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

Изобретение относится к устройствам автоматического программного управления рабочим органом землеройно-транспортных машин. Известно устройство для управления рабочим органом, которое ограничивает величину вертикального заглубления в зависимости от степени разжатия балансной рессоры трактора 1. Наиболее близким по технической суш,ности к предагаемому является устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержашее датчик и программный задатчик углового положения толкаюш,его бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные выходами к входам первого элемента сравнения, выход которого соединен с входом первого нуль-органа выглубления, выход которого и выход первого нуль-органа заглубления подключены через первые усилители заглубления и выглубления к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному с исполнительным элементом толкаюшего бруса, концевые выключатели, укрепленные на толкающем брусе с помош,ью кронштейна с возможностью их взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные к блоку коррекции задания, выход которого подключен к программному задатчику углового положения толкающего бруса, выходы датчика и программного задатчика тягового усилия подключены к входам второго элемента сравнения, выход которого соединен с входом второго нуль-органа выглубления, выход которого и выход нуль-органа заглубления соединены через вторые усилители заглубления и выглубления к входу второго электрогидравлического усилителя, выход которого подключен к исполнительному элементу рабочего органа 2. Однако известное устройство не позволяет осуществлять заглубление с минимальным буксованием вследствие разжатия балансирной рессоры от заглубляющего воздействия рабочего органа, смещения центра давления на грунт движителя агрегата. При этом буксование значительно возрастает на участке заглубления. Кроме того. при интенсивном заглублении значительно ухудшается рельеф на участке заглубления, что отрицательно сказывается на последующей работе агрегата. Цель изобретения - снижение буксования и улучшение рельефа на участке заглубления рабочего органа при программном регулировании глубины копания. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее датчик и программный задатчик углового положения толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные выходами к входам первого элемента сравнения, выход которого соединен с входом первого нуль-органа выглубления, выход которого и выход первого нуль-органа заглубления подключены через первые усилители заглубения и выглубления к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному с исполнительным элементом толкающего бруса, концевые выключатели, укрепленные на толкающем брусе с помощью кронщтейна с возможностью их взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные к блоку коррекции задания, выход которого подключен к программному задатчику углового положения толкающего бруса, выходы датчика и программного задатчика тягового усилия подключены к входам второго элемента сравнения, выход которого соединен с входом второго нуль-органа выглубления, выход которого и выход нуль-органа заглубения соединены через вторые усилители заглубления и выглубления с входом второго электрогидравлического усилителя, выход которого подключен к исполнительному элементу рабочего органа, снабжено датчиком разжатия рессоры трактора с двумя размыкающими контактами, подключенными между выходами обоих элементов сравнения и входами обоих нуль-органов заглубления и последовательно соединенными дифференцирующим и пороговым элементами, реле времени и реле управления, размыкающий контакт которого подключен последоватеьно с размыкающим контактом датчика разжатия рессоры на входе первого нуль-органа заглубления, причем вход дифференцирующего элемента подключен к выходу датчика углового положения толкающего бруса. На фиг. 1 показана рессора трактора, взаимодействующая с тележкой трактора и датчиком разжатия рессоры; на фиг. 2 - рабочий орган бульдозера с основным и дополнительным цилиндрами управления и датчиками; на фиг. 3 - структурная схема устройства; на фиг. 4 - кривая оптимального закона изменения глубины копания, технически реализуемая кривая закона глубины копания, две кривые с зоной нечувствительности между ними, в которой находится оптимальный закон, кривая глубины копания. скорректированная на участке заглубления; на фиг. 5 - кривая оптимального тягового усилия, технически реализуемая кривая тягового усилия, близкие к оптимальному закону с зонами нечувствительности, кривая тягового усилия, скорректированная на участке заглубления. На фиг. 1 показаны рессора 1 трактора, тележка 2 трактора, датчик 3 разжатия рессоры; - положение разжатия рессоры. Рабочий орган бульдозера 4 (фиг. 2) имеет толкающий брус 5,.основной исполнительный элемент 6 (силовой цилиндр), дополнительный исполнительный элемент 7

