UA157396U

UA157396U - Device for automated bucket loading of a front loader

Info

Publication number: UA157396U
Application number: UAU202402197U
Authority: UA
Inventors: Володимир Олександрович Гурко; Олександр Геннадійович Гурко; Ігор Георгійович Кириченко
Original assignee: Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет
Priority date: 2024-04-25
Filing date: 2024-04-25
Publication date: 2024-10-09

Abstract

The device for automated loading of the front loader bucket contains a block of pressure sensors in the hydraulic boom control line with a bucket, a processor unit; interface unit, to the input of which the output of the pressure sensor unit is connected, and the output of the interface unit is connected to the input of the processor unit; the tilt angle sensor of the front loader relative to the horizon, the angle sensor of the boom of the front loader, the outputs of which are connected to the input of the interface unit. the input and output of information, the output of which is connected to the input of the interface unit. Additionally, it contains a tilt angle sensor of the front loader bucket mounted on the front loader bucket and an executive unit, with the angle sensor output connected through the interface unit to the input of the CPU unit, and the CPU unit output is connected through the interface unit to the input of the executive unit.

Description

Корисна модель належить до галузі будівельних і комунальних машин, переважно одноківшевих фронтальних навантажувачів, а зокрема до керування їх робочим процесом.The utility model belongs to the field of construction and utility machines, mainly single-bucket front-end loaders, and in particular to control their work process.

Фронтальні навантажувачі широко використовуються на будівельних майданчиках для виїмки грунту, гравію та інших сипучих матеріалів, їхнього транспортування та завантаження у вантажівки тощо. При керуванні фронтальним навантажувачем оператор часто повторює однакові або схожі операції протягом певного періоду часу, який зазвичай складає менше хвилини, що вимагає від оператора певної психоемоційної витримки. Крім того, ефективність роботи операторів зменшують втома, несприятливе оточуюче середовище тощо. Вказані фактори негативно впливають на виконання послідовності технологічних операцій, що виконуються операторами фронтальних навантажувачів. Полегшенню роботи оператора та підвищенню продуктивності виконуваних робіт сприятиме використання автоматизованих систем керування робочим обладнанням фронтальних навантажувачів, зокрема процесом завантаження ковша.Front-end loaders are widely used on construction sites for excavation of soil, gravel and other loose materials, their transportation and loading into trucks, etc. When driving a front-end loader, the operator often repeats the same or similar operations within a certain period of time, which is usually less than a minute, which requires a certain psycho-emotional endurance from the operator. In addition, operator efficiency is reduced by fatigue, adverse environment, etc. These factors have a negative impact on the sequence of technological operations performed by operators of front-end loaders. The use of automated control systems for the work equipment of front-end loaders, in particular, the process of loading the bucket, will facilitate the operator's work and increase the productivity of the work performed.

З рівня техніки відомо, що робоче обладнання фронтального навантажувача у своєму складі має шарнірно-з'єднані елементи, такі як, стріла, ківш, а також гідравлічні механізми керування положенням стріли і поворотом ковша.From the state of the art, it is known that the working equipment of a front-end loader has hinged elements, such as a boom, a bucket, as well as hydraulic mechanisms for controlling the position of the boom and the rotation of the bucket.

Відомий аналог (Спосіб підвищення надійності робочого обладнання малогабаритного навантажувача ПМТС 1200 за допомогою додаткового гідравлічного обладнання на базі вихідної ЗО моделі: пат. 122509 Україна: ЕО2Е 3/85. Мо и 2017 08054; заявл. 02.08.2017; опубл. 10.01.2018, Бюл. Мо 1), що дозволяє зменшити ризик деформації основних вузлів робочого обладнання фронтального навантажувача при виконанні робочих операцій шляхом додавання додаткових гідроциліндрів, що закріплюють з одного боку на поперечині стріли, а з іншого боку - на ковші за допомогою кронштейнів.Known analogue (Method of increasing the reliability of the working equipment of the PMTS 1200 compact loader using additional hydraulic equipment based on the original ZO model: pat. 122509 Ukraine: ЕО2Е 3/85. Мо и 2017 08054; application. 02.08.2017; publ. 10.01.2018, Bul. Mo 1), which allows to reduce the risk of deformation of the main units of the front-end loader's working equipment during work operations by adding additional hydraulic cylinders that are fixed on one side to the crossbar of the boom, and on the other side - to the bucket with the help of brackets.

