Научная статья на тему 'Методика косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана'

Методика косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
470
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КРАН-ЭКСКАВАТОР / CRANE-EXCAVATOR / МАССА ГРУЗА / CARGO MASS / ИЗМЕРЕНИЕ / MEASUREMENT / ДАВЛЕНИЕ / PRESSURE / КРЕН / ROLL / ТАНГАЖ / PITCH

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Корытов М.С., Канин И.К.

Введение. Предложена методика и разработана математическая модель для решения задачи косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана, по показаниям датчиков давления гидравлической жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров подъема стрелы. Используются также сигналы с датчиков углов наклона стрелы и рукояти относительно гравитационной горизонтали, датчиков крена и тангажа поворотной колонки экскаватора относительно гравитационной горизонтали. Материалы и методы. В качестве исходных данных методики косвенного измерения массы груза используются постоянные конструктивные параметры, известные постоянные массы подвижных звеньев: стрелы с гидроцилиндром рукояти, рукояти с гидроцилиндром ковша и механизмом поворота ковша, масса ковша. Используется также ряд постоянных линейных и угловых размеров машины. Для получения аналитических формул методики использованы метод однородных координат, а также метод прямого аналитического вывода. Результаты. Представлена разработанная расчетная схема способа. Положение крана-экскаватора описывается в правой прямоугольной системе координат. Представлена методика косвенного измерения массы груза по показаниям датчиков давления гидравлической жидкости в виде линейной последовательности формул. Обсуждение и заключение. Проведена оценка точности разработанной методики путем сопоставления с результатами натурного эксперимента. Относительная приведенная погрешность измерения в исследуемом диапазоне измерения углов стрелы и рукояти крана-экскаватора составила менее десяти процентов. К достоинствам методики относятся ее простота, а также учет значений углов крена и тангажа поворотной колонки крана-экскаватора.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Корытов М.С., Канин И.К.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INDIRECT MEASUREMENT METHODOLOGY OF CARGO WEIGHT LIFTED BY THE EXCAVATOR IN THE CRANE MODE

Introduction. To solve the indirect measurement problem of the cargo weight lifted by the excavator in crane mode the authors propose the specific method and develop mathematical model according to the indications of hydraulic fluid pressure sensors in the piston and rod cavities of boom lifting cylinders. Moreover, the signals from the angle sensor of the boom and the handle relative to the gravity horizon are used, the roll and pitch sensors of the rotary column of the excavator relative to the gravity horizon are additionally applied. Materials and methods. As initial data of the indirect measurement method of cargo mass, constant design parameters, constant masses of moving links are used, such as booms with handle hydraulic cylinder, handles with bucket hydraulic cylinder and bucket turning mechanism, bucket weight. In addition, constant linear number and angular machine dimensions are included in the investigation. To obtain analytical formulas of the method, the method of homogeneous coordinates is applied, as well as the method of direct analytical inference. Results. The developed design scheme of the method is presented. As a result, the position of the excavator crane is described in the right-hand rectangular coordinate system. Moreover, the technique of indirect measurement of cargo mass according to the indications of hydraulic fluid pressure sensors in the form of formulae linear sequence is presented. Discussion and conclusion. The accuracy of the developed method was estimated by comparison with the results of the full-scale experiment. The relative reduced measurement error in the range of boom angles’ measurement and the crane-excavator handle was less than ten percent. Therefore, the technique merits are its simplicity, as well as record of the roll and pitch angles of the crane-excavator turntable element.

Текст научной работы на тему «Методика косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана»

УДК 621.87

МЕТОДИКА

КОСВЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ ГРУЗА ПОДНИМАЕМОГО ЭКСКАВАТОРОМ В РЕЖИМЕ КРАНА

j

М.С. Корытов1, И.К. Канин2

1ФГБОУ ВО «СибАДИ», г. Омск, Россия 2ИП Канин И.К., г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Предложена методика и разработана математическая модель для решения задачи косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана, по показаниям датчиков давления гидравлической жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров подъема стрелы. Используются также сигналы с датчиков углов наклона стрелы и рукояти относительно гравитационной горизонтали, датчиков крена и тангажа поворотной колонки экскаватора относительно гравитационной горизонтали.

Материалы и методы. В качестве исходных данных методики косвенного измерения массы груза используются постоянные конструктивные параметры, известные постоянные массы подвижных звеньев: стрелы с гидроцилиндром рукояти, рукояти с гидроцилиндром ковша и механизмом поворота ковша, масса ковша. Используется также ряд постоянных линейных и угловых размеров машины. Для получения аналитических формул методики использованы метод однородных координат, а также метод прямого аналитического вывода. Результаты. Представлена разработанная расчетная схема способа. Положение крана-экскаватора описывается в правой прямоугольной системе координат. Представлена методика косвенного измерения массы груза по показаниям датчиков давления гидравлической жидкости в виде линейной последовательности формул.

