Устройство для управления рабочим органом землеройно- транспортной машины
(19)RU(11)1055199(13)C(51) МПК 6 E02F9/20Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО- ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ
Изобретение относится к устройствам для автоматического управления рабочим органом при копании землеройно-транспортной машины. Известна система управления бульдозерным агрегатом, которая позволяет поддерживать постоянный уровень тягового усилия с коррекцией по действительной скорости агрегата, ограничивает угловую скорость движения брусьев и формирует рельеф так, что колебания его невелики, он пригоден для последующих эффективных циклов при разработке грунтов. Колебания режущей кромки отвала в этом устройстве не зависят от рельефа. Данное устройство не позволяет однако, ограничивая амплитуду колебаний режущей кромки рабочего органа, реализовать заданную программу глубины копания. Известно устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее основной контур программного управления глубины копания, включающий датчик угла наклона, установленный на толкающем брусе, и подключенный к элементу сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и основной исполнительный элемент выглубления и заглубления рабочего органа, дополнительный контур управления по тяговому усилию, включающий датчик и задатчик тягового усилия, элемент сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и дополнительный исполнительный элемент выглубления и заглубления рабочего органа. Однако из-за ограниченного угла поворота отвала дополнительным силовым цилиндром ограничены возможности устройства по управлению рабочим органом при резких колебаниях рельефа. Такие колебания при траншейной разработке грунта обусловлены самой технологией производства работ. При разработке траншеи агрегат постепенно углубляется в нее и ему приходится осуществлять набор грунта как на уклонах траншеи, так и на частях, прилегающих к уклонам. Известное устройство не позволяет эффективно управлять рабочим органом при этом, а также при переходе от режима копания к режиму транспортировки грунта при разработке его землеройными транспортными машинами. Целью настоящего изобретения является повышение точности управления и расширение функциональных возможностей устройства при траншейной разработке грунта. Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины, содержащее основной контур программного управления глубины копания, включающий датчик угла наклона, установленный на толкающем брусе, и подключенный к элементу сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и основной исполнительный элемент выглубления и заглубения рабочего органа, дополнительный контур управления по тяговому усилию, включающий датчик и задатчик тягового усилия, элемент сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и дополнительный исполнительный элемент выглубления и заглубления рабочего органа, снабжено блоком приведения к равным начальным условиям, программным задающим блоком и блоком коррекции задания, а на толкающем брусе закреплен кронштейн с установленными на нем концевыми выключателями с возможностью взаимодействия с верхней частью рабочего органа, причем к входу блока приведения к равным начальным условиям подключен выход датчика угла наклона, а к выходу через программный задающий блок подключены вход элемента сравнения основного контура управления рабочим органом, который соединен другим входом с датчиком угла наклона толкающего бруса, к второму выходу программного задающего блока подключен выход блока коррекции задания, к двум входам которого подключены конечные выключатели. На фиг.1 показан бульдозер на дне траншеи, представляющей ровную поверхность; на фиг.2 положения рабочего органа землеройной машины при переходе с уклона на ровную поверхность при копании, где: 1' положение рабочего органа без регулирования глубины копания углом резания; 2' крайнее возможное положение рабочего органа при выглублении его изменением угла резания; 3' положение рабочего органа при регулировании угла наклона толкающего бруса; на фиг. 3 положение рабочего органа при переходе с ровной поверхности на уклон без регулирования углом резания (1'), положение рабочего