Устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины Советский патент 1984 года по МПК E02F9/20 

Изобретение относится к системам автоматического программного управления процессом копания землеройнотранспортных машин. Известно устройство для управления рабочим органом землеройно-тракспортной машины. Устройство позволяе реализовать оптимальные законы изменения глубины копания и компенсирует дополнительные возмущения по тяговому усилию с помощью дополнительного контура управления JY. Недостатком данного устройства является то, что при включении программной системы управления в работу необходимо соблюдать два начальных условия: агрегат должен иметь определенную скорость движения в начале процесса копания, а рабочий орган должен располагаться на поверхности разрабатываемого грунта. Одновременное выполнение вручную оператором этих условий затруднительно или невозможно в случаях равного рельефа гр1унта и недостаточно освещенной мес ности. При этом возможно смещение программно задаваемой глубины копаНИН на величину начальной ошибки, которая присутствует в момент включения системы программного управления, или несоответствие действительной скорости агрегата заданной, кото рая необходима для выполнения оптимального процесса копания. Наиболее близким к предлагаемому по техническо му решению является устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной ма- шины, содержащее программный регулятор углового положения толкающего бруса, включаюдий датчик и програ.ммный задатчик углового положения толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные соответствующими входами к входам элемента сравнения, выход которого соединен с входами своих нуль-органо подключенных через усилители заглубления и выглубления к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному с исполнительным элементом толкающего бруса, концевые выключатели, укрепленные на толкающем брусе с. помощью кронштейна с возможностью их взаимодействия с верхней частню рабочего органа и подключенные к бло ку коррекции задания, выход которого подключен к управляющему задатчику углового положения толкающего бруса, программный регулятор тягобого усилия, включающий датчик и программный задатчик тягового усилия, подключенные своими выходами к входам элемента сравнения, выход которого соед нен с входами двух нуль-органов, под ключенных через усилители заглублени и выглубления к второму электрргидра лическому усилителю, выход которого подключен к исполнительному элементу рабочего органа. Устройство позволяет осуществлять оптимальный закон измерения глубины копания, компенсирует возмущения тягового усилия с одновременной коррекцией рабочего органа при резких изменениях рельефа и плотности разрабатываемого грунта, а также приводит к равным начальным условиям в начале процесса копания значения датчика и задатчика углового положения толкающего бруса 2 . Однако известное устройство не позволяет избежать начальных ошибок по скорости агрегата или по положению рабочего органа. Цель изобретения - повышение производительности землеройно-транспортной машины путем автоматического формирования начальных условий программы оптимального закона по глубине копания. I Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее программный регулятор углового положения толкающего бруса, включанвдий датчик углового положения толкающего бруса, соединенный с одним из входов первого элемента сравнения непосредственно, через блок приведения к равным начальным условиям с одним из входов программного задатчика углового положения толкающего бруса, выход которого подключен к другому входу первого элемента сравнения, выход которого сосоединен через соответствующий нульорган с усилителями выглубления и заглубления, с входами первого электрогидравлического усилителя, подключенного к исполнительному элементу толкающего бруса, программный регулятор тягового усилия, включающий датчик и задатчик тягового усилия, соединенные с вторым элементом сравнения, выход которого соединен через соответствующие нуль-органы с усилителями выглубления и заглубления, выходы которых соединены с вторым электрогидравлическим усилителем, выход которого соединен с исполнительным элементом рабочего органа, и комцевне выключатели, установленные на толкающем брусе с помощью кронштейна с возможностью их взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные к входам блока коррекции задания, выход которого соединен с другим входом программного задатчика углового положения.толкающего бруса программного регулятора углового положения толкающего бруса, оно снабжено датчиком текущей скорости землеройно-транспортной мёиыины, первым и вторым пороговыми элементами, элементом И, триггером, пусковым блоком, датчик текущей скорости соединен с первым пороговым элементом, выход которого соединен с первым входом элемента И и через размыкающий контакт пускового блока с входом усилителя 5 заглубления программного регулятора углового положения толкающего бруса, вход второго порогового элемейта ое дивен с датчиком тягового усилия, а выход соединен с вторым входом элеМен- Ю т И,выход которого соединен через триггер с пусковым блоком, выходы элементов сравнения, программных регуляторов углового положения толкающего бруса и тягового усилия соединены 15 с входами своих нуль-органов через первый и второй замыкагацие контакты пускового блока соответственно. На фиг.1 показано расположение