Обсуждение и заключение. Проведена оценка точности разработанной методики путем сопоставления с результатами натурного эксперимента. Относительная приведенная погрешность измерения в исследуемом диапазоне измерения углов стрелы и рукояти крана-экскаватора составила менее десяти процентов. К достоинствам методики относятся ее простота, а также учет значений углов крена и тангажа поворотной колонки крана-экскаватора.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: кран-экскаватор, масса груза, измерение, давление, крен, тангаж.

© М.С. Корытов, И.К. Канин, 2018

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

INDIRECT MEASUREMENT METHODOLOGY OF CARGO WEIGHT LIFTED BY THE EXCAVATOR IN THE CRANE MODE

ABSTRACT

Introduction. To solve the indirect measurement problem of the cargo weight lifted by the excavator in crane mode the authors propose the specific method and develop mathematical model according to the indications of hydraulic fluid pressure sensors in the piston and rod cavities of boom lifting cylinders. Moreover, the signals from the angle sensor of the boom and the handle relative to the gravity horizon are used, the roll and pitch sensors of the rotary column of the excavator relative to the gravity horizon are additionally applied.

Materials and methods. As initial data of the indirect measurement method of cargo mass, constant design parameters, constant masses of moving links are used, such as booms with handle hydraulic cylinder, handles with bucket hydraulic cylinder and bucket turning mechanism, bucket weight. In addition, constant linear number and angular machine dimensions are included in the investigation. To obtain analytical formulas of the method, the method of homogeneous coordinates is applied, as well as the method of direct analytical inference.

Results. The developed design scheme of the method is presented. As a result, the position of the excavator crane is described in the right-hand rectangular coordinate system. Moreover, the technique of indirect measurement of cargo mass according to the indications of hydraulic fluid pressure sensors in the form of formulae linear sequence is presented.

Discussion and conclusion. The accuracy of the developed method was estimated by comparison with the results of the full-scale experiment. The relative reduced measurement error in the range of boom angles' measurement and the crane-excavator handle was less than ten percent. Therefore, the technique merits are its simplicity, as well as record of the roll and pitch angles of the crane-excavator turntable element.

KEYWORDS: crane-excavator, cargo mass, measurement, pressure, roll, pitch.

© M.S. Korytov, I.K. Kanin, 2018

M.S. Korytov1, I.K. Kanin2

1FGBOU VO «SIBADI», Omsk, Russia 2IP. Kanin I.K., Moscow, Russia

Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.

ВВЕДЕНИЕ

Повышение производительности общестроительных работ может быть достигнуто за счет универсализации и расширения технологических возможностей строительной техники и прежде всего одного из ее основных видов, одноковшовых экскаваторов. Перспективными в этом плане являются унифицированные рабочие органы одноковшовых экскаваторов, позволяющие выполнять различные технологические операции, в первую очередь грузоподъемные [1].

Грузоподъемное устройство экскаватора может быть закрепленным или съемным. Это устройство может быть размещено на ковше, рукояти или любой другой части машины или быть независимым1.

Наиболее распространенным примером может служить оснащение ковша экскаватора дополнительным навесным устройством в виде крюковой подвески с крюком откидного типа либо приваренным при помощи сварки крюком. Это позволяет выполнять при помощи одной машины производство земляных работ в режиме экскаватора и перемещение грузов, погрузочно-разгрузочные работы в крановом режиме.

В то же время при выполнении любой машиной, например экскаватором, в режиме крана операций подъема и перемещения груза возникает необходимость измерения массы груза, в частности, для предотвращения перегрузки машины и обеспечения ее безопасной работы.

Это обуславливает необходимость разработки методики измерения массы поднимаемого груза с учетом кинематики машины.

Для измерения массы в разных областях техники применяются различные подходы. Основным способом измерения массы груза, поднимаемого и перемещаемого машиной, является измерение силы, действующей на элементы ее конструкции.

В работах [2, 3, 4] авторами предлагается

бесконтактный способ оценки предельно-допустимых значений массы груза, поднимаемого (перемещаемого) грузоподъёмными машинами, по значению величины напряженности магнитного поля, которое создается двигателем постоянного тока. Измерение слабого магнитного поля при этом производится на основе феррозондовых датчиков [4]. Подобный подход может быть использован только для машин с электрическим приводом.

