Тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового

Полезная модель относится к области тренажеров и может быть использована для первоначального обучения механиков-водителей выполнению рабочих операций, а также для совершенствования или коррекции имеющихся навыков управления у опытных механиков-водителей одноковшовым экскаватором, преимущественно одноковшовым войсковым экскаватором ЭОВ-3521М. Тренажер содержит маршрутизатор, включающий связанные шиной сетевой пересылки блоки сетевых данных, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора, который взаимосвязан с блоком моделирования систем бортового оборудования, связанного двусторонней связью с комплектом бортового оборудования, блоком инструктора, блоком баз данных, блоком визуального представления и блоком звукового представления, дополнительно введены взаимосвязанные с маршрутизатором блок моделирования кинематики рабочих органов экскаватора, блок моделирования динамики рабочих органов экскаватора, блок контроля аварийных ситуаций, блок моделирования взаимодействия с объектами, блок моделирования взаимодействия ковша с грунтом, блок имитации динамических эффектов и сервер данных, связанный двусторонней связью с шиной сетевой пересылки, при этом блок имитации динамических эффектов содержит подвижную платформу, на которой установлен комплект бортового оборудования, и связанный с подвижной платформой блок управления, вход-выход которого является входом-выходом блока имитации динамических эффектов. Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности моделирования оборудования экскаватора и его работы условиям работы водителя-механика в реальном экскаваторе. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к области тренажеров и может быть использована для первоначального обучения механиков-водителей выполнению рабочих операций, а также для совершенствования или коррекции имеющихся навыков управления у опытных механиков-водителей одноковшовым экскаватором, преимущественно одноковшовым войсковым экскаватором ЭОВ-3521М.

Одноковшовый войсковой экскаватор ЭОВ-3521М предназначен для механизации земляных работ при фортификационном оборудовании местности, а также для разрушения бетонных сооружений, разделки металлического лома и выполнения других вспомогательных работ при разборке завалов. Особую сложность для первоначального обучения и совершенствования мастерства механиков-водителей представляет выполнение разнообразных рабочих операций, что приводит к необходимости широкого использования тренажеров, на которых при многократном повторении действия вырабатывается динамический стереотип.

Широко известны тренажеры для обучения вождению автомобилем по патентам на полезные модели (RU 69293 U1, МПК G09B 9/04, опубл. 10.12.2007; RU 74506 U1, МПК G09B 9/05, опубл. 27.06.2008; RU 84150 U1, МПК G09B 9/04, опубл. 27.06.2008; RU 101567 U1, МПК G09B 9/04, опубл. 20.01.2011). Известные тренажеры направлены на достижение максимально точной имитации органов управления грузового автомобиля, логики работы всех систем и агрегатов для обеспечения максимального приближения условий обучения к условиям работы водителя в реальном автомобиле. Однако известные автомобильные тренажеры не учитывают специфику работы механика-водителя экскаватора при выполнении рабочих операций, и, поэтому, не могут обеспечить подготовку механиков-водителей экскаваторов.

Из патента на полезную модель CN 201397758 U, G09B9/00, опубл. 03.02.2010, известен тренажер экскаватора, содержащий элементы бортового оборудования экскаватора и устройство отображения. Устройство отображения известного тренажера имеет ограниченный угол обзора, что снижает его функциональные возможности.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по большинству совпадающих признаков является комплексный тренажер воздушного судна по патенту на изобретение RU 2280287, МПК G09B 9/02, G09B9/08, опубл. 20.07.2006, который содержит комплект бортового оборудования, соединенный двусторонней связью с блоком моделирования систем бортового оборудования, блок моделирования динамики движения, блок инструктора, блок баз данных, блок визуального представления, блок звукового представления, маршрутизатор, содержащий блоки сетевых данных, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора, диспетчер тренажерных задач, конфигуратор тренажера и блок защиты тренажерных задач.

