СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОТВАЛОМ БУЛЬДОЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК E02F9/20 

Изобретение относится к области строительного и дорожного машиностроения и может быть использовано для автоматизации бульдозерных агрегатов.

Известны промышленные системы автоматизированного управления отвалом бульдозера [1] среди которых наиболее совершенными являются Автоплан-10, Автоплан-20, Копир-Автоплан 10, Комбиплан-10. Все промышленные системы автоматического управления одноконтурные и синтезированы по принципу отклонения. Положение отвала стабилизируется относительно бульдозерного агрегата.

Известна система автоматического управления рабочим оборудованием бульдозера [2] которая обеспечивает стабилизацию отвала бульдозера на планировочных операциях.

Система (контур) автоматической стабилизации отвала по отклонению включает автоматический регулятор и силовое оборудование, выполненное в виде двух тяговых брусьев, к которым крепится отвал, и двух силовых гидроцилиндров, каждый из которых крепится одним концом к тракторному агрегату, а другим к тяговому брусу.

В прототипе система автоматической стабилизации отвала используется при выполнении планировочных операций, а силовое рабочее оборудование используется и для режима копания и для планировочных (отделочных) операций.

Динамика базового трактора такова, что система автоматической стабилизации, в силу низкого быстродействия не успевает "отрывать" возмущающие воздействия. Одноконтурная система автоматической стабилизации не обеспечивает выполнение планировочных операций с заданной точностью, т.е. с заданной по СНиП ровностью.

Поэтому бульдозерные агрегаты не могут одновременно использоваться и как агрегаты копания и как планировщики. Однако при работе в экстремальных условиях (в условиях, где недопустимо присутствие человека) наиболее предпочтительно иметь универсальный бульдозерный агрегат, который мог бы использоваться и как агрегат копания и как планировщик.

Целью изобретения является повышение точности возведения земляного полотна (с заданной ровностью) при выполнении планировочных работ.

Для достижения поставленной цели система автоматического управления отвалом, включающая контур автоматической стабилизации положения отвала по отклонению, состоящий из датчика и задатчика углового (высотного) положения отвала, подключенных к элементу сравнения, выход которого соединен с регулятором положения отвала, снабжена контуром автоматической стабилизации углового (или высотного) положения базового трактора бульдозера, выполненным в виде подключенных к элементу сравнения датчика и задатчика углового (или высотного) положения трактора, и последовательно соединенных управляющего блока, усилителя мощности, системы объемного гидропривода и силового приводного оборудования базового трактора, при этом выход элемента сравнения подключен к входу управляющего блока и к выходу элемента сравнения контура стабилизации положения отвала по отклонению.

Силовое приводное оборудование контура автоматической стабилизации базового трактора выполнено в виде двух секционных колесных опор с силовыми гидроисполнительными механизмами, один из которых укреплен спереди базового трактора, а второй сзади, при этом входы гидроисполнительных механизмов соединены с выходом системы объемного гидпропривода.

Такая система автоматического управления и ее техническое решение обеспечивают выполнение планировочных операций с заданной точностью.

Эффективность технического решения состоит в том, что при переходе с режима копания на выполнение планировочных операций включается грубый контур автоматической стабилизации базового трактора бульдозера.

Стабилизация базового трактора осуществляется относительно спланированной поверхности грунта, т.е. от земли. Стабилизация (угловая или высотная) базового трактора снижает уровень возмущающих воздействий, действующих на отвал.

Так как бульдозерные агрегаты имеют передненавесное рабочее оборудование, то коэффициент усиления возмущающих воздействий, действующих на отвал, будет всегда больше единицы (k>1). Стабилизация базового трактора резко снижает уровень возмущающих воздействий, действующих на отвал. При использовании двух контуров автоматической стабилизации один из них (точный контур), стабилизирующий угловое (или высотное) положение, устраняет ошибку контура стабилизации базового трактора, выполненного в виде двух секционных колесных опор с силовыми гидроисполнительными механизмами (грубого контура).

На фиг. 1 изображена функционально-технологическая схема системы автоматического управления отвалом бульдозера; на фиг. 2 структурная схема системы автоматического управления отвалом бульдозера; на фиг. 3 - функционально-технологическая схема грубого контура автоматической стабилизации системы автоматического управления отвалом бульдозера.