(силовой цилиндр), который регулирует глубину копания изменением угла резания, датчик 8 углового положения толкающего бруса в пространстве, концевой выключатель 9, срабатывающий при крайнем правом пЬложении рабочего органа в случае регулирования глубины копапия измен,ением угла резания, концевой выкючатель 10, срабатывающий при крайнем левом положении рабочего органа 4, кронштейн 11, на котором закреплены концевые выкючатели, электрогидравлический усилитель 12, который управляет дополнительным силовым цилиндром 7, электрогидравлический усилитель 13, который управляет основным силовым цилиндром 6. Первый элемент 14 сравнения (фиг.- 3) соединен на выходе с Первыми нуль-органами выглубления 15 и заглубления 16 и усилителями 17 и 18: выход первого нуль-органа 16 заглубления соединен с первым усилителем 18 заглубления, а выход первого нульоргана 15 выглубления - с первым усилителем выглубления 17, выходы первых усилителей 17 и 18 соединены с входами первого электрогидравлического усилителя 13, который гидравлически соединен с исполнительным элементом 6 толкающего бруса, который механически соединен через толкающий брус 5 с рабочим органом 4. Блок 19 приведения к равным начальным условиям, который приводит значения программного задатчика 20 глубины копания и значения датчика 8 угла толкающего бруса в пространстве к равным начальным условиям, соединен на входе с датчиком 8 угла толкающего бруса, а на выходе - с программным задатчиком 20; программный задатчик 20 соединен, как и датчик 8, с первым элементом сравнения, а также с блоком 21 коррекции задания, который соединен в свою очередь с концевыми выключателями 9 и 10. Датчик 22 тягового усилия и программный задатчик 23 тягового усилия соединены с входами второго элемента 24 сравнения, выход которого соединен с вторыми нуль-органами заглубления 25 и выглубления 26, выходы которых соединены с вторыми усилителями выглубления 27 и заглубления 28, выходы усилителей 27 и 28 соединены с входами второго электрогидравлического усилителя 12, который гидравлически соединен с исполнительным элементом 7 и через него механически с рабочим органом 4. Вход дифференцирующего блока 29 подключен к датчику 8 угла наклона толкающего бруса, а выход - к пороговому блоку 30, выход порогового блока 30 соединен через реле 31 времени с реле 32 управления, размыкающие контакты 33 и 34 датчика 3 разжатия и реле 32 последовательно включены в цепь, соединяющую выход первого элемента 14 сравнения с входом первого нуль-органа 16 заглубления, второй размыкающий контакт 35 датчика 3 разжатия находится в цепи, соединяющей вход второго элемента 24 сравнения

с входом второго нуль-органа 25 заглубления. Пунктиром А на фиг. 3 показана механическая силовая связь рабочего органа 4 и концевых выключателей 9 и 10, которые срабатывают под воздействием верхнего кои5 ца рабочего органа при управлении изменением угла резания; пунктиром б показана обратная связь от рабочего органа к.датчику 8 угла наклона толкающего бруса, она передается с режущей кромки рабочего орга0 на 4 на брус 5, с которым рабочий орган связан механически, и на датчик угла 8; пунктиром В показана обратная связь рабочего органа 4 и датчика 22 тягового усилия, который замеряет усилие на рабочем органе. На фиг. 4 показаны Г - кривая опти5 мального закона глубины копания, 2 - ломаная кривая, близкая к оптимальной, задаваемая программным задатчиком 20 в координатах п at, пропорциональных углу наклона толкающих брусьев, в виде импульсов различной ормь и длительности, ломаные кривые З и 4, которые показывают зону нечувствительности ±Э образующуюся при работе нуль-органов 15 и 16 во время реализации кривой 2, 5 - 6 - JZK - сигналы коррекции, поступающие в

5 задатчик 20 с блока 21 коррекции задания, 7 - кривая реального изменения глубины копания при работе предлагаемого устройства, 1 - участок заглубления при копании, II - участок выглубления при копании, III - участок окончательного выглубления

0 после окончания процесса копания.

На фиг. 5 показаны 1 - кривая оптимального закона тягового усилия, 2 - ломаная кривая тягового усилия, близкая к оптимальной, задаваемая программным задатчиком 23 тягового усилия, ломаные кри5 вые 3 и 4 образуют зону нечувствительности ± при реализации кривой 2 за счет нуль-органов 25 и 26, 5 - кривая реального изменения тягового усилия при работе предлагаемого устройства, I - II -

0 изменение тягового усилия на участке заглубления и выглубления. III - изменение тягового усилия на участке окончательного выглубления.

Устройство работает следующим образом.

Оператор разгоняет бульдозер, включает систему управления в момент времени to. Рассмотрим отдельно работу основного контура, программно реализующего закон оптимального изменения глубины копания

0 (блоки 8, 19, 20, 14, 16, 15, 17, 18, 13, б, 5, 4) и работу дополнительного контура компенсации возмущения по тяговому усилию (блоки 22-28, 12, 7, 4).

