Способ управления рабочим органом землеройно-транспортной машины и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК E02F9/20 

2. Устройство управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее датчик и программный задатчик угла наклона толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные выходами к входам первого элемента сравнения, выход которого подключен к входам первого и второго нуль-ор1:анов, выходы которых через первый и второй усилители подключены к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному через первый силовой элемент и толкающий брус с рабочим органом, концевые выключатели, укрепленные на толкающем брусе с помощью кронщтейна с возможностью взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные через блок коррекции к программному задатчику угла наклона толкающего бруса, второй элемент сравнения, выход которого подключен ко входам третьего и четвертого нуль-органов, третий и четвертый усилители, подключенные к второму электрогидравлическому усилителю, соединенному через второй силовой элемент с рабочим органом, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности компенсации возмущений при копании и ПОлном использовании мощности силовой установки, устройство снабжено датчиком и программным задатчиком мощности силовой установки, первым и вторым ключами и первым и вторым генераторами пилообразного напряжения, причем датчик и программный задатчик мощности силовой установки подключены к входам второго элемента сравнения, а выходы третьего и четвертого нульорганов подключены через первый и второй ключи соответственно к входам первого и второго генераторов пилообразного напряжения, выходы которых подключены к входам третьего и четвертого усилителей соответственно.

1. Способ управления рабочим органом яемлеройно-транспортной машины, включаю7:: ////7. / / / / / / 7/. щий задание и реализацию основным программным регулятором закона изменения глубины копания и компенсацию дополнительны.х возмущений дополнительным, регулятором мощности силовой установки путем изменения угла резания отвала, отличающийся тем, что, с целью првыщения точяости компенсации возмущений при копании и полном использовании мощности силовой установки, компенсацию дополнительных возмущений осуществляют в колебательном режиме с частотой колебаний 0,3-1 Гц и амплитудой 5-0,5 см при задании закона изменения мощности силовой установки от 0,95-0,БЗ Рнон в начале цикла копания до 0,73-0,63 РНОМ в конце цикла копания. ( (Л Гй с 05 ;о СХ) //,// / // Фаг.1

1

Изобретение относится к управлению рабочими органами землеройно-транспортных машин, например бульдозеров, при копании.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, заключающийся в том, что задают и регулируют основным программным регулятором закон изменения глубины копания и компенсируют дополнительные возмущения дополнительным регулятором мощности силовой установки путем изменения угла резания отвала 1.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее датчик и программный задатчик угла наклона толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные своими выходами к входам первого элемента сравнения, вход которого подключен к входам первого и второго нуль-органов, выходы которых через первый и второй усилители подключены к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному через первый силовой элемент и толкающий брус с отвалом, концевые выключатели, укрепленные через кронштейн на толкающем брусе с возможностью взаимодействия с верхней частью отвала и подключенные через блок коррекции к программному задатчику угла наклона толкающего . бруса, второй элемент сравнения, выход которого подключен к, входам третьего и четвертого нуль-органов, третий и четвертый усилители, подключенные к второму электрогидравлическому усилителю, соединенному через второй силовой элемент с отвалом 2.

Кроме того, в способе измеряют тяговое

усилие и задают закон его изменения при работе дополнительного регулятора в релейном режиме, а устройство содержит датчик и программный задатчик тягового усилия, подключенные к входам второго элемента сравнения, а выходы третьего и четвертого нуль-органов подключены к входам третьего и четвертого усилителей.

Это устройство позволяет точно задавать и реализовать заданный закон глубины копания, компенсировать возмущения по

тяговому усилию как изменением угла резания рабочего органа, так и изменением угла наклона толкающего бруса. При этом более широко используются возможности компенсаций возм-ущений по тяговому усилию независимо от рельефа разрабатывае.мого грунта, однако из-за низкой точности измерения тягового усилия, мощность СИЛОВОЙ установки недоиспользуется. Кроме того, компенсация возмущений по тяговому усилию производится без учета фильтрующих свойств трансмиссии.

