RU1795010C - Способ контрол положени ковша экскаватора-драглайна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  автоматическому измерению эксплуатационных параметров экскаватора-драглайна и предназначаетс  дл  контрол  положени  ковша. Цель изобретени  - увеличение точности определени  координат кромки зубьев; ковша. Дополнительно измер ют с дискретностью 2-5° угол поворота платформы ft, угол наклона платформы в плоскости стрелы Јni, угол отклонени  ковша от вертикальной плоскости стрелы (р„ Определ ют и запоминают множество значений {sin a, cos ei, tg pi}. Определ ют и запоминают дл  каждой пары значений изменени  длин т гового т и подъемного Ini канатов, соответствующие им значени  рассто ни  di между кромкой зубьев ковша и угло вой.осыр стрелы. Определ ют дл  контролируемого положени  ковша величину di путем ее выбора в соответствии с фактическими длинами свисающих частей т гового 1Т| и подъемного Ini канатов. Координаты . кромки зубьев ковша определ ют в цилиндрической системе координат с осью ординат , совпадающей с осью вращени  экскаватора и с осью абсцисс, проход щей по рабочей плоскости п ты экскаватора, по формулам . + n - AXi; fk p +hT ijJk fy ±Д, где г; hi - радиус и высота оси вращени  направл ющего шкива т гового каната; АХс А ; At/ - приращени  координат крышки зубьев ковша в пространстве при отклонении ковша от плоскости стрелы. 2 ил, ел х Ю СП о

Description

Изобретение относитс  к автоматическому измерению эксплуатационных параметров экскаватора-драглайна при выполнении вскрышных бестранспортных работ, в частности, предназначаетс  дл  контрол  положени  ковша в пространстве и  вл етс  усовершенствованием известного способа контрол  положени  ковша экскаватора-драглайна по авт. св. NS 1578281.

Целью изобретени   вл етс  упрощение реализации способа при одновременном повышении точности определени  координат кромки зубьев ковша.

На фиг.1 показана расчетна  схема дл  определени  положени  ковша; Иа фиг.2 - структурна  схема устройства, реализующего способ контрол  положени  ковша экска- ватора-драглайна.

Предлагаемый способ включает следующие основные операции;

- осуществл ют физическую модель системы стрела экскаватора - порожний

ю

ковш - упр жь ковша - т говый и подъемный канаты ;

- задаютс  дискретностью изменени  длин т гового IT и подъемного п канатов и использу  модель, наход т дл  каждой пары значений ITj lni соответствующие им координаты кромки зубьев порожнего ковша xiyi;

- задаютс  дискретностью изменени  углов EI , $, нэходйТ дл  каждого возможного значени  изменени  указанных углов функции синуса, косиШуба .и тангенса и запоминают множество- этих ; значений соответствующих углам ,Ј|:, (р,

.Ј| ЈФ51П Si, COSEl

. . . . . - запоминают множество значений От Ini xjyi}, характеризующих возможное положение подвешенного на т говом и подъемном канатах порожнего ковша в плоскости стрелы;

-определ ют и запоминают дл  каждой пары ITi In множество значений рассто ний di между кромкой зубьев ковша и условной осью стрелы { ITJ .

(1)

где NX,Ny радиус вращени  и высота точки схода подъемного каната с направл ющего щк ивэ; :

L - условна  ось стрелы (рассто ние между точками схода т гового и подъемного канатов с направл ющих шкивов);

- измер ют угол наклона платформы в плоскости стрелы ,

- измер ют угол поворота платформы экскаватора t/i; . .

- измер ют угол отклонени  ковша от вертикальной плоскости стрелы де;

- измер ют длины свисающих частей .т гового 1т10и подъемного lni канатов при перемещении подвешенного на т говом и подъемном канатах порожнего ковша;

- определ ют координаты кромки зубьев порожнего ковша, подвешенного на т говом и подъемном канатах, путем выбора соответствующих lTflnf значений координат

xiy.;

- определ ют координаты кромки зубьев ковша в цилиндрической системе коорди- .натХУ :-.

Xki xi+rr Дхг(5) Yki yi hT+Ayi (6) $. $ ±А$, (7) где Гт.Ьт - радиус и высота оси вращени  направл ющего шкива т гового каната;

5

0

5

0

5

ЛХ;

(в)4-4А ;СГЧ А

0. ,у,.

