Система автоматической продольной стабилизации положения рабочего органа двухопорного профилировщика Советский патент 1992 года по МПК E02F9/20 

Предлагаемое устройство относится к строительно-дорожному машиностроению, в частности к профилировочным машинам с автоматизированным управлением положением рабочего органа в пространстве, которые могут использоваться, в частности, для профилирования в торфоразработках.

Известна система автоматической продольной стабилизации положения рабочего органа двухопорного профилировщика, передняя опора силовой рамы которого выполнена в виде шарнира в центре двухосной тележки, включающая последовательно соединенные датчик уклона обработанной поверхности, первый сумматор, блок управления гидроприводом рабочего органа, а также датчик угла наклона необработанной поверхности, установленный на двухосной тележке.

В известном устройстве сигнал с датчика уклона пропорционален разности между

заданным и фактическим углами наклона обработанной поверхности, а сигнал на выходе сумматора пропорционален сигналу управляющему рабочим органом по высоте. Этот сигнал поступает на блок управления гидроприводом рабочего органа который управляет гидроприводом для соответствующего заглубления или выглубления рабочего органа.

Недостаток известного устройства заключается в том, что во время работы при движении по поверхности рабочий орган стабилизируется относительно плоскости горизонта или же относительно заранее заданного (установленного) угла наклона профилируемой поверхности и не учитывает возможных изменений наклона (высоты) обрабатываемой поверхности на больших площадях что при движении по неровности большой длины которую можно приравнять к естественному уклону поверхности земли

Ч

О

ел

XI

ю

с малым углом наклона, ориентация рабочего органа, не учитывающая этот уклон, приведет к критической глубине заглубления рабочего органа и к остановке машины.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации рабочего органа относительно текущей поверхности земли.

Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматической стабилизации положения рабочего органа двухопорного профилировщика, передняя опора силовой рамы которого выполнена в виде шарнира в центре двухосной тележки, включающая последовательно соединенные датчик уклона обработанной поверхности, первый сумматор, блок управления гидроприводом рабочего органа, а также датчик угла наклона необработанной поверхности, установленный на двухосной тележке, в нее введены задатчик желаемой длины неровности, за- датчик опорного напряжения, последовательно -соединенные датчик скорости, установленный на оси двухосной тележки, интегратор, компаратор, первый ключ, первый блок деления, второй сумматор, второй ключ, буферное запоминающее устройство, блок умножения, второй блок деления, последовательно соединенные задатчик расстояния от рабочего органа до места установки датчика угла наклона необработанной поверхности, третий блок деления, блок с регулируемым временем задержки, последовательно соединенные задатчик длины двухосной тележки, четвертый блок деления, третий сумматор, выход которого и второй вход соединены соответственно с вторым входом блока умножения и выходом задатчика опорного напряжения, второй вход и выход четвертого блока деления соединены соответственно с выходом задатчика желаемой длины неровности и вторыми входами первого и второго блоков деления, выход последнего соединен с вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с вторым входом блока с регулируемым временем задержки, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход третьего блока деления соединен с выходом датчика скорости, выход датчика угла наклона необработанной поверхности соединен с вторым входом первого ключа, выход задатчика длины двухосной тележки соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен с вторым входом интегратора и вторым входом второго ключа.

На чертеже изображена блок-схема системы.

Система автоматической продольной стабилизации положения рабочего органа 1

двухопорного профилировщика, передняя опора силовой рамы 2 которого выполнена в виде шарнира 3 в центре двухосной тележки 4, содержит последовательно соединенные датчик 5 уклона обработанной поверхности, первый сумматор 6, блок 7 управления гидроприводом рабочего органа, а также датчик 8 угла наклона необработанной поверхности, установленный на двухос0 ной тележке 4, в который введены задатчик 9 желаемой длины неровности, задатчик 10 опорного напряжения, последовательно соединенные датчик 11 скорости,установленный на оси двухосной тележки 4, интегратор

5 12, компаратор 13, первый ключ 14, первый блок 15 деления, второй сумматор 16, второй ключ 17, буферное запоминающее устройство 18, блок 19 умножения, второй блок 20 деления, последовательно соединенные

0 задатчик 21 расстояния от рабочего органа до места установки датчика угла наклона необработанной поверхности, третий блок 22 деления, блок 23 с регулируемым временем задержки, последовательно соединен5 ные задатчик 24 длины двухосной тележки, четвертый блок 25 деления, третий сумматор 26, выход которого и второй вход соединены соответственно с вторым входом блока 19 умножения и выходом задатчика 10

0 опорного напряжения, второй вход и выход четвертого блока 25 деления соединены соответственно с выходом задатчика 9 желаемой длины неровности и вторыми входами первого 15 и второго 20 блоков деления.