Система автоматического управления отвалом бульдозера, изображенная на фиг. 1, включает следующие основные элементы; задатчик углового положения машины (ЗУПМ), датчик положения базового трактора ДС1; грубый контур стабилизации базового трактора W(P); коэффициент усиления возмущенных воздействий к (k>1); датчик углового положения отвала ДС2; точный контур стабилизации отвала W (P).

Структурная схема системы автоматического управления отвалом бульдозера, изображенная на фиг. 2, включает два независимых контура стабилизации (точный и грубый), где Уро(Р) текущее положение отвала. На фиг. 2 раскрыт инвариантный принцип построения САУ.

Контур системы автоматической стабилизации состоит из следующих основных элементов: секционной колесной опоры 1, балки 2, тяги 3, силового гидроцилиндра 4, опорной рамы 5, базового трактора 6, силового гидроцилиндра точного контура стабилизации отвала 7, силового гидроцилиндра 8, устройства крепления гидроцилиндра к базовому трактору 9, секционной колесной опоры 10, отвала 11, возмущающего воздействия f(t), действующего на трактор,задатчика углового положения машины (ЗУПМ), управляющего устройства системы (УУС), усилителя мощности (УМ),системы объемного гидропривода (ОГП).

Система автоматического управления отвалом при выполнении планировочных операций работает следующим образом. При воздействии на базовый трактор возмущающего воздействия изменится его угловое положение. Угловое положение базового трактора измеряется датчиком ДС1. На элемента сравнения поступает сигнал с датчика ДС1, здесь же возникает сигнал рассогласования, который поступает на вход УУС. Сформированный управляющий сигнал будет усилен на УМ и поступит на вход системы ОГП. В зависимости от полярности управляющего сигнала к системе ОГП будет подключен один из гидроцилиндров 4, 8, которые стабилизируют угловое положение базового трактора 6.

Однако стабилизация базового трактора будет осуществлена с определенной ошибкой. Сигнал ошибки грубого контура стабилизации поступит на вход точного контура стабилизации отвала. Точный контур, устранив ошибку грубого контура, обеспечит возведение земляного полотна с заданной точностью.

При выполнении операций копания грубый канал системы автоматического управления отвалом отключается.

Преимущество данной системы автоматического управления отвалом бульдозера по сравнению с известными техническими решениями состоит в том, что ее применение позволяет использовать один бульдозерный агрегат и для копания, и для планирования земляного полотна, т.е. использовать одну машину в экстремальных условиях.

Наиболее эффективно данную систему можно применять для бульдозеров-планировщиков, которые используются в экстремальных условиях и управляются как в операторном, так и в дистанционном режимах.

Назначение: изобретение относится к строительному и дорожному машиностроению и предназначено для автоматизации бульдозерных агрегатов. Сущность изобретения: система автоматического управления выполнена двухконтурной. Грубый контур автоматического управления стабилизирует угловое /или высотное/ положение базового трактора. Точный контур автоматического управления стабилизирует угловое /высотное/ положение отвала. При этом входной сигнал точного контура снимается с элемента сравнения грубого контура. За счет этого повышается точность выполнения планировочных операций. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система автоматического управления отвалом бульдозера, включающая контур автоматической стабилизации положения отвала по отклонению, состоящий из датчика и задатчика углового (высотного) положения отвала, подключенных к элементу сравнения, выход которого соединен с регулятором положения отвала, отличающаяся тем, что она снабжена контуром автоматической стабилизации углового (или высотного) положения базового трактора бульдозера, выполненным в виде подключенных к элементу сравнения датчика и задатчика углового (или высотного) положения трактора, и последовательно соединенных управляющего блока, усилителя мощности, системы объемного гидропривода и силового приводного оборудования базового трактора, при этом выход элемента сравнения подключен к входу управляющего блока и входу элемента сравнения контура стабилизации положения отвала по отклонению. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что силовое приводное оборудование контура автоматической стабилизации базового трактора выполнено в виде двух секционных колесных опор с силовыми гидроисполнительными механизмами, один из которых укреплен спереди базового трактора, а другой сзади, при этом входы гидроисполнительных механизмов соединены с выходом системы объемного гидропривода.