датчиками выдвижения и возврата стенки, установленными на раме скрепера. При подъеме ковша на 3...5 см выше уровня передних колес срабатывает один из датчиков и стенка выдвигается и выталкивает грунт, а при резании стружки грунта толщиной более 1 см другой датчик направляет зад­нюю стенку в противоположную сторону, освобождая место для на­бора грунта. Требуемая глубина резания устанавливается дистанци­онно из кабины машиниста задатчиком, а контролируется датчиками ДКБ, ФПУ, ТГ и КВД и управляется электромагнитами гидрозолотников, воздействующими на гидроцилиндры ковша скрепера.

Аппаратура «Стабилоплан-10» предназначена только для авто­матического управления положением ковша по высоте и состоит из датчика углового положения ДКБ, пульта и блока управления и гидрораспределителя. Такая система обеспечивает точную плани­ровку поверхности в автоматическом автономном режиме.

Стабилизация тягового усилия землеройно-транспортных ма­шин также может осуществляться автоматически. Схема стабилиза­ции на примере прицепного скрепера приведена на рис. 10.38. Она включает в себя датчик тягового усилия I, регулятор II и привод управления III. Объектом регулировки является рабочий орган ма­шины — ковш. Его положение определяет значение независимого параметра регулирования — толщины срезаемой стружки грунта. Именно от этого параметра зависит величина нагрузки.

Стабилизация тягового усилия осуществляется следующим обра­зом. При работе скрепера тяговое усилие посредством гидравличес­кого динамометра 1 преобразуется в перемещение штока мерного гидроцилиндра 2. который через зубчато-реечную передачу 3 вра­щает вал переключателя 4. Если сопротивление грунта соответству­ет тяговому усилию скрепера, переключатель расположен в ней­тральном положении так, как показано на схеме. При увеличении или снижении нагрузки на режущий орган ковша переключатель за­мыкает один из неподвижных контактов 5, в результате чего сраба­тывает одно из двух реле 9, воздействующее на соответствующий электромагнит 6. Электромагнит, в свою очередь, перемещает зо­лотник гидрораспределителя 7 вверх или вниз и, включая гидроци­линдр 8, поднимает (выглубляет) или опускает (заглубляет) ковш.

В приводе механизма передвижения самоходных скреперов уста­навливается гидромеханическая передача, позволяющая автома­тически изменять скорость машины в зависимости от сопротивле­ния движению.

В самоходных скреперах используется и восьмискоростная полу­автоматическая коробка с сервопереключением передач. Для созда­ния высокого тягового усилия на колесах при загрузке и выгрузке ковша первые две передачи и задний ход работают с применением гидротрансформатора. Передачи 3...8 работают напрямую и пред­назначены для эффективного использования скорости при переме­щениях по дорогам. Во время цикличной работы машинист выбира­ет наивысшую в зависимости от дороги передачу, а трансмиссия автоматически переводит ее на 2-ю при загрузке и выгрузке и вновь возвращает к назначенной скорости при перевозке.

10.4.6. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСКАВАТОРОВ

Одноковшовые экскаваторы выполняют до 38 % земляных работ в строительстве. При ручном управлении ими на зачистку и плани­ровку дна котлована после копания остается слой грунта до 20 см. Поэтому внедрение на экскаваторах микропроцессоров и лазерных информационно-измерительных устройств для управления процес­сом копания позволяет повысить точность и качество выполняемых работ, снизить трудозатраты и численность обслуживающего персо­нала. В одноковшовых экскаваторах используются различные виды указанных устройств.

В одном случае при автоматизации работы экскаватора 1 с об­ратной лопатой на рытье траншей приемник лазерного излучения 3 крепится на ковше экскаватора (рис. 10.39). Лазерный излучатель 2 устанавливается на дне траншеи в начале ее разработки с направле­нием пучка лазера вдоль оси траншеи с проектным углом наклона.

В кабине машиниста располагается информационно-индикаторное устройство, на экране которого он по положению (перемещению) лазерного пятна определяет величину и направление отклонения ковша от заданных отметок и устанавливает ковш в требуемое по­ложение.

Рис. 10.39. Лазерная система автоматизации контроля работы экскаватора

ТжЖЖЖЖф

4

с

Другая автономно-копирная система управления одноковшо­вым экскаватором 4 по лучу лазера 2 состоит из лазерного излучателя 1, информационно-измерительного устройства с датчиками Д1...Д5, установленными в шарнирах крепления ра­бочего оборудования, и механизмом перемещения фотоприемно­го устройства 3, а также микропроцессорного устройства 6, реализующего заданный закон управления рабочим процессом машины (рис. 10.40). Во время работы микропроцессорное уст­ройство по сигналам датчиков вырабатывает управляющие сиг­налы, поступающие на исполнительные устройства, т. е. на гидроцилиндры положения стрелы, рукоятки ковша для поддер­жания заданной глубины копания и требуемого угла резания. Управление работой машины осуществляется рукояткой 6, а ра­бочие параметры высвечиваются на дисплее 7. При этой системе копание производится вручную по индикатору глубины копания, а на зачистных операциях включается автоматическая система управления, обеспечивающая заданную глубину копания, прямо­линейность траектории движения режущей кромки ковша и за­данный угол резания.

