Устройство управления рабочим органом землеройно-транспортной машины Советский патент 1987 года по МПК E02F3/20 

1

Изобретение относится к строительно-дорожному машиностроению, в частности к системам автоматического управления рабочим органом эемлеройно- транспортной машины.

Целью изобретения является повышение Производительности. На фиг.I изображена блок-схема устройства автоматического управления рабочим органом машины; на фиг,2 - функциональная схема блока вычисления и сравнения нагрузки двигателя; на фиг.З - функциональная схема блока вычисления и сравнения буксования машины; на фиг . 4 - функциональная схе134

ма блока выбора режима работы; на фиг.З - функциональная схема задатчи ка положения рабочего органа; иа фиг. временные диаграммы процесса автоматической настройки и фиксации задаваемого положения рабочего органа; на фиг.7 - схема вычисления положени рабочего органа; на фиг.8 - схема блока коммутации; на фиг.9 - схемы блока формирования зоны нечувствительности и блока усиления.

Устройство автоматического управления содержит датчики 1 положения машины и рабочего органа, блок 2 вычисления положения рабочего органа, датчик 3 числа оборотов двигателя, блок 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя, задатчик 5 нагрузки, датчик 6 действительной скорости, блок 7 вычисления и сравнения буксования, задатчик 8 буксования, блок 9 выбора режима работы, задатчик 10 положения рабочего органа, блок 11 сравнения и коммута1щи, блок 12 управления подъемом и опусканием рабочего органа и исполнительный механизм 13.

Датчик 1 положения машины измеряе ее наклон относительно гравитационной вертикали и вырабатывает аналоговый электрический сигнал, который подается на вход блока 2 вычисления положения рабочего органа. Датчик положения машины представляет собой угловой датчик маятникового типа, установленный в центре тяжести ее корпуса. Датчик положения рабочего органа (РО) измеряет ход штока гидроцилиндра, т.е. положение РО относительно машины, и вырабатьшает аналоговый электрический сигнал, который подается на другой вход блока 2. Датчик положения рабочего органа представляет собой

те10

15

20

30

35

6- я

429812

многооборотный потенциометр, механически связанный с концом штока гидроцилиндра, который крепится к рабочему органу.

Блок 2 вычисления положения рабочего органа (РО) вычисляет угловое положение РО относительно гравитационной вертикали по сигналам датчиков 1 и вырабатывает аналоговый электрический сигнал. Блок 2 состоит из генератора 14 импульсов синхронизации, аналого-цифрового преобразователя АЦП 15, источника 16 уставки, цифро- аналогового преобразователя ЦАП 17, инвертора 18, входного регистра 19 памяти, элементы 20 вычитания, постоянного запоминающего устройства ПЗУ 21, элемента 22 сложения.

Сигнал с выхода датчика хода штока гидроцилиндра подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в двоичный код, ко- 25 торый поступает на информационный вход регистра 19 памяти. На управляющий вход регистра 19 поступают импульсы с генератора 14, по положительному фронту которых происходит перезапись хранимого в регистре 19 информационного кода. Выходной си1- нал регистра 19 поступает на информационный вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 21. В ПЗУ 21 занесена (путем прожигания) таблица

функции 9,(х)

Cos

-1

(1. 21,1,

-),

5

0

где

X 0

5

суммарное значение хода штока и длины гидроцилиндра; б,(х) - текущее значение угла положения рабочего органа относительно горизонтальной оси машины;

расстояние от оси вращения в месте крепления гидроцилиндра к рабочему органу до оси вращения рабочего органа при подъеме и опускании; расстояние от оси вращения в месте крепления гидроцилиндра до оси вращения рабочего органа при подъеме и опускании.

