Система управления бульдозерным агрегатом Советский патент 1981 года по МПК E02F9/20 

(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БУЛЬДОЗЕРНЫМ АГРЕГАТОМ

Изобретение относится к комбинирован ным системам автоматического регулирования и может быть использовано, в частности, для управления рабочим органом землеройно-транспортных машин в процессе копания и транспортирования грунта. Известны устройства для автоматического регулирования загрузки бульдозера, в котором датчик тягового усилия установлен на толкающих брусьях отвала бульдозера, датчик действительной скорости - на ведомом колесе агрегата и используется центробежный регулятор, воспринимающий сигналы этих датчиков 1. Подобные, устройства не могут обеспечить оптимальную стабилизацию загрузки бульдозера, так как содержат в контуре управления центробежный регулятор, ограничивающий быстродействие системы. Применение устройства ограничено машинами с ведомыми колесами, а бульдозерные агрегаты для обеспечения максимально возможной силы тяги выполняются либо гусеничными, либо со всеми ведущими колесами. Кроме этого, датчик тягового усилия измеряет суммарное усилие в брусьях, а не горизонтальную составляющую этого усилия, что вносит погрешность в работу системы при заглублении - выглублении отвала. Известно устройство, в котором гидротрансформатор выполняет роль датчика крутящего момента и датчика скорости бульдозера 2. Сигналы датчиков воспринимаются центробежным регулятором. Подобные устройства также не могут обеспечить оптимизацию загрузки бульдозера, так как не измеряют действительную скорость агрегата. Ближайшей по технической сущности к данному изобретению является система управления бульдозерным агрегатом 3. Система включает блок для измерения и преобразования действительной скорости, ультразвуковой датчик которого установлен на отвале бульдозера; блок для измерения и преобразования тягового усилия, тензометрический датчик которого установлен на щаровой опоре рамы отвала; электронный блок для перемножения действительной скорости и тягового усилия; блок восприятия, переработки индикации и выдачи сигналов на привод управления рабочим органом. Система работает следующим образом. Оператор, ориентируясь на изменение тональности звука или отклонение стрелки измерителя блока индикации, воспринимает сигнал тяговой мощности, управляет приводом отвала бульдозера, производит анализ и сопоставление данных о заглублении выглублении отвала и изменении сигнала тяговой мощности и регулирует высоту отвала, стремясь поддерживать тяговую мощность максимальной. Подобная система позволяет несколько повысить производительность бульдозерного агрегата за счет интенсификации труда оператора, что увеличивает его утомляемость и отрицательно влияет на производительность труда. Система не исключает возможности игнорирования оператором сигналов блока индикации, регулировки положения отвала сообразно опыту, привычкам, степени усталости, настроению оператора и не исключает субъективной оценки рабочего процесса, что подтверждается экспериментальными исследованиями;Кроме того, при разработке грунта бульдозерным агрегатом важное значение имеет наряду с поддержанием максимальной тяговой мощности обеспечение такого показателя качества работ, как плавность рельефа ои1Олл11ы выемки грунта. Условия поддержания максимальной тяговой мощности и обеспечения плавности рельефа выемки противоречивы. Так как плотность грунта по длине разрабатываемой траншей непостоянна, описанная система может с каждым последующим рабочим проходом ухудшать качество работ, что уменьщает реализуемую тяговую мощность за счет уменьщения сцепления бульдозера с грунтом и уменьщает производительность агрегата за счет снижения скорости отката. Система позволяет снабдить оператора данными об изменении тяговой мощности с целью ее оптимизации, но не исключает возможности субъективной оценки и игнорирования данных системы, а также потери качества за счет оптимизации тяговой