Интеллектуальные системы управления нивелированием и планировкой для фронтальных погрузчиков

Рабочие органы фронтального погрузчика – стрела и ковш – совершают более сложные движения, чем, например, отвал бульдозера, работа погрузчика более разнообразна. Поэтому автоматизировать управление работой фронтального погрузчика оказалось сложнее, к тому же планировка – не основной вид работ, для которых предназначены фронтальные погрузчики. Так и получилось, что эти машины оказались несколько «обделены» вниманием разработчиков систем интеллектуального управления нивелированием и планировкой.

Тем не менее за счет оборудования фронтального погрузчика трехмерной системой интеллектуального управления на базе ГНСС (глобальная навигационная спутниковая система) GPS/ ГЛОНАСС можно расширить его возможности: помимо погрузки и транспортировки материалов машина сможет выполнять точную планировку участка, заменяя бульдозер или автогрейдер. Можно сказать, что в функционале фронтального погрузчика происходит «квантовый скачок». Погрузчик становится более универсальным, а ведь универсальность – один из важнейших факторов, обеспечивающих рентабельность и ускоряющих окупаемость средств, вложенных в покупку машины.

К тому же замена бульдозера на погрузчик имеет преимущества: фронтальные погрузчики движутся быстрее бульдозеров, более мобильны и маневренны и не повреждают твердое дорожное покрытие. За счет точного выполнения работ в соответствии с проектом система помогает сэкономить топливо, время и материалы. Не нужны вешки, колышки-маяки, опалубка, удерживающая землю на склонах, не тратится время на их установку, на замеры положения опорных точек. Все данные измерений и указания, что нужно сделать в соответствии с проектом, имеются у оператора на мониторе. Система помогает оператору уверенно работать в условиях недостаточной видимости, в том числе под водой.

Современные системы управления нивелированием и планировкой для фронтальных погрузчиков можно отнести к типу индикаторных (сигнализирующих), то есть частично автоматических. Теперь рассмотрим подробнее системы, предлагаемые ведущими компаниями.

Topcon Group

Topcon Group разработала для фронтальных погрузчиков бортовой комплект оборудования спутниковой 3D-системы управления нивелированием и планировкой Topcon W63. Система постоянно показывает оператору на экране положение кромки ковша. В состав системы входят: радиоантенна для приема RTK-поправок от базовой ГНСС станции для повышения точности позиционирования 3D системы в пределах нескольких сантиметров, устанавливается на магнитном основании; блок управления GX-60 повышенной прочности с цветным сенсорным ЖК-экраном (диагональ 170 мм), на передней панели имеется защищенный порт USB для загрузки цифровой модели проекта; спутниковый приемник MC-i3 принимает сигналы: GPS/ ГЛОНАСС, устанавливается на магнитных держателях, обеспечивает связь машины с облачным сервисом SiteLink; две спутниковые ГНСС антенны для приема сигналов GPS/ ГЛОНАСС и передачи информации для обработки в приемник MC-R3, встроенный в блок управления, антенны устанавливаются на штангах (мачтах), корпус вибростойкий; три датчика наклона (акселерометра) TS-1, чувствительность: ± 0,01°, устанавливаются на корпус, стрелу и ковш погрузчика и постоянно отслеживают изменение положения каждого компонента, благодаря такой конфигурации система постоянно определяет положение кромки рабочего органа. Корпуса всех упомянутых приборов выполнены из литого алюминия. Опционно (по заказу) предлагаются прожекторы на штангах для улучшения освещения при погрузочных работах и маневрировании.

Trimble Navigation Ltd

В 2016 г. компания расширила возможности своей системы управления нивелированием и планировкой GCS900 Grade Control System, выпустив версию 12.81, которая в конфигурации 3D пригодна для установки в том числе и на фронтальные погрузчики. Система позволяет погрузчику быстро и точно выполнять черновую и финишную планировку и нивелирование, обеспечивает увеличение производительности машины до 40% и сокращает объем работ при нивелировании и планировке до 25%.

Погрузчик оснащается двумя спутниковыми антеннами, устанавливаемыми в передней части машины. Антенны принимают корректирующие сигналы со спутников GPS/ ГЛОНАСС, которые вместе с корректирующими данными от местной референц-станции, виртуальной базовой станции VRS или интернет-базовой станции IBSS поступают в блок управления трехмерной системы нивелирования. Угловые датчики на стреле и ковше помогают определять положение ковша. Все данные измерения постоянно сравниваются с цифровой моделью проекта, загруженной в блок управления. Система на основании всей этой информации строит изображение на дисплее в кабине, обновляя его 20 раз в секунду, чтобы оператор во время работы постоянно видел реальное положение кромки ковша с точностью до 1–3 см. Индикатор в виде световых полосок подсказывает оператору, когда нужно приподнять или опустить ковш.