Однако известный тренажер не учитывает специфику работы механика-водителя экскаватора и не может обеспечить подготовку механиков-водителей экскаваторов при выполнении рабочих операций.

Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в создании тренажера, обеспечивающего обучение водителя-механика экскаватора одноковшового войскового в условиях, максимально приближенных к реальным.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности моделирования оборудования экскаватора и его работы условиям работы водителя-механика в реальном экскаваторе.

Технический результат достигается тем, что в тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового, содержащий маршрутизатор, включающий связанные шиной сетевой пересылки блоки сетевых данных, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора, который взаимосвязан с блоком моделирования систем бортового оборудования, связанного двусторонней связью с комплектом бортового оборудования, блоком инструктора, блоком баз данных, блоком визуального представления и блоком звукового представления, согласно полезной модели, введены взаимосвязанные с маршрутизатором блок моделирования кинематики рабочих органов экскаватора, блок моделирования динамики рабочих органов экскаватора, блок контроля аварийных ситуаций, блок моделирования взаимодействия с объектами, блок моделирования взаимодействия ковша с грунтом, блок имитации динамических эффектов и сервер данных, связанный двусторонней связью с шиной сетевой пересылки, при этом блок имитации динамических эффектов содержит подвижную платформу, на которой установлен комплект бортового оборудования, и связанный с подвижной платформой блок управления, вход-выход которого является входом-выходом блока имитации динамических эффектов.

Технический результат достигается также тем, что:

база данных содержит совокупность, по крайней мере, следующих баз данных: база данных заданий, база данных классов моделируемых объектов, база данных участков моделирования, база данных визуальных параметров объектов, база данных звуковых параметров объектов, база данных эксплуатационных параметров экскаватора, база данных параметров метеообстановки, база данных отказов бортового оборудования экскаватора;

сервер данных содержит блок загрузки данных, вход-выход которого является входом-выходом сервера данных, блок памяти начальных состояний и блок памяти историй обучающихся, связанные двусторонними связями с блоком загрузки данных;

в состав комплекта бортового оборудования входят органы управления и контроля рабочими операциями экскаватора, идентичные штатным;

блок визуального представления выполнен с возможностью отображения закабинной обстановки на фронтальном и боковых мониторах тренажера, обеспечивающих обзор, соответствующий виду, наблюдаемому через лобовое и боковые стекла кабины экскаватора.

Структура тренажера подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового и функциональность его блоков обеспечивают высокую степень соответствия моделируемого представления рабочего оборудования экскаватора и внешней обстановки реальному, по трем каналам восприятия объекта обучающимся: визуальному, звуковому и динамическому.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой приведена структурная электрическая схема заявляемого тренажера и фиг.2, на которой представлена структурная схема сервера данных.

Тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового содержит: комплект 1 бортового оборудования, связанного двусторонней связью с блоком 2 моделирования систем бортового оборудования, блок 3 инструктора, блок 4 баз данных, блок 5 моделирования кинематики рабочих органов экскаватора, блок 6 моделирования динамики рабочих органов экскаватора, блок 7 контроля аварийных ситуаций, блок 8 моделирования взаимодействия с объектами, блок 9 моделирования взаимодействия ковша с грунтом, блок 10 визуального представления, блок 11 звукового представления, маршрутизатор 12, содержащий связанные шиной 14 сетевой пересылки блоки 13 сетевых данных и сервер 15 данных. Блок 16 имитации динамических эффектов содержит подвижную платформу 17, на которой установлен комплект 1 бортового оборудования, и связанный с подвижной платформой 17 блок 18 управления, вход-выход которого является входом-выходом блока 16 имитации динамических эффектов. Блоки 2-11 и 16 связаны двусторонними связями с раздельными входами маршрутизатора 12. Сервер 15 данных, связанный двусторонней связью с шиной 14 сетевой пересылки, содержит блок 19 загрузки данных, вход-выход которого является входом-выходом сервера 15 данных, блок 20 памяти начальных состояний и блок 21 памяти историй обучающихся, связанные двусторонними связями с блоком 19 загрузки данных.

