Устройство стабилизации угла наклона рабочего органа планировочной машины

 

УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА НАКЛОНА РАБОЧЕГО ОРГАНА ПЛАНИРОВОЧНОЙ МАШИНЫ, содержащее датчик и задатчик угла наклона. ii Jr коммутирующий элемент, пороговые . элементы , источник напряжения смещения и исполнительные механизмы, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия , оно снабжено фильтром низких частот , при этом источник напряжения смещения выполнен в виде дифференцирующего усилителя, коммутирующий элемент - в виде сумматора, к первому входу которого подключен датчик уГла наклона непосредственно , а к второму - через последовательно соединенные фильтр низких частот и дифференцирующий усилитель, выход сумматора-соединен с первыми вхо .дами пороговых элементов,к вторым вхо .дам которых подключены выходы задатчика угла наклона, а выходы пороговых с € элементов подключены к соответствующим исполнительным механизмам. (Л О) ч ч

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(Ю Е 02 Р 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3733709/29-03 (22) 13.01.84 (46) 15.07.85..Бюл. №.26 (72) А. Ф. Бакалов, В, С. Щербаков, В, И. Голубев, Э. И Толстопятенко и Л. И. Шаталов (71) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожный институт. им. В. В. Куйбышева (53) 622.878 (088.8) (56) Скловский А. А. Автоматизация доровных машин. Рига : Авотс, L980, с. 358.

Авторское свидетельство СССР

¹ 663795, кл. Е 02 F 9/20, 1977. (54) (57) УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ

УГЛА НАКЛОНА РАБОЧЕГО ОРГАНА

ПЛАНИРОВОЧНОЙ МАШИНЫ, содерЖащее. датчик и задатчик угла наклона, „„с,11„„1167279 А коммутирующий элемент, пороговые элементы, источник напряжения смещения и исполнительные механизмы, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено фильтром низких частот, при этом источник напряжения смещения выполнен в виде дифференцирующего усилителя, коммутирующий элемент— в виде сумматора, к первому входу которого подключен датчик угла наклона непосредственно, а к второму — через после; довательно соединенные фильтр низких частот и дифференцирующий усилитель, выход сумматора-соединен с первыми вхо. дами пороговых элементов, к вторым входам которых подключены выходы задатчика угла наклона, а выходы пороговых д элементов подключены к соответствующим исполнительным механизмам.

1167279

Изобретение относится к планировочнь1м и землеройно-транспортным машинам н предназначено для автоматической стабилизации угла наклона рабочего органа планировочной машины . относительно гравитационной вертикали.

Цель изобретения — повышение производительности планировочной машины путем повышения быстродействия системы стабилизации угла наклона ее рабочего органа.

На фиг. I а изображены графики перемещения рабочего органа при работе базового объекта — системы стабилизации

«Профиль»; на фиг. 1 б — график перемещений рабочего органа при работе предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 — осциллограммы входных и выходных параметров функциональных узлов предлагаемой системы стабилизации, снятые при ступенчатом возмущающем воздействии; на фиг..4 — выполненный вариант принципиальной схемы предлагаемого устройства.

Устройство (фиг. 2) содержит датчик 1 углового положения рабочего органа, выход которого соединен через фильтр 2 высоких частот н дифференцирующий усилитель 3 с одним из входов сумматора 4 и непосредственно — с вторым входом сумматора 4. Выход последнего соединен с входами запоминающих пороговых . элементов 5 и 6. Вторые входы пороговых элементов соединены с выходом задатчи,ка 7 углового положения. Выходы пороговых элементов 5 и 6 соединены с входами электрогидравлических исполнительных приводов 8 и 9 соответственно подъема и опускания рабочего органа.

Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение датчика 1 углового положения рабочего органа, пропорциональное угловому положению рабочего органа, поступает на один из входов сумматора 4 и на вход фильтра 2 низких частот. Назначение фильтра — снизить напряжение высокочастотных помех, вызванных вибрацией корпуса датчика 1. С выхода фильтра 2 напряжение поступает на вход дифференцирующего усилителя 3, который выделяет напряжение пропорциональное производной сигнала датчика 1 углового положения. Это напряжение поступает на второй вход сумматора 4 и складывается с выходным напряжением датчика 1 углового положения.

Суммарное напряжение с выхода сумматора 4 поступает на входы пороговых элементов 5 и 6, на вторые входы которых подается напряжение, пропорциональное задаваемому углу наклона, с выхода задат30

55 чика 7. При превышении пороговой величины и в зависимости от знака рассогласования появляется напряжение на выходе одного из пороговых элементов 5 или 6, которое включает исполнительный электрогидравлический привод 8 или 9 соответственно на подъем или опускание рабочего органа.

На фиг. 3 — представлены осциллограммы выходных напряжений функциональных узлов, полученные при испытаниях опытного образца устройства при входном воздействии, близком к ступенчатому. Угол поворота корпуса датчика, т.е. входное воздействие, меняется согласно кривой 1.

Изменение выходного сигнала датчика углового положения происходит согласно кривой 2, из которой видно, что выходное напряжение датчика углового положения достигает. установившегося значения через

0,78 с после начала движения. Кривая 3 иллюстрирует изменение выходного напряжения на выходе фильтра низких частот, которое с незначительным ослаблением повторяет изменения выходного напряжения датчика углового положения рабочего органа. Кривая 4 представляет собой производную выходного напряжения датчика углового положения, прошедшего. фильтр низких частот. Максимального значения производная достигает во время быстрого нарастания входного сигнала (участок аб, кривая 4). Кривая 5 иллюстрирует изменение напряжения на выходе сумматора, ко торое складывается из выходного напряжения датчика углового положения и его производной. Масштабы кривых 2 и 5 одинаковы.

Как видно из фиг. 3, напряжение, про порциональное сумме выходного напряжения датчика углового положения и его производной, достигает уровня установившегося значения выходного напряжения датчика за 0,12 с (кривая 5). Если принять время запаздывания гидропривода равным 0,25 с, то суммарное время запаздывания для предлагаемого устройства, складывающееся из времени запаздывания датчика и гидропривода, не превысит 0,40 с.

Для известной системы стабилизации углового положения типа «Профиль - 10», где сигнал датчика углового положения не корректируется его производной, время запаздывания составит около I c.

Таким образом, быстродействие предлагаемой системы автоматической стабилизации. может быть увеличено более, чем в два раза в сравнении с известными системами.

Как видно из фиг. 3, сигнал производной перемещения (кривая 4) существует только во время действия возмущения, т. е. во время перемещения стабилизируемого ра1167279 бочего органа (кривая 4, участок б в).

Соответственно суммарный сигнал, пропорциональный ожидаемому установившемуся значению возмущения (кривая 5), существует в течение небольшого промежутка времени (участок б-г). Поэтому необходимо «запомнить» этот уровень сигнала для включения исполнительного электрогидравлического привода. Функция запоминания в выполненном варианте устройства возложена на пороговые элементы 5 и 6 (фиг. 2).

Поскольку постоянная времени исполнительного гидропривода может быть значительно большей, чем время существования возмущающего воздействия и соответственно суммарного сигнала, соответствую- ., щего ожидаемому установившемуся .значению возмущающего воздействия (фиг. 3, кривая 5, участок б-г), этот уровень сигнала должен быть зафиксирован до того момента, когда начнется движение рабочего органа в сторону отработки рассогласования. Запоминающий пороговый элемент оставит исполнительный гидропривод на отработку рассогласования до того момента, когда суммарный сигнал будет соответствовать ожидаемой остановке рабочего органа в центре зоны нечувствительности.