На вход считывания ПЗУ 21 подается через инвертор 18 импульс с генератора 14. Считывание из ПЗУ 21 проис1

1, 3134

ходит по положительному фронту, а так как импульс проинвертирован, то счи- тьшание из ПЗУ пройдет через время, равное длительности импульса после записи информа1щи в регистр 19, Вы- ходиой сигиал ПЗУ 21 (двоичиый код величины 9, ) поступает на вход циф- роаналогового преобразователя (ПАП) 17, где преобразуется в аналоговый сигнал, С выхода ЦАП 17 аналоговый сигнал поступает на элемент 20 вычитания, на другой вход крторого подается постоянное напряжение уставки

®о ( 0р - угол начального положения рабочего органа относительно горизонтальной оси машины) с источника 16, Выходной сигнал элемента вычитания (9д - 9, ) подается на элемент 22 сложения, другой вход которого подключен к выходу датчика угла наклона маши- ны oi. относительно гравитационной вертикали, В результате на выходе блока 2 получается аналоговый сигнал углового положения рабочего органа относительно гравитационной вертикали

06 (бе 6о-9, +)Датчик 3 числа оборотов двигателя

измеряет число оборотов, линейно связанное с угловой скоростью вала двигателя машины и вырабатывает аналоговый электрический сигнал, который подается на вход блока 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя и на вход блока 7 вычисления и сравнения буксования. Датчик числа оборотов представляет собой тахогенератор с встроенным выпрямителем, механически связанный с валом двигателя. Блок 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя корректирует аналоговый сиг- нал оборотов двигателя, поступающий с датчика 3 числа оборотов, сравнивает его с напряжением задатчика 5, при этом на выходах блока 4 вырабатьшают- ся релейные команды на подъем, опус- кание и нейтраль рабочего органа, поступающие на входы блока 9 выбора режима работы. Блок 4 состоит из корректора 23 и сравнивающего устройства (нуль-органа) 24.

Сигнал датчика 3 поступает на корректор 23, где осуществляется подъем составляющих спектра вблизи частоты среза фильтра нижних частот (ФНЧ) корректора. Выходной сигнал корректора 23 поступает на сравнивающее устройство 24, вырабатывающее релейные команды (х,, х) на выходе.

O

f 0 5

о 5 0 5 0

Задатчик 5 нагрузки двигателя предназначен для задания номинального значения оборотов двигателя в рабочем режиме и вырабатывает электрический сигнал постоянного напряжения, который подается на вход блока 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя.

Датчик 6 действительной скорости измеряет скорость перемещения машины относительно поверхности грунта и вы- рабатьшает аналоговый электрический сигнал, который подается на вход блока 7 вычисления и сравнения буксования.

Датчик действительной скорости представляет собой ультразвуковой чувствительный элемент с электронной измерительной частью, установленный на рабочем органе.

Блок 7 вычисления и сравнения буксования вычисляет в аналоговой форме по сигналам датчика 3 числа оборотов и датчика 6 действительной скорости логарифм коэффициента буксования и сравнивает его с напряжением задатчика 8, при этом на выходе блока 7 вырабатываются релейные команды на подъем и нейтраль рабочего органа.

Блок 7 вычисления и сравнения буксования состоит из переключателя 25 номера передачи, многоступенчатого делителя 26 напряжения, элементом 27 и 28 вычитания, логариф шческих усилителей 29 и 30, корректирующего звена 31 и компаратора 32, I

Сигнал датчика 3 числа оборотов (N) поступает на многоступенчатый делитель 26 напряжения, коэффициент деления которого задается переключателем 25 номера передачи, соединенным с другим входом делителя 26, На выходе делителя,получается теоретической скорости V К - коэффициент деления делителя, V - теоретическая скорость), который поступает на вход элемента 27 вычитания и на вход логарифмического усилителя 29, На другой вход элемента 27 вычитания поступает сигнал датчика 6 действительной скорости,а на выходе получается разностный сигнал (V - V-), который подается на другой логари ический усилитель 30, 5 Логарифмические усилители соответственно вычисляют сигналы log V (усилитель 29) и log (VT (усилитель 30), Выходные сигналы усилителей 29 и 30 подаются на входы другосигнал

N f

- (где

го элемента 28 вычитания, г де вьмис- ляется величина логарифма коэффициента буксования S

S log (V - vp - log V.

Сигнал 0 с выхода элемента 28 вычитания подается на вход корректора 31, принцип действия которого полностью аналогичен принципу действия корректора 23 в блоке Д. Выходной сигнал корректора подается на вход компаратора 32, где сравнивается с напряжением задатчика 8 буксования, подаваемым на другой вход компаратора 32. Выходной релейный сигнал компаратора 32 (Y) подается на вход блока 9 выбора режима работы.

Задатчик 8 буксования предназначен для задания логари а коэффициен- та буксования и вырабатывает электри- ческий сигнал постоянного напряжения, который подается на вход блока 7 вычисления и сравнения буксования.

