Экскаваторный ковш управляется через GPS/ГЛОНАСС
В систему управления экскаватором с системой GPS/ГЛОНАСС входят: система датчиков – они различаются у разных производителей, но стандартно устанавливаются на ковше, рукояти и стреле экскаватора; две GPS-антенны, которые устанавливаются сзади на противовесе, они по спутникам определяют положение экскаватора в пространстве; панель управления, которая устанавливается в кабине оператора. Она обрабатывает информацию с датчиков и антенн и выводит оператору на монитор положение ковша в пространстве и относительно 3D-проекта работ, которые необходимо выполнить.
Систему управления экскаватором с системой GPS/ГЛОНАСС связывает интерфейс «человек-машина». По сигналам датчиков система рассчитывает положение и устанавливает кромку ковша экскаватора. На мониторе показывается положение кромки ковша относительно требуемой к выполнению работы и координатной сетки, и оператору не нужно обращаться к помощи геодезистов и мастеров при копании или планировке, работы выполняются самостоятельно, точно и за один раз.
Например, в системе от компании Leica Geosystems используется беспроводная связь между монитором и датчиками через инфракрасный порт, благодаря чему установка системы управления уже после продажи экскаватора не представляет трудности. Также владельцу теперь проще снять систему с одного экскаватора и установить на другой при необходимости.
Российские производители экскаваторов пока не предлагают собственные системы автоматизации на рынке. Однако ведущие компании производят такую разработку и установку подобных систем, используя импортные технологии и комплектующие, чтобы запустить их серийное производство в будущем.
Leica
По оценкам компании Leica, в ЕС используется около 20 000 экскаваторов с ее 3D-системой автоматизации, что позволяет использовать машину как универсальный инструмент для строительства дорог, планировки сложных изогнутых поверхностей (например, парков), точного бурения по проектным данным, подводных работ в портах и для мелиорации и т. д.
В 3D-системах управления экскаватором через GPS/ГЛОНАСС положение ковша только указывается, а управление все равно осуществляет оператор, то есть система носит информационный характер. Полностью автоматическое управление в настоящее время реализовано только на профилирующих машинах типа грейдер/ бульдозер, а на экскаваторах подобные системы пока не придуманы.
В зависимости от конструкции экскаватора и его рабочего органа состав системы управления может отличаться, но суть остается той же: оператор видит на мониторе и управляет всеми движениями ковша, то есть оператор всегда знает, насколько глубоко и где он должен копать, на какую глубину он уже выкопал траншею и сколько ему еще копать. При работе без системы «на глаз» работу приходится периодически останавливать и измерять глубину траншеи мерным шестом или геодезическими инструментами. Также в этом случае скорость и точность работ напрямую зависят от квалификации оператора.
Система указывает оператору его местоположение на строительной площадке, где находится кромка ковша в системе координат всего строящегося объекта, цифровой проект которого предварительно загружается в систему управления. Оператор видит на экране монитора будущую траншею или котлован и то, как они постепенно появляются в действительности по мере работы машины. С помощью спутниковой навигации машина будет работать очень точно. Одна антенна системы GPS/ГЛОНАСС выполняет те же функции, что и датчик наклонов и поворотов в более простых 2D-системах, она обычно располагается слева в задней части машины. Вторая антенна установлена в задней части машины справа. Электронная система управления высчитывает на основе показаний этих двух антенн и датчиков положение кромки ковша, которая может находиться в метрах двадцати перед этими двумя антеннами. При этом точность работы, с которой реально можно выполнять выемку грунта, составляет около 10 мм, что намного точнее, чем можно достигнуть при обычном ручном управлении машиной без помощи электронной программы с системой спутниковой навигации.
Такое управление машиной обеспечивает и значительное повышение безопасности работы, так как во время работы рабочие находятся поодаль от машины.
Применение системы – это огромный шаг вперед в деле повышения производительности, так как исключает работу наугад – оператор прямо в процессе работы может видеть точно, на какую глубину он уже выкопал траншею. Благодаря системе навигации GPS/ГЛОНАСС оператор может перемещать машину в любое место строительной площадки и всегда будет точно знать свое местоположение и на какую глубину он должен копать грунт. Особенно полезна система GPS/ГЛОНАСС в тех случаях, когда оператор не может видеть ковша, например при выемке грунта из-под воды.
Topcon
Система навигации GPS/ГЛОНАСС дает оператору всего два основных преимущества. Во-первых, в любой момент времени он точно знает свое местоположение на стройплощадке и знает, куда нужно подъехать, чтобы начать копать в соответствии с проектом. Второй и даже более важный ас-пект – информация об угле наклона машины в реальном времени постоянно представлена
на экране монитора в кабине. Система включает в себя ряд компонентов, установленных на машине. Отдельные датчики наклона располагаются на кронштейне крепления ковша, на рукояти, стреле и корпусе машины, чтобы система могла указывать в реальном времени положение ковша и всей машины.
Положение машины в реальном времени и направление ее движения определяются с помощью двух антенн GPS/ГЛОНАСС на корпусе экскаватора и визуализируется на экране дисплея. Если калибровка выполнена правильно, система может сообщать оператору положение машины и глубину копания с точностью в пределах 10 мм.
Topcon разработала автоматическую систему управления для экскаваторов более 15 лет назад, но тогда спрос на нее на рынке был очень незначительный. В последние два-три года спрос на такие системы на рынке увеличился, и некоторые производители уже начали устанавливать автоматические гидравлические системы управления на экскаваторы.
Trimble
Представитель компании Trimble пояснил, что гравитационные датчики наклона и датчики вращения помогают системе определять местонахождение кромки ковша. На противовесе экскаватора устанавливаются две антенны спутниковой системы навигации. С этого места им удобнее всего связываться со спутником. Таким образом обеспечивается очень точное позиционирование, определение высоты положения и ориентации корпуса экскаватора.
На корпус устанавливается двухосный датчик наклона, который измеряет углы наклона корпуса в продольном и поперечном направлении. Данные с этого датчика позволяют корректировать положение шарнира крепления стрелы по высоте, уточнять положение ковша при работе на склонах. Зная точное положение шарнира крепления стрелы, можно измерить длину стрелы, рукояти и ковша. Положение кромки ковша можно рассчитать по углам наклона этих трех компонентов. Таков упрощенный алгоритм определения местоположения кромки ковша.
Выше упоминаются гравитационные датчики угла наклона. Их преимуществом является простота установки и калибровки на машине. Они рассчитывают углы наклона компонентов по направлению силы тяжести, а это означает, что каждый компонент рассчитывают независимо от других, благодаря чему ошибки при расчетах не складываются. Некоторые датчики наклона имеют запаздывание срабатывания больше, чем другие, за счет этого определение положения кромки ковша может несколько запаздывать.
В других системах управления используются датчики поворота вокруг вертикальной оси, установленные на пальцах шарниров стрелы и рукояти, а также датчик хода гидроцилиндра ковша. Эти датчики поворота срабатывают очень быстро и позволяют определить относительный угол между двумя компонентами. По показаниям всех этих датчиков система рассчитывает положение кромки ковша.
