RU2743981C1 - System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline - Google Patents

System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline Download PDF

Info

Publication number
RU2743981C1
RU2743981C1 RU2020128721A RU2020128721A RU2743981C1 RU 2743981 C1 RU2743981 C1 RU 2743981C1 RU 2020128721 A RU2020128721 A RU 2020128721A RU 2020128721 A RU2020128721 A RU 2020128721A RU 2743981 C1 RU2743981 C1 RU 2743981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
excavator
measuring channel
pipeline
bucket
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2020128721A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Петрович Дидур
Владимир Вячеславович Гришин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь"
Priority to RU2020128721A priority Critical patent/RU2743981C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743981C1 publication Critical patent/RU2743981C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

FIELD: control systems.SUBSTANCE: invention relates to system for controlling distance between bucket of excavator and surface of pipeline wall. System for controlling distance between bucket of excavator and wall surface of pipeline includes generator of electromagnetic oscillations connected to pipeline, with the possibility of formation of a magnetic chain excavator between the pipeline and the chassis elements, a proximity sound signaling device configured to transmit the audio signal to the loudspeaker speaker installed in the operator cabin. Approach acoustic signaling device is made in the form of electronic unit installed on excavator shovel above ladle and contains identical vertical measuring channel with antenna installed vertically, and a horizontal measuring channel with a horizontally mounted antenna, the vertical measuring channel antenna is connected to a high-pass filter which is connected to the programmable amplifier, the latter is connected to low-pass filter which is then connected with amplitude rectifier. Amplitude rectifier is connected to input of analogue-to-digital converter of microcontroller, identical antenna of horizontal measuring channel is connected to similar high-frequency filter, which is connected to programmable amplifier, the latter is connected to low-pass filter, which is then connected to the amplitude rectifier, and the amplitude rectifier is connected to the input of the analogue-to-digital converter of the microcontroller. Control outputs of microcontroller are connected to programmable amplifiers of vertical measuring channel and horizontal measuring channel, also microcontroller is connected to input of low-frequency amplifier, and the latter is connected to loudspeaker speaker.EFFECT: continuous monitoring of the distance between the bucket of the excavator and the wall of the pipeline or cable and the supply of audio signals to the loudspeaker speaker in the cabin of the operator of earthmoving equipment.1 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к строительным машинам, в частности, к системе контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода и может быть использована в качестве системы безопасности для оснащения землеройной техники для контроля приближения ковша к металлическим коммуникациям, например, трубопроводам, кабелям и так далее, при проведении землеройных вскрышных работ, например, в нефтяной и газовой промышленности.The invention relates to construction machines, in particular, to a system for monitoring the distance between an excavator bucket and the surface of a pipeline wall and can be used as a security system for equipping earthmoving equipment to control the approach of a bucket to metal communications, for example, pipelines, cables, and so on, when earthmoving stripping operations, for example, in the oil and gas industry.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для измерения глубины копания экскаватора, включающее датчики положения, установленные на рабочих органах и подключенные через сумматор к регистрирующему устройству, и блок настройки, при этом датчики положения выполнены в виде Ш-образной пластины, средний лепесток которой выполнен укороченным с грузом, соединенным с подвижным контактом потенциометра, установленного на жестком кронштейне, закрепленном в уголках, а два крайних лепестка пластины закреплены с помощью уголков на крышке датчика (см. а.с. SU №684102, МПК E02F 9/20, опубл. 05.09.1979 г., бюл. №33).A device for measuring the digging depth of an excavator is known, which includes position sensors installed on the working bodies and connected through an adder to a recording device, and a tuning unit, while the position sensors are made in the form of an W-shaped plate, the middle lobe of which is shortened with a load connected to a movable contact of a potentiometer installed on a rigid bracket fixed in the corners, and the two extreme petals of the plate are fixed with corners on the sensor cover (see AS SU No. 684102, IPC E02F 9/20, publ. 09/05/1979, bulletin No. 33).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невысокая точность измерения глубины копания экскаватора.The disadvantage of this device is the complexity of the design, low accuracy in measuring the digging depth of the excavator.