Блок 9 выбора режима работы путем логических преобразсшаний выходных сигналов (х, и Xj) блока 4 вьмисле- ния и сравнения нагрузки двигателя и

выходного сигнала (Y) блока 7 вычисления и сравнения буксования, формирует команды подъема и опускания (z, и Z) РО, поступающие на входы блока 11 сравнения и коммутации. Эти команды управляют режимом работы задатчика 10 положения РО.

Релейный сигнал х(команда Подъ- ем-нейтраль РО) с блока 4 поступает на вход элемента ИЛИ 33, на другой вход которого поступает релейный сигнал Y (команда Подъем-нейтраль РО). На выходе элемента 33 формируется сигнал Z, x,VY, Кроме того, сигнал Y, проходя через инвертор ЗА, попадает на элемент И 35, на другой вход которого поступает релейный сигнал с другого выхода блока 4 х (команда Опускание-нейтрал РО) .На выходе элемента И 35 получается сигнал z , При этом в момент включения системы запускается одновибратор 36, |На выходе которого формируется одиноч ный импульс S. Сигнал S поступает |на вход другого элемента ИЛИ 37, на оставшийся вход которого поступает сигнал z. На выходе элемента ИЛИ формируется сигнал z SVz. Кроме того, сигнал одновибратора 36 через инвертор 38 поступает на другой элемент И 39, на оставшийся вход которого поступает сигнал z, . На выходе

элемента И 39 формируется сигнал Z, Sz, (команда Подъем-нейтраль РО) и сигнал z (команда Опускание- нейтраль РО).

Задатчик 10 положения РО, на один из входов которого поступает сигнал положения рабочего органа 9 j с блока 2, а на два других поступают команды Z и Zj, служит для задания положени рабочего органа соответствующего номинальным оборотам двигателя и допустимому буксованию в контуре стабилизации положения РО (датчики 1, блоки 2, II, 12, исполнительный механизм 13). Вьсход задатчика 10 соединен с входом блока 11 сравнения и коммутации.

Задатчик 10 положения рабочего органа состоит из логического элемента ИЛИ 40 и динамического элемента 41 памяти.

Сигналы Z, и Zj с блока 9 поступают на входы элемента ИЛИ 40, на выходе которого формируется сигнал управления режимом динамического элемента 41 памяти, подаваемый на его вход (А ), На другой вход элемента 41 памяти подается сигнал положения POj, блока 2. Если логический

сигнал А 1 (соответствует отключению контура стабилизации положения

РО), то элемент 41 находится в режиме записи и сигнал на его выходе повторяет сигнал 9j с блока 2, но в этом случае он не влияет на работу системы, так как контур стабилизации положения РО разомкнут. Если А О, то элемент 41 памяти находится в режиме хранения (контур стабилизации при этом включается), а его выходной сигнал постоянен и равен сигналу 6g, который был на выходе элемента 41 е момент переключения из в . Постоянное напряжение подается в контур стабилизации (на вход блока 11), который находится во включенном состоянии. I

Блок 11 сравнения и коммутации

служит для обеспечения управления контуром стабилизации и вьRиcлeния рассогласования по положению РО.

На входы блока 11 поступают команды и 7. с блока 9, которые отключают контур стабилизации на подъе (z ) и опускание (zj ), На два оставшихся входа поступают аналоговые сигналы с блоков 2 (Qj) и 10 (Qg). Блок 11 формирует на своем выходе ли6о аналоговый сит-нал рассогласования по положению й9 0ь - б , либо релейный сигнал . Выходной сигнал блока 11 подается на вход пос ледовательно соединенных блоков 12 управления подъемом и опусканием РО.

Блок 11 сравнения и коммутации состоит из источника 42 уставки максимального положительного напряжения (она обусловливает подъем рабочего органа с максимальной скоростью), элемента 43 вычитания источника 44 уставки максимального отрицательного напряжения (она обусловливает опускание рабочего, органа с максимальной скоростью) и ключей 45 и 46.

Сигнал с блока 10 (б) и с блока 2 (б ц) поступают на элемент 43 вычитания, который вычисляет рассогласование (, . Выходной аналоговый сигнал элемента 43 поступает на вход ключа 45, на другой вход которого поступает сигнал с источника уставки максимального положительного напряжения j з на оставшийся вход поступает релейный сигиал z,

Если ., 1, то на выходе ключа 45 присутствует сигнал +1(,и. Если Z 0, то на выходе ключа 45 присутствует сигнал u0g.