В момент времени to в работу вступают

5 блоки 8, 14, 19, 20. За малый момент времени блок 18 коррекции-приведения приводит сигнал Uj с задатчиком 20 оптимального закона глубины копания к значению, равному сигналу с датчика 8 - U. Оба сигнала поступают на вход элемента 14 сравнения. После приведения значений Uj к величине, равной Uj на выходе задатчика 20 начинается программное изменение задающего сигнала Uj (фиг. 4, кривая 2 ). Если сигнал на выходе элемента 14 сравнения превысит зону нечувствительности ±32одного из нуль-органов 15 или 16, то в работу включаются усиители 17 или 18. Когда сигнал на выходе устройства сравнения Д и Uj-Ug, то срабатывает нуль-орган 15, усилитель 18,электрогидравлический усилитель 13, и рабочий орган 4 с помощью исполнительного элемента 16 силового цилиндра начнет заглубление. Если сигнал на выходе блока 14 -А U включаются блоки 15, 17, 13 6 и рабочий орган выглубляется (. 4, участки II и III). Ломаные кривые З и 4 образуют зону нечувствительности, в которой реализуется ломаная кривая 2, близкая к идеальной оптимальной кривой l .и задаваемая програмным задатчиком 20. Кривая 2, 3 и 4 показаны в координатах глубины копания, пропорциональных угловому положению толкающего бруса 5 в пространстве. Концевые выключатели 9 и 10, установленные на кронштейне 11, срабатывают в крайних положениях отвала при изменении глубины копания углом резания. В момент to также включается в работу дополнительный контур компенсации возмущения по тяговому усилию. Задатчик 23 начинает формировать сигнал задающего тягового усилия, близкий к оптимальному закону (соответственно кривые 2 и Г на фиг. 5). Когда на выходе элемента 24 сравнения разность сигналов А If между задатчиком yij (блок 23 на фиг. 3) и датчиком тягового усилия (блок 22 на фиг. 3) будет либо больщeДlf (недогрузка агрегата), либо меньще А 1 (перегрузка агрегата), то будет измемяться угол резания рабочего органа таким образом, чтобы At| находилась в диапазоне ±At|j- Если .Lfe , то срабатывают нуль-орган 25, усилитель 28, исполнительный орган 12 и электрогидравлический усилитель, который будет заглублять рабочий орган 4 силовым цилиндром 7 путем изменения угла резания. При работают блоки 26, 27, 12, 7 и рабочий орган выглубления путем изменения угла резания. При этом реализуется ломаная кривая 2 (фиг. 5), близкая к оптимальной теоретической кривой 1, ограниченная ломаными кривыми 3 и 4 которые образуют зону нечувствительности по тяговому усилию. Концевой выключатель 9 срабатывает в крайнем правом (фиг. 2) положении отвала, когда недогрузка агрегата по тяговому усилию не компенсируется путем изменения угла резания отвала. Концевой выключатель 9 запускает блок 21 коррекции задания, который в данном сучае выдает сигнал (кривая 5 на фиг. 4), при этом Цц суммируется с сигналом Us, поступающим в блок 14 с блока 20, что соответствует изменению закона глубины копания в сторону увеличения заглубления отвала в данный период времени изменением угла наклона толкающего бруса. При срабатывании концевого выключателя 10, что имеет место при перегрузке агрегата, блок 21 выдает сигнал UIK 0 (кривая 6 на фиг. 4), который вычитается из сигнала блока 20, в результате чего рабочий орган дополнительно выглубляется за счет изменения угла наклона толкающих брусьев 5 в данный период времени. Закон задания сигналов коррекции и«,.игк может быть любым. Смещение сигнала, задаваемое блоком 21, поддерживается до тех пор, пока концевые выключатели не сработают обратно. Таким образом, основной контур регулирования (блоки 8, 19, 20, 14, 16, 15, 17, 13, 6, 4) позволяет формировать программный закон изменения глубины копания, а дополнительный контур с дополнительным силовым цилиндром 7 (блоки 22-28, 12, 7, 4), позволяет компенсировать возмущения по тяговому усилию, которые возникают из-за неоднородности грунта. При резких изменениях плотности и рельефа грунта перед рабочим органом 4 возможно также разжатие балансирной рессоры от вертикальной составляющей сопротивления резания грунта, что может привести к увеличению буксования. Для предотвращения значительного буксования используется датчик 3 разжатия рессоры, который имеет два размыкающих контакта, размыкающиеся при разжатии рессоры (положение 1 на фиг. 1). Указанные размыкающие контакты вклю чены в цепи, управляющие сигналами заглубления в основном и дополнительном контурах (между блоками 14 и 16, а также 24 и 25). Пример срабатывания датчика 3 разжатия рессоры показан на фиг. 4 и фиг. 5. Датчик 3 разжатия рессоры срабатывает в момент t (t по фиг. 5), что приводит к прекращению заглубления в основном и дополнительном контурах. Разжатие продолжается до момента t (tg по фиг. 5), при этом глубина копания стабилизируется, а тяговое усиие растет, но медленнее, чем при заглублении (кривая 7на фиг. 4 и кривая 5 на фиг. 5). В момент времени t (ta по фиг. 5) происходит размыкание контактов датчика разжатия рессоры вследствие изменения рельефа грунта и его плотности. При этом глубина резания h и тяговое усилие начнут стремиться к величинам, которые соответственно задаются программными задатчиками 20 глубины копания и тягового усилия 23. Однако, вследствие того, что разность между положением режущей кромки в момент ta (ig.) и величиной сигнала с блока 20, задающего глубину копания в данный момент, может быть значительной, необходимо ограничивать скорость перемещения рабочего органа в пространстве, так как быстрый переход от положения рабочего органа в момент t к заданному задатчиком 20, вызовет формирование неровности рельефа DUIOV7D t 1 JVin Ul DClin Г1V. IIV- л. i. uwvjj-u Грунта с большой крутизной и амплитудой, Такие неровности отрицательно влияют на работу в последующие холостые и рабочие проходы бульдозера. Для устранения этого явления выход датчика 8 углового положения соединен с дифференцирующим блоком 29, который через пороговый блок 30 и реле времени 31 подключен к реле 32 управления. При быстром изменении углового положения толкающего бруса, т. е. при формировании значительной неровности рельефа, сигY1сри нал с дифференцирующего блока 29 превышает уровень срабатывания порогового блока 30 и поэтому срабатывает реле 31 времени и реле 32 управления. Размыкающие контакты реле 32 размыкают цепь между первым элементом 14 сравнения и нуль-органом 16 (момент .tj на фиг. 4), поэтому заглубление прекращается йо момента t, когда реле 31 времени позволит выключиться реле 32 управления. Цепь заглубления вновь замыу 11 Zl fl --i,v, iiJ ьлл«д - и1 ж14п. ь. --...-. кается, и в момент вновь срабатывает пороговый блок 30, который запускает реле 31 времени и реле 32 управления. Эти циклы повторяются до момента t,, когда действительное угловое положение толкающего бруса будет соответствовать заданному. Экономический эффект определяется наличием датчика 3 разжатия рессоры и блоков 29, 30, 31, 32, который ггозволяет снизить вероятность значительного буксования при заглублении и формировать при этом на участке заглубления более ровный рельеф. // /

