СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАКТОРА С ГИДРОСТАТИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ Российский патент 2024 года по МПК B60W50/04 G01M17/06 B62D1/12 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к промышленным тракторам с гидростатической трансмиссией (ГСТ). Техническим результатом является реализация устройства для автоматической калибровки системы управления (СУ) движением, что позволит снизить время калибровки, сократить трудозатраты и исключить человеческий фактор. Система управления Гусеничные машины оснащены СУ, состоящей из джойстика, контроллера, ГСТ, бортовых редукторов (БР), ведущих колес (ВК) и средствами измерительного контроля управляемых величин (датчиками скоростей - ДС). Калибровкой обеспечиваются одинаковые скорости вращения моторов, однозначно связанных через БР с ВК без нагрузки со стороны грунта (в вывешенном состоянии трактора). Это является необходимым условием обеспечения требуемой точности работы СУ движением трактора.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к калибровке системы управления движением промышленного трактора с гидростатической трансмиссией.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ:

Известен способ калибровки [https://slawashk.wixsite.com/info/neispravnosti-bif-kvk-8060] (при помощи механического вмешательства в конструкцию машины; при помощи ручной корректировки программного обеспечения (ПО) контроллера). Недостатками данного решения являются значительные затраты времени на калибровку (нескольких часов) и значительные погрешности калибровки, обусловленными влиянием человеческого фактора.

Известен способ калибровки привода гидроцилиндров управления навесным оборудование бульдозера [DE 112007001979 Т5 2009.07.030], при котором оператор машины формирует с помощью, например, джойстика сигнал управления объемом насоса, наблюдая за частотой перемещения штоков гидроцилиндров и фиксируя калибровочное смещение токов.

Данный способ имеет недостаток, состоящий в трудоемкости операции калибровки, связанной с многочисленностью точек замера токов электромагнитов при различных управляющих воздействиях оператора на джойстик по алгоритму, приведенному в описании аналога изобретения. Кроме того, возможно влияние человеческого фактора.

Известен также способ калибровки токов электромагнитов управления насосов бортовой гидростатической трансмиссии гусеничного трактора [DE 102009052687 А1 2011.05.12], где электронный блок управления машины фиксирует величину управляющих токов насосов.

Недостаток такого способа калибровки заключается в том, что для калибровки токов требуется множество замеров токов и частот вращения вала мотора при разных управляющих воздействиях на джойстик в соответствии с алгоритмом, приведенным в описании прототипа изобретения.

Поэтому актуальна задача автоматизации процесса калибровки СУ (при выпуске с производства и после ремонта трактора), что позволит сократить трудоемкость процедуры, сделает ее легкой для исполнения, позволит сократить время выполнения и обеспечит повторяемость/воспроизводимость результатов калибровки (близость результатов калибровки в серии результатов повторных операций, полученных по одной и той же методике), исключив отрицательное влияние человеческого фактора.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гусеничные машины оснащены СУ, состоящей из джойстика, контроллера, ГСТ, БР, ВК и ДС. ГСТ включает в себя два насоса переменного объема, два мотора переменного объема и два БР для каждой гусеницы соответственно. Переменность объемов насосов и моторов обеспечивается изменением положения наклонных шайб через изменение токов электромагнитов (ЭМ). Насосы гидростатической трансмиссии приводятся в действие двигателем внутреннего сгорания (ДВС), моторы приводятся во вращение давлением рабочей жидкости.

Поток рабочей жидкости на выходе насоса гидростатической трансмиссии:

где V_н - рабочий объем насоса, м³; n_н - частота вращения вала насоса (с¹), η_н - КПД насоса.

Поток рабочей жидкости на входе мотора гидростатической трансмиссии:

где V_м - рабочий объем мотора, м³; n_м - частота вращения вала мотора (с¹), η_м - КПД мотора.

На основании того, что поток на выходе насоса и поток на входе мотора равны друг другу, частота вращения вала мотора определяется следующим образом:

Из (3) следует, что при постоянстве объема мотора и частоты вращения вала насоса частота вращения вала мотора зависит от произведения трех параметров, имеющих технологический разброс: КПД насоса и мотора в пределах 0,85…0,95 и объема насоса, который зависит от положения наклонной шайбы.

В результате при отклонении джойстика управления движения от нейтрального положения контроллер формирует одинаковые по величине токовые сигналы на блоки управления наклонными шайбами обоих насосов и обоих моторов, но скорости вращения валов моторов по левому и правому бортам промышленного трактора отличаются, причем данная разница может составлять более 10% при одинаковых паспортных характеристиках гидромашин (насосов и моторов).