Наибольшую эффективность использования экскаваторов с ла­зерными системами дает применение бортовых микрокомпьютеров. В этом случае в память компьютера вносятся все необходимые дан­ные, такие как геометрические размеры котлована, углы откосов, емкость, угол поворота, высота подъема ковша и т. п. Тогда во вре­мя работы в компьютер автоматически поступают сигналы с фото­приемника, а затем на исполнительные устройства для «моменталь­ной» корректировки выполняемого процесса по отрывке траншеи или котлована.

1КС уроитс.1Ы1ые машины и основы автоматизации

Рис. 10.40. Автономио-копириая система управления экскаватором

Для гидравлических одноковшовых экскаваторов и по­грузчиков, выполняющих длительные работы с постоянно повто­ряющимися циклами, разработана компьютерная система управле­ния погрузочными работами. Наиболее эффективно эта система используется при отрывке траншей, планировке откосов, погрузке разрабатываемых материалов в транспортные средства, в шахтах и т. п. Она позволяет частично освободить машиниста от ручного управления при многократных повторениях выполняемых опера­ций.

Управление работающим в карьере экскаватором, оборудован­ным компьютерной системой, осуществляется следующим образом. Вначале машинист в ручном механизированном режиме управления выполняет все операции рабочего цикла экскаватора: заполнение ковша разрабатываемым материалом и его перемещение в горизон­тальной ' и вертикальной плоскостях, остановка над самосвалом, разгрузка и возвращение в первоначальное положение. Запоминаю­щее устройство компьютера фиксирует поступающую от датчиков информацию о проделанной траектории и скоростях движения ков­ша, о расположении самосвала и возможных помехах на пути следо­вания ковша, например, задний борт самосвала. В результате обра­ботки полученных данных компьютер устанавливает оптимальную траекторию и максимально возможные скорости перемещения ков­ша независимо от квалификации работающего машиниста и эргоно­мических показателей, определяющих взаимодействие между опера­тором и машиной.

Разработанная компьютером программа оптимального переме­щения ковша приводится в действие системой автоматики после включения соответствующей кнопки на пульте управления. Работа машиниста в ручном режиме остается только при заполнении ковша материалом. При перемещении экскаватора или погрузке во вновь прибывший самосвал необходимо опять выполнить один цикл в ручном режиме, заново «обучая» компьютер. С помощью пере­ключателя машинист при необходимости в любой момент может пе­рейти на ручное механизированное управление.

Благодаря применению компьютерной системы управления не только повышается, но и стабилизируется максимально возможная производительность машины.

Для повышения эффективности использования гидравлических одноковшовых экскаваторов при выполнении планировочных и зачистных работ на них устанавливается автоматизированная систе­ма управления рабочим органом. Эта система (рис. 10.41) выполне­на с однопроводной управляющей связью и состоит из датчика 4 по­ложения ковша, датчиков 7 и 12 положения рукояти и стрелы, каната 8 управляющей связи, рычага 13 и аппаратуры управления 14 гидрораспределителем ковша.

8

9

10 11

Рис. 10.41. Автоматизированная система управления рабочим органом одноковшового экскаватора: а — общий вид; б — запасовка каната управляющей связи

Датчик кулачкового типа 4 закреплен на оси рычага 3 шести- звенного механизма, управляющего положением ковша 1 при рабо­те. Датчики в виде канатных блоков свободно установлены на осях поворота рукояти 5 и стрелы 11. Канат проходит по блоку-датчику 7, по направляющим и поддерживающим блокам 10 и крепится од­ним концом на кулачке 4, а другим — на блоке 12. Для натяжения каната используется пружина кручения 15, закрепленная одним кон­цом на пальце оси стрелы, а другим соединенная с блоком 12. Рычаг управляющей связи 13 через фрикционный механизм также соеди­нен с датчиком 12, выполняющим одновременно и функцию сумми­рующего устройства, а конец рычага при работе экскаватора взаи­модействует с толкателем системы управления. Управление поворотом ковша из плоскости копания осуществляется гидроци­линдрами 2.

Работы по планировке земляных поверхностей осуществляются следующим образом. Ковш устанавливается на грунт плоской час­тью передней стенки, а стрела переводится в плавающее положение с одновременным включением фрикционного механизма. При включении в работу гидроцидиндра 9 рукоять 5 поворачивается и изменяет угловое положение ковша относительно планируемой поверхности. При этом посредством каната 8 (при включенном фрикционном механизме) осуществляется поворот рычага 13 и пере­мещение толкателя системы управления. Последний включает гид­рораспределитель ковша и происходит перемещение штока гид- роцилиндра 6. Ковш возвращается в первоначальное угловое, относительно планируемой поверхности, положение. При переме­щении штока рычаг 3 поворачивается вместе с датчиком кулачково­го типа и вызывает противоположное направление движения кана­та, датчика 12 и рычага. После этого гидрораспределитель ковша закрывается. Поворот датчика 12 и рычага, а также натяжение кана­та происходят под действием пружины кручения, что исключает возможность проскальзывания каната в направляющих ручьях бло­ков датчика 12. В результате при изменении положения рукояти сле­дящая система позволяет сохранить первоначальное положение ре­жущей кромки ковша.