органа крайнее возможное при регулировании его глубины изменением угла резания (2'), положение рабочего органа при изменении глубины копания углом наклона толкающего бруса (3'); на фиг.4 положение рабочего органа при переходе с наклонной поверхности на ровную при транспортировке грунта на отвал без регулирования изменением угла резания (1'), положение рабочего органа крайнее возможное при изменении (заглублении) его глубины изменением угла резания (2'), положение рабочего органа при изменении угла наклона толкающего бруса (3'); на фиг. 5 показана установка концевых выключателей на толкающем брусе; на фиг.6 приведены кривая оптимального закона глубины копания (1), кривая, близкая к оптимальной, задаваемая программным задатчиком, в координатах, пропорциональных h=
углу наклона толкающих брусьев, в виде импульсов различной формы и длительности (2), кривые зоны нечувствительности 
при реализации кривой 2 (3,4) и участки заглубления и выглубления по оптимальной траектории и участок окончательного выглубления (1, II, III); на фиг.7 показана кривая реализации оптимального закона глубины при копании с положительным уклоном (>0, U >0), когда начальные значения задатчика приводятся в любой момент времени при начале копания к значению датчика U
>0, с которого начинается отработка программы и совместная работа датчика и задатчика при включении системы управления в момент tо; на фиг.8 показана кривая реализации оптимального закона глубины при копании на участке с отрицательным уклоном (<0, U <0), когда начальные значения задатчика приводятся в любой момент времени to к значению датчика U
< 0, после чего начинается обработка оптимального закона, которая возможна только при совместной работе датчика и задатчика с одинаковых начальных условий; на фиг.9 показаны кривая оптимального закона глубины копания (1), кривая близкая к оптимальной (2), кривая корректирующего управления на заглубление изменением угла бруса при срабатывании одного из концевых выключателей (2'), кривая, корректирующего сигнала на выглубление изменением угла бруса при срабатывании второго концевого выключателя (2''), сигналы коррекции 
U1К, U2К, вырабатываемые задатчиком сигналов при замыкании концевых выключателей и участки заглубления и выглубления по оптимальной траектории, и окончательного выглубления (I, II, III); на фиг.10 показана блок-схема устройства. Устройство включает рабочий орган 1, толкающий брус 2, основной силовой цилиндр 3, соединенный с отвалом, дополнительный силовой цилиндр 4, расположенный между отвалом и толкающим брусом для изменения глубины копания углом резания, датчик 5 угла наклона толкающего бруса, установленный на толкающем брусе, концевые выключатели 6 и 7, установленные на кронштейне 8, электрогидравлические усилители 9 и 10, элемент сравнения 11, соединенный на выходе нуль-органами 12 и 13 глубины копания, выход нуль-органа 12 соединен с входом усилителя 14, а выход нуль-органа 13 с входом усилителя 15, выходы усилителей 14 и 15 соединены с входом электрогидравлического усилителя 10, который гидравлически соединен с основным силовым цилиндром 3, а силовой цилиндр механически соединен с рабочим органом 1, блок 16 приведения к равным начальным условиям значений программного задающего блока 17 и значения датчика 5 угла соединен с ним, к блоку 17 присоединен блок 18 коррекции задания, соединенный, в свою очередь, с концевыми выключателями 6 и 7, блок 16 соединен на входе с датчиком 5 угла наклона толкающего бруса, а выход программного задающего блока 17 соединен с входом элемента сравнения 11, датчик 19 тягового усилия, задатчик 20 оптимального тягового усилия 20 соединены с входом элемента 21 сравнения, выход которого соединен с двумя нуль-органами 22 и 23 тягового усилия, выход нуль-органа 23 соединен с входом усилителя 24, а выход нуль-органа 22 соединен с входом усилителя 25, выходы усилителей 24 и 25 соединены электрически с электрогидравлическим усилителем 9, который гидравлически соединен с дополнительным силовым цилиндром 4, а силовой цилиндр 4 с рабочим органом 1. Работа устройства осуществляется следующим образом. Оператор разгоняет бульдозер и включает систему управления в момент времени tо. Рассмотрим работу основного контура, реализующего программно закон оптимального изменения глубины копания, и работу дополнительного контура компенсации возмущения по тяговому усилию отдельно. В момент времени tо вступают в работу блоки 16, 17, элемент сравнения 11, датчик 5. Датчик 5, если копание началось при >0 некотором небольшом положительном уклоне измеряет угол наклона толкающего бруса U