Известна система для определения глубины копания одноковшовым экскаватором, включающая датчики положения стрелы и рукояти, сумматор и гидравлическое устройство управления экскаватором, при этом она содержит постоянное запоминающее устройство, задатчик предельной глубины копания, блок сравнения, задатчик длины режущей части ковша, блок индикации и генератор тактовых импульсов, причем последний подключен к синхронизирующим входам датчиков положения стрелы и рукояти, постоянного запоминающего устройства, сумматора, блока сравнения и блока индикации, выходы датчиков положения стрелы и рукояти подключены к соответствующим адресным входам постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик режущей части ковша, выход сумматора связан с входом блока индикации и первым входом блока сравнения, ко второму входу которого подключен задатчик предельной глубины копания, выход блока сравнения соединен с гидравлическим устройством управления экскаватором (см. а.с. SU №1476082, МПК E02F 9/20, опубл. 30.04.1989 г., бюл. №16).There is a known system for determining the digging depth with a single-bucket excavator, which includes sensors for the position of the boom and stick, an adder and a hydraulic control device for the excavator, while it contains a read-only memory, a setpoint for the maximum digging depth, a comparison unit, a setpoint for the length of the bucket cutting part, an indication unit and a clock pulses, and the latter is connected to the synchronizing inputs of the boom and stick position sensors, read-only memory, adder, comparison unit and display unit, the outputs of the boom and stick position sensors are connected to the corresponding address inputs of the read-only memory, the output of which is connected to the first input of the adder, which the second input of which is connected to the adjuster of the cutting part of the bucket, the output of the adder is connected to the input of the display unit and the first input of the comparison unit, to the second input of which the setting of the maximum digging depth is connected, the output of the comparison unit is connected to the hydraulic link excavator control triad (see. A.S. SU No. 1476082, IPC E02F 9/20, publ. April 30, 1989, bul. No. 16).

Недостатком данной системы является сложность конструкции, высокая стоимость, невысокие точность и надежность работы экскаватора.The disadvantages of this system are the complexity of the design, high cost, low accuracy and reliability of the excavator.

Известен экскаватор для вскрытия трубопроводов, включающий устройство управления приводом рабочего оборудования, имеющим исполнительные гидроцилиндры, соединенные через распределители для управления стрелой и рукоятью с насосом и моделирующим рычагом, имеющим привод перемещения, ограничитель и определитель глубины, связанные между собой, при этом привод моделирующего рычага выполнен в виде гидроцилиндров, установленных на моделирующем рычаге, и гидромоторов с преобразователями, установленных между распределителями для управления стрелой и рукоятью и исполнительными гидроцилиндрами рабочего оборудования, а преобразователи связаны с гидроцилиндрами, при этом между насосом и распределителем для управления стрелой установлен определитель глубины, выполненный в виде гидрораспределителя, корпус которого соединен с ограничителем глубины, а золотник - с моделирующим рычагом (см. пат. RU №2029828, МПК E02F 9/20, E02F 9/22, опубл. 27.02.1995 г.).Known excavator for opening pipelines, including a control device for the drive of working equipment, which has executive hydraulic cylinders connected through distributors to control the boom and handle with a pump and a simulating lever having a displacement drive, a limiter and a depth gauge connected to each other, while the drive of the simulating lever is made in the form of hydraulic cylinders mounted on the modeling arm, and hydraulic motors with transducers installed between the distributors to control the boom and the stick and executive hydraulic cylinders of the working equipment, and the transducers are connected to the hydraulic cylinders, while a depth gauge is installed between the pump and the distributor to control the boom, made in the form a hydraulic valve, the body of which is connected to a depth stop, and the spool is connected to a modeling lever (see US Pat. RU No. 2029828, IPC E02F 9/20, E02F 9/22, publ. 27.02.1995).

Недостатком данного экскаватора является сложность устройства управления приводом рабочего оборудования, невысокие точность и надежность работы экскаватора.The disadvantage of this excavator is the complexity of the control device for the drive of the working equipment, low accuracy and reliability of the excavator.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип является устройство контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, характеризующееся тем, что оно содержит закрепленную на стреле экскаватора и охватывающую ее передающую катушку индуктивности, соединенную с передатчиком электромагнитных колебаний, и охватывающую платформу экскаватора приемную катушку индуктивности, которая связана по магнитной цепи, образованной стрелой экскаватора, ковшом, зазором между ковшом и трубопроводом и пространством между трубопроводом и шасси экскаватора, с передающей катушкой и соединена с приемником-преобразователем, соединенным с узлом блокировки и сигнализации, воздействующим на исполнительный механизм экскаватора (см. пат. RU №2140493, МПК E02F 9/20, E02F 5/10, опубл. 27.10.1999 г.).The closest in technical essence and the achieved positive effect and adopted by the authors as a prototype is a device for controlling the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, characterized in that it contains a transmitting inductance coil attached to the excavator boom and enclosing it, connected to a transmitter of electromagnetic oscillations, and a receiving inductance coil covering the excavator platform, which is connected via a magnetic circuit formed by the excavator boom, the bucket, the gap between the bucket and the pipeline and the space between the pipeline and the excavator chassis, with the transmitting coil and is connected to the receiver-converter connected to the blocking and signaling unit, acting on the excavator actuator (see US Pat. RU No. 2140493, IPC E02F 9/20, E02F 5/10, publ. 27.10.1999).