io fj

сригА 15

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ, содержащее датчик и программный задатчик углового положения толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные выходами к входам первого элемента сравнения, выход которого соединен с входом первого нуль-органа выглубления, выход которого и выход первого нуль-органа заглубления подключены через первые усилители заглубления и выглубления к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному с исполнительным элементом толкающего бруса, концевые выключатели, укрепленные на толкающем брусе.с помощью кронщтейна с возможностью их взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные к блоку коррекции задания. выход которого подключен к программному задатчику углового положения толкающего бруса, выходы датчика и программного задатчика тягового усилия подключены к входам второго элемента сравнения, выход которого соединен с входом второго нуль-органа выглубления, выход которого и выход второго нуль-органа заглубления соединены .через вторые усилители заглубления и выглубления с входом второго электрогидравлического усилителя, выход которого подключен к исполнительному элементу рабочего органа, отличающееся тем, что, с целью снижения буксования и улучщения рельефа на участке заглубления рабочего органа при программном регулировании глубины копания, оно снабжено датчиком разжатия ресi соры трактора с двумя размыкающими контактами, подключенными между выходами (Л обоих элементов сравнения и входами обоих нуль-органов заглубления и последовательно соединенными дифференцирующим и , пороговым элементами, реле времени и реле управления, размыкающий контакт которого подключен последовательно с размыкающим контактом датчика разжатия рессоры на входе первого нуль-органа заглубления, причем вход дифференцирующего элемента подключен к выходу датчика угловоьо го положения толкающего бруса. оо о: со

фиг. 5