мощности, что не гарантирует повышения производительности работ. Цель изобретения - повысить эффективность управления рабочим органом за счет регулирования тягового усилия агрегата, поддержания его действительной скорости в диапазоне заданного тягового усиЛИЯ и ограничения угловой скорости рабочего органа относительно гравитационной вертикали местности. Цель достигается тем, что система снабжена блоком измерения угловой скорости рабочего органа и последовательно соединенными блоком настройки и блоком коррекции, к входам которых подключены соответственно выходы блоков для измерения и преобразования действительной скорости агрегата и тягового усилия, выходы блока коррекции и блока измерения угловой скорости рабочего органа подключены к входам блока восприятия. При проектировании такой системы основными исходными характеристиками взяты: заданное тяговое усилие Р, действительная скорость V агрегата в диапазоне заданного тягового усилия и заданная скорость перемещения рабочего органа относительно гравитационной вертикали местности. Конкретный вариант выполнения системы приведен для двухскоростного привода. На фиг. 1 дана функциональная схема системы; на фиг. 2 - таблица режимов работы блока анализа и переработки информации; на фиг. 3 - таблица режимов работы блока выдачи сигналов на привод управления рабочим органом, Система содержит блок 1 для измерения и преобразования действительной скорости агрегата, установленный на отвале бульдозера, последовательно включенные блок 2 д измерения и преобразования тягового усилия, датчики которого установлены на цапфах крепления отвала бульдозера и корректирующий блок 3, выход которого соеди з g 4 восприятия, которого подключен блок 5 измерения и преобразования угловой .скорости рабочего органа относительно гравитационной вертикали местности. К блоку 4 последовательно подключены блок б анализа и переработки информации. блок 7 выдачи сигналов и привод 8 управления рабочим органом, Для управления корректирующим блоком 3 в соответствии с изменением действительной скорости агрегата к нему подключен блок посредством устройства настройки 9. Устройство 9 выполнено в виде параллельно включенных пороговых устройств |0, 11 с подключенным последовательно к каждому из них релейным элементом 12, 13. Поскольку система использует сигнал действительной скорости блока 1 в диапазоне заданного тягового усилия, то пороги срабатывания устройств 10 и 11 выбраны в соответствии со значениями сигнала блока 1 в указанном диапазоне, Корректирующий блок 3 выполнен в виде делительного устройства. Блок 5 угловой скорости выполнен в виде последовательно включенных гидроскопического датчика 14 и электронной схемы 15 формирования сигнала, пропорционального изменению выходного сигнала датчика 14. Блок 4 восприятия выполнен в виде двух групп параллельно включенных пороговых устройств 16, 17, 18, 19 и 20, 21. Настройка порогов срабатывания группы устройств 16, 17, 18, 19, подключенных к выходу блока 3, выполнена с возрастанием. Порог срабатывания устройств 16, 19 выбран в соответствии со значением сигнала на выходе блока 2, совпадающим с поедельно допустимыми значениями заданного тягового усилия на входе блока 2. Порог срабатывания устройств 20, 21 выбран в соответствии с сигналом на .выходах блока 5, совпадающим с предельно заданным значением изменения угла наклона отвала бульдозера. Привод 8 управления рабочим органом выполнен электрогидравлическим и включает электромагнитные преобразователи 22, 23, 24, 25 для управления клапанами 26, 27 и гидравлическим усилителем 28, насосы 29, 30 постоянной производительности питания гидравлического исполнительного механизма 31 посредством усилителя 28, суммирующее устройство 32 и обратный клапан 33. Рассмотрим функционирование системы на бульдозерном агрегате, выполняющем работу по копанию и транспортированию грунта. Для этого определим величину тягового усилия, соответствующую максимальной крюковой мощности внешней потенциальной