Недостатком данного устройства являются сложность технической реализации и последующего обслуживания, необходимость разработки множества вариантов устройства для установки его на различные типы землеройной техники, а также то, что оно выдает как звуковой, так и световой сигналы, при этом подача световых сигналов вынуждает оператора землеройной техники отвлекаться от управления экскаватором.The disadvantage of this device is the complexity of the technical implementation and subsequent maintenance, the need to develop a variety of device options for installing it on various types of earthmoving equipment, as well as the fact that it emits both sound and light signals, while the supply of light signals forces the operator of earthmoving equipment to be distracted from excavator control.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей предлагаемого изобретения является разработка системы контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, обладающей обеспечением непрерывного контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода или кабелем и своевременной подачи звуковых сигналов на динамик громкоговорителя в кабину оператора землеройной техники, что позволит ему оперативно корректировать свои действия с целью недопущения повреждения или нарушения изоляции трубопровода или кабеля.The objective of the present invention is to develop a system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, which provides continuous control of the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall or cable and timely submission of sound signals to the loudspeaker speaker in the operator's cab of earthmoving equipment, which will allow him to promptly adjust his actions to prevent damage or violation of the insulation of the pipeline or cable.

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к обеспечению непрерывного контроля расстояния между ковшом экскаватора и стенкой трубопровода или кабелем и подачи звуковых сигналов на динамик громкоговорителя в кабину оператора землеройной техники.The technical result, which can be achieved with the help of the present invention, is to ensure continuous control of the distance between the excavator bucket and the pipeline wall or cable and the supply of sound signals to the loudspeaker speaker in the operator's cab of earthmoving equipment.

Технический результат достигается с помощью системы контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, включающей генератор электромагнитных колебаний, подключенный к трубопроводу, с возможностью образования между трубопроводом и элементами шасси экскаватора магнитной цепи, устройство звуковой сигнализации приближения, выполненное с возможностью передачи звукового сигнала на динамик громкоговорителя, установленный в кабине оператора, при этом устройство звуковой сигнализации приближения, выполнено в виде электронного блока, установленного на стреле экскаватора над ковшом и содержит идентичные вертикальный измерительный канал с антенной, установленной вертикально, и горизонтальный измерительный канал с антенной, установленной горизонтально, при этом антенна вертикального измерительного канала соединена с фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом идентичная антенна горизонтального измерительного канала соединена с аналогичными фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом управляющие выходы микроконтроллера соединены с программируемыми усилителями вертикального измерительного канала и горизонтального измерительного канала, также микроконтроллер соединен со входом усилителя низкой частоты, а, последний, соединен с динамиком громкоговорителя.The technical result is achieved by using a system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, including an electromagnetic oscillator connected to the pipeline, with the possibility of forming a magnetic circuit between the pipeline and the elements of the excavator chassis, an approach sound alarm device made with the ability to transmit an audio signal to the speaker loudspeaker installed in the operator's cab, while the sound signaling device for approaching is made in the form of an electronic unit mounted on the excavator boom above the bucket and contains an identical vertical measuring channel with an antenna mounted vertically, and a horizontal measuring channel with an antenna mounted horizontally, while the antenna of the vertical measuring channel is connected to a high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to an amplitude rectifier, and the amplitude rectifier is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller, while the identical antenna of the horizontal measuring channel is connected to a similar high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to the amplitude rectifier, and the amplitude the rectifier is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller, while the control outputs of the microcontroller are connected to the programmable amplifiers of the vertical measuring channel and the horizontal measuring channel, the microcontroller is also connected to the input of the low-frequency amplifier, and the latter is connected to the loudspeaker speaker.