Цель изобретения - повышение точности компенсации возмущений при копании и полном использовании мощности силовой установки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, включающему здание и реализацию основным программным регулятором закон изменения глубины копания и компенсацию дополнительных возмущений дополнительным регулятором мощности силовой установки путем изл енения угла резания отвала, компенсацию дополнительных возмущений осуществляют в колебательном режиме с частотой колебаний 0,3-1 Гц и амплитудой 5-0,5 см при задании закона изменения мощности силовой установки от 0,95-0,83 РНОМ в начале цикла копания до 0,73-0,63 Рцом в конце цикла копания.

Устройство для реализации способа управления рабочим органом землеройно-транспортной мащины, содержащее датчик и программный задатчик угла наклона толкающего бруса, соединенные между собой через блок приведения к равным начальным условиям и подключенные выходами к входам первого элемента сравнения, выход которого подключен к входам первого и второго нуль-органов, выходы которых через первый и второй усилители подключены к первому электрогидравлическому усилителю, соединенному через первый силовой элемент и толкающий брус с рабочим органом, концевые выключатели, укрепленные через кронщтейны на толкающем брусе с возможностью взаимодействия с верхней частью рабочего органа и подключенные через блок коррекции к программному задатчику угла наклона толкающего бруса, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входам третьего и четвертого нуль-органов, третий и четвертый усилители, подключенные к второму электрогидравлическому усилителю, соединенному через второй силовой элемент с рабочим органом,снабжено датчиком и программным за.датчиком мощности силовой установки, первым и вторым ключами, и первым и вторым генераторами пилообразного напряжения, причем датчик и программный задатчик мощности силовой установки подключены к второго элемента сравнения, а выходы третьего и четвертого нуль-органов подключены через первый и второй ключи соответственно к входам первого и второго генераторов пилообразного напряжения, выходы которых подключены к входам третьего и четвертого усилителей соответственно.

На фиг. 1 изображена двухконтурная кинематическая схема устройства управления рабочим органом; на фиг. 2 - блоксхема устройства; на фиг. 3 - графики изменения параметров работы устройства в течение одного цикла копания.

Устройство для реализации способа содержит рабочий орган (отвал) 1, (фиг. 1), толкающий брус 2, первый силовой элемент 3, второй силовой элемент 4. датчик 5 угла наклона толкающего бруса, первый 6 и второй 7 электрогидравлические усилите0ли и кронштейн 8, установленный на толкающем брусе, концевые выключатели 9 и 10, установленные на кронштейне 8 с возможностью их взаимодействия с верхним концом рабочего органа 1 при повороте его по часовой стрелке и против часовой стрел5ки, блок 11 приведения к равным начальным условиям значений датчика 5 и задатчика 12 угла наклона толкающего бруса (фиг. 2), соединенного входами с первым элементом 13 сравнения, который на вы.ходе сое0динен через первый нуль-орган 14, с первым усилителем 15, через второй нуль- орган 16 - с вторым усилителем 17, выходы усилителей 15 и 17 соединены с входами первого электрогидравлического усилителя 6, который соединен с первым сило5вым элементом 3 и через толкающий -брус 2 с рабочим органом 1}блок 18 коррекции задания, соединенный с задатчиком 12 на выходе, а на входе - с концевыми выключателями 9 и 10, задатчик 19 MOUI0ности силовой установки, датчик 20 мощности силовой установки, соединенные вторым элементом 21 сравнения, выход которого соединен через третий нуль-орган 22 с ключом 23, и далее через первый генератор 24 пилообразного напряжения - с третьим усилителем 25, а через четвертый нульорган 26 с ключом 27, и далее через второй генератор 28 пилообразного напряжения, с четвертым усилителем 29, усилители 25 и 29 соединены на выходе с вторым

0 электрогидравлическим усилителем 7, который гидравлически соединен с вторым силовым элементом 4, который, в свою очередь, соединен с рабочим органом 1.