Динамическое взвешивание сыпучих материалов на поточном расходомере-дозаторе осуществляют с помощью силоизмеритель-ных аналоговых датчиков (тензометрического типа), воспринимающих силы тяжести как конвейерной ленты, так и груза на ней2.

Измерительная система для взвешивания отходов металла, перемещаемых грузоподъемным краном, включает датчик массы, устанавливаемый на крюке крана [5]. Для кранов мостового и башенного типов, кроме взвешивания на крюке, применяют еще несколько типовых схем взвешивания: взвешивание на траверсе, взвешивание грузовой тележки, измерение натяжения каната, взвешивание на блоке роликов полиспаста3. Крановые весы, висящие на крюке крана, должны иметь разрешение Ростехнадзора на применение в качестве съемного грузозахватного приспособления4. Для плавучих судов распространен способ определения массы груза по осадкам судна [6].

Ряд авторов для измерения массы материала, поднимаемого машиной с гидравлическим приводом оборудования, предлагает использовать давления гидравлической жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров подъема подвижных звеньев оборудования. Подход, основанный на измерении массы груза по давлениям в силовых гидроцилиндрах рабочего оборудования, характеризуется большей безопасностью по сравнению с весами, висящими на крюке крана. Есть примеры успешного применения данного подхода для

1 ГОСТ Р ИСО 20474-1-2011. Машины землеройные. Безопасность. Часть 1. Общие требования. Введ. 2013-01-01. М. : Стандартинформ, 2012. 20 с.

2 Кравов М.Р., Шестов Д.А., Шилин Д.В. Динамическое взвешивание сыпучих материалов на поточном расходомере-дозаторе // Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы VII Международной научно-технической интернет-конференции молодых ученых. Омск: ОмГТУ, 2017. С. 55-57.

3 Схемы взвешивания грузов подъемными кранами [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://etalon-vesprom.ru/ shemyi-vzveshivaniya-gruzov-podemnyimi-kranami/, свободный (дата обращения : 26.04.2018).

4 Крановые весы бывают разными - опасными и безопасными! [Электронный ресурс]. - Режим доступа : Ь|йр://т. tenso-m.ru/publications/330/, свободный (дата обращения : 26.04.2018).

таких машин, как фронтальные погрузчики5, а также грузоподъемные краны с телескопической стрелой6.

Авторами [7, 8] разработано экспериментальное устройство для гидравлического взвешивания груза на базе стенда FESTO «Гидравлика» с применением промышленного контроллера. Устройство воспроизводит подъем груза фронтальным погрузчиком.

Масса груза при загрузке карьерных автосамосвалов определяется по давлению газа в цилиндрах подвески кузова [9].

Авторами работы [10] при помощи эмпирических коэффициентов при измерении массы материала в ковше экскаватора по давлениям жидкости в гидроцилиндрах стрелы учитываются силы трения и динамические моменты инерции подвижных звеньев.

В работе [11] описывается система индикации момента нагрузки автомобильного крана, которая включает датчик угла стрелы, датчик длины телескопической стрелы, датчики давления в полостях силового гидроцилиндра подъема стрелы, антиблокировочный выключатель, индикатор, установленный в кабине автокрана. Работа системы моделируется при помощи имитационной модели.

Как правило, косвенно измеренная масса груза, перемещаемого грузоподъемной машиной, используется в качестве одного из информационных параметров комплексной автоматизированной системы безопасности машины [12, 13, 14].

Проведенный анализ показывает, что для гидравлических одноковшовых экскаваторов наиболее простым и надежным способом определения массы груза является косвенное измерение ее по давлениям гидравлической жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров рабочего оборудования.

Силовыми элементами в гидравлическом одноковшовом кране-экскаваторе являются гидроцилиндры стрелы, рукояти и ковша. В режиме работы крана ковш максимально повернут к рукояти на постоянный конструктивно заданный угол. Силу для определения массы груза целесообразно измерять на основе давлений гидравлической жидкости в попарно объединенных поршневых и штоковых полостях двух гидроцилиндров подъема стрелы.

Необходим вывод математических зависимостей, соответствующих кинематической схеме экскаватора, позволяющих решать поставленную задачу косвенного измерения массы груза по давлениям.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Положение крана-экскаватора описывается в правой прямоугольной системе координат (СК) ОХ0У0, начало которой находится в точке оси вращения стрелы относительно поворотной колонки (в точке нижнего шарнира стрелы). Ось О0Х0 указанной СК параллельна гравитационной горизонтали, а ось О0У0 - гравитационной вертикали.