Таким образом, технический результат достигается с помощью системы контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода включающей генератор электромагнитных колебаний, подключенный к трубопроводу, с возможностью образования между трубопроводом и элементами шасси экскаватора магнитной цепи, устройство звуковой сигнализации приближения, выполненное с возможностью передачи звукового сигнала на динамик громкоговорителя, установленный в кабине оператора, причем генератор электромагнитных колебаний, подключенный к трубопроводу, используемому в качестве излучающей антенны, используют внешний, при этом устройство звуковой сигнализации приближения, выполнено в виде электронного блока, установленного на стреле экскаватора над ковшом и содержит идентичные вертикальный измерительный канал с антенной, установленной вертикально, и горизонтальный измерительный канал с антенной, установленной горизонтально, при этом антенна вертикального измерительного канала соединена с фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом идентичная антенна горизонтального измерительного канала соединена с аналогичными фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом управляющие выходы микроконтроллера соединены с программируемыми усилителями вертикального измерительного канала и горизонтального измерительного канала, также микроконтроллер соединен со входом усилителя низкой частоты, а, последний, соединен с динамиком громкоговорителя посредством гибкого кабеля.Thus, the technical result is achieved by means of a system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, including an electromagnetic oscillator connected to the pipeline, with the possibility of forming a magnetic circuit between the pipeline and the excavator chassis elements, an approach sound alarm device configured to transmit an audio signal on the loudspeaker speaker installed in the operator's cabin, and the generator of electromagnetic oscillations connected to the pipeline used as a radiating antenna is used external, while the sound signaling device for approaching is made in the form of an electronic unit mounted on the excavator boom above the bucket and contains identical vertical measuring channel with an antenna installed vertically and a horizontal measuring channel with an antenna installed horizontally, while the antenna of the vertical measuring channel is connected to the phi a high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to an amplitude rectifier, and an amplitude rectifier is connected to the input of an analog-to-digital converter of the microcontroller, while an identical antenna of the horizontal measuring channel is connected to a similar high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to an amplitude rectifier, and an amplitude rectifier is connected to the input of an analog-to-digital converter of the microcontroller, while the control outputs of the microcontroller are connected to the programmable amplifiers of the vertical measuring channel and the horizontal measuring channel, also the microcontroller is connected to the input of the low-frequency amplifier, and, the latter, is connected to the speaker of the loudspeaker by means of a flexible cable.

Краткое описание чертежей и иных материаловBrief description of drawings and other materials

На фиг. 1 дана система контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, схема установки на экскаватор системы контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, общий вид.FIG. 1 shows a system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, a diagram of the installation on the excavator of the system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, general view.

На фиг. 2, тоже, дана структурная схема системы контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода.FIG. 2, also, a block diagram of the control system for the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall is given.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Система контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода включает внешний генератор электромагнитных колебаний (на фиг. не показан), подключенный к искомой инженерной коммуникации, и состоит из устройства звуковой сигнализации приближения выполненного в виде электронного блока 1, установленного на стреле 2 экскаватора (на фиг. не обозначен) над ковшом 3 экскаватора, например, с помощью магнитных креплений (на фиг. не показаны), так, чтобы исключить задевание электронного блока 1 движущимися частями экскаватора или содержимым ковша 3 экскаватора, динамика громкоговорителя 4, установленного в кабине (на фиг. не обозначена) экскаватора, соединенного с электронным блоком 1 посредством одного гибкого четырехжильного кабеля (на фиг. не показан), на который подаются звуковые сигналы, питаются электронный блок 1 и громкоговоритель 4 от бортовой шины питания (на фиг. не показана) экскаватора напряжением 12 или 24 вольта, причем пространство (на фиг. не обозначено) между трубопроводом 5 и элементами шасси (на фиг. не обозначены) образуют магнитную цепь, при этом в электронном блоке 1 расположены два идентичных измерительных канала 6 и 7, отличающихся способом установки электромагнитных антенн (на фиг. не обозначены); измерительный канал, имеющий вертикально установленную антенну, называется вертикальным измерительным каналом 6, а измерительный канал 7 имеет горизонтально установленную антенну и называется горизонтальным измерительным каналом 7, при этом вертикальный измерительный канал 6 соединен с фильтром высокой частоты (ФВЧ) 8, который соединен с программируемым усилителем (ПУ) 9, последний соединен с фильтром низкой частоты (ФНЧ) 10, который затем соединен с амплитудным выпрямителем 11, а амплитудный выпрямитель 11 соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (МК) 12, а горизонтальный измерительный канал 7 соединен с аналогичным фильтром высокой частоты (ФВЧ) 13, который соединен с программируемым усилителем (ПУ) 14, последний соединен с фильтром низкой частоты (ФНЧ) 15, который затем соединен с амплитудным выпрямителем 16, а амплитудный выпрямитель 16 соединен со входами аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (МК) 12, при этом МК 12 соединен с ПУ 9 и с ПУ 14 и соединен с усилителем низкой частоты (УНЧ) 17, который затем соединен с динамиком громкоговорителя 4.The system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall includes an external generator of electromagnetic oscillations (not shown in the figure), connected to the required engineering communications, and consists of a sound signaling device for the approach made in the form of an electronic unit 1 installed on the boom 2 of the excavator (on Fig. not indicated) above the bucket 3 of the excavator, for example, using magnetic mounts (not shown in the figure), so as to exclude the electronic unit 1 from the moving parts of the excavator or the contents of the bucket 3 of the excavator, the speaker of the loudspeaker 4 installed in the cab (on Fig. not indicated) of the excavator connected to the electronic unit 1 by means of one flexible four-core cable (not shown in the figure), to which sound signals are supplied, the electronic unit 1 and the loudspeaker 4 are powered from the on-board power bus (not shown in the figure) of the excavator voltage of 12 or 24 volts, and the space (not indicated in the figure) between the pipeline 5 and the chassis elements (in Fig. not indicated) form a magnetic circuit, while in the electronic unit 1 there are two identical measuring channels 6 and 7, differing in the method of installing electromagnetic antennas (not indicated in the figure); the measuring channel having a vertically mounted antenna is called the vertical measuring channel 6, and the measuring channel 7 has a horizontally mounted antenna and is called the horizontal measuring channel 7, while the vertical measuring channel 6 is connected to a high-frequency filter (HPF) 8, which is connected to a programmable amplifier (PU) 9, the latter is connected to a low-frequency filter (LPF) 10, which is then connected to an amplitude rectifier 11, and an amplitude rectifier 11 is connected to the input of an analog-to-digital converter of a microcontroller (MK) 12, and the horizontal measuring channel 7 is connected to a similar filter high frequency (HPF) 13, which is connected to a programmable amplifier (PU) 14, the latter is connected to a low-frequency filter (LPF) 15, which is then connected to an amplitude rectifier 16, and an amplitude rectifier 16 is connected to the inputs of an analog-to-digital converter of a microcontroller (MK ) 12, while MK 12 is connected to PU 9 and PU 14 and connected to a low frequency amplifier (ULF) 17, which is then connected to the speaker of loudspeaker 4.