датчика, концевых выключателей, ис- 20 полнительных элементов и рабочего органа на толкающем брусе землеройно-транспортной машины; на фиг. 2 функциональная схема устройства-, на фиг.З - график изменения параметров 25 при начале движения агрегата; на фиг,4 - график программы оптимального закона изменения углового положения толкающего бруса; на фиг. 5 - график программы оптимального закона изменения тяги.

Устройство содержит рабочий орган 1 з-емлеройно-транспортной машины (фиг.1); толкающий брус 2, исполнительный элемент 3 толкающего бруса, исполнительный элемент 4 рабочего 35 органа, который регулирует глубину копания изменением угла резания, датчик 5 углового положения толкающего бруса в пространстве, концевой выключатель б, срабатывающий при крайнем 40 правом положении рабочего органа 1 в случае регулирования глубины копания изменением угла резания, концевой выключатель 7, сраб.атывающий при крайнем левом положении рабочего органа j 1, кронштейн 8, на котором закреплены концевые выключатели, электрогидравлический усилитель 9, который управляет исполнительным элементом 4 рабочего органа, электрогидравлический усилитель 10, который управляет исполнительным элементом 3 толкающего бруса.

. Элемент 11 сравнения регулятора угловогр положения толкающего бруса (фиг.2.) соединен на входе с первым 55 и вторым нуль-органами 12.и 13, выход нуль-органа 12 соединен с усилителем 14 заглубления, а выход нульоргана 13 - с усилителем 15 выглубления, выходы усилителей 14 и 15 сое-60 динены с входами электрогидравлического усилителя 10, который гидравлически соединен с исполнительным элементом 3 толкающего бруса и через

него механически соединен с рабочим 5

органом 1, блок 16 приведения к равным начальным условиям, который приводит значения программного задатчика 17 углового положения толкающего бруса и значения датчика 5 угла положения толкающего бруса в пространстве к равным начальным условиям, соединен на входе с датчиком углового положения толкающего бруса, а на выходе с программным задатчиком 17, который соединен как и датчик 5 с первым элементом сравнения, а также с блоком 18 коррекции задания, соединенным в свою очередь с концевыми выключателями 6 и 7, датчик 19 тягового усилия и программный задатчик 20 тягового усилия соединены с, входами элемента 21 cpaBf нения, выход которого соединен с третьим и четвертым нуль-органами 22 и 23, выход нуль-органа 23 соединен с усилителем 24 заглубления, а выход нуль-органа 22 - с усилителем 25 выглубления, выходы усилителей 24 и 25 соединены с входами электрогидравлического усилителя 9, который гидравлически соединен с исполнительным элементом 4 рабочег о органа и через него механически с рабочим органой 1, датчик 26 текущей скорости агрегата соединен с первым пороговым элементом 27, второй пороговый элемент 28 соединен на входе с датчиком 19 тягового усилия, а на выходе - с одним входом элемента И 29, с другим входом которого соединен первый пороговый элемент 27, выход элемента И 29 соединен с триггером 30 и через него с пусковым блоком 31, размыкающий контакт 32 которого соединяет вход усилителя 14 заглубления и выход первого порогового элемента 27, первый замыкающий контакт 33 находится в цепи между выходом элемента 11 сравнения и входами первого и второго нуль-органов 12 и 13, а второй замыкающий контакт 34 находится в цепи между элементом 21 сравнения и третьим и четвертым нуль-органами 22 и 23.

На графике изменения параметров процесса копания при начале движения землеройно-транспортной машины (фиг.З показаны: а - положение рабочего органа относительно землеройно-транспортной машины у , б - изменение скорости движения землеройно-транспортной машины V, в - изменение тягового усилия землеройно-транспортной машины qf в начале процесса копания.