Согласно расчетной схеме (рисунок 1), в точке нижнего шарнира стрелы находится также начало СК О1Х1У1. Ось О1Х1 указанная СК, параллельна гравитационной горизонтали и совпадает с осью О0Х0, а ось О1У1 находится в плоскости вращения стрелы. Угол крена колонки между осями О0У0 и О1У1 равен р (на схеме рисунка 1 не показан).

В точке нижнего шарнира стрелы находится также начало СК О2Х2У2, связанной с поворотной колонкой. Ось О2У2 параллельна оси вращения поворотной колонки относительно базового шасси, а ось О2Х2 расположена в плоскости, параллельной плоскости поворота стрелы.

В точке нижнего шарнира стрелы находится также начало СК О3Х3У3, связанной со стрелой. Ось О3Х3 соединяет точку нижнего шарнира стрелы О3 и точку верхнего шарнира стрелы О4 (точку оси вращения рукояти относительно стрелы).

В точке верхнего шарнира стрелы О4 находится начало СК О4Х4У4, связанной с рукоятью. Ось О4Х4 соединяет точку оси вращения рукояти О4 и точку 4 оси вращения крюка.

Направления всех углов для рассматриваемого расположения осей СК будут положительными при вращении на расчетной схеме по часовой стрелке.

Первичные информационные параметры. В качестве первичных информационных параметров методики косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана, по показаниям датчиков, выступают следующие: P - давление гидравлической

5 Корытов М.С. Разработка методов измерения массы материала в ковше и запаса устойчивости фронтального погрузчика : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.05.04 / Корытов М. С. Омск, 1999. 22 с.

6 Коровин К.В. Автоматизированная система ограничения массы поднимаемого груза стреловых грузоподъемных кранов : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 / Коровин К.В. Челябинск, 2010. 22 с.

б

Рисунок 1 - Расчетная схема для методики косвенного измерения массы груза, поднимаемого экскаватором в режиме крана, по показаниям датчиков: а - угловые размеры, точки центров масс подвижных звеньев, точки

приложения сил; б - линейные размеры точек в локальных системах координат

Figure 1 - Calculation scheme for the method of indirect measurement of cargo mass lifted by the excavator in crane mode, according to the sensors: a - angular dimensions, points of mass centers of mobile links, points of force application; b - linear

points dimensions in local coordinate systems

Источник: составлено авторами

354 © 2004-2018 Вестник СибАДИ Том 15, № 3, 2018. Сквозной номер выпуска - 61

Vestnik SibADI (Vol. 15, no. 3. 2018. Continuous issue - 61)

жидкости в поршневой полости гидроцилиндров (ГЦ) подъема стрелы экскаватора, Па; Psht - давление гидравлической жидкости в штоковой полости ГЦ подъема стрелы экскаватора, Па; а - угол наклона грузовой колонки в направлении качания стрелы (угол тангажа), рад.; р - угол наклона грузовой колонки в направлении, перпендикулярном плоскости качания стрелы (угол крена), рад.; q3gra - угол монтажной плоскости датчика наклона стрелы относительно гравитационной горизонтали, рад.; q4gra- угол монтажной плоскости датчика наклона рукояти относительно гравитационной горизонтали, рад. ( см. рисунок 1).

Все перечисленные параметры измеряются датчиками первичной измерительной информации, установленными на экскаваторе.

Постоянные конструктивные параметры. В качестве исходных данных в методике используются также постоянные (конструктивные) параметры с известными значениями, определенными предварительными однократными измерениями, либо заданными проектной документацией на изготовление узлов и деталей машины.

Это постоянные массы подвижных звеньев рабочего оборудования, линейные и угловые размеры, площади: m3 - масса стрелы с ГЦ рукояти, кг; m4 - масса рукояти с ковшом, гидроцилиндром ковша и рычагами механизма поворота ковша, кг; 5р - площадь поршневой полости одного из двух ГЦ подъема стрелы:

5р=(п-02)/4,

где D - диаметр поршневой полости ГЦ стрелы, м;

Ssht - площадь штоковой полости одного из двух ГЦ подъема стрелы:

5«=(п-сР)/4,

где сС - диаметр штоковой полости ГЦ стрелы,

м;

х22, у22 - координаты точки 2 крепления гильзы ГЦ стрелы на поворотной колонке в системе координат колонки О2Х2У2, м; х33, у33 - координаты точки 3 крепления штока ГЦ стрелы на стреле, м; хО43 - координата точки шарнира рукояти О4 в Ск стрелы О3Х3У3, м; х44 - координата точки 4 оси вращения крюка в СК рукояти О4Х4У4, м; хС33, уС33 - координаты центра масс стрелы с ГЦ рукояти в СК стрелы О3Х3У3, м; хС44, уС44 - координаты центра масс рукояти с ковшом и механизмом ковша в СК рукояти О4Х4У4, м; q3f,orr - угол между монтажной плоскостью датчика угла наклона стрелы

и осью О3Х3, град.; q4korr - угол между монтажной плоскостью датчика угла наклона рукояти и осью О4Х4, град.