А (8) (9У

(10)

2А;; . , :

со5ге-,;

a slnEitg ifj + j;) |(11)

, ,f,.

cosЈ:

С i Ci xrtg4 p + cos2 Јi (tg2 +d cosfij)

(12)

(13)

(14)

onci3 HMO: (15) . -. . L( j IТаким образом, в процессе перемещени  подвешенного на т говом и подъемном канатах порожнего ковша по измеренным значени м свисающих частей т гового l-rfw подъемного lni канатов определ ют координаты ковша в плоскости стрелы, затем, по измеренным величинам углов наклона платформы в плоскости стрелы Јi , поворота платформы $ и отклонени  ковша от вертикальной плоскости стрелы р вычисл ют вспомогательные переменные и определ Q ют координаты ковша в цилиндрической системе координат XY-, при этом ковш может находитьс  вне вертикальной плоскости стрелы (например, при его раскачивании, или при ускорени х и замедлени х вращеQ ни  платформы), а поворотна  платформа может иметь наклон к горизонтальной плоскости , что и имеет место при эксплуатации экскаватора. При этом, возможные значени  {di},

5 si n ei, {cos Ј) ,(tg у.}

вычисл ют заранее, а при измерении координат ковша производ т их выборку из соответствующих множеств, что повышает точность определени  координат кромки

Q зубьев ковша и существенно упрощает вычислительные процедуры. Последнее обсто тельство позвол ет использовать простейшие вычислители при реализации способа.

При определении координат xiyi в плоскости стрелы учитываютс  провисы подъемного и т гового канатов, а также положение ковша в зависимости от его координат в плоскости стрелы. При отклонении ковша от вертикальной плоскости

стрелы на угол р (угол между горизонтальной проекцией условной оси стрелы и плоскостью направл щего шкива т гового каната) координаты xiyi измен ютс , углова  координата положени  ковша $ также измен етс  (фиг.1).

Из А ОК1К1х (фиг.1):

(16)

I m (Nx-xi)2+(Ny - у,)2(17) Из Д ОМК1:

..CL-Ln.)2(18) Из Д MNK1:

Но К2ухК1 COS Ј

. тогда подставив (26) в (24), имеем:

(26)

MK2yx di Ayi

COS Ј|

(27)

10

поскольку K2zxK2x K2K2yx, то из ДМК2 К2уХ имеем:

d2 (x,-Ax1)(d,)2 (28)

15

но Д Х| Ду tg $

(29)

тогда

)

n02-L2nl

(19)

20 ; K.1t|.

л 2diiV; & l-d - ---- +

cosЈ; со5

(20) 25 ИШ

25 n a 2.-,

.;Х- .Н.

Oniy+L2-(|fn,y 2L

(21)

d|. V( (22)

т.е. при (fi 0 координаты кромки зубьев ковша xiyi определ ютс  путем выборки соответствующих Ini IT| значений, а геометрические соотношени  между координатами ковша xiyi и параметрами положени  ковша описываютс  выражени ми (16)-(22). При р & 0 при тех же значени х Inflff координаты кромки зубьев ковша измен ютс 

4на(-Дх)иДу(фиг.1:отрезкиК1хК2хиК1у К2у 45 поскольку Ду| Axictg d

соответственно). Аналогично

кромки зубьев ковша при изменении угла наклона платформы экскаватора, поскольку ,Јi Ее + Јni( Јni измен етс  в пределах ± 5°).

(37)

то выражение (28) имеет следующий Аналогично измен ютс  координаты ВИдMHViX;fio2cp .)Z . . клона платформы экскаватора, поскольку . .о V . соэЈ; /

Определим зависимости Дх|.Д yi от Ј|, р. Из ДОК2хК22х (фиг.1):

(-. V (

K2zxK2x(xi- Axi)tg

MK2yx di-K2yxK1

с ;-2Х;лхЛ9 V.

(23) ss jKlii i+

(24) Sin2E; или

A

(38)

p)( di - рассто ние между кромкой зубьев v у emЈ:

ковша и условной осью стрелы (ON).+&x ( гё , (39)

П Cf i

..Ч-i 2

1i 1,

; K.1t|.i-2X V;t e;t9zC|1 YfVe t 4+

л 2diiV; &Y l-d - ---- +

cosЈ; со5гЈ;

(3.0)

25 n a 2.-,

.;Х- .Н.

