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.

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 фотоприемно - го 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.

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.

Датчик кулачкового типа 4 закреплен на оси рычага 3 шести­звенного 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).

Рис, 10.42. Система автоматического управления глубиной копания траншейного

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 У3ад 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.

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.

Автоматическое управление дизель-молотами обеспечивает повышение их надежности и ста­бильности в работе. Рассмотрим рабочий процесс дизель-молота на схеме (рис. 10.43). При недос­таточной высоте подскока порш­ня сигналы датчиков номиналь­ного Рном и максимального Ртах подскока отсутствуют, контакты их реле остаются открытыми, ре­ле Р2 и РЗ — выключенными, в результате чего осуществляется автоматическая подача топлива.

В этом случае контакт ІРЗ реле Р закрыт.

Увеличение высоты подскока поршня оказывает воздействие на датчик номинального подско­ка. При этом контакт Рном замыкается, включается реле РЗ и откры­вается контакт ІРЗ, выключая привод Я регулировочной иглы топ­ливного насоса.

Подскок поршня до уровня максимального датчика вызывает замыкание контакта Ртах и включение реле Р2, замыкающее цепь питания электродвигателя. При этом вращение вала электродвига­теля обеспечивает такое направление и расстояние перемещения иг­лы, которое уменьшает подачу топлива. Это происходит до окончания воздействия поршня на датчик максимального подскока или до снятия усилия с ограничителя хода КВМ. После приведения регулировочной иглы топливного насоса в нормальное положение вновь продолжается работа дизель-молота в оптимальном режиме.

Для контроля вертикального и высотного положения сваи при ее погружении используются лазерные приборы, оборудованные специальными устройствами. Эти устройства 1 обеспечивают разде­ление выходящего лазерного пучка на горизонтальный 2 и наклон­ный 3, которые направляются соответственно к нижней 6 и верхней 5 рискам, расположенным на свае 4 (рис. 10.44). При этом прибор устанавливается по высоте так, чтобы горизонтальный пучок нахо­дился на уровне проектной отметки оголовка сваи, т. е. совпал с риской 5 при полном ее погружении. В процессе погружения сваи проекции лазерных пучков должны находиться на ее геометричес­кой оси. При этом угол наклона пучка 3 уменьшается и при дости­жении горизонтального положения погружение сваи прекращается.

Современные вибропогружатели оборудуют автоматическими системами изменения таких параметров, как моменты дебаланса и частота. Это, в свою очередь, изменяет вынуждающую силу и позво­ляет более эффективно использовать мощность двигателей при ра­боте в постоянно изменяющихся грунтовых условиях.

В автомат управления поступают сигналы от датчика мощности о ее величине в процессе погружения свай и от переключателей и концевых выключателей, фиксирующих крайние положения регуля­тора скорости погружения и положения подвижных частей дебалан­сов. На исполнительные устройства автомат управления выдает ко­мандные сигналы о включении и реверсе сервомотора регулятора скорости и включении электромагнитов реверсивного золотника, предназначенного для управления перемещением дебалансов.

В автоматике управления расположен задатчих мощности, уста­навливающий необходимые пределы ее потребления. Здесь происхо­дит сравнение потребляемой мощности с ее заданным уровнем. В соответствии с алгоритмом управления погружением сваи уменьша­ется скорость вращения и статический момент дебалансов. При этом происходит так называемый сброс частоты, т. е. уменьшение скорости вращения рабочего органа за счет подачи на сервопривод регулятора скорости требуемого напряжения.

В буровых установках для устройства набивных свай использу­ют регулятор подачи винтовых рабочих органов. Этот регулятор
состоит из электронного блока с устройством рас­согласования и формиро­вателем, блока управления приводом подачи и блока привода. Он обеспечивает автоматическое поддержа­ние мощности привода вращателя при изменяю­щемся соротивлении буре­нию. При работе установ­ки (рис. 10.45) величина потребляемой мощности поступает через трансфор­матор тока ТТ в устройст­во рассогласования Р.

Здесь оно сравнивается с заданным номинальным режимом работы двигателя и поступает в блок форми­рования Ф. В зависимости от величины поступающего сигнала формирователь вырабатывает по принципу релейного трехпозиционного устройства одну из тре­буемых команд: «меньше», «равно», «больше».

Поступающие команды отрабатываются электрогидравличес - ким исполнительным механизмом ИМ, который управляет приво­дом подачи рабочего органа на забой, включающим гидростанцию ГС, гидроцилиндр ГЦ, лебедку Л.