Максимально точная имитация органов управления экскаватора, входящих в комплект 1 бортового оборудования, достигается конструкцией тренажера, обеспечивающей соответствие внешнего вида, расположения сидений, узлов и органов управления на рабочем месте обучающегося, а также усилий на органах управления и величин их перемещения данным конструкторской документации на имитируемый экскаватор с погрешностью не более 10%.

Имитаторы органов управления на рабочем месте водителя-механика оборудованы датчиками. Обучающийся, находясь на рабочем месте и выполняя поставленные задачи, воздействует на органы управления. Соответствующая информация в виде цифрового сигнала поступает в блок 2 моделирования систем бортового оборудования, в блоки 5, 6, 8 и 9 моделирования, которые вырабатывают необходимые управляющие сигналы.

Блок 2 моделирования систем бортового оборудования обеспечивает согласование сигналов, поступающих от органов управления экскаватором, и имитацию приборов и индикаторов, расположенных в кабине экскаватора.

Блок 3 инструктора с помощью управляющих воздействий инструктора, обеспечивает загрузку задания обучающемуся; управляет моделированием процессов, записью и воспроизведением историй работы обучающегося, записью заданий и начальных условий, контролирует состояние органов управления, пауз и течение времени выполнения задания; обеспечивает контроль и вмешательство в управление устройствами; вводит неисправности, планирует учебные действия механика-водителя; создает и редактирует задания и истории работы обучающихся и анализирует их.

Блок 4 баз данных содержит совокупность, по крайней мере, следующих баз данных, необходимых для функционирования тренажера: база данных упражнений, база данных классов моделируемых объектов, база данных участков моделирования, база данных визуальных параметров объектов, база данных звуковых параметров объектов, база данных эксплуатационных параметров экскаватора, база данных параметров метеообстановки, база данных отказов бортового оборудования экскаватора.

Блок 5 обеспечивает моделирование кинематики рабочих органов экскаватора, основными из которых являются ковш, стрела, гидромолот, рукоять и поворотная платформа.

Блок 6 моделирования динамики рабочих органов экскаватора производит численное описание процессов и поведения механизмов в условиях меняющихся внешних условий и характеристик объектов.

Блок 7 контроля аварийных ситуаций выявляет критические режимы работы механизмов экскаватора, анализирует информацию, поступающую из блока 8 моделирования взаимодействия с объектами, а также формирует управляющие сигналы в блоки 2, 5, 6, 8, 9 моделирования.

Блок 8 моделирования обеспечивает расчет взаимодействия с объектами и соударений между рабочими органами экскаватора и внешними объектами, произошедшими в результате действий оператора по управлению экскаватором.

Блок 9 обеспечивает моделирование взаимодействия ковша с грунтом.

Расчетные уравнения в блоках 5-9 формируются на основе анализа кинематических связей и статически заданной геометрии элементов экскаватора (см. например, Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы.- М.: Наука, 1989. - 432 с.; Szymon Engel, Witold Alda, Krzysztof Boryczko. Real-time Computer Simulator of Hydraulic Excavator. http://home.agh.edu.pl/~szymone/td/triangledigger-article.pdf).

Блок 10 визуального представления синтезирует внешнюю визуальную обстановку и отображает на фронтальном и боковых мониторах тренажера, обеспечивающих обзор, соответствующий виду, наблюдаемому через лобовое и боковые стекла кабины экскаватора.

Блок 11 звукового представления синтезирует звуковую ситуацию и воспроизводит ее с помощью аудиосистемы тренажера.

Маршрутизатор 12 с помощью блоков 13 сетевых данных и шины 14 сетевой пересылки обеспечивает обмен информации между блоками тренажера.

Сервер 15 данных обеспечивает централизованное формирование и запись о всех начальных состояниях и историях обучающихся.