.+(s inViV,0-o

(X; sm Eiig cpi+d ;).

(31)

Аналогично определ ем xi:

поскольку Ду| Axictg d

(37)

(-. V (

с ;-2Х;лхЛ9 V.

(38)

или

х (tg2 i + cos2 €i) - 2 Д xi ( +

(40)

- di cos ei) + xf tg2 yi 0 или

A Ax)2-Bi Axi+Ci 0

8;±л|(В1;)1-4А1;сГ

2.A

где

y j+cos2 a Br2(tg2 fn+di cosЈi)

Cpxi2 tg2 p.

(41)

(42)

(43)

(44)

(45)

Из фиг.1 следует, что при де 0 по вл етс  приращение Д, которое необходимо учитывать при определении координат кромки зубьев ковша в цилиндрической системе координат XY тр.

Из Д О K2xK2zx следует, что

. Wuyiil m

(Ъ) + ГТ поскольку

K22xK2x(xi- Axi)tg р тогда

(47)

OPC X--UW I ;(48)

ЭЦХ ,-&Х-,) + Гт J Следовательно, координаты кромки зубьев ковша в системе координат XY определ ютс  выражени ми:

(49) .

(50)

(51)

Пример технической реализации способа показан на фиг.2, где приведена структурна  схема устройства. Устройство содержит: датчики длин свисающих частей т гового 1 и подъемного 2 канатов, угла наклона поворотной платформы 3, угла отклонени  ковша от вертикальной плоскости стрелы 4, угла поворота платформы 5, вычислитель 6 и выходной блок 7. Выходы датчиков 1-5 подключены к входам вычислител  6, выходы которого подключены к выходному блоку 7.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Вычислитель 6 содержит узел 8 выбора координат кромки зубьев ковша xiyi и вспомогательной переменной di, св занный с узлом 9 пам ти множество-Cxl, yi, ds}, узел 10 выбора значений sin Јi, cos Јi св занный с узлом 11 пам ти множества (sin е, cos Јij; узел 12 выбора значений tg , св занный с узлом 13 пам ти множества {tg р, узел 14 определени  приращени  абсциссы кромки зубьев ковша, св занный с узлом 15 определени  абсциссы кромки зубьев ковша, узел 16 определени  приращени  ординаты кромки зубьев ковша, св занный с узлом 17 определени  ординаты кромки зубьев ковша , узел 18 определени  приращени  углового положени  кромки зубьев ковша, св занный с узлом 19 определени  углового положени  кромки зубьев ковша, узел управлени  20, св занный с узлами 8, 10, 12, 14-18..Выходузла 14, крометого, подключен: к входу узла 18, выходы узла 8 подключены к Соответствующим входам узлов 14-18, выходы узлом 10, 12 подключены к входам узлов 14,16. Соответствующие входы узлов 15,18 подключены к источнику сигнала пропорционально посто нной зличине гт, к входу узла 17 подключен сиг -ал, пропорциональный посто нной величине пт, к входу узла 10 подключен сигнал пропорциональный посто нной величине Јс. Выход датчика 3 св зан с входами узла 10 (шина 1 - модуль угла ЈпГ, шины 2,3 - знаки изменени  угла +,-), выход датчика 4 св зан с входом узла 1.2 (шина 1 - модуль угла $$ , с входами узла 18 (шины 2,3 - знаки изменени  угла +, -), выход датчика 5 св зан с входами узла 19 (шина 1 - модуль угла $ , шины 2,3 - знаки изменени  угла +,-).

Работа устройства. В узел пам ти 9 записывают с прин той дискретностью дл  каждой пары значений Ti Int множество соответствующих координат кромки зубьев ковша xiyi и вспомогательной переменной di. В узлы пам ти 11, 13 записывают соответственно значени  синусов и косинусов углов Ј| Јс +Јп и тангенсов углов де , при этом дискретность измерени  углов принимаетс  в пределах 2-5° в зависимости от линейных размеров экскаватора. При перемещении ковша в пространстве с выходов датчиков 1,2 на узел 8 поступают сигналы пропорциональные 1тГIni, который по команде узла управлени  20 осуществл ет выбор из множества {xiyidi} соответствующих значений . Указанные сигналы поступают на соответствующие входы узлов 14-18. На входы узла 10 пс/ступают сигналы пропорциональные Јс и Јп. В узле 10 по команде узла управлени 20 осуществл етс 