Сигнал с выхода ключа 45 поступает на вход ключа 46, на другой вход которого подается сигнал ,. источника 44 уставки максимального ота

рицательного напряжения, а на оставшийся вход подается команда z с блока 9. Работа ключа 46 полностью аналогична работе ключа 45, а сигнал с его выхода подается на последовательно соединенные блока 12 управления подъемом и опусканием рабочего органа (РО).

Блоками управления подъемом и опусканием органа являются блок 47 формирования зоны нечувствительности и блок 48 усиления.

Блок 47 формирования зоны нечувствительности искусственно создает зону нечувствительности по мальи значениям уровня сигнала лб , поступаю- щего на вход с выхода блока I1. Выходной сигнал блока 47 поступает на усилительный блок 48.

Блок 47 состоит из нуль-органа 49 элемента ШШ 50 и ключа 51 .

Сигнал u9j с блока 11 поступает на вход ключа 51 и вход нуль-органа 49, другой вход которого соединен с шиной нулевого потенциала.

8

Если уровень сигнала л9ц не пре

вышает зону нечувствительности нуль- органа 49, то на его выходах отсутствуют релейные сигналы и на выходе элемента ИЛИ 50, с которым соединены выходы нуль-органа 49, также будет логический нуль. При этом ключ 51, другой вход которого соединен с выходом схемы ИЛИ 50, разрывает цепь сигнала л 9 6 с блока 11 и на выходе блока 47 сигнал отсутствует. При уровнях сигнала, превышающих зону нечувствительности нуль-органа 49, блок 47 пропускает сигнал i9g с блока П без изменения.

Блок 48 усиления усиливает сигнал ьбц, поступающий на его вход с блока 47, с заданным коэффициентом К,.. Вы

ходной сигнал с блока 48 поступает на исполнительный механизм 13.

Исполнительный механизм 13 преобразует входной электрический сигнал Л б р с блока 48 в механическое перемещение рабочего органа.

Устройство работает в трех основных режимах.

В первом режиме обеспечивается стабилизация положения рабочего органа относительно гравитационной вер- тикали, при этом обороты двигателя близки к номинальным заданным и буксование не превышает допустимое заданное, т.е.

N,

.f

UN 2

N N - - 8 . 5,

где N и NIJ - текущее и номинальное

заданное числа оборотов двигателя;

S и So - текущий и заданный предельный коэффициенты буксования;

UN - ширина зоны нечувствительности по оборотам двигателя.

В этом случае команды на выходах блока 7 вычисления и сравнения буксования и блока 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя отсутствуют, т.е.

X, - О, Xj О, у 0. На выходах блока 9 выбора режима работы при ИТОН команды также отсутствуют, т.е. zf - О,

7,

- 0.

Задатчик 10 положения рабочего органа находится в режиме хранения.

Во втором и третьем режимах контур стабилизации положения рабочего органа разомкнут и управление рабочим органом идет по командам блока выбора режима работы г, и z.

Во втором режиме происходит стабилизация оборотов двигателя.

При этом если N N

О, X.

1

о 0. 7

- . ТО

о, z;

и устройство осуществляет заглублени рабочего органа., если N

то 1

1

О, у О,

N 2

1.

zi О и устройство осуществляет вм- глубление рабочего органа,

В третьем режиме происходит управление по буксованию. При этом, если J Sg + S f где Б - гистерезис по буксованию, то при у 1 независимо от

,

X, и Xj будет 7.| 1, Zj О и уст- ройство осуществит выглубление рабочего органа.