Систему контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода эксплуатируют следующим образом.The system for controlling the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall is operated as follows.

Принцип действия системы контроля расстояния между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 основан на явлении электромагнитной индукции (см. фиг. 1, 2), вертикальный и горизонтальный измерительные каналы 6 и 7 обнаруживают переменное электромагнитное поле, которое возникает вокруг искомого трубопровода 5 или кабеля, выступающего в роли излучающей антенны, при подключении к нему внешнего генератора электромагнитных колебаний. Сигнал, наводимый на антенны, установленные в вертикальном и горизонтальном измерительных каналах 6 и 7, подвергается фильтрации ФВЧ 8 и 11, усилению ПУ 9 и 14, фильтрации по низкой частоте фильтрами 10 и 15 и выпрямлению амплитудными выпрямителями 11 и 16. Напряжение постоянного тока после амплитудных выпрямителей 11 и 16, пропорциональное амплитуде электромагнитного излучения трубопровода 5 или кабеля в месте нахождения электронного блока 1, подают на входы аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 12, МК 12 выполняет их обработку. Система контроля расстояния между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 работает в трех режимах:The principle of operation of the control system of the distance between the bucket 3 of the excavator and the surface of the wall of the pipeline 5 is based on the phenomenon of electromagnetic induction (see Fig. 1, 2), the vertical and horizontal measuring channels 6 and 7 detect an alternating electromagnetic field that occurs around the desired pipeline 5 or cable , acting as a radiating antenna, when an external generator of electromagnetic oscillations is connected to it. The signal directed to the antennas installed in the vertical and horizontal measuring channels 6 and 7 is filtered by the HPF 8 and 11, amplified by the PU 9 and 14, low-frequency filtering by the filters 10 and 15, and rectified by the amplitude rectifiers 11 and 16. The DC voltage after amplitude rectifiers 11 and 16, proportional to the amplitude of the electromagnetic radiation of the pipeline 5 or cable at the location of the electronic unit 1, is fed to the inputs of the analog-to-digital converter of the microcontroller 12, MK 12 performs their processing. The system for monitoring the distance between the bucket 3 of the excavator and the surface of the pipeline wall 5 operates in three modes:

- Режим поиска коммуникации;- Communication search mode;