На фиг.4 показаны: 2 - кривая оп тимального закона глубины копания, - ломаная кривая, близкая к оптимальной, задаваемая программным задатчиком 17 в координатах h oi , пропорциональных угловому положению толкающих брусьев, в виде импульсов различной формы и длительности, ломаные кривые е и k., которые показывают зону несувствигельности +, образующуюся при работе нуль-органов 12 и 13 во время реализации кривой g, и,„ -1 ии,.-и - сигналы коррекции, поступающие в блок 17 с блока 18 за Дания кoppeкlI ии, А - участок заглубления при копании В - участок выглубления При копании, С - участок окончательного выглубления после окон чания процесса копания.,

На фиг.5 показаны: К - кривая оптимального закона тягового усилия, Л - ломаная кривая тягового усилия, близкая к оптимальной, задаваемая программным задатчиком тягового усилия. 20, ломаные кривые М и Н образую зону нечувствительности + при реализации кривой Л за счет нуль-органов 22 и 23, А-В - изменение тягового усилия на участке заглубления и выглубления, С - изменение тягового

.усилия на участке окончательного вЫ глубления.

Алгоритм работы предлагаемого устройства следующий (фиг.З).

Перед началом работы рабочий орга 1 поднимается над грунтом, например, в свое верхнее положение (координата ) , чтобы не препятствовать разгону землеройно-транспортной машины до необходимой скорости, и находится в этом положении в течение времени (О,. . . , tg ) .

Землеройно-транспортная машина начинает разгон в момент времени

-t

Разгон осуществляется в течение времени ti ,, . . ,t3.

В момент t.1 разгон прекращается. На интервале времени t,,,,t рабочий орган 1 переходит из своего верхнего положения (момент времени t/i ) в положение контакта с грунтом (момент времени t).

Начало движения рабочего органа вниз определяется скоростью Vдостигаемой землеройно-транспортной к моменту времени t за время (t(,..., t2).

В момент контакта рабочего органа с грантом начинается его заглубление ,и рост тягового усилия (кривая Ь , 1ФИГ.З).

Тяговое усилие к моменту ц дости гает величины (f и в этот момент происходит автоматическое включение программн ых регуляторов углового положения толкающего бруса и тягового усилия, управляющих исполнительными элементами 3 и 4 соответственно.

Операции, описанные выше, являютс подготовительными для точной реализации оптимального процесса копания и взаимосвязаны между собой.

В момент t, (фиг.З) землеройнотранспортная маишна начинает свое движение, скорость (фиг.З, кривая 6 ) начинает расти. В это время работает блок 26 (фиг.2) - измеритель текущей скорости движения землеройнотранспортной машины. В момент времени t скорость достигнет величины , при которой срабатывает и вступает в работу пороговый элемент 27, на выходе которого появляется сигнал. Этот сигнал поступает на элемент И и блок 29 вступает в работу в момент t. Одновременно сигнал с порогового элемента 27 поступает на вход усилителя 14 заглубления через размыкающий контакт 32 блока 31. Благодаря соединению выхода порогового элемента 27 с входом усилителя 14 через размыкающий контакт 32 (фиг.2) в течение интервала времени (t , . . . ,14 ) на входе усилителя 14существует сигнал, который с выхода усилители 14 поступает на вход электрогидравлического усилителя 10, и через исполнительный элемент 3 толкающего бруса управляет поступательным движением рабочего органа 1 вниз.

Сигнал этот существует в интервале времени t i t td , в течение которого рабочий орган движется вниз, начиная от твоего верхнего положения (координата Y), до касания с грунтом в момент времени у , после чего начинается заглубление рабочего органа (координата h , фиг.З), которое продолжается без участия схемы програ МНОГО управления исполнительным элементом толкающего бруса 3 на интервале времени (t , . . . jt 4) После касания рабочего органа 1 поверхности начинает расти тяговое усилие (кривая Ь , фиг.З), измеряемое датчиком 19 тягового усилия.

Сигнал с датчика 19 поступает на вход порогового элемента 28. .При достижении тяговым усилием величины ( элемент 28 срабатывает и сигнал с его выхода также поступает на вход элемента И 29.