Описание методики измерения массы груза. Измерение массы груза в отдельный такт времени заключается в последовательном выполнении всех перечисленных ниже шагов расчетов по текущим показаниям датчиков. Предполагается использование микропроцессора. Приведенные ниже геометрические математические зависимости получены по расчетной схеме (см. рисунок1).

1. Определяется угол поворота стрелы относительно колонки:

qз=(qзgrav + qзkorr) - а. (1)

2. Определяется угол поворота рукояти относительно стрелы:

q4=(q4grav + q4kor) - ^3дау + qзkorr)^ (2)

3. Определяется сила на штоках двух ГЦ подъема стрелы, уравновешивающая силы тяжести всех подвижных звеньев рабочего оборудования и груза, действующая в направлении перемещения штоков:

F=P 2 S-P -(2 S-2 S J.

p p sht v p sht

(3)

4. Определяются координаты точки 3 крепления штока ГЦ стрелы на стреле в СК поворотной колонки О2Х2У2:

Х32=Х33-С°^3)+У33^П^3);

У32=У33-С°^3)-Х33^П^3). (4)

5. Определяется плечо действия силы на штоках двух ГЦ подъема стрелы относительно точки О2 подвеса стрелы на колонке:

hh =

|(Х32 ' У22 У32 ' Х22 )|

(5)

6. Определяется момент силы, создаваемый ГЦ стрелы относительно точки О2 подвеса стрелы на колонке:

M==F h ht.

b sht

(6)

7. Определяется угол наклона оси О3Х3 стрелы относительно оси О1Х1 (гравитационной горизонтали):

93а=93+а.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(7)

8. Определяется горизонтальная координата точки С3 центра масс стрелы с ГЦ рукояти

в СК 01Х1У1:

3

(8)

9. Определяется горизонтальная координата точки С4 центра масс рукояти с ковшом, ГЦ ковша и рычагами механизма поворота ковша

в СК 01Х1У1:

^С41=XС44■(COS(Qзa)■COS(Q4)-Sin(Qзa)■Sin(Q4))+ +Уc44■(cos(qзa)■sin(q4)+cos(q4)■sin(qзa))+

(9)

+X043-C°s(93a)-

10. Определяется горизонтальная координата общего центра масс подвижных звеньев экскаватора без груза в СК О^Ху Она будет являться плечом действия силы тяжести общего центра масс подвижных звеньев экскаватора без груза относительно точки подвеса стрелы на колонке с учетом угла тангажа:

h =x =

a34 С341

^(m3-xC31+m4-xC41)/(m3+m4). (10)

11. С учетом угла крена колонки р определяется компонента силы тяжести общего центра масс подвижных звеньев экскаватора без груза, действующая вдоль оси О^ (компонента, создающая момент вращения стрелы):

GP34=(m3+m4)-g-cos(p).

(11)

12. Определяется горизонтальная координата точки 4 в СК О^У,. Она будет являться плечом действия силы тяжести груза относительно точки подвеса стрелы на колонке с учетом угла тангажа:

sin(qзa)■sin(q4))+Xo4з■cos(qзa). (12)

13. Учитывая, что моменты, создаваемые силами тяжести груза и подвижных звеньев, уравновешиваются моментом, создаваемым ГЦ СТрелЫ определяет-

ся компонента силы тяжести груза, действующая вдоль оси О1У1 (компонента силы тяжести груза, создающая момент вращения стрелы):

GBGr=(Mb-ha34'GB34)/ha

(13)

pGr ^ b a34 wp3^"aGr'

14. C учетом угла крена колонки р опреде-

ляется непосредственно масса груза:

mGr=GpG^(cos(P)"g).

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

(14)

Для верификации разработанной методики массы груза, полученные по приведенным выше аналитическим зависимостям, т.е. по значениям показаний датчиков первичной измерительной информации, были сопоставлены с действительными значениями тарированных масс груза, поднятых экскаватором в режиме крана. Натурный эксперимент проводился на экскаваторе марки Hitachi ZX-200. Общий вид машины и места установки датчиков первичной измерительной информации показаны на рисунке 2. Все конструктивные размеры и массы подвижных звеньев в методике задавались соответствующими указанной марке машины, согласно технической документации на экскаватор и результатам натурных измерений.