Кабина тренажера подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового оснащена четырьмя колесами со стопором для легкого перемещения и фиксации внутри помещения.

Тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового работает следующим образом.

По команде инструктора или обучающегося производится инициализация начального состояния тренажера подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового. Инструктор определяет обучающемуся вид и содержание задания. В состав исходных данных задания входят набор параметров, определяющих начальное состояние систем экскаватора, а также цель задания на обучение. Обучающийся, наблюдая закабинную обстановку на экранах мониторов и воздействуя на органы управления экскаватора, старается достигнуть цель задания. Под действием управляющих сигналов изменяются внешняя визуальная информация, показания приборов, световая информация, появляются и изменяются шумы работы агрегатов. В это же время инструктор просматривает результаты моделирования и ход выполнения задания. Для затруднения выполнения задания механиком-водителем и создания непредвиденных ситуаций при достижении заданной цели, инструктор изменяет внешние условия и вводит неисправности оборудования экскаватора. Задание считается законченным при достижении обучающимся поставленной цели или при возникновении серьезной аварийной ситуации, к которой привели его действия. В процессе выполнения задания все действия инструктора и обучающегося, а также реакции моделируемого объекта документируются на сервере данных, и эта информация в дальнейшем может быть использована инструктором для оценки и разбора порядка и хода выполнения задания обучающимся.

Тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового обеспечивает следующие возможности:

визуальное ознакомление с ТТХ экскаватора;

изучение состава, расположения органов управления и контрольно-измерительных приборов кабины, а также практическое обучение правилам пользования органами управления;

демонстрацию выполнения следующих базовых действий: перевод стрелы из транспортного положения в рабочее, подъем и опускание стрелы, поворот рукояти, работа ковша, поворот платформы, перевод стрелы из рабочего положения в транспортное;

первоначальное обучение навыкам работы;

отработку приемов управления рабочим оборудованием с учетом смену времени суток (день/ночь), погодных условий (ясно/облачно/туман).

Максимальное приближение условий обучения обеспечивается синхронизированным действием следующих видов информации:

визуальной - обстановкой на рабочем месте водителя-механика, показаниями приборов, световой индикацией, формированием изображения обстановки в фронтальном и боковых направлениях;

акустической - спектром и уровнем шума работающих агрегатов и механизмов экскаватора в различных режимах;

динамической - воспроизведением усилий и величин перемещения органов управления, аналогичных реальным, воздействием перегрузок при колебаниях и вибрациях рабочего места обучающегося. Все виды информации взаимосвязаны и изменяются в зависимости от обстановки и действий механика-водителя.

При контроле и оценке действий обучающегося фиксируются, в частности следующие параметры: время работы каждого обучающегося, все манипуляции и изменение настроек, осуществляемые механиком-водителем, общее время работы и простоя, объем выполненных работ, недостатки и допускаемые ошибки. По полученным результатам автоматически выставляются оценки в соответствии с загружаемым заданием.

Примеры состава и характеристики заданий.

Задание 1 (тренировочное).

Посадка, ознакомление с органами управления и контрольно-измерительными приборами. Запуск двигателя, прогрев, контроль давления масла, установка оборотов двигателя в рабочий режим. Установка экскаватора на выносные опоры. Перевод стрелы из транспортного в рабочее положение и обратно. Ознакомление с управлением работой экскаватора при выполнении рабочих операций (в том числе при совмещении операций рабочего цикла). Снятие экскаватора с выносных опор. Остановка двигателя.

Задание 2 (тренировочное).

Запуск двигателя, прогрев, контроль давления масла, установка оборотов двигателя в рабочий режим. Установка экскаватора на выносные опоры. Перевод стрелы из транспортного положения в рабочее. Отрывка траншеи (не менее 20 метров) с выбросом грунта в отвал. Перевод стрелы из рабочего в транспортное положение. Снятие экскаватора с выносных опор. Остановка двигателя.