Даний аналог лише опосередковано підвищує ефективність процесу завантаження ковша за рахунок забезпечення можливості розвинення більших зусиль.This analogue only indirectly increases the efficiency of the bucket loading process by ensuring the possibility of developing greater efforts.

Відомий аналог (Регулятор швидкості опускання стріли навантажувача: пат. 141680 Україна:Known analog (Loader boom lowering speed regulator: pat. 141680 Ukraine:

Е158 11/04, В66С 13/42. Мо и 2019 09262; заявл. 13.08.2019; опубл. 27.04.2020, Бюл. Мо 8), що дозволяє оперативно регулювати швидкість опускання ковша фронтального навантажувача за заданим наперед законом незалежно від наповнення ковша матеріалом за рахунок удосконалення гідравлічних механізмів керування робочим обладнанням. Проте аналог дозволяє частково автоматизувати процес завантаження ковша фронтального навантажувача.E158 11/04, B66C 13/42. May 2019 09262; statement 13.08.2019; published 04/27/2020, Bul. Mo 8), which allows you to quickly adjust the speed of lowering the bucket of the front-end loader according to a predetermined law, regardless of the filling of the bucket with material due to the improvement of the hydraulic mechanisms for controlling the working equipment. However, the analog allows you to partially automate the loading process of the front loader bucket.

Найближчим аналогом за загальним підходом та конструктивним виконанням, є (Ваговий пристрій для фронтального навантажувача: пат. 135851 Україна: 5010 19/00. Мо и 2019 00710; заявл. 24.01.2019; опубл. 25.07.2019, Бюл. Мо 14.).The closest analogue in terms of general approach and design is (Weighing device for a front-end loader: pat. 135851 Ukraine: 5010 19/00. Mo and 2019 00710; application. 01.24.2019; publ. 07.25.2019, Byul. Mo 14.) .

Основними елементами найближчого аналога є блок датчиків тиску у гідравлічній магістралі опускання стріли з ковшем; датчик кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту; датчик кута нахилу стріли фронтального навантажувача; процесорний блок; інтерфейсний блок, що виконує функції перетворення даних від датчиків у формат, зручний для обробки процесорним блоком, та їх передачі до процесорного блока; блок введення та виведення інформації.The main elements of the closest analogue are a block of pressure sensors in the hydraulic line for lowering the boom with a bucket; sensor of the angle of inclination of the front-end loader relative to the horizon; front loader boom tilt angle sensor; processor unit; an interface unit that performs the functions of converting data from sensors into a format convenient for processing by the processor unit and transferring them to the processor unit; block of input and output of information.

Під час роботи пристрою блок датчиків тиску виробляє електричний сигнал, що пропорційний величині тиску у гідравлічній магістралі підйому стріли та залежить від навантаження на ківш. Цей сигнал перетворюється інтерфейсним блоком у цифровий код та надсилається до процесорного блока. Процесорний блок на підставі отриманої інформації від блока датчиків тиску, від датчика кута нахилу фронтального навантажувача та датчика кута нахилу його стріли, а також параметрів, що збережені у пам'яті після проведення тарування та калібрування вагового пристрою, за допомогою спеціального алгоритму визначає масу вантажу у ковші. Блок введення та виведення інформації використовується для введення даних під час калібрування пристрою та надання користувачу інформації про масу вантажу у ковші.During the operation of the device, the unit of pressure sensors produces an electrical signal that is proportional to the pressure in the hydraulic line of the boom lift and depends on the load on the bucket. This signal is converted by the interface unit into a digital code and sent to the processor unit. The processor unit, on the basis of the information received from the pressure sensor unit, from the sensor of the angle of inclination of the front loader and the sensor of the angle of inclination of its boom, as well as the parameters stored in the memory after carrying out taring and calibration of the weighing device, with the help of a special algorithm, determines the mass of the cargo in buckets The input and output unit is used to enter data during device calibration and to provide the user with information about the weight of the load in the bucket.

