Устройство управления рабочим органом землеройно- транспортной машины

 

Изобретение относится к строительно-дорожному машиностроению и . позволяет повысить производительность землеройно-транспортной машины. Устрво 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 гравитациониой 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (1) 4 Е 02 Е 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3910901/29-03 (22) 19.04.85 (46) 07.10.87, Бюл. 1(37 (71) Московское научно-производственное объединение по строительному и дорожному машиностроению (72) Е.С.Корженков, П.В.Сасс-Тисовский, Э.И.Толстопятенко, И.Н.Елисеенко и Л.И,Шаталов (53) 621.878(088.8) (56) Патент СССР 1(- 940651, кл. Е 02 F 9/20, 1977. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ

ОРГАНОМ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНОЙ МА—

ШИНЫ (57) Изобретение относится к строительно-дорожному машиностроению и позволяет повысить производительность землеройно-транспортной машины. Устрво 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, В 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 PO 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 ll сравнения и коммутации и управляют рабо- а той подключенного к входу блока 11 эадатчика 10 положения РО, Блок ll обеспечивает управление контуром стабилизации и вычисления рассогласова- С ния по положению PO относительно гравитационной вертикали. Сигнал od угловом положении PO поступает на блок

11 с блока 2 вычисления положения РО, соединенного с Д l положения машины и PO. Выходной сигнал с блока 11 через блок 1? управления поступает на исполнительный механизм 13 перемещения РО, 9 ил, 1342981

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

Целью изобретения является повышение производительности.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства автоматического управления рабочим органом машины; на фиг.2функциональная схема блока вычисления и сравнения нагрузки двигателя; на фиг.3 — функциональная схема блока вычисления и сравнения буксования машины; на фиг;4 — функциональная схема блока выбора режима работы; на фиг.5 — функциональная схема задатчика положения рабочего органа;на фиг.6— временные диаграммы процесса автоматической настройки и фиксации задаваемого положения рабочего органа; на фиг.7 — схема вычисления положения рабочего органа; на фиг.8 — схема блока коммутации; на фиг.9 — схемы 25 блока формирования эоны нечувствительности и блока усиления.

Устройство автоматического управления содержит датчики 1 положения машины и рабочего органа, блок 2 вы- 3р числения 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 буксо35 вания, эадатчик 8 буксования, блок 9 выбора режима работы, задатчик 10 положения рабочего органа, блок 11 сравнения и коммутации, блок 12 управления подъемом и опусканием рабочего органа и исполнительный механизм 13.

Датчик 1 положения машины измеряет ее наклон относительно гравитационной 46 вертикали и вырабатывает аналоговый электрический сигнал, который подается на вход блока 2 вычисления положенйя рабочего органа. Датчик положения машины представляет собой угловой датчик маятникового типа, установленный в центре тяжести ее корпуса. Датчик положения рабочего органа (PO) измеряет ход штока гидроцилиндра, т. е. положение PO относительно машины, и вырабатывает аналоговый электрический сигнал, который подается на другой вход блока 2, Датчик положения рабочего органа представляет собой

2 2 1

1,+1-х (†††††††)

2 1,1

9, (х) _#_ Сов где х суммарное значение хода штока и длины гидроцилиндра; 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.

9,(x) 12

На вход считывания ПЗУ 21 подается через инвертор 18 импульс с генератора 14. Считывание из ПЗУ 21 происмногооборотный потенциометр, механически связанный с. концом штока гидроцилиндра, который крепится к рабочему органу.

Блок 2 вычисления положения рабочего органа (РО) вычисляет угловое положение PO 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, цифроаналогового преобразователя ЦАП 17, инвертора 18, входного регистра 19 памяти, элементы 20 вычитания, постоянного запоминающего устройства

ПЗУ 21, элемента ?2 сложения.

Сигнал с выхода датчика хода штока гидроцилиндра подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15. АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в двоичный код, который 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 сигнал регистра 19 поступает на информационный вход постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 21. В ПЗУ 21 занесена (путем прожигания) таблица функции

134298 ходит по положительному фронту, а так как импульс проинвертирован, то считывание иэ ПЗУ пройдет через время, равное длительности импульса после записи информации в регистр 19. Выходной сигнал ПЗУ 21 (двоичный код величины 8, ) поступает на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП)

17, где преобразуется в аналоговый сигнал. С выхода ЦАП 17 аналоговый 10 сигнал поступает на элемент 20 вычитания, на другой вход крторого подается постоянное напряжение уставки (8p — угол начального положения рабочего органа относительно гориэон- 15 тальной оси машины) с источника !6.