Устройство, реализующее способ, рабо5тает следующим образом.

Основной контур (фиг. 2) программного управления рабочим органом (блоки 5, 11 -18, 9, 10, 23) реализуют заданный закон глубины копания (фиг. За, кривая 1) путем изменения угла наклона толкаю0щего бруса, который реализуется с заданными первыми и вторыми нуль-органами зонами нечувствительности (кривые 2, 3)- Закон задается задатчиком 12 угла наклона толкающего бруса 2. Блок 11

5 приведения к равным начальным условиям приводит к равным начальным условиям значения датчика 5 и задатчика 12 угла наклона толкающего бруса в момент, пре.ашествующий началу программы. Блок 18 коррекции корректирует задание при замыкании концевых выключателей 9 и 10. После коррекции программы управление рабочим органом осуществляется также основным программным контуром управления.

При работе бульдозера датчиком 20 задается, а задатчиком 19 мощности силовой установки, измеряется мощность силовой установки, и эти величинь сравниваются между собой вторым элементом 21 сравнения дополнительного . контура управления рабочим органом 1. В том случае, если РзаА. 0, т. е имеет место недогрузка силовой установки, то сигнал положительного знака поступает на вход третьего нуль-органа 22, который при превышении сигналом ЛР зоны нечувствительности ае поступает на вход первого ключа 23, который запускает в работу первый генератор 24пилообразного напряжения. Напряжение на нем начинает расти (фиг. 36, участок Т). Это напряжение подается через третий усилитель 25 на один из входов второго электрогидравлического усилителя 7, связанного гидравлически с вторым силовым элементом 4, который заглубляет отвал 1, поворачивая его по часовой стрелке. При дополнительном заглублении происходит загрузка силовой установки, величина измеренной мощности Риал возрастает и когда разница АР становится меньше -г эе, то сигнал положительного знака не проходит через нуль-орган 22, ключ 23 закрывается и первый генератор 24 пилообразного напряжения переходит с рабочего режима (участок Тр) на режим восстановления, который длится время ТЕ, и затем режим ожидания длительностью То, когда с генератора пилообразного напряжения не снимается напряжение.

На участках Тр и Те происходит заглубление рабочего органа 1 изменением угла резания (фиг. Зв, кривая 1 ), которое на участке Тр происходит более интенсивно, чем на участке Tg. При перегрузке силовой установки агрегата на выходе второго элемента 21 сравнения появляется сигнал АР РЗЗД -Fi,3rt 0, который поступает на вход четвертого нуль-органа 26 с зоной нечувствительности - at, при превышении это го порога по абсолютной величине сигнал поступает на вход второго ключа 27, который отпирается и запускает второй генератор 28 пилообразного напряжения (фиг. 36, крИЕ1ая 2 ) сигнал с которого поступает на вход четвертого усилителя 29 и через него - на вход второго электрогидравлического усилителя 7, соединенного гидравлически с вторым силовым элементом 4, который выглубляет рабочий орган

1, поворачивая его против часовой стрелки. Выглубление происходит до тех пор, пока открыт второй ключ 27, а он открыт, пока на выходе четвертого нуль-органа 26 имеется сигнал отрицательного знака. При повороте отвала 1 против часовой стрелки происходит компенсация возмущения по тяговому усилию, мощность, которая требуется для копания, снижается, в результате Чего АР 0 становится меньше по абсолютной величине зоны нечувствительности-гЕ и второй ключ 27 запирается. После этого второй генератор 2& пилообразного напряжения переходит из рабочего режима в режим восстановления. Во время Тв режима восстановления сигнал с него убывает, а отвал 1 продолжает выглубляться изменением угла резания. При этом происходит дополнительная компенсация возмущения по тяговому усилию, возникающего от неоднородности грунта. Когда заканчивается время Tg при отрицательной величине напряжения, снимаемого с второго генератора 28 пилообразного напряжения, прекращается компенсация возмущений при. перегрузке силовой установки.