> 0 в момент tо, эта величина подается в блок приведения 16, который приводит начальную величину сигнала блока 17, которая равна нулю (Uh 0, фиг.3) к величине Uh U
. Величина Uh U
поступает с выхода программного задающего блока 17 на вход элемента сравнения 11. Сигнал блока 17 (фиг.9) начинает расти, а т.к. в момент to сигналы с датчика 5 и блока 1 были равны, то в последующий момент времени t1 (фиг.6) на выходе блока 11 будет сигнал Uh> 0, который поступит на входы нуль-органов 12 и 13. Когда U>0 на выходе блока 11, то есть, сигнал Uh> 0, то срабатывает нуль-орган 12, реагирующий на положительный сигнал, далее сигнал проходит через усилитель 14 на вход электрогидравлического усилителя 10, который воздействует через силовой цилиндр 3 на рабочий орган 1, заглубляя его рабочий орган I тянет за собой вниз толкающий брус 2, начинает расти и сигнал датчика 5, так как растет и изменяется угловое положение толкающего бруса, сигнал с датчика 5 изменяется с некоторым отставанием от сигнала программного задающего блока 17, это отставание в виде примерно постоянного сигнала U Uh -U постоянно присутствует на выходе блока 11, входе нуль-органа 12 на всем участке заглубления (фиг.6, участок кривой 2 t1, t2, t3, t4). При этом сигнал на выходе блока 11 U> 0, так как идет заглубление рабочего органа. При этом на участке I заглубления на интервалах управления to-t1, t2-t3 U идет непосредственное заглубление, а на интервалах управления t1-t2, t3-t4 копание с постоянной глубиной. Зона нечувствительности нуль-органа 12 (+ ) заглубление осуществляется, когда U>+ . Зона нечувствительности нужна для устойчивой работы системы управления. В момент времени t4 окончания заглубления сигналы с блока 5 датчика угла и блока 17 будут равны друг другу Uht4 Ut4. Сигнал с блока 17 (точки t5, t7 и т.д.) начнет уменьшаться. На выходе блока 11 появится в момент времени, например t5, сигнал U Uh U<0. Когда величина этого сигнала превысит зону нечувствительности (-), то он поступит на вход нуль-органа 13, реагирующего на сигналы отрицательного знака, когда U|>-| тона выходе нуль-органа 13, выходе усилителя 15 и входе электрогидравлического усилителя 10 появится также сигнал, электрогидравлический усилитель при этом начнет выглублять рабочий орган 1 (участок II, фиг.6, t4, t5, t6, t 7), который тянет за собой толкающий брус 2, изменяя при этом угол его наклона, уменьшая угол наклона. При этом сигнал с датчика 5 будет падать, но в итоге будет отслеживаться системой примерно равный сигнал U Uh U< 0 на входе нуль-органа 13 также, как при заглублении отслеживается на входе нуль-органа 12 сигнал U Uh U > 0. На участке III окончательного выглубления рабочего органа система работает также как и на участке II. При реализации оптимального закона глубины копания агрегатом реализуется оптимальный закон по тяге. Однако в силу большой гетерогенности грунта на любом участке копания возможны отклонения усилия сопротивления на режущей кромке от оптимального. Для сохранения тягового усилия близким к оптимальному необходима компенсация дополнительного возмущения по тяговому усилию 
=зад-изм. Дополнительное возмущение компенсируется дополнительным контуром управления 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25. При этом датчик 19 измеряет тяговое усилие , задатчик 20 задает оптимальный закон тягового усилия, на элементе сравнения 21 происходит вычисление дополнительного возмущения . Когда > 0 и величина его превысит зону нечувствительности (+) нуль-органа 22 определение отклонения , то сигнал появится на выходе блока 22, выходе усилителя 25, входе электрогидравлического усилителя 9. Если > 0, то значит зад>изм следовательно встречный грунт более слабый, чем тот, на который рассчитан оптимальный закон по глубине копания и рабочий орган необходимо еще заглубить. Сигнал на