Таким образом, подача на вход порогового элемента не сигнала датчика углового положения, как выполнено в системе автоматической стабилизации «Профиль-10», а суммы сигналов датчика углового положе ния и производной этого сигнала позволяет в значительной степени скомпенсировать . инерционность датчика углового положения и повысить общее быстродействие системы . стабилизации. Повышение быстродействия позволяет увеличить скорость штока исполнительного гидроцилиндра без снижения устойчивости системы к автоколебаниям. Увеличение скорости штока исполнительного гидроцилиндра дает возможность увеличить поступательную скорость, а следовательно, и производительность автогрейдера в режиме автоматической планировки без снижения точности выдерживания заданного угла наклона.

На фиг. l б обозначены: 1 — 2 — 3 — 4 — 5 траектория рабочего органа в координатах время — угловое отклонение при работе предлагаемой системы стабилизации; Ч вЂ” запаздывание предлагаемой системы стабилизации.

Поскольку Ъ в 2 — 2,5 раза меньше, чем С, рабочий орган останавливается в границах зоны нечувствительности, хотя скорость отработки рассогласования соответствует той, при которой в системе

«Профиль — 10» возникают автоколебания, показанные на фиг. 1 а. При этом отклонение стабилизируемого угла от значения, задаваемого верхней границей зоны нечувствительности h P (участок траектории 2 — 3), значительно меньше, чем у системы «Профиль — 10», что повышает точность планировки.

На фиг. 4 представлен выполненный вариант принципиальной схемы предлагаемого устройства. В устройстве применен серийный датчик углового положения объекта типа ДКБ и электрогидравлический !

0 золотник ЗСУ-8. Сигнал с выхода датчика

ДКБ поступает на вход фильтра высоких частот, выполненного на микросхемах МС 1 и МС 2, и на. вход сумматора, выполненного на микросхеме МС 4. Дифференцирую15 щий усилитель выполнен на микросхеме

МС 3, а запоминающий пороговый элемент- на микросхемах МС 7 и 8 по схеме усилителя с положительной обратной связью, на инвертирующий вход которого поступает сигнал задатчика, а на неинвертирующий— с выхода сумматора. Сигнал с выхода запоминающего порогового элемента, выполненного на микросхемах МС 7 н 8, поступает на вход исполнительного электро идравлического привокза с золотником ЗСУ вЂ” 8.

25 С целью упрощения на принципиальной схеме не показан датчик наклона ДКБ и электронные усилители электрогидравлического привода, не составляющие новизны предлагаемого устройства . и выполненные по обычным схемам.

55

Выполнение источника напряжения смещения в виде дифференцирующего усилителя позволяет использовать для смещения границы зоны нечувствительности напряжение, пропорциональное производной сигнала датчика наклона рабочего органа, что дает возможность учитывать скорость изменения стабилизируемого угла, т. е. учитывать тенденции развития процесса, При этом значительно повышается быстро- действие следящей системы, что обеспечивает возможность повышения скорости исполнительного гидропривода и рабочей скорости планировщика.

Замена коммутирующего элемента сумматора позволяет постоянно получать на входе порогового элемента, вход которого связан с выходом сумматора, сумму сигналов датчика наклона и его производной.

Известный . коммутирующий элемент с механическими контактами обладает значительной инерционностью, что не позволяет реализовать преимущества быстродействующей следящей системы.

Фильтр низких частот, включенный между выходом датчика наклона,и дифференцирующим усилителем, снижает уровень высокочастотных помех, обусловленHblx вибрацией и ударами стабилизируемого рабочего органа, иначе они будут усилены а

ll67279 d

Фо уровйй полезного сйгнала, Что приведет к ложным срабатываниям системы, ГГороговые элементы, включенные на выходе сумматора, выполнены запоминаюшщни, так как сигнал производной с выхода дифференцирующего усилителя меняет знак и величину после включения привода. Ес. ли пороговый элемент не будет обладать функцией запоминания, это приведет к необоснованному выключению исполнительного привода.

1I67279

1tБ А5

Составитель И. Фурман

Редактор М. Петрова Техред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ 4395/31 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035. Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная. 4