Задание 3 (тренировочное). Запуск двигателя, прогрев, контроль давления масла, установка оборотов двигателя в рабочий режим. Установка экскаватора на выносные опоры. Перевод стрелы из транспортного положения в рабочее. Отрывка котлована (размером не менее ширина по дну 2,5 м, глубина 3,25 м, длина 6 м) с выбросом грунта в автомобиль (типа КАМАЗ 55111). Перевод стрелы из рабочего в транспортное положение. Снятие экскаватора с выносных опор. Остановка двигателя.

Задание 4 (тренировочное).

Запуск двигателя, прогрев, контроль давления масла, установка оборотов двигателя в рабочий режим. Установка экскаватора на выносные опоры. Перевод стрелы из транспортного положения в рабочее. Погрузка и выгрузка железобетонных блоков из автомобиля (типа КАМАЗ 55111, 65215) при помощи крюковой подвески. Перевод стрелы из рабочего в транспортное положение. Снятие экскаватора с выносных опор. Остановка двигателя.

Задание 5 (контрольное).

Запуск двигателя, прогрев, контроль давления масла, установка оборотов двигателя в рабочий режим. Установка экскаватора на выносные опоры. Перевод стрелы из транспортного положения в рабочее. Выполнение задания на время по выбору руководителя:

отрывка траншеи с выбросом грунта в отвал;

отрывка котлована с выбросом грунта в отвал;

отрывка котлована с выбросом грунта в автомобиль;

погрузка железобетонных блоков в автомобиль;

разгрузка железобетонных блоков из автомобиля.

Перевод стрелы из рабочего положения в транспортное. Снятие экскаватора с выносных опор. Остановка двигателя.

Таким образом, применение предлагаемого тренажера подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового повышает точность моделирования оборудования экскаватора и его работы условиям работы водителя-механика в реальном экскаваторе, что обеспечивает повышение качества обучения механиков-водителей.

1. Тренажер подготовки механика-водителя экскаватора одноковшового войскового, содержащий маршрутизатор, включающий связанные шиной сетевой пересылки блоки сетевых данных, входы которых являются соответственно раздельными входами маршрутизатора, который взаимосвязан с блоком моделирования систем бортового оборудования, связанного двусторонней связью с комплектом бортового оборудования, блоком инструктора, блоком баз данных, блоком визуального представления и блоком звукового представления, отличающийся тем, что введены взаимосвязанные с маршрутизатором блок моделирования кинематики рабочих органов экскаватора, блок моделирования динамики рабочих органов экскаватора, блок контроля аварийных ситуаций, блок моделирования взаимодействия с объектами, блок моделирования взаимодействия ковша с грунтом, блок имитации динамических эффектов и сервер данных, связанный двусторонней связью с шиной сетевой пересылки, при этом блок имитации динамических эффектов содержит подвижную платформу, на которой установлен комплект бортового оборудования, и связанный с подвижной платформой блок управления, вход-выход которого является входом-выходом блока имитации динамических эффектов.

2. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что база данных содержит совокупность, по крайней мере, следующих баз данных: база данных заданий, база данных классов моделируемых объектов, база данных участков моделирования, база данных визуальных параметров объектов, база данных звуковых параметров объектов, база данных эксплуатационных параметров экскаватора, база данных параметров метеообстановки, база данных отказов бортового оборудования экскаватора.

3. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что сервер данных содержит блок загрузки данных, вход-выход которого является входом-выходом сервера данных, блок памяти начальных состояний и блок памяти историй обучающихся, связанные двусторонними связями с блоком загрузки данных.

4. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что в состав комплекта бортового оборудования входят органы управления и контроля рабочими операциями экскаватора, идентичные штатным.

5. Тренажер по п.1, отличающийся тем, что блок визуального представления выполнен с возможностью отображения закабинной обстановки на фронтальном и боковых мониторах тренажера, обеспечивающих обзор, соответствующий виду, наблюдаемому через лобовое и боковые стекла кабины экскаватора.