тяговой характеристики агрегата, например 10т, и ее предельно допустимые значения 8 и 12 т. Тогда устройства 16, 17, 18, 19 будут настроены на ср абатывание при тяговом усилии соответственно 8, 9, 11, 12 т, а устройства 10 и 11 - на срабатывание при скорости агрегата 3,5 км/ч и 2,5 км/ч, соответствующей тяговому усилию 8 и 12 т при разработке грунта второй категории. Устройства 20 и 21 будут настроены на срабатывание соответственно при заглублеНИИ и выглублении отвала бульдозера, когда скорость изменения угла наклона 0,06с-. Предположим, что в данный момент действительная скорость агрегата 2,5 км/ч V 3,5 км/ч. В этом случае устройства 10, 11 не срабатывают и блок 3, не изменяя выходного сигнала блока 2, передает его на устройства 16, 17, 18, 19. Для анализа условий работы системы обратимся к таблицам (фиг. 2 и 3) режимов работы логических блоков, где наличие сигнала обозначено «1, отсутствие сигнала - «О, а знак «- означает, что сигнал блоком не воспринимается. В начале процесса бульдозирования тяговое усилие Р 8т, поэтому на выходе устройства 16 и тем более на выходах устройств 17, 18, 19 сигналы х , х г, х, х отсутствуют. Блок 6 в этом случае работает в режиме 1 (фиг. 2), при котором сигналы Yb Y 2 устройсд-в 20, 2 по скорости изменения угла наклона отвала бульдозера не учитываются. Выходной сигнал zi блока 6 поступает на блок 7, при наличии которого блок 7 работает также в режиме 1 (фиг. 3). Его выходные сигналы поступают на преобразователи 22, 23, которые включают кла.паны 27, 26, и на преобразователь 24, который включает усилитель 28 и через него механизм 31 на заглубление отвала. Насосы 29, 30 посредством клапанов 26, 27, 33, устройства 32 и усилителя 28 обеспечивают максимально возможную скорость заглубления отвала. В этом случае тяговое усилие быстро возрастает до 8 т. При достижении этого усилия на выходе устройства 16 появится сигнал jci, а на выходе устройства 17 сигнал будет отсутствовать. Блок 6 при наличии сигнала д: i и отсутствии сигнала xi переходит в режим II (фиг. 2). Выходной сигнал Z2 блока 6 поступает в блок 7 и блок 7 также переходит в режим И (фиг. 3). При. этом на преобразователи 23, 24 продолжает поступать сигнал, а с преобразователя 22 сигнал снимается, вследствие чего клапан 27 соединяет насос 30 со сливной магистралью и дальнейщее заглубление отвала происходит с меньщей скоростью, определяемой расходом насоса 29. Обратный клапан 33 препятствует утечке жидкости от насоса 29 в сливную магистраль. Расход насоса 29 выбран оптимальным для заглубления и выглубления отвала. В этом случае тяговое усилие медленно возрастает до 9 т. При достижении этого усилия на выходах устройств 16, 17 будут сигналы Xt, JCj, а на выходе устройства 18 сигнал будет отсутствовать. Блок 6 при наличии сигналов л:,, Xz и отсутствии сигнала х переходит в режим III, соответственно и блок 7 переходит в режим III. Сигналы на выходе блоков 6 и 7 отсутствуют и преобразователи 23, 24 отключаются. Усилитель 28 и механизм 31 обеспечивают неподвижное положение отвала относительно рамы трактора. По мере возрастания призмы усилие на отвале может возрасти до 11 т. На выходе устройства 18 появится сигнал х. Блок 6 и соответственно блок 7 переходят в режим IV, при котором на выходе блока 6 будет сигнал Zj, а блок 7 подает сигналы на преобразователи 23, 25. Преобразователь 25 включит усилитель 28 и через него следовательно механизм 31 на выглубление отвала. Преобразователь 23 включит клапан 26, который подсоединит насос 29 через устройство 32 и усилитель 28 к механизму 31. Выглубление отвала будет происходить с малой скоростью, при этом тяговое усилие будет уменьшаться и система вновь вернется в режим III. При разработке грунта с неровным рельефом транщеи тяговое усилие может возрастать очень быстро и значительно превыщать 12 т. В этом случае сигнал Xj появится на выходе устройства 19. Блок 6 и соответственно блок 7 переходят в режим V, Р котором блок 6 выдает сигнал z,, которыи