Выходной сигнал элемента вычитания (8, — 8, ) подается на элемент 22 сложения, другой вход которого подключен к выходу датчика угла наклона машины ы, относительно гравитационной вертикали. В результате на выходе блока

2 получается аналоговый сигнал углового положения рабочего органа относительно гравитационной вертикали Я5 о 8<

Датчик 3 числа оборотов двигателя измеряет число оборотов, линейно связанное с угловой скоростью вала двигателя машины и вырабатывает аналого- 30 вый 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- 4р нал оборотов двигателя, поступающий с датчика 3 числа оборотов, сравнивает его с напряжением задатчика 5, при этом на выходах блока 4 вырабатываются релейные команды на подъем, опус- 45 канне и нейтраль рабочего органа, поступающие на входы блока 9 выбора режима работы. Блок 4 состоит нэ корректора 23 и сравнивающего устройства (нуль-органа) 24, 50

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 (x,, х ) на выходе.

1 4

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 вырабатывает 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, логарифмических усилителей 29 и 30, корректирующего звена 31 и компаратора 32, 1

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 сигнал я теоретической скорости Ч = — (где т к

К вЂ” коэффициент деления делителя, Ч вЂ” 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 (Ч вЂ” Ч ), который подается на другой логарифмический усилитель 30.

Логарифмические усилители соответственно вычисляют сигналы 1о8 Ч (усилитель 29) и 1оВ (Ч вЂ” Ч ) (усилитель 30), Выходные сигналы усилителей 29 и 30 подаются на входы друго1342981 го элемента 28 вычитания, где вычисляется величина логарифма коэффициента буксования S

8 = 1о8 (Ч - V ) - log VT .

Сигнал 3 с выхода элемента 28 вычитания подается на вход корректора

31, принцип действия которого полностью аналогичен принципу действия корректора 23 в блоке 4. Выходной сигнал 10 корректора подается на вход компаратора 32, где сравнивается с напряжением задатчика 8 буксования, подаваемым на другой вход компаратора 32.

Выходной релейный сигнал компаратора 15

32 (Y) подается на вход блока 9 выбора режима работы, Задатчик 8 буксования предназначен для задания логарифма коэффициен-та буксования и вырабатывает электри- 20 ческий сигнал постоянного напряжения, который подается на вход блока 7 вычисления и сравнения буксования.

Блок 9 выбора режима работы путем логических преобразований выходных

25 сигналов (х, и х ) блока 4 вычисления и сравнения нагрузки двигателя и выходного сигнала (Y) блока 7 вычисления и сравнения буксования, формирует команды подъема и опускания (z 30 и г ) PO поступающие на входы блока л

11 сравнения и коммутации, Эти команды управляют режимом работы задатчика

10 положения РО, Релейный сигнал х (команда "Подьем-нейтраль" PO) с блока 4 поступает на вход элемента ИЛИ 33, на другой вход которого поступает репейный сигнал Y (команда "Подъем-нейтраль" PO).

На выходе элемента 33 формируется сигнал г, = х,VY. Кроме того, сигнал

У» проходя через инвертор 34, попадает иа элемент И 35, на другой вход которого поступает релейный сигнал с другого выхода блока 4 х (команда 45

"Опускание-нейтральь PO).Íà выходе элемента И 35 получается сигнал z

= х У.. При этом в момент включения системы запускается одновибратор 36, на выходе которого формируется одиноч-50

N импульс S. Сигнал S поступает

1на 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 г, . На выходе элемента И 39 формируется сигнал

z, = Sz< (команда "Подъем-нейтраль"

РО) и сигнал z (команда "Опусканиенейтраль" PO), Задатчик 10 положения PO на один из входов которого поступает сигнал положения рабочего органа 9 с блока

2, а на два других поступают команды л %

z, и z, служит для задания положения рабочего органа соответствующего номинальным оборотам двигателя и допустимому буксованию в контуре стабилизации положения PO (датчики 1, блоки

2, ll 12, исполнительный механизм

13). Выход 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. л л

Сигналы z, и z с блока 9 поступают на входы элемента ИЛИ 40, на выходе которого формируется сигнал управления режимом динамического элемента 41 памяти, подаваемый на его л вход (А = г,Vz ), На другой вход элемента 41 памяти подается сигнал положения Р6 блока 2. Если логический сигнал А = 1 (соответствует отключению контура стабилизации положения

PO), то элемент 41 находится в режиме записи и сигнал на его выходе повторяет сигнал О с блока 2, но в этом случае он не .влияет на работу системы, так как контур стабилизации положения PO разомкнут. Если А = О, то элемент 41 памяти находится в режиме хранения (контур стабилизации при этом включается), à его выходной сигнал постоянен и равен сигналу 85 » который был на выходе элемента 41 в момент переключения из А=l в А=О. Постоянное напряжение подается в контур стабилизации (на вход .блока 11), который находится во включенном состоянии»

Блок 11 сравнения и коммутации служит для обеспечения управления контуром стабилизации и вычисления рассогласования по положению РО.

