劉 楊

（撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113122）

利用GNSS測量技術(shù)的工程機械通過取消人工操作修整標(biāo)樁，大大減小了操作者的工作。對于諸如推土機和自動平地機之類的進行最終平整土地為主的機械設(shè)備，進行控制以使作業(yè)設(shè)備沿著設(shè)計面自動移動。機器控制（以下稱為MC）的系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化。近年來，除了一系列推土機外，它還擴展了作業(yè)設(shè)備自動控制的應(yīng)用范圍，并贏得了良好的聲譽。然而，就礦用挖掘機而言，控制功能僅限于機器引導(dǎo)（MG）功能，因此操作員應(yīng)在觀看指導(dǎo)監(jiān)視器的同時，根據(jù)指導(dǎo)在礦山開采區(qū)地上進行工作而無需完成修整標(biāo)樁。因此，最終的施工精度不再嚴(yán)重依賴操作員的技能。

本文創(chuàng)新的開發(fā)了一種礦用挖掘機，將小松集團具有獨特液壓控制技術(shù)的組件與GNSS測量技術(shù)相結(jié)合。該種控制方式通過集成在機體中的各種組件，實現(xiàn)了從粗挖到精挖的作業(yè)的自動控制，并提高了施工效率，而且?guī)в凶詣油Ｖ箍刂乒δ芸梢允箼C器停止工作。

1 礦用挖掘機的電子設(shè)備及作用

1.1 GNSS測量儀器

在常規(guī)的具有機器引導(dǎo)功能液壓挖掘機中，將GNSS天線豎直安裝重安裝在配重上。在本機器中，將其安裝在駕駛室后部的扶手上，從而降低了由于與樹木接觸而造成的損壞風(fēng)險，并提高了安裝/拆卸過程中的安全性。

1.2 行程感應(yīng)缸

為了高精度地控制作業(yè)設(shè)備，需要精確地檢測作業(yè)設(shè)備的位置和速度。本機采用小松集團制造的行程傳感器，用于工作設(shè)備的液壓缸（動臂缸，斗桿缸和鏟斗缸）。這些傳感器可以精確地檢測每個氣缸的行程（長度）和速度，用于工作設(shè)備控制和工作設(shè)備位置的計算。通過氣缸桿的伸長和收縮，并結(jié)合糾正由于輥筒滑動而產(chǎn)生的誤差功能，行程感應(yīng)缸可以通過旋轉(zhuǎn)滾軸來檢測沖程。與使用傾斜儀檢測工作設(shè)備狀態(tài)的其他產(chǎn)品相比，該傳感器具有出色的動態(tài)響應(yīng)能力，并且不會引起邊緣晃動。

1.3 慣性測量單元

為了計算精確的工作設(shè)備狀態(tài)，需要檢測機體的傾斜角。在機體框架上安裝慣性測量單元(IMU)，可以高精度檢測機體姿態(tài)角，即使在斜坡上工作也可以實現(xiàn)對工作設(shè)備的精密控制。

操作人員的操作信號被傳輸?shù)揭簤嚎刂崎y，通過液壓先導(dǎo)閥控制油缸的動作，操作感覺與基礎(chǔ)機的操作相同。與基礎(chǔ)機不同的是，先導(dǎo)閥和控制閥之間有電氣壓力控制閥(EPC)，用于對工作設(shè)備進行電控先導(dǎo)壓力控制。每個控制閥都安裝有一個傳感器。傳感器精確地檢測閥芯的位置，從而確定流量，從而提高控制性能。

1.4 電控工作設(shè)備閥門

操作員對操縱桿操作將通過液壓先導(dǎo)閥傳遞到控制液壓缸動作的液壓控制閥，并保持與主機相同的操作體驗。與主機的不同之處在于，在先導(dǎo)閥和控制閥之間設(shè)置了動壓力控制閥（EPC）（圖1），以電子方式控制先導(dǎo)壓力，以進行工作設(shè)備控制。每個控制閥均安裝有傳感器。傳感器精確檢測閥芯的位置，確定流量以改善控制性能。

圖1 電子控制器

1.5 電子控制器

將每個部件的電信號連接到控制器，控制器輸出控制工作設(shè)備的命令。該控制器使用的硬件是經(jīng)過現(xiàn)場驗證的大型工程機械，它通過通信網(wǎng)絡(luò)與其他控制器連接，以從其他控制器獲取必要的信息。