входе электрогидравлического усилителя 9 включает последний на заглубление рабочего органа путем изменения угла резания и поворота (фиг.5, фиг.6) рабочего органа по часовой стрелке. Поворот осуществляется дополнительным силовым цилиндром 4, который управляется электрогидравлическим усилителем 9. Когда < 0 и величина его по модулю|>|-| превысит величину зоны нечувствительности с отрицательным знаком нуль-органа 23, то на входе нуль-органа 23 появится сигнал, он появится на входе усилителя 24 и электрогидравлического усилителя 9, (блока 9), который гидравлически связан с дополнительным цилиндром 4 управления отвала изменением угла резания, при сигнале на входе блока 23 < 0 поступит исполнительная команда на поворот рабочего органа (фиг.6) против часовой стрелки. В обоих случаях компенсация возмущения продолжается до тех пор, пока значение сигнала не входит в зону нечувствительности нуль-органов 22 и 23. Однако компенсация дополнительного возмущения изменением угла резания не всегда возможна до конца в известном устройстве, что сильно сужает его возможности. Это связано, во-первых, с тем, что выглубление или заглубление рабочего органа путем изменения угла резания возможно только на небольшую глубину, так как расстояние от конца режущей кромки до места крепления рабочего органа с брусом мало. Выбор последнего диктуется прежде всего условиями создания максимального усилия на толкающем брусе в заданном диапазоне изменения углов и минимально возможным усилием в силовом цилиндре 3. Нарушение этих требований ведет к резкому снижению эффективности процесса копания. Это требование нарушается при увеличении расстояния от конца режущей кромки до места крепления бруса с рабочим органом. С другой стороны при разработке траншей типичны ситуации, изображенные на фиг. 1, 3, 4, когда компенсация возмущения изменением угла резания неэффективна, так как изменение глубины при этом ограничено, а возмущение при этом нескомпенсировано. Это снижает эффективность управления и в целом производительность, так как в этих ситуациях оператор должен вмешиваться в процесс управления рабочим органом. При проходе поверхности с положительным уклоном реализуется программным блоком управления оптимальный закон глубины копания в направлении, перпендикулярном этой поверхности (фиг.2, 3). Если часть закона глубины копания не реализовалась на наклонной поверхности, то она должна реализоваться на прямом участке траншеи. Рабочий орган между тем под действием толкающего бруса продолжает двигаться в направлении уклона. При этом резко возрастает (< 0), что свидетельствует о перегрузке из-за захвата толщины стружки большей оптимальной. Вступает в действие контур компенсации (-), в результате (фиг. 2) рабочий орган выглубляется изменением угла резания на максимально-возможную величину. Оказывается в то время величина (-) полностью нескомпенсированной. Изменение угла резания дальше определенных пределов неэффективно, т. к. дает незначительное изменение глубины. Поэтому оно ограничивается концевыми выключателями, а дальнейшая компенсация (-) осуществляется изменением угла наклона толкающего бруса на данном участке копания. Выглубление рабочего органа изменением угла толкающего бруса программным контуром управления невозможно, поскольку в задаваемый закон изменения глубины не вводятся резкие изменения рельефа, которые имеют место при траншейной разработке грунта при переходе от уклонов к ровной поверхности и наоборот, при выходе из траншеи для транспортировки призмы грунта на отвал. Выглубление или заглубление рабочего органа при резких изменениях рельефа путем изменения угла наклона толкающего бруса осуществляется следующим образом (фиг.2, 3, 4). При компенсации возмущения (-) рабочий орган выглубляется изменением угла резания (фиг. 2, 3) занимает крайнее фиксированное положение 1 (фиг. 2,3). Рабочий орган 1 поворачивается относительно конца толкающего бруса 2 с помощью силового цилиндра 4, управляемого электрогидравлическим усилителем 9. Верхний конец рабочего органа 1, поворачивается при (-) против часовой стрелки (фиг. 5) замыкает концевой выключатель 7, движение рабочего органа ограничивается упором в кронштейне 8. Концевой выключатель 7 замыкается, при