а

б

Рисунок 2 - Экскаватор марки Hitachi ZX-200, на котором проводился натурный эксперимент, с установленными на нем датчиками первичной измерительной информации: а - угломеры рабочего

оборудования; б - датчики давления гидроцилиндра стрелы

Figure 2 - Hitachi ZX-200 excavator with installed on it primary measurement sensors, on which full-scale experiment was conducted: a - working equipment inclinometers; b - pressure sensors of boom hydraulic cylinders

Источник: составлено авторами

В качестве угломеров для верификации методики использовались датчики угла наклона N1 182Р-4Р12-Р-С научно-производственной компании «Теко» (г. Челябинск), в которых в качестве чувствительных элементов измерения угла наклона выступают акселерометры.

В качестве датчиков давления применялись высокоточные цифровые датчики избыточного давления ZET 7012-11 предприятия «Электронные технологии и метрологические системы» на базе СКБ ФГУП ВНИИФТРИ (компания ZETLAB, г. Москва).

_.„_

р.. * # ••

>

о

.4

£ -100 I

и

Р-

I -150

§

£ -200 &

0 -250

1

-300

• ■ _ _ *

• «.

XI

_

К 3

0 2.5

О 2

hi j

1050 1000 950 g 900

и a

g 850

§

Ц 800 &

8 750

I

700

I • * * * .

7

К

0 4

О 3

к.- :

! i •• • • • • <

• • • • • •

• •• .

g 2950

£ 2900 &

• I • » • . • • • ».. .

I •

I ••

*• I

50 100 150

Угол рукояти, град.

50 100 150

Угол рукояти, град.

50

0

2

0

50

100

150

200

0

50

100

150

200

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а

г

3

50

100

150

200

0

50

100

150

200

б

д

3150

3100

6

3050

5

3000

2850

2800

2

0

200

0

200

в е

Рисунок 3 - Часть результатов натурногоэкспериментав видезависимостейсил наштокахгидроцилиндров подъемастрелыотугларукоятипритрехзначенияхтарированноймассыгруза(а - 0 кг,б -985 кг, в-2 840кг)и соответствующих им вычисленных по методике значений массы груза (г-0кг, д-985кг, е-2 840кг)

Figure 3 - Part offull-scaleexperimentresultsin the formofforces dependenciesof therods of liftingcylinders' boomfrom the handle angle atthree valuesof tare cargoweight(a-0 kg, b -985 kg,c- 2840 kg)and corresponding weight values(g-0 kg,

d- 985 kg, e-2840kg)

Источник: составлено авторами

Угол наклона стрелы относительно колонки с расчетной схемы (см. рисунок 1) при проведении натурного эксперимента варьировался от -4 до -60 градусов, а угол наклона рукояти относительно стрелы - от 37 то 160 градусов. Шаг каждого из углов составлял не более 10-12 градусов. Использовались три тарированные массы груза: 0, 985 и 2 840 кг. Были исследованы различные сочетания углов стрелы и рукояти (с учетом ограничений диаграммы грузоподъемности), а также тарированной массы груза, общим числом 230 экспериментальных точек. Измерениям в каждой точке подвергались угол стрелы, угол рукояти, давление в поршневой полости гидроцилиндров подъема стрелы, давление в штоковой полости гидроцилиндров подъема стрелы, угол крена поворотной колонки, угол тангажа поворотной колонки.

Часть обработанных экспериментальных точек приведена на рисунке 3 в виде силы на штоках двух ГЦ подъема стрелы (а, б, в), а также в виде вычисленных по разработанной методике значений массы груза (г, д, е). Зависимости на рисунке 3 приведены от угла поворота рукояти q4. Для тарированных масс груза 0, 985 и 2 840 кг. Для всех рассматриваемых значений угла наклона стрелы из исследованного диапазона, взятых по результатам натурного эксперимента. Углы крена и тангажа поворотной колонки при этом принимали фиксированные значения. Их абсолютная величина во всех экспериментальных точках не превышала трех градусов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов натурного эксперимента позволил сделать следующие выводы. Разработанная методика измерения массы была верифицирована путем проведения натурного эксперимента с тарированными массами на крюке экскаватора в режиме крана, вычислений массы по методике сопоставления вычисленных значений масс и тарированных значений масс. Максимальная абсолютная погрешность косвенного измерения по данным натурного эксперимента составила 273 кг. Соответственно, относительная приведенная к верхнему пределу измерений (2840 кг) погрешность при этом составила менее 10 %.

Предлагаемая методика не требует сложного технологического оборудования, дорогостоящих датчиков первичной измерительной информации и больших затрат на измерения.

Алгоритм однотактный, без необходимости хранения данных предыдущих тактов в памяти микропроцессора.