5 Выход последнего соединен с вторым входом второго сумматора 16, выход которого соединен с вторым входом блока 23 с регулируемым временем задержки, выход которого соединен с вторым входом первого

0 сумматора 6, второй вход третьего блока 22 деления соединен с выходом датчика 11 скорости, выход датчика 8 угла наклона необработанной поверхности соединен с вторым входом первого ключа 14, выход задатчика

5 24 длины двухосной тележки соединен с вторым входом компаратора 13 выход которого соединен с вторым входом интегратора 12 и вторым входом второго ключа 17.

Принцип действия предлагаемой систе0 мы основан на том, что сигналы, пропорциональные углу наклона необработанной поверхности, осредняются по мере движения профилировщика на определенном участке, который соответствует выбранной или

5 указанной в требованиях к обработанной поверхности желаемой длине неровности Эта осредненная величина свидетельствует о текущем угле наклона обрабатываемой поверхности без учета срезаемых неровностей с малым периодом т е

свидетельствует об угле наклона к горизонту поверхности земли, который необходимо учесть, а именно относительно него/производить стабилизацию рабочего органа, чтобы избежать его критического заглубления на участке, имеющем уклон, и остановки машины.

Исследования и сравнения планирующих характеристик автоматизированного планировщика в зависимости от глубины осреднения показали, что существенного улучшения планирующих свойств машины можно добиться только за счет большой глубины осреднения, т.е. при п 100. Малая глубина осреднения п 50, которая может быть достигнута на базе аналоговой техники, приводит при некоторых параметрах даже к ухудшению планирующих свойств профилировщика. Исходя из полученных результатов видно, что для улучшения планирующих свойств автоматизированного профилировщика необходимо применение цифровой техники, а именно рекуррентного фильтра, функцию которого можно записать в виде

/ р - 1 Л1

%bixj - #вых i - 1 l jT BXJ ,

где #BXJ - текущий измеренный угол на входе; Л

%ых| - текущий осредненный угол на выходе:

«вых j - 1 - осредненный угол на предыдущем шаге осреднения;

i - номер текущего измерения;

п - количество измерений.

От имальное количество измерений определяют следующим образом.

Наибольшее подавление неровностей необходимо для характерных неровностей, т.е. наиболее часто встречающихся (Lxap - длина периода характерной неровности), а условие их наибольшего подавления (амплитуда неровностей 0) с периодом, близким К Lxap, будет, Lxap Lf,an (Lf,an ДЛИНЭ

балансира) и

О) Lban 2k Л,

где к 1, 2, 3, ...

Если посмотреть на АЧХ профилировщика и. балансира, то можно видеть, что минимум АЧХ балансира не всегда совпадает с максимумом АЧХ профилировщика, что необходимо для получения нулевой амплитуды неровностей, потому необходимо определить, сколько раз Мжел (профилировщика)

УЛОЖИТСЯ В (ЗДал (т.е. ДО МИНИМЭЛЬНОЙ ЭМПлитуды)

Шбал 2 k Л/Lfan , L-жел

т.е. п тл- о /i к т.

«/ж ел I Л/ Ьжел«-бал

где Lxefl желаемая длина неровностей:

Lban - длина балансира, k 1,2, 3.... Предлагаемая система работает следующим образом.

Перед началом работы оператор устанавливает на задатчике 9 значение в соответствии с требованиями к обработанной поверхности желаемой длины неровностей с соответствующим коэффициентом k, на задатчике 24 - конструктивный размер

имеющегося профилировщика - расстояние между центром тележки 4 и рабочим органом 1, на задатчике 24 - длину тележки, которая по существу является балансиром для данного профилировщика 0-бал). Рабочий орган 1 устанавливается в заданном положении относительно горизонта. Датчик 5 уклона обработанной поверхности при движении будет иметь на выходе сигнал, пропорциональный углу отклонения

обработанной поверхности по сравнению с первоначально заданным рабочему органу 1- углом. Если профилировщик движется по поверхности, общий уклон которой не отличается от горизонта, то на первом входе

первого сумматора 6 будет сигнал с датчика 5. а на втором входе первого сумматора 6 будет сигнал, равный нулю, так как осредненный сигнал углов наклона текущих неровностей малого периода горизонтальной

поверхности равен нулю. В результате рабочий орган 1 профилировщика будет изменять свое первоначально заданное положение с помощью гидропривода через блок 7 управления гидроприводом рабочего

органа сигналом, пропорциональным сигналу с датчика 5 уклона.

Если на обрабатываемом участке встречается уклон, то сигнал на втором входе первого сумматора 6 не равен нулю, а именно сигнал с датчика угла наклона необработанной поверхности (t поступает на второй сигнальный вход первого ключа 14, который замыкается и пропускает этот сигнал в случае, когда профилировщик прошел путь.

равный.L6a/i.

Это осуществляется следующим образом. Сигнал с датчика 11 скорости интегрируется по времени на интеграторе 12 и затем сравнивается с сигналом, равным Leafl

с задатчика 24 длины тележки на компараторе 13, который и выдает сигнал в тот момент, когда профилировщик прошел путь, равный Lban. Этот же сигнал с компаратора 13 поступает на второй вход интегратора 12

для сброса его накопленного значения, на первый 14 и второй 17 ключи для замыкания контактов.