1.6 大屏幕控制箱

雖然顯示設(shè)計圖紙信息、執(zhí)行所需的邊緣位置、距離和機器狀況的顯示器一般以6英寸～7英寸為主要尺寸，但考慮到界面直觀性和使用功能，這里安裝了大尺寸12.1英寸觸摸屏式顯示器(圖2)。在使用工作燈時，還包括啟動/終止、機器按鍵開/關(guān)和LCD屏幕自動調(diào)光等功能。

圖2 大屏幕控制箱

設(shè)計了3D俯視顯示和顯示文字的位置以便于查看，并配備了便于理解的燈條和聲音引導(dǎo)功能，提供了方便使用的功能鍵和各種定制功能。因此，不僅操作符的可視性得到了提高，而且作為界面的功能也得到了改進。該監(jiān)視器安裝有一個球接頭，無論操作者的座位位置如何，都可以調(diào)節(jié)到可以保證可試性的位置。

2 工作設(shè)備控制與智能

在傳統(tǒng)的機器導(dǎo)引液壓挖掘機中，操作員在檢查設(shè)計面和屏幕上顯示的邊緣之間的位置關(guān)系時手動操作。在此機器中，由于工作設(shè)備的控制，操作人員可以進行操作而不必擔(dān)心挖入設(shè)計平面，這是這臺機器的最大特點。

對于操作本身，當(dāng)使用機器導(dǎo)引礦用掘機進行挖掘時，如吊桿、鏟斗挖掘或翻斗邊緣到達設(shè)計面，工作設(shè)備自動停止(自動停止控制)。在機械臂操作中,如果控制器判斷出挖到設(shè)計圖面基于工作設(shè)備和設(shè)計面之間的位置關(guān)系,快速抬起的命令會自動控制輸出和工作設(shè)備,以便沿著邊緣設(shè)計表面(自動分級協(xié)助)，這臺挖掘機的工作設(shè)備控制的特點介紹如下。

2.1 自動停機控制

控制器不斷計算設(shè)計面與邊緣的距離、邊緣速度和方向。根據(jù)檢測到的駕駛員操作引起的先導(dǎo)壓力計算出邊緣速度，并計算出允許速度與到設(shè)計面距離的關(guān)系。當(dāng)判斷有必要進行控制干預(yù)時，將目標(biāo)轉(zhuǎn)速幾何化轉(zhuǎn)換為各缸的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并通過改變EPC閥的電流來控制氣缸先導(dǎo)壓力，將邊緣轉(zhuǎn)速降低到允許轉(zhuǎn)速。最后它在設(shè)計面邊緣上停止。在開始挖掘或用于測量時，邊與設(shè)計面對齊時，自動停止控制是一種非常有效的功能。

2.2 自動分級輔助

與自動停機控制一樣，如果控制器根據(jù)設(shè)計面與邊的距離、邊的速度和方向判斷挖掘邊將通過操作臂進入設(shè)計面，會自動輸出吊桿抬升指令，并激活控制干預(yù)，使邊緣沿設(shè)計面移動，同時降低手臂移動的速度。自動分級輔助會根據(jù)設(shè)計面控制區(qū)進行自動停止控制(示例)沿設(shè)計面方向的邊緣速度，從檢測到的操作量計算。PC210LCi-10/PC200i-10機控液壓挖掘機的包括對執(zhí)行精度要求不高的粗挖作業(yè)和爬行速度要求精度的作業(yè)。

2.3 其它

礦用挖掘機根據(jù)執(zhí)行內(nèi)容將其鏟斗更換為合適的鏟斗。當(dāng)使用具有傾斜操作能力的鏟斗時，只需在鏟斗上增加傾斜傳感器即可實現(xiàn)機器控制。盡管鏟斗的重量取決于安裝的鏟斗，但通過改變機體監(jiān)視器上的鏟斗重量設(shè)置，可以確保從重的鏟斗到輕的鏟斗的控制精度。機器控制功能可以輕松切換到機器導(dǎo)引功能，進行單按鈕操作。

3 機械控制的效果分析

與傳統(tǒng)的精加工樁和MG液壓挖掘機相比，上述工作設(shè)備控制和大屏幕上的信息將內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)化模型工作時間縮短了約20%～63%。本實驗進行了從挖掘面到設(shè)計面到的一系列執(zhí)行操作，根據(jù)工作時間視工作內(nèi)容和條件不同，工作時間都有效縮短。

4 結(jié)論

本文介紹了礦用挖掘機的PC210LCi-10,PC200i-10”集成，智能和創(chuàng)新的特點。該挖掘機機械控制的功能和技術(shù)將降低操作人員的疲勞程度，使有經(jīng)驗的操作人員能夠更有效地進行工作，并減少經(jīng)驗豐富的操作人員與沒有經(jīng)驗的操作人員之間的技能差異。有效提升礦山開采效率。