После этого второй генератор 2В пилообразного напряжения переходит в режим ожидания, который заканчивается в том случае, когда силовая установка начинает работать с недогрузкой и в работу вновь

вступает контур компенсации, состоящий из элементов 19-25, 7, 4 и 1.

Из работы генераторов 24 и 28 пилообразного напряжения складывается период управления Tj рабочим органом 1 изменением угла резания при компенсации

возму10цений. Величина периода управления изменяется обратно пропорционально частоте компенсации (Т -4-) в пределах 3,3-1 с.

Фильтрующие свойства передачи, наQ пример электромеханической, определяют частоту компенсаций возмущений.

Тракторы класса тяги 30 т, например ДЭТ-250 с бульдозером, имеют полосу затухания возмущений на силовой установке трактора, равную 0,3-1,0 Гц. Это

5 означает, что при указанных частотах отклонения мощности минимальны от заданной при прохождении возмущений от рабочего органа к силовой установке. Следовательно, частота компенсации

Q должна находиться примерно в указанных пределах.

Действительно, величина зон нечувствительности определяет частоту переключений при управлении рабочим органом с помощью дополнительного контура в пределах 0,3-

5 1 Гц. Зоны нечувствительности не позволяют переключать рабочий орган с частотой на много выше 1 Гц, что физически неосуществимо. Наиболее вероятная нагрузка при бульдозировании изменяется с частотой 0,8- 1 Гц. Однако эта характеристика является усредненной. При бульдозировании необходимо дифференцированно учитывать возмущения в начале цикла и конце и реально частота возмущений на входе изменяется в пределах 0,3-1 Гц. Это связано прежде всего с разной жесткостью внешних характеристик бульдозера. Жесткость их в начале процесса меньше, поэтому на вал двигателя проходят возмущения с более низкой частотой,- в ко«це бульдозирования внешние характеристики жестче и на вал двигателя проходят более высокие частоты, в результате частотный диапазон изменения возмущений - 0,3-1 Гц. Поэтому нужно дифференцированно выбирать время, частоту и период компенсации. Кроме того, необходимо выполнять это автоматически, поскольку процесс бульдозирования динамичный и малый по времени (15-20 с) Принципиальным моментом в предлагаемом способе является задание закона изменения мощности. При наличии такого закона компенсация возмущений начинается при малых отклонениях измеренных значений мощности,, поскольку заданный закон близок к мощности в действительности реализуемой при копании. Благодаря этому используются фильтрующие качества трансмиссии, т. е. такие качества, которые проявляются в том, что возмущения на входе трансмиссии за счет упругих и инерционных свойств трансмиссии приходят на вход силовой установки агрегата с значительно меньшей амплитудой. Эти возмущения вызьшают и меньшие колебания мощности силовой установки, именно те, которые благодаря наличию закона изменения мощности выявляются и по которым ведется компенсация возмущений изменением угла резания. При отсутствии заданного закона мощности компенсация возмущений ведется при больших значениях разности между заданными и измереш)ыми значениями мощности силовой установки. При этом не исключаются фильтрующие свойства трансмиссии, возникают значительные колебания мощности силовой установки, в силу того, что комценсация возмущений ведется не на тех частотах возмущений, которые в наибольшей степени подавляются трансмиссией. При малых отклонениях измеренных значений мощности от заданных компенсация возмущений от гетерогенности грунта производится в оптимальном частотном диапазоне .возмущений, когда последние активно подавляются трансмиссией. Левая крайняя граница амплитуды при компенсации возмущения равна 5 см и достигается при частоте 0,3 Гц (период Т 3,3 с), что закономерно, либо для компенсации больших возмущений необходимо выглубить или заглубить рабочий орган на большую величину изменением угла резания и сделать это можно за большее время. Кроме-того, компенсация возмущения с низкими частотами управляющего сигнала возможна с больщей вероятностью в начале процесса копания, когда жесткость внешних характеристик (F {(vj- сила тяги агрегата в функции скорости), меньше, чем в его конце, и фильтрующие свойства трансмиссии в силу этого хуже для низких частот. Правая граница амплитуды при компенсации равна 0,5 см и достигается при частоте f 1 Гц (Т 1 с) ибо для компенсации малых возмущений необходимо выглу рабочий орган на меньшую величину изменением угла резания отвала. Компенсация возмущений с более высокими частотами наиболее вероятна в конце процесса, копания, когда жесткость внешних характеристик выше, фильтрующие свойства трансмиссии лучше для низких частот. Когда возмущения достаточно велики, то компенсация изменением угла резания при управлении с f 0,3 Гц и амплитудой 5 см, прекращается и рабочий орган управляется основным контуром (блоки 5,11 - 18, 6, 3, 9 и 10), поскольку при больших амплитудах замыкаются концевые выключатели 9 или 10 (фиг. 2),соединенные с блоком 18 коррекции задания, который изменяет закон изменения глубины копания, задаваемый блоком 12 программного задания. Управление рабочим органом в итоге осуществляется при больщих возмущениях изменением основного закона управления. Левая граница задаваемого закона изменения мощности в начале цикла копания определяется точностью измерения мощности силовой установки и местом установки датчика мощности. В бульдозерах с электротрансмиссией достаточно измерять мощность силового генератора, а не двигателя внутреннего сгорания. При этом нужно учесть также механические потери в редукторе, соединяющем двигатель внутреннего сгорания и генератор, поэтому левая граница интервала мощности силовой установки в начале цикла копания равна 0,95 1,. Часть мощности при бульдозировании идет от двигателя внутреннего сгорания на привод насоса, который подает масло под давлением в силовые цилиндры управления рабочим органом. Эта мощность равна 0,1-0,12 от . Правая граница