это с блока 18, с которым он соединен, поступает корректирующий сигнал в программный задающий блок 17. С блока 18 в задающий блок 17 поступает при замыкании концевого выключателя 7 сигнал коррекции закона изменения глубины копания, например U1K const. Алгебраическое суммирование близкого к оптимальному закона изменения глубины (фиг.9, кривая 2) и закона U1K const, задаваемого блоком 18 приводит к закону изменения 2'' на участке коррекции. Это означает, что на участке коррекции необходимо выглубляться, так как Uh2''< Uh2, причем делать это необходимо с помощью основного силового цилиндра 3 изменением угла толкающего бруса. Выглубление путем изменения угла наклона толкающего бруса будет происходить до тех пор, пока на выходе элемент сравнения 21 не появится сигнал (+). При наличии этого сигнала рабочий орган 1 начинает заглубляться, так как имеет недогрузку (+) но уже с изменением угла резания рабочего органа поворотом его по часовой стрелке. Это приводит к размыканию контакта концевого выключателя 7. Корректирующий сигнал с блока 18 не подается в блок 17 и далее программный блок продолжает реализовать заданную в нем программу (кривая 2, фиг.9) уже вне участка коррекции. Коррекция закона глубины копания может осуществляться в любое вpемя. Это зависит только от резкого перепада рельефа, либо резкого перепада плотности грунта. В случае фиг.4 управления рабочим органом следующее. При выходе агрегата по уклону на ровную поверхность имеет место недогрузка его по тяговому усилию (+). Рабочий орган начинает заглубляться изменением угла резания до тех пор, пока он своим верхним концом не замкнет концевой выключатель 6. После этого с блока 18 в программный задающий блок 17 подается сигнал U2K сonst. Суммирование закона оптимального изменения глубины копания с законом U2K сonst приводит к кривой 2' (фиг.9). При транспортировке кривая 2, (фиг.9) будет иметь другой характер. Изменение закона глубины по кривой 2' означает, что необходимо продолжать заглубление. Заглубление на участке коррекции (фиг.9) продолжается до тех пор, пока на выходе элемента сравнения 11 не появится сигнал (-). При наличии этого сигнала рабочий орган повернется против часовой стрелки, разомкнется концевой выключатель, коррекция управления рабочим органом прекратится, заглубление его по корректируемой программе также прекратится и управление будет осуществляться по заданной блоком 17 программе. Коррекция управления рабочим органом на различных участках копания при разработке траншей, связанных с резким изменением рельефа, позволит повысить эффективность системы управления и заменит известные устройства управления рабочим органом.
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ, содержащее основной контур программного управления глубины копания, включающий датчик угла наклона, установленный на толкающем брусе и подключенный к элементу сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и основной исполнительный элемент выглубления и заглубления рабочего органа, дополнительный контур управления по тяговому усилию, включающий датчик и задатчик тягового усилия, элемент сравнения, электрогидравлические усилительные элементы и дополнительный исполнительный элемент выглубления и заглубления рабочего органа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления и расширения функциональных возможностей устройства при траншейной разработке грунта, оно снабжено блоком приведения к равным начальным условиям, программным задающим блоком и блоком коррекции задания, а на толкающем брусе закреплен кронштейн с установленными на нем концевыми выключателями с возможностью взаимодействия с верхней частью рабочего органа, причем к входу блока приведения к равным начальным условиям подключен выход датчика угла наклона, а к выходу через программный задающий блок подключены вход элемента сравнения основного контура управления рабочим органом, который соединен другим входом с датчиком угла наклона толкающего бруса, к второму входу программного задающего блока подключен выход блока коррекции задания, к двум входам которого подключены конечные выключатели.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 23-2001
Извещение опубликовано: 20.08.2001