Кроме того, во втором и третьем режимах задатчик 10 положения рабочего органа находится в режиме записи информации,

.Наряду с повышением производителности устройство позволяет снизить требования к квалификации машиниста за счет устранения р -чной настройки задатчика положения рабочего органа

Формула изобретения

Устройство управления рабочим ор- ганом землеройно-транспортной машины содержащее датчик числа оборотов и задатчик нагрузки двигателя, подключенные к входам блока вычисления и сравнения нагрузки двигателя, задатчик положения рабочего органа, блок управления подъемом и опусканием рабочего органа, подключенный к испол- нительиому механизму, блок сравнения и коммутации, содержащий элемент вы читания, соединенный с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с источником установки максимального положительного напряжения датчики положения машины и рабочего органа, подключенные к входам блока вьмисления положения рабочего органа выход которого подключен к первому входу элемента вычитания, отличающееся тем, что, с целью

.1-

fO

t5

25

20

40

35 , , , 55

45

повышения производительности, оно снабжено датчиком действительной скорости и задатчиком буксования машины, блоком выбора режима работы, блоком вычисления и сравнения буксования, первый вход которого подключен к датчику числа оборотов двигателя, второй и третий соответственно - к датчику действительной скорости и за- датчику буксования машины, при этом блок выбора режима работы выполнен в виде одновибратора и элементов ИЛИ, И и НЕ, выход одновибратора через первый элемент НЕ подключен к первому входу первого элемента И и непосредственно к первому входу первого элемента ИЛИ, выход второго элемента НЕ соединен с первым входом второго элемента И, выход последнего соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента И, первый и второй выходы блока вычисления и сравнения нагрузки двигателя соединены соответственно с первыми входами вторых элементов ИЛИ и И блока выбора режима работы, выход блока вычисления и сравнения буксования соединен с входом второго элемента НЕ и вторым входом второго элемента ИЮ1 блока выбора режима работы, причем задатчик положения рабочего органа выполнен из последовательно соединенных элементов ИЛИ и памяти, а в блок сравнения и коммутации введены источник уставки максимального отрицательного напряжения и второй ключ, первый вход которого соединен с первым ключом, а второй с источником уставки максимального отрицательного напряжения, выходы первых элементов И и ИЛИ подключены к входам элемента ИЛИ задатчика положения рабочего органа и к третьим входам первого и второго ключей блока сравнения и коммутации, выход последнего подключен к входу блока управления подъемом и опусканием рабочего органа, выход блока, вычисления 50 положения раббчим органом подключен к информационному входу элемента памяти задатчика положения рабочего органа, выход которого подключен ко второму входу элемента вычитания блока сравнения и коммутации.

30

J ;

чь

o

J ff25

26

6

(

JJ

JV

2V

23

Фая. 2

30

Г

28

3/

32

/Л//

39

36

38

J5

37

.A

д.

40

г

ff11

W

Изобретение относится к строительно-дорожному машиностроению и . позволяет повысить производительность землеройно-транспортной машины. Устр- во содержит датчик (Д) 3 и задатчик 5 числа оборотов двигателя, подключенные к входам блока 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя. На его выходе вырабатываются сигналы на подъем, опускание и нейтраль рабочего органа (РО), поступающие на блок 9 выбора режима работы. С выхода Д 3 сигнал поступает также на один из входов блока 7 вычисления и сравнения буксования, на два других входа которого поступают сигналы с Д6 действительной скорости и задатчика 8 буксования. И блоке 7 вычисляется логарифм коэффициента буксования по сигналам с Д 6 и 3 и сравнивается с напряжением с задатчика 8. Команды на подъем и нейтраль РО поступают на вход блока 9. Здесь путем логических преобразований входных сигналов формируются команды на изменение положения РО, зависящие либо от буксования, либо от оборотов двигателя. Сигналы с блока 9 поступают на блок 11 сравнения и коммутации и управляют работой подключенного к входу блока 11 задатчика 10 положения РО. Блок II обеспечивает управление контуром стабилизации и вычисления рассогласования по положению РО относительно гра- витациониой вертикали. Сигнал об угловом положении РО поступает на блок 11 с блока 2 вычисления положения РО, соединенного с Д 1 положения машины и РО. Выходной сигнал с блока 11 через блок 17. управления поступает на исполнительный механизм 13 перемещения РО. 9 ил. I (Л

Д..-F-H

ffc

6, б

I I I

бЦ t

т.Ь

н

г.с

-К

||

I I

I I I I

П П

чг

ff-L.

Фиг-В

Редактор Г.Волкова

Заказ 4610/28Тираж 606Подписное

ВНИИПИ Государствеииого комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная А

ФигЛ

г

4f

SO

n

t

LSJ

/w

о

й«.

Составитель И.Назаркина

Техред Л.Олийнык Корректор М..Позко