К его достоинствам следует также отнести возможность учета значений углов крена и тангажа поворотной колонки крана-экскаватора.

Область применения методики - информационные системы указания грузоподъемности, фиксирующие грузоподъемность экскаватора, работающего в режиме крана в зависимости от вылета грузозахватного органа. В перспективе методика может также быть использована в системе ограничения грузоподъемности, которая автоматически выключает механизмы экскаватора в режиме крана при превышении допускаемой грузоподъемности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Треногин Е.О. , Вахрушев С.И. Патентные исследования возможных конструкций рабочего оборудования одноковшового экскаватора // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2016. Т. 2. С. 303-311.

2. Дубровин Л.М., Никишечкин А.П., Да-выденко В.И. Контроль грузов на подъемно-транспортных машинах // Мир транспорта. 2016. Т. 14. № 3 (64). С. 98-105.

3. Никишечкин А.П., Дубровин Л.М., Давы-денко В.И. Способ оценки массы груза подъемно-транспортных устройств по параметрам магнитного поля, создаваемого двигателем постоянного тока // Вестник МГТУ «Станкин». 2016. № 1. С. 64-67.

4. Никишечкин А.П., Дубровин Л.М., Да-выденко В.И. Двигатель постоянного тока как источник диагностической информации // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2016. № 7. С. 53-58.

5. Жиров В.Г. Измерительная система взвешивания отходов металла // Датчики и системы. 2014. № 12. С. 66-67.

6. Якута И.В., Ермаков С.В. Оценка расхождения масс принятого и сданного грузов при определении массы по осадкам (методом драфт-сюрвея) // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2016. Т. 19. № 4. С. 822-829.

7. Иванов В.А.. Макагон Н.С., Масленко В.О. Экспериментальный образец бортовой системы взвешивания груза [Электронный ресурс] // Ученые заметки ТОГУ. 2017. Том 8, № 4. С. 1-9. Режим доступа: http://pnu.edu. ги/ media/ejoumal/articles-2017/TGU_8_259.pdf, свободный (дата обращения: 26.04.2018).

8. Иванов В.А., Масленко В.О., Харченко К.А. Экспериментальное устройство для ги-

дравлического взвешивания груза [Электронный ресурс] // Ученые заметки ТОГУ. 2017. Том 8, № 1. С. 128-137. - Режим доступа: http://pnu. edu.ru/media/ejournal/articles-2017/TGU_8_25. pdf, свободный (дата обращения : 26.04.2018).

9. Большунова О.М., Коржев А.А., Ка-мышьян А.М. Модернизация бортовой системы карьерного автосамосвала // Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017: Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. СПб: СПГУ, 2017. С. 110-114.

10. Gawlik A., Kucybata, P. Dynamic weighing system used in excavator. Journal of KONES Powertrain and Transport, vol. 24, no. 4, 2017, pp. 31-38.

11. Kalairassan G., Boopathi M., Mohan R. M. Analysis of load monitoring system in hydraulic mobile cranes. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering, vol. 263, no. 6, 2017, pp. 062045. DOI: 10.1088/1757-899X/263/6/062045

12. Krastanov, K. About the safety by using of mobile cranes. The Eurasia proceedings of science, technology, engineering and mathematics, 2017, vol. 1, pp. 213-217. http://dergipark.gov.tr/ download/article-file/38004

13. Walawalkar A., Heep S., Schindler C., Leif-eld R., Frank M. Validation of an analytical method for payload estimation in excavators. In: Berns K. et al. (eds) Commercial Vehicle Technology 2018. Proceedings. Springer Vieweg, Wiesbaden, pp. 3-16. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-21300-8_1

14. Koch S., Reichhartinger M. Observer-based sliding mode control of hydraulic cylinders in the presence of unknown load forces. Elektrotechnik & Informationstechnik (2016) 133/6: 253-260. DOI: https://doi.org/10.1007/ s00502-016-0418-6

REFERENCES

1. Trenogin E.O., Vahrushev S.I. Patent research of possible designs of working equipment of a single bucket excavator. Sovremennye teh-nologii v stroitel'stve. Teorija i praktika, 2016, vol. 2, pp. 303-311.

2. Dubrovin L.M., Nikishechkin A.P., Davyden-ko V.I. Cargo control on hoisting-and-transport machines. Mir transporta, 2016, vol. 14, no. 3 (64), pp. 98-105.

3. Nikishechkin A.P., Dubrovin L.M., Davyden-ko V.I. A method for estimating the weight of a load of hoisting-and-transport devices using the

parameters of the magnetic field produced by a direct current motor. Vestnik MGTU «Stankin»,

2016, no. 1, pp. 64-67.

