9.8 Автоматизация работы землеройных машин

Земляные работы в транспортном строительстве наиболее распространены, наибольший объем которых приходится на земляное полотно: экскавация грунта с погрузкой в транспортные средства или в отвал, перемещение грунта транспортными средствами из карьеров и отсыпка его в отвалы, послойное разравнивание и уплотне­ние грунта в насыпях, нарезка кюветов и устройство водоотводных устройств, плани­ровка основной площадки земляного полотна и др.

В качестве технических средств для производства этих работ используют одно­ковшовые экскаваторы с ковшами емкостью от 0,65 до 2,5 м3, скреперы прицепные емкостью 7-15 м3 и самоходные - емкостью 10-15 м3, бульдозеры на тракторах мощно­стью 100-250 л. с., автогрейдеры мощностью 7-25,7 кВт, грейдер - элеваторы, тран­шейные экскаваторы, пневматические катки, автомобили-самосвалы грузоподъемно­стью 3-10 т и другие средства.

Земляные работы при строительстве искусственных сооружений включают:

• разработку грунта в не огражденных котлованах при отсутствии грунтовых вод;

• разработку грунта в огражденных котлованах;

• отсыпку подходов к мостам с засыпкой межустойного пространства и др. Выполняют эти работы при помощи одноковшовых экскаваторов, бульдозе­ров, грейферных кранов и др.

Земляные работы весьма трудоемки: трудоемкость сооружения земляного по­лотна составляет 22-25 % общей трудоемкости работ по постройке железнодорожной линии. Поэтому уровень комплексной механизации сооружения земляного полотна достиг 99,8 %, однако повысить технические и эксплуатационные показатели земле-ройно-транспортных машин можно лишь путем автоматизации.

Установлены следующие основные направления автоматизации:

а) автоматизация режимов резания грунтов одноковшовыми экскаваторами, скреперами и бульдозерами, защита их от перегрузок (автоматическими устройства­ми);

б) автоматизация операций планировки сливной призмы земляного полотна и нарезания кюветов и нагорных канав (автоматическое ведение рабочих органов авто­грейдеров и траншейных экскаваторов по заданным отметкам);

в) автоматизация учета объемов работ, выполняемых экскаваторами, автомо­билями-самосвалами, скреперами и другими машинами (с последующей механизиро­ванной обработкой некоторых форм отчетности и расчетов заработной платы);

г) дистанционное управление землеройно-транспортными машинами, резко снижающее утомляемость обслуживающего персонала и потому способствующее по­вышению производительности труда.

Автоматизация работы одноковшовых экскаваторов

Широко применяются в транспортном строительстве одноковшовые экскава­торы с ковшом емкостью до 1 м³.

Автоматизация процесса копания имеет целью обеспечение максимальной производительности независимо от квалификации и утомляемости оператора, снижение перегрузок и облегчение условий труда оператора.

В последние годы наметились два основных направления автоматизации работы одноковшовых экскаваторов:

• автоматизация одной операции - копания;

• автоматизации операции копания с автоматическим повторением однократно заданного оператором цикла: копание – поворот – разгрузка – обратный поворот.

Рис. 9.5. Структурная схема автоматизации процесса копания

По первому направле­нию осуществляется автома­тизация крупных карьерных и вскрышных экскаваторов, по второму – экскаваторов с ковшом емкостью 1-3 м³.

Структурная схема ав­томатизации процесса копа­ния (рис. 9.5) - общая для всех известных процессов разра­ботки. Датчик усилия подъема замеряет усилие в подъемном механизме экскаватора, оборудованном прямой лопатой, и преобразует его в электрический сигнал. Фактиче­ское значение усилия подъема сравнивается с величиной заданного усилия, и в случае его превышения регулятор уменьшает скорость напора до тех пор, пока усилие не снизится до заданной величины. В обратном случае скорость механизма напора уве­личивается.

В начале процесса копания, когда ковш еще пуст и вес его невелик, устанавли­вается наибольшая скорость механизма напора, обеспечивая максимальную толщину стружки при копании. По мере наполнения ковша затрачиваемое на его подъем уси­лие возрастает. Снижается скорость напора и уменьшается толщина стружки, сум­марное усилие остается неизменным.

При автоматическом регулировании скорости напора происходит быстрее на­полнения ковша, и дизель постоянно работает в наивыгоднейшем режиме отдачи максимальной мощности.

Усилие подъема можно измерять различными датчиками. Все механизмы экскаватора - подъема, напора, поворота и другие - оборудова­ны трехфазными асинхронными электродвигателями. При этом усилие механизма подъема определяется путем измерения силы тока, потребляемого электродвигателем и пропорциональным усилию подъема.