Устранение различия скоростей вращения моторов по левому и правому бортам промышленного трактора возможно посредством калибровки токовых сигналов с контроллера по частоте вращения моторов, что является целью изобретения.

Настоящий способ калибровки предназначен для ГСТ с двумя гидравлическими приводными контурами (ФИГ. 1), каждый из которых имеет мотор с регулируемым объемом подачи и насос с регулируемым объемом подачи. Регулирование подачи насоса осуществляется за счет управления пропорциональным электромагнитом по сигналу от контроллера, формируемому с учетом сигналов с датчиков скоростей (ДС) моторов (сигналы обратной связи).

Калибровка системы управления ГСТ проводится на тракторе, установленном на платформе подъемного стенда в положении свободного вращения ВК.

Предлагаемый способ калибровки основан на необходимости обеспечения одинаковых прямо пропорциональных зависимостей частот вращения моторов обоих бортов от положения джойстика управления движением трактора (ФИГ. 1), аналитически выраженных уравнением:

где ω_м1,2 - частоты вращения моторов ГСТ по правому и левому бортам соответственно;

D - относительное положение джойстика (от 0 до 1);

а₀,b₀ - коэффициенты.

Управление частотами вращения валов моторов осуществляется последовательно в двух диапазонах: от начала движения до максимальной «рабочей» скорости (обычно принимаемой 3…4 км/час) управление ведется насосами - от нулевой подачи до максимальной; при «транспортной» скорости (обычно от 3 до 11 км/час) управление ведется моторами -изменением объема мотора от максимального до минимального.

При этом в первом диапазоне угол наклона шайбы насоса изменяется от 0 до 18 градусов, а у мотора сохраняется постоянным и равным 18 градусам, во втором диапазоне угол наклона шайбы насоса сохраняется в 18 градусов, а у мотора уменьшается с 18 до 6 градусов.

На ФИГ. 2 приведен график требуемой зависимости скорости моторов ГСТ от относительного положения джойстика. Диапазон D=0…0,1 - зона нечувствительности, она соответствует зоне 1 на ФИГ. 3; в диапазоне D=0,1…0,55 организуется управление насосами в рабочем режиме (режим Р); в диапазоне D=0,55…1 - управление моторами в транспортном режиме (режим Т). При этом прямо пропорциональная зависимость между D и ω_м1,2 одна и та же.

Для определения коэффициентов а₀,b₀ необходимо подставить в уравнение (4) две точки.

Предлагаемый способ калибровки предполагает следующую последовательность действий.

Шаг 1. Необходимо провести замер частот вращения бортовых моторов при заведомо больших токах управления для всех насосов и моторов (чтобы гарантировано попасть в зону насыщения 3 ФИГ. 3), например, на 20-30% выше максимального паспортного тока. При этом зафиксировать максимальные частоты вращения моторов левого и правого бортов, выявить меньшее из полученных значений, оно должно соответствовать положению джойстика D=0,55. А скорость ω_м1,2=0 должна соответствовать положению джойстика D=0,1. Это и есть те две точки, которые определят коэффициенты а₀,b₀ уравнения (4).

Также предлагаемый способ калибровки основан на прямо-пропорциональной зависимости частоты вращения мотора ГСТ от тока ЭМ управления наклонной шайбой насоса. Аналитическое выражение для правого борта:

Аналитическое выражение для левого борта:

где I_H1, I_H2 - токи управления электромагнитами насосов соответственно правого и левого бортов (мА); а₁, b₁, а₂, b₂ - константы.

Шаг 2. Управление в режиме Р (см. ФИГ. 2).

Необходимо провести замеры скоростей вращения валов моторов по бортам при двух значениях токов управления насосами I₁ и I₂ (приблизительно 30% и 50% от максимального паспортного тока; следует обратить внимание, чтобы скорости вращения моторов при этом были обязательно меньше ω_1max с ФИГ. 2, в противном случае токи следует уменьшить). По этим результатам определить коэффициенты a₁, b₁, a₂, b₂ (ФИГ. 4).

Этого достаточно чтобы установить калибровочные токи (7) и (8), обеспечивающие синхронное вращение ведущих колес в вывешенном состоянии трактора, при положении джойстика, принадлежащем диапазону D=0,1…0,55.