Автоматизация работы цепного многоковшового экскаватора облегчается благодаря непрерывности совершаемого им рабочего процесса на значительных расстояниях.

Автоматизированное устройство предназначено для поддержа­ния заданного положения, в том числе наклона дна траншеи, и оп­тимизации режима копания. Регулирование глубины копания с за­данным углом осуществляется по проволочному канату малого диаметра 1, натягиваемому по нивелиру вдоль трассы траншеи па­раллельно ее будущему дну (рис. 10.42).

экскаватора

При движении экскаватора во время работы вдоль копирного каната 1 одновременно перемещается электромагнитное контакт­ное устройство 2. Оно состоит из двух датчиков, между которыми проходит канат, и установлено на кронштейне, закрепленном на раме рабочего органа 4. Если рабочий орган экскаватора движется параллельно канату и последний не касается ни одного из датчиков, дно образуемой траншеи находится на проектной от­метке.

Изменение заданного угла наклона Узад ведет к изменению по­ложения рабочего органа и замыканию контактов одного из датчиков слежения при соприкосновении с копирным канатом. Преобразованный и усиленный сигнал поступает на исполнитель­ный механизм, приводящий в действие гидроцилиндр 3. При этом с помощью микропроцессора производится подъем или опуска­ние рабочего органа до требуемой отметки. В то же время следу­ет отметить, что изменение положения рассматриваемого рабочего органа по высоте осуществляется прерывисто (т.е. не­равномерно).

В качестве базовой линии в процессе отрывки траншей могут ис­пользоваться и лазерные установки, принцип работы которых прак­тически не отличается от вышеизложенных.

В роторных экскаваторах производительность обусловлена прочностью грунта и скоростью передвижения машины. При этом значительные колебания загрузки основных механизмов и сниже­ние производительности экскаватора зависят от категории грунта, изменения сопротивления копанию, неровностей почвы и состоя­ния режущего инструмента. Обеспечение максимальной произво­дительности может быть достигнуто путем полной загрузки двигателя, что возможно только при наличии системы автома­тического управления, регулирования и контроля рабочего процес­са машины.

10.4.7. АВТОМАТИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ

В настоящее время большегрузные строительные автосамосва­лы, работающие совместно с загружающими их экскаваторами и погрузчиками, также оснащают современными бортовыми элек­тронными системами. Эти системы предназначены для управления работой автосамосвала в наиболее экономичном режиме, а также для получения импульсов от датчиков, обработки их микрокомпью­тером и выдачи на дисплей оперативных данных по использованию, техническому обслуживанию и ремонту машины.

Экономичная работа автомобиля достигается за счет оптималь­ного режима работы двигателя при правильно выбранной скорости, обеспечиваемой в некоторых моделях автоматической коробкой пе­редач. При этом в компьютер заложены программы на режим ран­него переключения скоростей для различных условий работы авто­самосвала в зависимости от его массы, рельефа и вида дороги, а также свойств ее покрытия. В то же время автоматическое пере­ключение передач снижает износ дисков сцепления и само время пе­реключения передач.

Максимальное использование мощности двигателя, обеспечение высокой проходимости, отказ от применения дифференциала, что позволяет снизить износ покрышек колес, обеспечиваются разрабо­танными системами для предотвращения блокировки ведущих колес при торможении, а также для регулирования проскальзывания в приводе и обеспечения минимальной пробуксовки колес при движе­нии.

Наряду с информацией о состоянии узлов и машины в целом на дисплей в цифровой и текстовой форме выводятся сведения о малейших отклонениях от нормальной работы автомобиля, что позволяет еще на ранней стадии их возникновения определить воз­можность устранения неисправностей. При этом с помощью ко­мандной клавиатуры на дисплей вызываются различные варианты устранения неисправностей. Одновременно с устранением неис­правностей компьютер позволяет обнаружить и более серьезные неполадки, а также заказать необходимые для замены при ремонте запасные части.

Для того чтобы обратить внимание водителя на возникновение нештатных ситуаций в работе самосвала, одновременно с выводом на дисплей текста срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Использование микроэлектроники в строительных грузовых ав­тосамосвалах позволяет облегчить управление и обслуживание, обеспечить надежность, безопасность эксплуатации машины н сни­жение ее эксплуатационных расходов, а также значительно улучшить тягово-скоростные и топливно-экономические свойства автомобилей-самосвалов.