В этом режиме МК 12 использует сигнал, принимаемый антенной вертикального измерительного канала 6, для поиска коммуникации по минимуму сигнала. При расположении стрелы 2 экскаватора с установленным на ней электронным блоком 1 непосредственно над осью искомой коммуникации на выходе вертикального измерительного канала 6 формируется ярко выраженный минимум сигнала по сравнению с сигналом, формируемым при некотором удалении электронного блока 1 от оси коммуникации. МК 12 непрерывно анализирует изменения уровня сигнала вертикального измерительного канала 6 и вырабатывает импульсы определенной частоты звукового диапазона, пропорциональной величине выходного сигнала вертикального измерительного канала 6, эти звуковые импульсы подают на УНЧ 17 и, далее, на динамик громкоговорителя 4; таким образом, плавно перемещая стрелу 2 экскаватора поперек искомой коммуникации, оператор будет слышать звуковые импульсы с меняющимися частотой следования и тональностью. Импульсы наиболее низкой тональности будут соответствовать минимуму выходного сигнала вертикального измерительного канала 6, что будет свидетельствовать о расположении стрелы 2 экскаватора непосредственно над осью искомой коммуникации. После этого стрела 2 фиксируется в горизонтальной плоскости, и осуществляется переход к этапу калибровки.In this mode, MK 12 uses the signal received by the antenna of the vertical measuring channel 6 to search for communication at the minimum signal. When the boom 2 of the excavator is located with the electronic unit 1 installed on it, directly above the axis of the desired communication, at the output of the vertical measuring channel 6, a pronounced minimum of the signal is formed in comparison with the signal generated at some distance from the electronic unit 1 from the communication axis. MK 12 continuously analyzes changes in the signal level of the vertical measuring channel 6 and generates pulses of a certain frequency of the audio range, proportional to the value of the output signal of the vertical measuring channel 6, these sound pulses are fed to the ULF 17 and then to the speaker of the loudspeaker 4; thus, smoothly moving the boom 2 of the excavator across the desired communication, the operator will hear sound impulses with varying repetition rate and tone. The pulses of the lowest tonality will correspond to the minimum of the output signal of the vertical measuring channel 6, which will indicate the location of the boom 2 of the excavator directly above the axis of the required communication. After that, the boom 2 is fixed in the horizontal plane, and the transition to the calibration stage is carried out.

Уровень сигнала горизонтального измерительного канала 7 в режиме поиска коммуникации используется для установления коэффициента усиления программируемых усилителей 9 и 14. При расположении электронного блока 1 непосредственно над осью коммуникации на выходе горизонтального измерительного канала 7 формируется максимум постоянного напряжения. Воздействуя на программируемые усилители 9 и 14, МК 12 устанавливает для них такие коэффициенты усиления, чтобы выходные сигналы вертикального и горизонтального измерительных каналов 6 и 7 всегда были в пределах допустимого динамического диапазона. После данного этапа коэффициенты усиления фиксируются и остаются неизменными до следующего поиска коммуникации.The signal level of the horizontal measuring channel 7 in the communication search mode is used to establish the gain of the programmable amplifiers 9 and 14. When the electronic unit 1 is located directly above the communication axis, a maximum constant voltage is formed at the output of the horizontal measuring channel 7. Acting on the programmable amplifiers 9 and 14, MK 12 sets the gains for them so that the output signals of the vertical and horizontal measuring channels 6 and 7 are always within the admissible dynamic range. After this stage, the gains are fixed and remain unchanged until the next search for communication.

- Режим калибровки электронного блока 1;- Calibration mode of the electronic unit 1;

В этом режиме электронный блок 1, находящийся над осью коммуникации, располагают непосредственно над землей (в случае поиска кабеля) или поднимают над землей на высоту, равную половине диаметра трубопровода 5 (в случае поиска трубопровода 5). МК 12 заносит в память полученный уровень выходного сигнала горизонтального измерительного канала 7 в нижней точке калибровки, после чего стрелу 2 с электронным блоком 1 поднимают вертикально на 50 сантиметров относительно предыдущего положения и МК 12 фиксирует уровень выходного сигнала горизонтального измерительного канала 7 в верхней точке калибровки, далее они используются для определения глубины залегания коммуникации. Одновременно МК 12 рассчитывает уровень сигнала, который сформировался бы на выходе горизонтального измерительного канала 7, если бы расстояние между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 (или кабелем) стало равно нулю; этот максимальный уровень сигнала используют микроконтроллером 12 при работе системы контроля расстояния между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 в основном режиме.In this mode, the electronic unit 1, located above the communication axis, is located directly above the ground (in the case of a cable search) or raised above the ground to a height equal to half the diameter of the pipeline 5 (in the case of a pipeline search 5). MK 12 memorizes the received level of the output signal of the horizontal measuring channel 7 at the lower calibration point, after which the boom 2 with the electronic unit 1 is raised vertically by 50 centimeters relative to the previous position and MK 12 records the level of the output signal of the horizontal measuring channel 7 at the upper calibration point, then they are used to determine the depth of the communication. Simultaneously MK 12 calculates the signal level that would be formed at the output of the horizontal measuring channel 7 if the distance between the bucket 3 of the excavator and the surface of the wall of the pipeline 5 (or cable) became equal to zero; This maximum signal level is used by the microcontroller 12 when the system for monitoring the distance between the excavator bucket 3 and the wall surface of the pipeline 5 in the main mode.