алгебраическое суммирование углов и выбор из множества (sin E cos соответствующих значений, которые поступают на входы узлов 14, 16. На вход узла поступает с выхода датчика 4 сигнал, пропорциональный модулю угла уз.Узел 12 по команде узла управлени  20 обеспечивает выбор из множества {tg р соответствующего значени . Указанный сигнал поступает на входы узлов 14, 16. В свою очередь по команде узла управлени  20 на выходе узла 14 формируетс  сигнал Axi (формулы 8, 10-12), который поступает на вход узла 15 и 18. На выходе узла 16 формируетс  сигнал Ayi (формулы 9, 12-14), который поступает на вход узла 17. На выходе узла 18 формируетс  сигнал А $ (формула 15), который поступает на вход узла 19, на второй вход которого поступает сигнал ip с выхода датчика 5, По команде узла управлени  20 на выходах узлов 15, 17, 19 соответственно по формулам 5, 6, 7 формируютс  сигналы, характеризующие координаты XkiYki кромки зубьев подвешенного на т говом и подъемном канатах ковша при измен ющихс  значени х lni, hi, Јы . р. $ Численные значени  координат ковша Синдицируютс  на выходном блоке 7.

Таким образом, устройством формируетс  информаци , характеризующа  координаты кромки зубьев порожнего ковша,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Способ контрол  положени  ковша экскаватора-драглайна по авт.св, Kb 1578281, о т л и ч а ю щи и с   тем, что, с целью упрощени  и увеличени  точности, дополнительно измер ют с дискретностью 2-5° углы поворота платформы $, наклона платформы в плоскости стрелы ЈП| и отклонени  ковша от вертикальной плоскости стрелы де, при этом определ т и запоминают множество значений{з п Ј, cos e, tg де), определ ют дл  контролируемого положени  ковша величины sin Q, cosei , tg путем их выбора в соответствии с фактическими значени ми углов ef, (pf. определ ют и запоминают дл  каждой пары значений изменени  длин т гового 1Т|- и подъемного 1П( канатов, соответствующие им значени  вспомогательной переменной di. определ - ют дл  контролируемого положени  ковша

подвешенного на подъемном и т говом канатах , что позвол ет определ ть координаты любой точки в рабочей зоне забо , т.е. определ ть фактические значени  параметров паспорта экскавации.

Технико-экономические преимущества способа заключаютс  в следующем. Практическое использование способа позволит снизить объемы переэкскавации в сложных

бестранспортных технологических схемах за счет ликвидации нарушений заданных параметров пасп.орта экскавации. По предварительной оценке указанное обсто тельство позволит увеличить фактическую

производительность экскаватора на вскрыше за счет ликвидации бесполезной работы не менее, чем на 5%.

Экономическа  эффективность от использовани  способа на драглайне типа

ЭШ20.90 составит

Куп Vr 3flon

0,1 хО,05хЗх 106-7000 8000руб„ где ,1 руб. - средн   стоимость переработки 1 м горной массы; ,05 - коэффициент увеличени  производительности;

Vr 3-106 м3- средн   годова  производительность экскаватора;

руб. - ориентировочные до- полнительные затраты, св занные с оснащением экскаватора соответствующими средствами и их эксплуатацией.

величину вспомогательной переменной di путем ее выбора в соответствии с фактическими длинами свисающих частей т гового 1т|0и подъемного lnf канатов, а координаты- . кромки зубьев ковша определ ют в цилиндрической системе координат с осью ординат , совпадающей с осью вращени  экскаватора, и с осью абсцисс, проход щей по рабочей плоскости п ты экскаватора, по формулам

Xki-xi + rv Ах : Yki yi+hT+ Ayi. : tpk -fy±&-fi

где гт, Кт - радиус и высота оси вращени  направл ющего шкива т гового каната;

AXJ, Ayi,A -приращени  координат кромки зубьев ковша в пространстве при отклонении ковша от плоскости стрелы.

Pe4aKtbp

Составитель С.Ворончихин

Техред М.Моргентал, Корректор Н.Слобод ник

//2. /.

УС/Г...