В качестве регулятора на дизель-электрических экскаваторах применяется ре­лейный регулятор. Основным его элементом является реле тока, обмотка которого пи­тается от трансформатора тока через выпрямитель. Контакты реле тока управляют магнитным пускателем напора. При превышении усилия подъема над заданным уровнем электродвигатель напора останавливается.

Применяют также трехфазные магнитные усилители регуляторов, обеспечи­вающие пропорциональную зависимость между скоростью напора и усилием подъема и включаемые последовательно в цепь статора электродвигателя напора. Его обмотка управления питается от трансформатора тока через выпрямитель.

С учётом особенности разработки грунта одноковшовым экскаватором на одном месте его работы автоматизация процесса копания грунта осуществляется по стабилизации усилия в подъемном механизме, определяющем нагрузку на двигатель.

Датчик усилия подъема 3 (рис. 9.6) включается в систему тросов полиспаста подъе­ма с помощью одного или трёх отклоняющих блоков, укрепленных на стреле экскаватора недалеко от головного блока. Чувствительным элементом датчика является упругое дина­мометрическое кольцо 9, соединенное с движком 7 потенциометра 8, подключенного к ис­точнику питания 1, Под действием поднимаемого груза - ковша с грунтом - кольцо растя­гивается, в результате чего перемещается движок потенциометра, а следовательно, и изме­няется выходной сигнал Uвых-

'

Рис. 9.6. Схема автоматизации копания грунта экскаватором прямая лопата:

а – схема расположения узлов автоматики на экскаваторе;

б – электродинамометрический датчик усилия подъема

Потенциометрический датчик вылета рукояти 4 располагается на ва­лу барабана напорного механизма.

Сигналы от датчиков, попадая в узел сравнения 2 отсчетного устрой­ства, представляющего собой малогабаритную специализированную циф­ровую вычислительную машину, сравниваются с постоянным заданным сигналом; характеризующим максимальную отдачу двигателя. В зависимости от значения суммарного выходного сигнала U_вых узел сравнения подает соответствующую команду ре­лейному регулятору, который управляет магнитным пускателем механизма напора.

Первый цикл (набор грунта - поворот - разгрузка - обратный разворот) выпол­няется оператором. В дальнейшем цикл повторяется автоматически с набором грунта каждый раз со сдвигом на ширину ковша и разгрузкой в том. же месте.

Во время выполнения первого эталонного цикла угол поворота платформы и вылет стрелы измеряются импульсными датчиками 5 и б и сравниваются с записан­ными в двоичном коде запоминающего отсчетного устройства 2. До момента их сов­падения каждый элемент цикла продолжается; к значению угла поворота платформы после каждого цикла автоматически прибавляется угол, соответствующий ширине захвата ковша.

Автоматизация копания грунта многоковшовыми экскаваторами достигается ста­билизацией нагрузки на двигатели путем регулирования гидромеханическими передачами с использованием турботрансформаторов, встроенных в кинематическую цепь привода ра­бочего органа и механизма передвижения, скорости хода и скорости резания грунта в за­висимости от конкретных грунтовых условий.

Для роторных экскаваторов с отвальными транспортерами необходим контроль на­грузки на двигатель ротора и двигатель транспортера, так как при разработке прочных грунтов сильнее перегружается двигатель ротора, а при разработке мягких - двигатель транспортера.

В схеме, представленной на рис. 9.7, загрузка двигателя РД роторного колеса кон­тролируется током трансформатора ТТ, вторичная обмотка которого подключена к транс­форматору напряжения ТН2 с выпрямительным мостом В2, а загрузка ленточного транс­портера контролируется индуктивным датчиком ИД, расположенным под лентой транс­портера и связанным с первичной обмоткой трансформатора ТН1 с выпрямительным мостом В1.

Снимаемые с выпрямительных мостов напряженияU1 и U2 подаются на обмотку электромашинного усилителя ЭМУ. Параметры схемы подбираются такими, чтобы при разработке нормальных грунтов U1 и U2 были равными.

Рис. 9.7. Схема автоматического регулирования производительности роторного экскаватора

При разработке мягких грунтов VI > 112 выпрямитель В2 заперт и работает система автоматики контроля двигателя ленточного транспортера. А при разработке твердых грун­тов контролируется нагрузка двигателя рото­ра.

Одновременно контролируется нагруз­ка двигателя Д подачи экскаватора, который получает питание от генератора Г, обмотка возбуждения ОВГ которого подключена к якорю ЭМУ, имеющего две обмотки - задающую ЗО и напряжения НО.

При производительности экскаватора ниже допустимой размагничивающее действие НО уменьшается, что вызывает увеличение возбуждения ЭМУ, а следовательно, и повы­шение напряжения на двигатель подачи, и наоборот.