Вказаний пристрій автоматизує процес зважування сипучих та кускових матеріалів у ковші фронтального навантажувача під час їх завантаження і розвантаження, в тому числі при роботі фронтального навантажувача на похилих та незручних для роботи майданчиках. Проте він не автоматизує саме процес завантаження ковша.This device automates the process of weighing loose and lumpy materials in the bucket of the front-end loader during their loading and unloading, including when the front-end loader is operating on sloping and inconvenient sites. However, it does not exactly automate the process of loading the bucket.

В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності фронтального навантажувача за рахунок автоматизації процесу завантаження ковша шляхом розширення функціональних можливостей розглянутого пристрою для автоматизації фронтального навантажувача.The basis of the useful model is the task of increasing the productivity of the front-end loader by automating the process of loading the bucket by expanding the functional capabilities of the considered device for automating the front-end loader.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої, що містить блок датчиків тиску у гідравлічній магістралі керування стріли з ковшем; процесорний блок; інтерфейсний 60 блок, до входу якого підключений вихід блока датчиків тиску, а вихід інтерфейсного блока підключений до входу процесорного блока; датчик кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту; датчик кута нахилу стріли фронтального навантажувача, виходи яких підключені до входу інтерфейсного блока; блок введення та виведення інформації, вихід якого підключений до входу інтерфейсного блока, згідно з корисною моделлю, додатково введено датчик кута нахилу ковша фронтального навантажувача, що встановлений на ковші фронтального навантажувача, та виконавчий блок, причому вихід датчика кута підключений через інтерфейсний блок до входу процесорного блока, а вихід процесорного блока підключений через інтерфейсний блок до входу виконавчого блока.The task is solved by the fact that in the known device, which contains a unit of pressure sensors in the hydraulic line of the control of the boom with a bucket; processor unit; interface 60 unit, to the input of which the output of the pressure sensor unit is connected, and the output of the interface unit is connected to the input of the processor unit; sensor of the angle of inclination of the front-end loader relative to the horizon; front loader boom angle sensor, the outputs of which are connected to the input of the interface unit; an information input and output unit, the output of which is connected to the input of the interface unit, according to the useful model, an angle sensor of the bucket of the front loader, installed on the bucket of the front loader, and an executive unit, and the output of the angle sensor is connected through the interface unit to the input of the processor block, and the output of the processor block is connected through the interface block to the input of the executive block.

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями фіг. 1 та фіг. 2. На фіг. 1 наведено схематичне зображення пристрою, де 1 - блок датчиків тиску у гідравлічній магістралі керування стріли з ковшем; 2 - датчик кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту; З - датчик кута нахилу стріли фронтального навантажувача; 4 - датчик кута нахилу ковша фронтального навантажувача; 5 - інтерфейсний блок; 6 - процесорний блок; 7 - блок введення та виведення інформації; 8 - виконавчий блок.The essence of the useful model is explained by the drawings of fig. 1 and fig. 2. In fig. 1 shows a schematic representation of the device, where 1 is a unit of pressure sensors in the hydraulic control line of the boom with a bucket; 2 - sensor of the angle of inclination of the front loader relative to the horizon; C - front loader boom tilt angle sensor; 4 - sensor of the angle of inclination of the bucket of the front loader; 5 - interface unit; 6 - processor unit; 7 - information input and output block; 8 - executive unit.