При наличии одновременно двух сигналов на входе элемента И 29 и на выходе его также появляется сигнал, который поступает на вход триггера 30 и переводит его в состояние 1, а в момент времени t триггер устанавливается в положение О. Сигнал с триггера 30 в состоянии 1 поступает на вход пускового блока 31, который вступает в работу. Сигнал на входе блока 31 появляется только тогда, когда скорость агрегата достигнет необходимой величины, а рабочий орган достигнет поверхности грунта и начнет заглубляться, т.е при наличии на входе элемента И 29 двух сигналов с пороговых элементов 27 по скорости и 28 по тяговому усилию. Сигнал с элемента 27 появляется в -момент tj и поступает на один.вход элемента И 29, сигнал с блока 28 поступает в момент ti на второй вход элемента И 29. Одновременно в момент времени t при наличии двух сигналов на двух входах элемента И 29 появляется сигнал на его выходе, триггер перебрасы вается в положение 1, срабатывает пусковой блок 31, в момент t/ размыкает контакт 32 в цепи между выходом порогового элемента 27 и входом усилителя 14, замыкает контакт 33 между выходом элемента 11 сравнения и нуль ррганами 12 и 13 (фиг.2) . После замыкания контакта 33 начинают работать блоки 5, 16,17,11,12,1 14,15,10,3 (фиг.2), причем управление исполнительным элементом 3 осуществляется по программе (фиг.4). В момент Ц замыкается контакт 34 соединяется элемент 21 сравнения с нуль-органами 22 и 23 (фиг.2), включ ется в работу программный регулятор тягового усилия для компенсации дополнительного возмущения по тяговому усилию, состоящий из блоков 19,20, 21,22,23,24,25,9,4. Таким образом, после выполнения начальных услов41й по скорости и тяго вому усилию работа в устройстве пере дается программным регуляторам параметров управления землеройно-транспортной машиной в момент времени t. Триггер 30 служит для развязывани цепи между блоками 29 и 31. Он устанавливается в положение О в момент времени tf и не пропускает сигналов в этом положении к пусковому блоку 31. В момент t4 он перебрасывается в положение и остается в этом по ложении до конца процесса копания. Колебания скорости и тягового усилия при копании не изменяют состояние 1 триггера 30, следовательно, контакты 33 и 34 находятся в замкнутом состоя НИИ. а контакты 32 в разомкнутом состоянии вплоть до окончания процесса копания. После того как начальные условия п скорости и тяговому усилию сформированы, начинается программная реализа ция закона по глубине копания регулятором углового положения толкающего бруса и компенсация дополнительных возмущений по тяговому усилию регулятором тягового усилия (фиг.4, фиг.5) Реализация закона по глубине копания начинается в момент t . На малом интервале времени (t ,...,tj-} блок 16 коррекции приведения 16 приводит сигнал и с задатчика 17 оптимального закона углового положения толкающего бруса к значению, равному сигналу с задатчика 5 (Uoi). Оба сигнала поступают на вход блока 11 сравнения. Когда сигнал на его выходе д и и , то работают нуль-органы 12, усилитель 14, электрогидравлический усилитель 10. Рабочий орган посредством исполнительного элемента 3 заглубляется. Если сигнал на выходе блока 11 &U Uj - , то задействованы блоки 13,15,10,3 и рабочий орган выг глубляется (фиг.4, участки В и С). Ломаные кривые е и Ж образуют зону нечувствительности, в которой реализуется ломаная кривая g , близкая к идеальной оптимальной кривой/ и задаваемая программным задатчиком 17. Кривые 2,9 / показаны в координатах глубины копания, пропорциональных угловому положению толкающего бруса 2 в пространстве. Концевые выключатели 6 и 7, установленные на кронштейне 8, срабатывают в крайних положениях отвала при изменении глубины копания углом резания. Когда разность сигналов дд между задатчиком 20 (,фиг.2 )и датчиком 19 (QA фиг.2) тягового усилия дер Мд-17 й%и имеет место недогрузка землеройно-транспортной машины, то сигнал &tf О пройдет черезнуль-орган 22 усилитель 25, электрогидравличес.кий усилитель 9, который будет заглублять рабочий орган исполнительным элементом 4 изменением угла резания. При (( 0) работают блоки . 23,24, 9,4, рабочий орган вглубляется изменением угла резания. При этом реализуется ломаная кривая Л, по тяговому усилию (фиг.5) близкая к оптимальной К теоретической кривой, ограниченная ломаными кривыми М и Н, которые образуют зону нечувствительности по тяговому усилию. Концевой выключатель 9 срабатывает в крайнем правом положении (фиг.1) рабочего органа, когда недогрузка путем изменения угла резания нескомпенсирована. Концевой выключатель 6 запускает блок 18 коррекции задания, который в данном случае выдает сигнал (кривая 3, фиг.4), который суммируется с сигналом иэ, поступающим в элемент сравнения 11 программного задатчика 17,что означает изменение программы углового положения толкающего бруса и .еще большее заглубление рабочего органа на любом участке копания. При срабатывании концевого выключателя 7,что имеет место при перегрузке агрегата, блок 18 выдает сигналы (Фиг.4, кривая И), который вычитается (алгебраически суммируется) из сигнала с блока 17, в результате чего на устройство сравнения поступает меньший сигнал во время коррекции и рабочий сигнал дополнительно выглубляется за счет изменения угла наклона толкающего бруса 2 на любом участке копания. Закон задания сигналов коррекции Uif; ,Jy может быть любым. Смещение сигнала, задаваемое