- Основной режим;- Basic mode;

После калибровки система контроля расстояния между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 переходит в основной режим работы. Уровни выходных напряжений вертикального и горизонтального измерительных каналов 6 и 7 суммируются геометрически, МК 12 отслеживает текущие напряжения, сравнивает их с записанным в память максимальным уровнем и формирует звуковые импульсы, меняющиеся по тональности и по частоте следования в зависимости от полученной векторной суммы сигналов вертикального и горизонтального измерительных каналов 6 и 7.After calibration, the control system of the distance between the bucket 3 of the excavator and the surface of the wall of the pipeline 5 goes into the main mode of operation. The levels of the output voltages of the vertical and horizontal measuring channels 6 and 7 are summed up geometrically, MK 12 monitors the current voltages, compares them with the maximum level recorded in the memory and generates sound pulses that change in tonality and repetition rate depending on the received vector sum of the signals of the vertical and horizontal measuring channels 6 and 7.

При этом система контроля расстояния между ковшом 3 экскаватора и поверхностью стенки трубопровода 5 имеет некоторые особенности:In this case, the control system of the distance between the bucket 3 of the excavator and the surface of the wall of the pipeline 5 has some features:

- с целью обострения восприятия оператором землеройной техники применяется преобразование изменения амплитуды сигналов, принимаемых антеннами измерительных каналов 6 и 7, в изменение частоты следования и тональности звуковых сигналов, воспроизводимых громкоговорителем 4, поскольку известно, что рост амплитуды звука, человек может заметить только при изменении на 10-15%, а изменение частоты звука фиксируется при 0,3%; диапазон изменения определяется МК 12 системы в процессе калибровки;- in order to sharpen the perception of the earthmoving equipment operator, the change in the amplitude of the signals received by the antennas of the measuring channels 6 and 7 is converted into a change in the repetition rate and tonality of sound signals reproduced by the loudspeaker 4, since it is known that the increase in the amplitude of the sound, a person can notice only when changing to 10-15%, and the change in sound frequency is fixed at 0.3%; the range of change is determined by the MK 12 of the system during the calibration process;

- с целью минимизации отвлечения оператора землеройной техники, оповещение оператора о приближении ковша 3 экскаватора к стенке трубопровода 5 или кабелю производится только звуковым сигналом;- in order to minimize the distraction of the operator of earthmoving equipment, the operator is notified of the approach of the bucket 3 of the excavator to the wall of the pipeline 5 or the cable is made only by a sound signal;

- обязательное проведение начальной калибровки электронного блока 1 перед проведением землеройных работ.- obligatory initial calibration of electronic unit 1 before carrying out earth-moving works.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:The proposed invention in comparison with the prototype and other known technical solutions has the following advantages:

- система обеспечивает контроль расстояния между ковшом экскаватора и стенкой трубопровода путем своевременной подачи звуковых импульсов на усилитель низкой частоты и, затем, на динамик громкоговорителя;- the system provides control of the distance between the excavator bucket and the pipeline wall by timely supply of sound pulses to the low frequency amplifier and, then, to the loudspeaker speaker;

- минимизирует отвлечение оператора землеройной техники, оповещая его о приближении к искомой коммуникации только звуковым сигналом;- minimizes the distraction of the operator of earthmoving equipment, notifying him of the approach to the desired communication only by sound signal;

- благодаря применению постоянных магнитов в качестве креплений обеспечивается простота монтажа устройства;- due to the use of permanent magnets as fasteners, the device can be easily installed;

- система может применяться с любыми одноковшовыми экскаваторами без внесения каких-либо изменений в конструкцию.- the system can be used with any single-bucket excavators without making any changes to the design.

Claims (1)

Система контроля расстояния между ковшом экскаватора и поверхностью стенки трубопровода, включающая генератор электромагнитных колебаний, подключенный к трубопроводу, с возможностью образования между трубопроводом и элементами шасси экскаватора магнитной цепи, устройство звуковой сигнализации приближения, выполненное с возможностью передачи звукового сигнала на динамик громкоговорителя, установленный в кабине оператора, отличающееся тем, что устройство звуковой сигнализации приближения выполнено в виде электронного блока, установленного на стреле экскаватора над ковшом, и содержит идентичные вертикальный измерительный канал с антенной, установленной вертикально, и горизонтальный измерительный канал с антенной, установленной горизонтально, при этом антенна вертикального измерительного канала соединена с фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом идентичная антенна горизонтального измерительного канала соединена с аналогичными фильтром высокой частоты, который соединен с программируемым усилителем, последний соединен с фильтром низкой частоты, который затем соединен с амплитудным выпрямителем, а амплитудный выпрямитель соединен со входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, при этом управляющие выходы микроконтроллера соединены с программируемыми усилителями вертикального измерительного канала и горизонтального измерительного канала, также микроконтроллер соединен со входом усилителя низкой частоты, а последний соединен с динамиком громкоговорителя.A system for monitoring the distance between the excavator bucket and the surface of the pipeline wall, including an electromagnetic oscillator connected to the pipeline, with the possibility of forming a magnetic circuit between the pipeline and the elements of the excavator chassis, a sound signaling device for proximity, configured to transmit an audio signal to a loudspeaker installed in the cab operator, characterized in that the sound signaling device of the approach is made in the form of an electronic unit mounted on the boom of the excavator above the bucket, and contains an identical vertical measuring channel with an antenna installed vertically, and a horizontal measuring channel with an antenna installed horizontally, while the antenna of the vertical measuring the channel is connected to a high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to an amplitude rectifier, and the amplitude you the rectifier is connected to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller, while the identical antenna of the horizontal measuring channel is connected to a similar high-frequency filter, which is connected to a programmable amplifier, the latter is connected to a low-frequency filter, which is then connected to an amplitude rectifier, and an amplitude rectifier is connected to the input analog-to-digital converter of the microcontroller, while the control outputs of the microcontroller are connected to the programmable amplifiers of the vertical measuring channel and the horizontal measuring channel, the microcontroller is also connected to the input of the low-frequency amplifier, and the latter is connected to the loudspeaker speaker.
RU2020128721A 2019-12-11 2019-12-11 System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline RU2743981C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128721A RU2743981C1 (en) 2019-12-11 2019-12-11 System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128721A RU2743981C1 (en) 2019-12-11 2019-12-11 System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743981C1 true RU2743981C1 (en) 2021-03-01