Виходи блока датчиків тиску 1, датчика 2 кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту; датчика З кута нахилу стріли фронтального навантажувача, датчика 4 кута нахилу ковша фронтального навантажувача сполучені лініями зв'язку зі входами інтерфейсного блока 5; з входами інтерфейсного блока 5 також сполучені лініями зв'язку виходи процесорного блока 6 та блока введення та виведення інформації 7, зі входами яких, в свою чергу, сполучені лініями зв'язку виходи інтерфейсного блока 5. Крім того, вихід інтерфейсного блока 5 сполучений лінією зв'язку зі входом виконавчого блока 8.Outputs of the unit of pressure sensors 1, sensor 2 of the angle of inclination of the front loader relative to the horizon; sensor From the angle of inclination of the boom of the front-end loader, sensor 4 of the angle of inclination of the bucket of the front-end loader are connected by communication lines to the inputs of the interface unit 5; with the inputs of the interface unit 5, the outputs of the processor unit 6 and the information input and output unit 7 are also connected by communication lines, with the inputs of which, in turn, the outputs of the interface unit 5 are connected by communication lines. In addition, the output of the interface unit 5 is connected by a line connection with the input of executive block 8.

Роботу фронтального навантажувача з пристроєм, що заявляється, додатково пояснює фіг. 2, що містить схематичне зображення фронтального навантажувача, де 9 - стріла фронтального навантажувача; 10 - ківш фронтального навантажувача; 11 - матеріал, що підлягає завантаженню у ківш.The operation of the front loader with the claimed device is additionally explained in fig. 2, containing a schematic image of a front-end loader, where 9 is an arrow of a front-end loader; 10 - front loader bucket; 11 - material to be loaded into the bucket.

Перед початком робіт виконується калібрування пристрою, а у пам'ять процесорного блока б на фіг. 1 за допомогою блока введення та виведення інформації 7 вносяться дані про геометричні розміри та ємність ковша. Сам процес автоматизованого завантаження ковша матеріалом складається з трьох етапів. На першому етапі людина-оператор під'їжджає до забою з матеріалом 11 на фіг. 2, орієнтує ківш 10 горизонтально на необхідній висоті від опорної поверхні та починає рух уперед. Другий етап починається при досягненні ковшем 10 матеріалу, який підлягає завантаженню (точка А на фіг. 2). У міру заповнення ковша 10 матеріалом збільшується навантаження на ківш 10 і стрілу 9, а отже, збільшується тиск у гідравлічній магістралі, який вимірює блок датчиків тиску 1 на фіг. 1. Процесорний блок 6 (фіг. 1) на основі перетворених і переданих йому інтерфейсним блоком 5 результатів вимірів тиску в гідравлічній магістралі блоком датчиків тиску 1, кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту датчиком 2, кута нахилу стріли фронтального навантажувача від датчика З і кута нахилу ковша фронтального навантажувача від датчика 4, а також даних про геометричні розміри та ємність ковша, що знаходяться у пам'яті, за допомогою спеціального алгоритму розраховує порогове значення навантаження, коли закінчується прямолінійний руху ковша (точка В на Фіг. 2). Точка В є початком третього етапу копання, коли процесорний блок 6 (фіг. 1) через інтерфейсний блок 7 надає командний сигнал виконавчому блоку 8 на піднімання стріли 9 вгору та поворот ковша 10 (фіг. 2). Виконавчий блок 8 надає відповідні електричні сигнали на розподілювачі гідроциліндрів стріли 9 та ковша 10. В результаті кромка ковша 10 переміщується по кривій, що закінчується у точці С. Точка С відповідає кінцю процесу автоматизованого заповнення ковша матеріалом, після чого оператор починає рух фронтального навантажувача від забою.Before starting the work, the device is calibrated, and in the memory of the processor unit b in fig. 1, using the information input and output unit 7, data on the geometric dimensions and capacity of the bucket are entered. The process of automated loading of the bucket with material consists of three stages. At the first stage, the human operator approaches the slaughterhouse with material 11 in fig. 2, orients the bucket 10 horizontally at the required height from the support surface and starts moving forward. The second stage begins when the bucket 10 reaches the material to be loaded (point A in Fig. 2). As the bucket 10 is filled with material, the load on the bucket 10 and the boom 9 increases, and therefore the pressure in the hydraulic line increases, which is measured by the pressure sensor unit 1 in Fig. 1. Processor unit 6 (Fig. 1) on the basis of the results of measurements of the pressure in the hydraulic line by the pressure sensor unit 1, the angle of inclination of the front-end loader relative to the horizon by sensor 2, the angle of inclination of the boom of the front-end loader from the sensor Z and the angle of inclination of the front loader bucket of the front loader from sensor 4, as well as data on the geometric dimensions and capacity of the bucket stored in the memory, using a special algorithm calculates the threshold value of the load when the rectilinear movement of the bucket ends (point B in Fig. 2). Point B is the beginning of the third stage of digging, when the processor unit 6 (Fig. 1) through the interface unit 7 provides a command signal to the executive unit 8 to raise the boom 9 up and turn the bucket 10 (Fig. 2). The executive unit 8 provides the appropriate electrical signals to the distributor of the hydraulic cylinders of the boom 9 and the bucket 10. As a result, the edge of the bucket 10 moves along a curve that ends at point C. Point C corresponds to the end of the process of automated filling of the bucket with material, after which the operator starts the movement of the front loader from the face .