блоком 18, поддерживается до тех пор пока концевые выключатели не сработают -обратн Од

Наличие программного регулятора тягового усилия с исполнительным элементом 4 (блоки 19,20,21,22,23, 24,25,9) позволяет компенсировать дополнительные возмущения по тяговому усилию, которые возникают из-за неоднородности грунта, а применение

концевых выключателей и блока 18 позволяет применять устройство при резких колебаниях рельефа типа уклонгоризонтальная поверхность - уклон.

Предлагаемое устройство позволяет сформировать начальные условия по скорости и тяговому усилию, делает это автоматически без участи я оператора, в результате чего более точно реали-. .зуются законы по глубине копания.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ, содержащее программный регулятор углового положения толкающего бруса, включающий датчик углового положения толкающего бруса, соединенный с одним из входов первого элемента сравнения непосредственно, через блок приведения к равным начальным условиям с одним из входов программного задатчика углового положения толкающего бруса, выход которого подключен к другому входу первого элемента сравнения, выход которого соед#нен через соответствующий нульорган с усилителями выглубления и заглубления с входами первого элек-. трогидравлического усилителя,подключенного к исполнительному эле-. менту толкающего бруса, программный регулятор тягового усилия, включглощий датчик и задатчик тягового усилия, соединенные с вторым элементом сравнения, выход которого соединен через соответствующие нуль-органы с усилителями выглубления и заглубления, выходы которых соединены с вторым злектрогидравлическим усилителем, выход которого соединен с исполнительным элементом рабочего органа, и концевые выключатели, установленные на толкающем брусе с помощью кронтшейна с возможностью их взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные к входам блока коррекции задания, выход которого соединен с другим входом программного задатчика -углового положения толкающего бруса программного регулятора углового положения толкающего бруса, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности землеройно-транспортной машины путем автоматического формирования начальных условий оптимального закона по глубине копаНИН, оно снабжено датчиком текущей (Л скорости землеройно-транспортной машины, первым и вторым пороговыми элементами, элементом И, триггером, пусковым блоком, датчик текущей скорости соединен с первым пороговым элементом, выход которого соединен с первым входом элемента И и через размыкакяций контакт пускового блока с входом усилителя заглубления программного регулятора углового положения 00 ГС толкающего бруса, вход второго порогового элемента соединен с датчиком тягового усилия, а выход соединен с вторым входом элемента И, выход кото-f со 41 рого соединен через триггер с пусковым блоком,выходы элементов сравнения; программных регуляторов углового положения толкающего бруса и тягового усилия соединены с входами своих нульорганов через первый и второй замыка ющие контакты пускового блока соответственно.

//