Шаг 3. Управление в режиме Т (см. ФИГ. 2):

1) установить токи управления насосов постоянными и равными соответственно I₃ и I₄ с ФИГ. 4;

2) установить токи управления моторов (приблизительно 30% и 50% от максимального паспортного тока; следует обратить внимание, чтобы скорости вращения моторов при этом были обязательно больше ω_1,2max с ФИГ. 2; в противном случае токи надо уменьшить). В результате получим ФИГ. 5

Замеры токов и скоростей в точках C,G,E,F позволяют построить графики

Аналитическое выражение для правого борта:

Аналитическое выражение для левого борта:

По формулам (9) и (10) при подстановке координат точек C, G, E, F определим коэффициенты а₃, b₃, а₄, b₄, и затем по этим же формулам определим токи при D=0,55 и D=1

Таким образом, сформированы зависимости калибровочных токов от положения джойстика во втором диапазоне регулирования скорости движения трактора.

На основании вышеизложенного, калибровка СУ ГСТ через токи ЭМ насосов в диапазоне «Р» проводится одновременно на двух бортах, и требует замеров скоростей вращения моторов только при двух значениях токов управления насосами.

Калибровка СУ ГСТ через токи ЭМ моторов в диапазоне «Т» проводится одновременно на двух бортах и требует замеров частот вращения валов моторов тоже только при двух значениях токов управления моторов.

Итоговый график, связывающий положение джойстика с токами управления насосами и моторами приведен на ФИГ. 6.

На графиках ФИГ. 6 сплошными линиями обозначены величины токов управления насосов правого и левого борта, пунктирными - токи управления моторов

Поскольку все гидромашины обратимые, то есть могут организовать движение и задним ходом, а особенности их работы отличаются при разных по направлению положениях наклонной шайбы, то для обратного хода нужно провести аналогичные замеры и вычисления.

Калибровка токов при обратном движении машины осуществляется аналогично калибровке токов насоса при прямом движении машины.

При запуске калибровки токов электромагнитов насосов осуществляется проверка условий ее выполнения для обеспечения безопасности, а также для избегания поломок самой машины. Во время калибровки должна быть отжата кнопка безопасности, все электронные системы машины - деактивированы, органы управления оператора находятся в нейтральном положении, ДВС прогрет до рабочей температуры, температура гидравлического масла достигла рабочего значения. При невыполнении условий безопасности, контроллер прервет процедуру калибровки.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. В способе автоматической калибровки системы управления движением промышленного трактора, замеряют токи управления электромагнитов бортовых насосов и частот вращения бортовых моторов. Замер производится сначала при большом токе управления, на 20-30% выше максимального тока для обоих бортовых насосов и моторов. Определяются максимальные частоты вращения моторов левого и правого бортов. Затем определяют коэффициенты по двум точкам. Далее устанавливают последовательно два значения токов управления насосов, приблизительно 30% и 50% от максимального тока, замеряют частоты вращения моторов и по двум точкам определяют коэффициенты. Вычисляют калибровочные токи и фиксируют их в памяти. Затем устанавливают последовательно два произвольных значения токов управления моторов, приблизительно 30% и 50% от максимального тока, замеряют частоты вращения моторов и по двум точкам определяют коэффициенты. Затем вычисляют калибровочные токи моторов во втором диапазоне и фиксируют их в памяти. Снижается трудоемкость калибровки. 6 ил.

Способ автоматической калибровки системы управления движением промышленного трактора, состоящий в замере токов управления электромагнитов бортовых насосов и частот вращения бортовых моторов, отличающийся тем, что замер производится сначала при заведомо большом токе управления, на 20-30% выше максимального паспортного тока для обоих бортовых насосов и моторов, определяются максимальные частоты вращения моторов левого и правого бортов , устанавливается меньшее из полученных значений;

затем в уравнении , где – частоты вращения моторов гидростатической трансмиссии по правому и левому бортам соответственно; – относительное положение джойстика (от 0 до 1), определяются коэффициенты по двум точкам (=0,1; ) и (=1; );

далее устанавливают последовательно два значения токов управления насосов, приблизительно 30% и 50% от максимального паспортного тока, замеряют частоты вращения моторов и по двум точкам определяются коэффициенты уравнений и , где – токи управления электромагнитами насосов соответственно правого и левого бортов, затем контроллер вычисляет калибровочные токи по формулам , и фиксирует их в памяти;

затем устанавливают последовательно два произвольных значения токов управления моторов, приблизительно 30% и 50% от максимального паспортного тока, замеряют частоты вращения моторов и по двум точкам определяются коэффициенты уравнений и , затем контроллер вычисляет калибровочные токи моторов во втором диапазоне по формулам , и фиксирует их в памяти.