Під час автоматизованого заповнення ковша матеріалом блок введення та виведення інформації 7 надає операторові у зручному графічному та/або текстовому вигляді інформацію щодо заповненості ковша, положення ковша, тиску у гідравлічній магістралі тощо.During the automated filling of the bucket with material, the information input and output unit 7 provides the operator with convenient graphic and/or textual information about the fullness of the bucket, the position of the bucket, the pressure in the hydraulic line, etc.

Точність проходження кромкою ковша 10 ділянок траєкторій АВ та ВС (Фіг. 2) контролюється процесорним блоком б на підставі інформації від датчика 2 кута нахилу фронтального навантажувача відносно горизонту; датчика З кута нахилу стріли фронтального навантажувача та датчика 4 кута нахилу ковша фронтального навантажувача (фіг. 1).The accuracy of the passing of 10 sections of the AB and VS trajectories (Fig. 2) by the edge of the bucket is controlled by the processor unit b on the basis of information from sensor 2 of the angle of inclination of the front-end loader relative to the horizon; sensor Z of the angle of inclination of the boom of the front loader and sensor 4 of the angle of inclination of the bucket of the front loader (Fig. 1).

Впровадження запропонованого пристрою дозволить полегшити працю оператора, а також скоротить час завантаження ковша при одночасному зменшенні навантажень на робоче обладнання й гідропривід фронтального навантажувача при меншому пробуксуванню коліс, тобто підвищить продуктивність фронтального навантажувача.The introduction of the proposed device will facilitate the operator's work, as well as shorten the loading time of the bucket while simultaneously reducing the loads on the working equipment and hydraulic drive of the front loader with less wheel slippage, that is, it will increase the productivity of the front loader.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA A device for automated loading of a front-end loader bucket, containing a unit of pressure sensors in the hydraulic line of the control of the boom with the bucket; processor unit, interface unit, the input of which is connected to the output of the pressure sensor unit, and the output of the interface unit is connected to the input of the processor unit, the sensor of the angle of inclination of the front loader relative to the horizon, the sensor of the angle of inclination of the boom of the front loader, the outputs of which are connected to the input of the interface unit, the input unit and the output of information, the output of which is connected to the input of the interface unit, which is characterized by the fact that it additionally contains the sensor of the angle of inclination of the bucket of the front loader, which is installed on the bucket of the front loader, and the executive unit, and the output of the angle sensor is connected through the interface unit to the input of the processor unit, and the output of the processor unit is connected through the interface unit to the input of the executive unit.

Fig. 1 same oh 1 san sh her A sh------ 52 714 r: x s x fairy and u those o) (s) OH -to penny yashsh ears Kl

Fig. 2