интервала мощности силовой установки в начале цикла копания равна поэтому 0,83 РНОМПравая и левая граница интервала мощности силовой установки в конце цикла копания определяются тем, что при заданном передаточном числе механической части трансмиссии (в ДЭТ-250 от тягового двигателя к ведущей звездочке) мощность силовой установки агрегата не используется полностью. Это связано с тем, что передаточное отношение - фиксированная величина и при заданном передаточном отношении использовать мощность полно можно при определенных силе тяги и скорости движения агрегата (для ДЭТ-250 м/с, ,4).

При снижении скорости агрегата и росте тягового усилия мощность силовой установки трактора недоиспользуется, поскольку выбранное передаточное число не оптимально для всего диапазона изменения тяги и скорости.

В конце процесса копания мощность силовой установки трактора недоиспользуется на 10-20%. Поэтому граница (правая и левая) интервала мощности силовой установки в конце цикла копания принимается равной 0,73-0,63 РНОДТочное задание закона изменения мощности невозможно, ибо невозможно точно рассчитать недогрузку агрегата за счет использования постоянного передаточного числа для данного типа грунта. Однако задание убывающего закона мощности в определенных границах улучшает использование мощности силовой установки, поскольку в этом случае дополнительный контур компенсации возмущений работает при компенсации как в сторону заглубления отвала 1 изменением угла резания, так и в сторону выглубления.

Преимущество предлагаемого способа перед известными заключается в том, что для управления рабочим органом землеройно-транспортных машин не требуются датчики тягового усилия и буксования, а измерение мощности силовой установки в ряде случаев выполнить проще в дизельэлектрическом тракторе, в котором вместо мощности силовой установки можно измерять мощность силового генератора. В известном способе реализуемая за цикл копания средняя мощность силовой установки меньше таковой в предлагаемом способе.

19

21

Риг.2