Family

ID=74857819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128721A RU2743981C1 (en) 2019-12-11 2019-12-11 System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743981C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU416435A1 (en) * 1972-10-16 1974-02-25
RU2140493C1 (en) * 1997-12-15 1999-10-27 Шаммазов Айрат Мингазович Device for checking distance between excavator bucket and pipeline wall surface
US6541976B1 (en) * 1999-12-17 2003-04-01 Geometrics Group, Inc. Under and above ground, radio frequency driven element, metal locating system
RU2302649C2 (en) * 2005-07-27 2007-07-10 Сергей Сергеевич Сергеев Method for detecting a route of underground metallic line
RU2683451C2 (en) * 2017-08-16 2019-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТАРИ-Развитие" (ООО "ИНТАРИ-Развитие") System of automated control of digging process by single-bucket trench excavators for installation of pipelines and engineer communications between non-horizontal bottom and on sites with slopes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU416435A1 (en) * 1972-10-16 1974-02-25
RU2140493C1 (en) * 1997-12-15 1999-10-27 Шаммазов Айрат Мингазович Device for checking distance between excavator bucket and pipeline wall surface
US6541976B1 (en) * 1999-12-17 2003-04-01 Geometrics Group, Inc. Under and above ground, radio frequency driven element, metal locating system
RU2302649C2 (en) * 2005-07-27 2007-07-10 Сергей Сергеевич Сергеев Method for detecting a route of underground metallic line
RU2683451C2 (en) * 2017-08-16 2019-03-28 Общество с ограниченной ответственностью "ИНТАРИ-Развитие" (ООО "ИНТАРИ-Развитие") System of automated control of digging process by single-bucket trench excavators for installation of pipelines and engineer communications between non-horizontal bottom and on sites with slopes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4129224A (en) Automatic control of backhoe digging depth
JP5654144B1 (en) Construction machine control system and control method
US3997071A (en) Method and apparatus for indicating effective digging depth of a backhoe
CA2671036C (en) Localization system for an earth-moving machine
US7059126B2 (en) System for preventing swing wag for a work machine with a boom assembly
RU2743981C1 (en) System for controlling distance between bucket of excavator and wall of pipeline
US20210253405A1 (en) Crane
EP3828120A1 (en) Crane and control system for crane
JP7242201B2 (en) Safety management system for underwater work
JP2017145564A (en) Safety apparatus of mobile machine
KR101030166B1 (en) Safety system for crane
JP2016023516A (en) Ground vibration reducing device and ground vibration reducing method
JP6994431B2 (en) Metal exploration system and metal exploration method
US9773175B2 (en) System and method for tracking position of cable attached to a machine
JP2001064993A (en) Excavation earth lifting support system
JP7150588B2 (en) Excavation depth measurement device, excavation depth measurement method, and excavation depth measurement program
CN103806912A (en) Anti-collision control system and method for heading machine
JP2015214855A (en) Dredging work system and dredging work method
RU2140493C1 (en) Device for checking distance between excavator bucket and pipeline wall surface
JP2017083338A (en) Vibration measurement managing system, and pile foundation constructing method
KR20110073639A (en) Apparatus and method for detecting driving of construction machine
JP6087134B2 (en) Construction machine operation monitoring system
CN113282075A (en) System and method for distance control between pipelayers
JP2009191461A (en) Height restricting device for heavy machine
US20200240548A1 (en) Pipelaying guidance