не учитывает сигналов у и у. Дополнительно к преобразователям 23, 25 сработает преобразователь 22. Последний подключит насос 30 посредством клапана 27, клапана 33, устройства 32, усилителя 28 к механизму 31. Отвал будет выглубляться с максимально возможной скоростью под действием суммарного расхода насосов 29 и 30. Тяговое усилие быстро уменьшается. При работе блока 6 в режимах И, III, IV предполагается отсутствие сигналов YI -и YzОднако вследствие неровности рельефа траншеи угловая скорость отвала относительно гравитационной вертикали местности может быть в некоторые моменты времени 0,06 на заглубление или выглубление. Тогда на выходе устройства 20 или 21 появится сигнал у, или YJ .Блок 6 перейдет в режим VI или VII, а блок 7 - соответственно в режим V или I. Сработают преобразователи 22, 23, 25 или 22, 23, 24, клапаны 26, 27, 33, устройство 32, усилитель 28, механизм 31, вследствие чего произойдет выглубление или заглубление отвала соответственно. Таким образом, угловые колебания отвала относительно гравитационной вертикали местности со скоростью выше заданной дают сигнал на переключение привода управления 8 с целью их компенсации. Описанные режимы обеспечивают поддержание тягового усилия в пределах 9- 11 т при скорости перемещения агрегата в пределах 2,5-3,5 км/ч на грунте второй категории. Однако при изменении плотности грунта по длине траншеи, например при переходе на грунт третьей категории, при реализации заданного тягового усилия действительная скорость агрегата будет 2,5км/ч. Устройство 10 срабатывает и через элемент 12 переключит блок 3 так, что сигнал на его выходе станет больше, чем сигнал на его входе, что позволит устройствам 16, 17, 18, 19 срабатывать при тяговом усилии соответственно 6, 7, 9, 11 т. Перестройка системы на меньшее тяговое усилие вызывает увеличение действительной скорости агрегата до 2,5 км/ч. При переходе на грунт первой категории действительная скорость агрегата может быть 3,5 км/ч. Срабатывает устройство 11 и через элемент 13 переключает блок 3 так, что сигнал на его выходе станет меньше, чем сигнал на.его входе, что позволит устройствам 16, 17, 18, 19 срабатывать при тяговом усилии соответственно 10, 11, 13, 14 т. Перестройка системы на большее тяговое усилие вызовет снижение действительной скорости агрегата до 3,5 км/ч. Таким образом, система в режимах I -V производит регулирование по отклонению тягового усилия от заданного, соответствующего максимальной крюковой мощности агрегата, обеспечивая наиболее производительное перемещение грунта определенной плотности, а также настройку тягового усилия в зависимости от изменения действительной скорости, обеспечивает производительную работу агрегата вразличных грунтовых условиях. Кроме этого, система в режимах VI-Vil обеспечивает плавность рельефа выемки, что позволяет увеличить производительность за счет увеличения скорости отката. Формула изобретения Систе.ма управления бульдозерным агрегатом в процессе копания и транспортирования грунта, содержащая блоки для измерения и преобразования действительной скорости агрегата и его тягового усилия и последовательно соединенные блоки восприятия, переработки и выдачи сигналов на привод управления рабочим органом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности управления, она снабжена блоком измерения угловой скорости рабочего органа и последовательно соединенными блоком настройки и блоком коррекции, к входам которых подключены соответственно выходы блоков для измерения и преобразования действительной скорости агрегата и тягового усилия, а выходы блока коррекции и блока измерения угловой скорости рабочего органа подключены к входам блока восприятия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 464688, кл. Е 02 F 9/22, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 618510, кл. Е 02 F 9/22. 1976. 3.Экспресс-информация ВИНИТИ «Тракторостроение № 16-85, 1977 (прототип).

ер csj

M

JNJ

&

evi

L.

F

L.

F

Ю

Фиг.г

Фиг. 5