Системы управления экскаваторами

Экскаватор представляет собой один из наиболее востребованных механизмов для производства земляных работ, что делает целесообразным установку различных автоматизированных систем управления рабочим органом машины. Такие системы позволяют повысить точность выполнения работ и производительность экскаватора, а также в несколько раз упростить выполнение сложных работ в условиях жестких грунтов, под водой или в песчаном грунте.

Системы управления экскаваторами TOPCON

Компанией TOPCON разработаны различные системы нивелирования для экскаваторов, принцип действия которых зависит от конфигурации. Выбор системы управления зависит от типа решаемой задачи, модели самой машины, ее комплектации, а также от уровня сложности выполняемых работ.

Наиболее простой системой управления для экскаваторов является индикаторная система отметки с коммерческим названием EASY CONTROL. Такая система комплектуется следующими функциональными элементами:

лазерный нивелир типа RL-100 1S;
лазерный приемник типа LS-B10;
беспроводный дисплей RD-10W;

Дисплей, расположенный в салоне, имеет систему визуальной индикации, которая сигнализирует оператору о текущем положении ковша относительно опорной лазерной плоскости. Оператор контролирует рабочий процесс и при превышении глубины котлована заданного уровня прекращает работу. Такая система управления, хоть и не является полноценной системой нивелирования, но позволяет значительно повысить точность и эффективность производства работ, не требуя при этом никаких специальных навыков и знаний от оператора. Индикаторные системы отметки призваны предотвращать выполнение излишних операций для экономии ресурсов производства.

Принцип работы полноценных автоматизированных систем нивелирования для экскаваторов аналогичен описанному выше принципу работы системы позиционирования ковша. 2D и 3D-системы определяют также положение зубьев ковша по отношению к центру вращения корпуса машины, расстояния между осями вращения элементов стрелы. Для этого они используют показания угловых датчиков, которые располагаются на всех элементах стрелы (стреле, ковше и рукояти). Для полноценного функционирования системы управления экскаватором необходимо, как минимум, четыре угловых датчика. Таким образом, при изменении положения рабочего органа экскаватора, система фиксирует его перемещение относительно начального положения и привязывает его к заданным проектом параметрам.

Выбор типа системы нивелирования зависит от сложности и характера производимых работ и модели самой машины. Например, от конструктивных особенностей стрелы экскаватора зависит необходимое количество угловых датчиков. Стандартная конфигурация автоматизированных систем нивелирования японской компании TOPCON включает в себя четыре угловых датчика. Однако в случае, когда экскаватор укомплектован двойной составной стрелой, количество угловых датчиков должно быть увеличено. Аналогичная ситуация складывается в случае оснащения машины планировочным ковшом, имеющим возможность поперечного перекоса для точного выполнения выемки грунта или формирования откосов при дорожном строительстве. В таком случае также устанавливается дополнительный угловой датчик для контроля перекоса ковша.

Кроме модели экскаватора, на конфигурацию системы нивелирования влияет вид работ и условия их выполнения. Особенного подхода к выбору системы нивелирования экскаваторов требуют земляные работы на каменистых почвах, песках, в условиях мерзлоты или под водой. Например, для постоянного выполнения сложных работ необходимо устанавливать на датчики дополнительную защиты, которая обеспечит их исправность и длительный срок службы.

Последним фактором, влияющим на комплектацию и тип автоматизированной системы управления, является характер поверхности на участке работ. Например, при работах на прямолинейных участках, оптимальным выбором из соотношения цена/эффективность будет 2D-система. Для более сложных многоуровневых участков целесообразной будет установка спутниковых 3D-систем, которые являются более эффективными в сравнении с двухмерными.

2D-системы

Двухмерные системы автоматического нивелирования для экскаваторов производства TOPCON представлены двумя принципиально различными продуктами:

система Х22, состоящая из четырех угловых датчиков и блока управления, который располагается в кабине машины. Система предоставляет возможность дополнительно укомплектовать ее датчиками наклонного ковша и стрелы. Все датчики при этом выполнены беспроводными, что значительно упрощает их монтаж, переустановку на другую машину и настройку, увеличивает мобильность системы нивелирования экскаватора. Система нивелирования может содержать настройки для работы на двадцати различных машинах, что делает ее универсальной и экономичной.

К особенностям системы Х22 относится наличие встроенного компаса в датчике корпуса, благодаря чему он может определять укол поворота корпуса (кроме этого датчик корпуса определяет текущий крен и тангаж экскаватора). Еще одной особенностью Х22 является наличие встроенных аккумуляторов в датчиках системы, то есть в порядке текущей эксплуатации необходимо производить периодическую подзарядку аккумуляторов. Таким образом, машина, оснащенная Х22, является оптимальным инструментом для вертикальной выемки грунта, прокладки траншей, формирования насыпей, рвов, наклонных плоскостей. Системы Х22 являются лучшим выбором для установки на машинах средних размеров, предназначенных для работы в обычных условиях.

система Х62 укомплектована четырьмя проводными датчиками и блоком управления, который находится в кабине оператора. В отличие от Х22, здесь питание датчиков производится через соединительный CAN кабель, что является более надежным и позволяет использовать такую систему в сложных условиях (например, под водой или на жестком грунте). Панель управления системы Х62 – это компьютер типа GX-60, которым также оснащены трехмерные системы автоматического нивелирования для автогрейдеров и бульдозеров.
Дополнительно система Х62 может быть укомплектована датчиком наклонного ковша, второй стрелы, лазерным приемником для стрелы и компасом. При необходимости постоянной работы в тяжелых условиях, угловые датчики могут оснащаться усиленной защитой для обеспечения длительной надежной работы.
Особенностью всех продуктов компании TOPCON является преемственность. Так, рассматриваемая система Х62 легко модернизируется в более эффективную 3D-систему. Для этого необходимо лишь приобрести антенны и спутниковый приемник.
Таким образом, системы Х62 являются оптимальным выбором для установки на крупных и средних машинах и для обеспечения эффективной работы в самых тяжелых условиях.

3D-системы

3D система нивелирования для экскаваторов производства TOPCON – это система Х63, которая полностью основана на компонентах системы Х62. При этом Х63 может также оснащаться дополнительными датчиками и другим оборудованием для расширения возможностей системы управления.

Особенностью конфигурации Х63 является наличие двух мачт и спутникового оборудования. Одна из антенн системы предназначена для определения текущих координат, а вторая – для отслеживания ориентации корпуса машины. Такая конструкция системы устанавливает ограничения в работе экскаватора, например, делает затруднительной работу под мостовыми сооружениями.

Интерфейс системы управления Х63 более сложный в сравнении с двухмерными. На дисплее у оператора отображаются данные проекта, отмечается текущее положение машины и высотное отклонение ковша. Последний параметр представлен как в цифровом, так и в графическом виде.

Преимуществом установки системы Х63 является возможность реализации проектов любой степени сложности. При этом обеспечивается экономичность расхода всех производственных ресурсов: трудовых, топливных, временных.

При отсутствии систем автоматического нивелирования отличные результаты дает первоначальная установка 2D систем с возможностью последующего ее развития в 3D. Такой подход «от простого к сложному» позволяет постепенно обучить персонал, оценить преимущества использования автоматических систем управления, а также подобрать оптимальную конфигурацию системы нивелирования.