4. Nikishechkin A.P., Dubrovin L.M., Davyden-ko V.I. Direct current motor as a source of diagnostic information. Pribory i sistemy. Upravlenie, kontrol', diagnostika, 2016, no. 7, pp. 53-58.

5. Zhirov V.G. Measuring system for weighing metal waste. Datchiki i sistemy, 2014, no. 12, pp. 66-67.

6. Jakuta I.V., Ermakov S.V. Estimation of the divergence of the masses of the received and delivered cargo in determining the mass by precipitation (the method of draft survey). Vestnik Murmanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta, 2016, vol. 19, no. 4, pp. 822-829.

7. Ivanov V.A.. Makagon N.S., Maslenko V.O. Experimental sample of airborne cargo weighing system [Electronic resource]. Uchenye zametki TOGU, 2017, vol. 8, no. 4, pp. 1-9. Access mode : http://pnu.edu.ru/media/ejournal/articles-2017/ TGU_8_259.pdf, free (date of the application : 26.04.2018).

8. Ivanov V.A., Maslenko V.O., Harchenko K.A. Experimental device for hydraulic weighing of cargo [Electronic resource]. Uchenye zametki TOGU, 2017. vol. 8, no. 1, pp. 128-137. - Access mode : http://pnu.edu.ru/media/ejournal/arti-cles-2017/TGU_8_25.pdf, free (date of the application : 26.04.2018).

9. Bol'shunova O.M., Korzhev A.A., Kamysh'jan A.M. Modernization of the on-board system of a quarry dump truck. Innovacii i pers-pektivy razvitija gornogo mashinostroenija i jelek-tromehaniki: IPDME-2017 : Sbornik nauchnyh trudov mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. SPb : SPGU, 2017, pp. 110-114.

10. Gawlik A., Kucybata, P. Dynamic weighing system used in excavator. Journal of KONES Powertrain and Transport, vol. 24, no. 4, 2017, pp. 31-38.

11. Kalairassan G., Boopathi M., Mohan R. M. Analysis of load monitoring system in hydraulic mobile cranes. IOP Conference Series : Materials Science and Engineering, vol. 263, no. 6, 2017, pp. 062045. DOI: 10.1088/1757-899X/263/6/062045

12. Krastanov, K. About the safety by using of mobile cranes. The Eurasia proceedings of science, technology, engineering and mathematics,

2017, vol. 1, pp. 213-217. http://dergipark.gov.tr/ download/article-file/38004

13. Walawalkar A., Heep S., Schindler C., Leif-eld R., Frank M. Validation of an analytical method for payload estimation in excavators. In: Berns K.

et al. (eds) Commercial Vehicle Technology 2018. Proceedings. Springer Vieweg, Wiesbaden, pp. 3-16. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-21300-8_1

14. Koch S., Reichhartinger M. Observer-based sliding mode control of hydraulic cylinders in the presence of unknown load forces. Elektrotechnik & Informationstechnik (2016) 133/6: 253-260. DOI: https://doi.org/10.1007/ s00502-016-0418-6

Поступила 04.05.2018, принята к публикации 25.06.2018.

Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Прозрачность финансовой деятельности: Никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Корытов Михаил Сергеевич, д-р техн. наук, доц., ORCID 0000-0002-5104-7568, Scopus Author ID 57035238500, ResearcherlD B-5667-2015, ФГБОУ ВО «СибАДИ», проф. каф. АКМиТ, 644080, г. Омск, пр. Мира 5, kms142@mail.ru.

Канин Иван Константинович, инд. предприниматель, г. Москва, kanin3d@yandex.ru.

INFORMATION ABOUT THE AUTHOR

Korytov Mikhail Sergeevich, Doctor of Engineering Science, Associate Professor, ORCID 0000-0002-5104-7568, Scopus Author ID 57035238500, ResearcherlD B-5667-2015, FG-BOU VO «SIBADI», Professor of the Department AKMiT, 644080, Omsk, 5 Mira Avenue, kms142@ mail.ru.

Kanin Ivan Konstantinovich, ind. businessman, Moscow, kanin3d@yandex.ru.

ВКЛАД СОАВТОРОВ

Корытов М.С. Исследование состояния вопроса, вывод уравнений математической модели, разработка программного продукта для проверки работоспособности методики, вычислительная проверка методики.

Канин И.К. Проведение натурного эксперимента на кране-экскаваторе, обработка результатов натурного эксперимента.

AUTHOR CONTRIBUTION

Korytov M.S. Researching process, conclusion of the mathematical model equations, development of software product for checking work capacity of mathematical model.

Kanin I.K. Carrying out full-scale experiment on the crane-excavator, processing results of full-scale experiment.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.