Система имеет модульную конструкцию, ее компоненты могут переставляться с одной машины на другую, за счет чего можно полнее использовать систему и быстрее окупить затраты на ее приобретение. Подключившись к сервису Trimble VisionLink Project Monitoring, можно обеспечить непрерывный мониторинг результатов работ, а также рабочих параметров машины. Система может устанавливаться как на новые, так и на находящиеся в эксплуатации погрузчики.

Компания Hyundai предлагает покупателям своих фронтальных погрузчиков в качестве опции установку системы управления нивелированием и планировкой Trimble GCS900. В частности, такая опция предлагается для мод. Hyundai HL955.

Leica Geosystems

Компания разработала для фронтальных погрузчиков трехмерную систему управления нивелированием и планировкой Leica iCON grade iGW3 с двумя спутниковыми антеннами. В систему может загружаться CAD-проект строительства в цифровой 3D-форме, в соответствии с которым система в реальном времени показывает оператору, где находится кромка ковша, помогает погрузчику быстро и очень точно выполнять черновую и финишную планировку и нивелирование участков даже со слабым грунтом или неровным рельефом, а также разравнивать сложные для обработки материалы, быстро производить контрольные измерения фактически сформированного рельефа с точностью до нескольких сантиметров. Исключает необходимость проведения геодезических замеров.

В системе заложены возможности усложнения функционала в зависимости от потребностей владельца: от простого контроля поперечного уклона до управления нивелированием и планировкой с помощью GPS/ ГЛОНАСС. Система показывает оператору на цветном мониторе с сенсорным управлением в режиме реального времени, где нужно снять, а где насыпать грунт и где находится кромка ковша. Оператор может быстро скорректировать положение кромки, чтобы выполнить планировку в соответствии с проектом. Система существенно повышает производительность работы и уменьшает потери рабочего времени, способствует экономии топлива и строительных материалов.

Инновационная запатентованная система PowerSnap позволяет быстро переставлять пульт управления нивелированием и планировкой с одной машины на другую и устанавливать пульт с необходимым на данный момент функционалом. Пульт имеет беспроводную связь с блоком управления системы, для подсоединения не требуется ни разъема, ни кабеля. Система Leica iCON grade iGW3 поддерживает функции телематики Leica iCON для обмена данными и сообщениями с центральным офисом компании – владельца погрузчика.

Такой системой могут оснащаться, например, фронтальные погрузчики Volvo.

Технологии автоматического управления от Volvo CE

В 2016 г. Volvo CE представила интеллектуальную систему автоматического управления группой «беспилотных» машин, работающих в единой технологической цепочке. Были продемонстрированы экспериментальные образцы: серийные фронтальный погрузчик и сочлененный самосвал, оснащенные системами бесплотного управления. Погрузчик загружал со­члененный самосвал, который затем перевозил и выгружал материал, и цикл повторялся снова.

Электронные системы управления машин запрограммированы на выполнение определенного набора операций на определенном маршруте и работу в единой технологической цепочке. Машины могут долгое время выполнять одни и те же операции снова и снова, двигаясь по заданному маршруту. Система способна сама оптимизировать выполнение операций, а в случае нештатных ситуаций (например, возникновения препятствия на пути) машина останавливается, и оператору, находящемуся в центральном офисе, подается сигнал тревоги.

При выполнении реальной работы на асфальтобетонном заводе в Швеции согласно результатам сравнения автономный фронтальный погрузчик при погрузке и разгрузке развил производительность на уровне 70% от показателя опытного оператора. Однако человек со временем устает, а машина продолжает работать, как и прежде.

Volvo CE не раскрывает по­дробностей, но очевидно, что система автоматического управления работает на базе GPS/ ГЛО­НАСС позиционирования и телематики. Совершенствование системы продолжается. У нее большие перспективы: достаточно одного оператора для контроля 3–4 и более «беспилотных» машин. Работа операторов станет менее напряженной. Машины с автономным управлением обеспечат более высокий уровень безопасности в сложных условиях работы и исключат возможность аварий, связанных с человеческим фактором, им не нужны кабина и подвеска. Пока системы управления экспериментальных машин не могут взаимодействовать друг с другом, а именно «общение» машин между собой и с центральным пультом управления предотвращает столкновения.