В первом блоке 15 деления сигнал и делится на величину п - число измерений

полученную с выхода четвертого блока 25 деления в результате деления жел с задат- чика 9 желаемой длины неровностей на Lean с задатчика 24 длины тележки. Далее, пройдя второй сумматор 16, на втором входе которого сигнал на первом шаге вычислений равен нулю, сигнал поступает на блок 23 для согласования по времени показаний датчиков 5 и 8, расположенных на передней и задней опорах профилировщика. Величина %ых задерживается в блоке 23 с регулируемым временем задержки на время, равное времени t прохождения профилировщиком расстояния D от центра двухосной тележки 4 (точки установки датчика 8) до рабочего органа 1 (места приложения этого сигнала) со скоростью V, измеряемой датчиком 11 скорости

t D/V.

Затем задержанный сигнал с блока 23 поступает на первый сумматор 6 для добавления к управляющему сигналу. Во время движения профилировщика происходит осреднение сигнала на первом шаге авых.

-.Этот сигнал с выхода второго сумматора 16 через равные участки пути будет проходить через второй ключ 17 и на первом шаге измерений запишется в буферное запоминающее устройство 18. На втором шаге измерений - текущая входная величина «вх, величина Ш/n записана в блоке 18, при приходе на вход блока 18 величины «2/п для записи, значение «ч/п «ВЫх1 появляется на выходе блока 18 и в блоке 19 умножения умножается на значение (п-1), полученное на выходе третьего сумматора 26 в результате сложения сигнала, пропорционального числу п с выхода четвертого блока 25 деления и -1 с выхода задатчика 10 постоянного сигнала. Во втором блоке 20 деления сигнал (п-1) «выхч делится на сигнал, пропорциональный числу п с блока 25 и в результате на втором входе второго сумматора 16 будет сигнал п-1 /п «вых-р Тогда на выходе второго сумматора 16 будет сигнал А п - 1 л ,( j.i

С/вых2 jT вых1

пропорциональный осредненному текущему углу наклона необработанной поверхности. После задержки в блоке 13 с регулируемым временем задержки этот сигнал подается на второй вход первого сумматора 6 для добавления текущего угла наклона поверхности к горизонту для задания новой плоскости ориентации для рабочего органа 1. В результате этого длинные неровности с малым углом (уклоны) будут учитываться при управлении рабочим органом для задания нового угла отсчета, отличного от горизонтальной плоскости или первоначально заданного угла наклона плоскости ориентации.

Формула изобретения

Система автоматической продольной стабилизации положения рабочего органа

двухопорного профилировщика, передняя опора силовой рамы которого выполнена в виде шарнира в центре двухосной тележки включающая датчик уклона, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, а его выход подключен к входу блока управления гидроприводом рабочего органа и датчик уклона необработанной поверхности, отличающаяся тем. что. с целью повышения точности стабилизации р бочего органа относительно текущей поверхности земли, она снабжена датчиком скорости, интегратором, задатчиком длины двухосной тележки, компаратором, двумя ключами, задатчиком желаемой длины неровности, четырьмя блоками деления, вторым и третьим сумматорами, задатчиком опорного напряжения, блоком умножения, буферным запоминающим устройством, блоком регулируемой временной задержки

и задатчиком расстояния от рабочего органа до центра двухосной т ележки причем выход датчика уклона необработанной поверхно сти подключен к первому входу первого ключа, выход которого подключен к первому

входу первого блока деления, выход которого подключен к первому входу второго сумматора выход которого подключен к первым входам второго ключа и блока регулируемой временной задержки, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, а выход датчика скорости подключен к первому входу интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к второму входу интегратора и к второму входу первого ключа, а выход задатчика длины двухосной тележки подключен к второму входу компаратора, задатчик опорного напряжения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу блока умножения, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а выход

задатчика расстояния от рабочв о органа до центра двухосной тележки подключен к первому входу -третьего блока деления, к второму входу которого подключен выход датчика скорости, выход задатчика длины двухосной тележки подключен к первому входу четвертого блока деления, к второму входу которого подключен задатчик желаемой длины неровности, а выход четвертого блока деления подключен к вторым входам первого и втоминающее устройство подключен к второму входу блока умножения, выход третьего блока деления подключен к второму входу блока регулируемой временной задержки, а

Сущность изобретения; система содержит датчик уклона, три сумматора, блок управления гидроприводом рабочего органа, датчик уклона необрабатываемой поверхности, задатчик опорного напряжения, задат- чик желаемой длины неровности, датчик скорости, генератор, компаратор, два ключа, четыре блока деления, буферное запоминающее устройство, блок умножения, задатчик расстояния от рабочего органа до центра тележки балансира, блок регулируемой временной задержки, задатчик длины балансира.1 ил. Ё

рого блоков деления и третьего сумматора, 5 выход компаратора подключен к второму выход второго ключа через буферное запо- входу второго ключа.