На входы блока 11 поступают команды z, и г с блока 9, которые отключают контур стабилизации на подъем (z, ) и опускание (г ). .На два оставшихся входа поступают аналоговые сигналы с блоков 2 (8 ) и 10 (8 ц ).

Блок ll формирует на своем выходе ли134298 бо аналоговый сигнал рассогдасования по положении Ь8 = 8B — 8, либо релейный сигнал + Ь 8 . Выходной

6 маис сигнал блока ll подается на вход пос» ледовательно соединенных блоков 12 управления подъемом и опусканием PO.

Блок 11 сравнения и коммутации состоит иэ источника 42 уставки максимального положительного напряжения (она обусловливает подъем рабочего 10 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 (8 ) и с блока

2 (8 ) поступают на элемент 43 вычитания, который вычисляет рассогласование Ь 8 = 8 — 8 . Выходной ана- 20 логовый сигнал элемента 43 поступает на вход ключа 45, на другой вход которого поступает сигнал с источника уставки максимального положительного напряжения +Ь8, а на оставшийся

B макс

Т вход поступает релейный сигнал г, Если г, = 1, то на выходе ключа 45

4 присутствует сигнал +Ь8 м „,. Если

z", = О, то на выходе ключа 45 присутствует сигнал d8>.

Сигнал с выхода ключа 45 поступает на вход ключа 46, на другой вход которого подается сигнал — Ь 8 „ источника 44 уставки максимального отрицательного напряжения, а на остав- 35 шийся 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 управле- 40 ния подъемом и опусканием рабочего органа (РО).

Блоками управления подъемом и опусканием органа являются блок 47 формирования зоны нечувстВительности 45 и блок 48 усиления.

Блок 47 формирования зоны нечувствительности искусственно создает зону нечувствительности по мальи значениям уровня сигнала ь8» поступаю- 50 щего на вход с выхода блока 11. Выходной сигнал блока 47 поступает на усилительный блок 48.

Блок 47 состоит иэ нуль-органа 49, элемента KIH 50 и ключа 51. 55

Сигнал d8 с блока 11 поступает на вход ключа 51 и вход нуль-органа

49, другой вход которого соединен с шиной нулевого потенциала.

1 8

Если уровень сигнала B 8B Не ïðåвышает зону нечувствительности нульоргана 49, то на его выходах отсутствуют репейные 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 d 8 с блока 11 и на выходе блока 47 сигнал отсутствует. При уровнях сигнала, превышающих зону нечувствительности нуль-органа 49, блок 47 пропускает сигнал Ь 86 с блока 11 без изменения.

Блок 48 усиления усиливает сигнал

Ь 8 >, поступающий на его вход с блока

47, с заданным коэффициентом К„. Вы-. ходной сигнал с блока 48 постуйает на исполнительный механизм 13, Исполнительный механизм 13 преобразует входной электрический сигнал

Ь 8 с блока 48 в механическое перемещение рабочего органа.

Устройство работает в трех основных режимах.

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

ЬН 6N

N + — > N N о 2 2

SS, где N и К вЂ” текущее и номинальное заданное числа оборотов двигателя;

S u So — текущий и заданный предельный коэффициенты буксования;

dN — ширина зоны нечувствительности по оборотам двигателя.

В этом случае команды на выходах блока 7 вычисления и сравнения буксования и блока 4 вычисления н сравнения нагрузки двигателя отсутствуют, т.е. х10,х=О,У=О °

На выходах блока 9 выбора режима работы при Этом команды также отсутствуют, т.е. г, -Ое г, -О.

Задатчик 10 положения рабочего органа находится в режиме хранения.

9 134298

Во втором и третьем режимах контур стабилизации положения рабочего органа разомкнут и управление рабочим органом идет по командам блока

4 б выбора режима работы к, и к

Во втором режиме происходит стабилизация оборотов двигателя. ьй

При этом если N N, + —, то и устройство осуществляет заглубление 10

rN рабочего органа., если N a No —-% то х,= 1, х = О, у = О, z, = 1, z = О и устройство осуществляет выглубление рабочего органа, f5

В третьем режиме происходит управление по буксованию. При этом, если

8 5, + ц, где Π— гистерезис по буксованию то при y = 1 независимо от

+ % х, и х будет х", = 1, zz = 0 и уст- 20 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 производительности устройство позволяет снизить требования к квалификации машиниста за счет устранения ручной настройки 30 задатчика положения рабочего органа.

l0 гана, выход которого подключен ко второму входу элемента вычитания блоФормула изобретения

Устройство управления рабочим ор- 35 ганом земперойно-транспортной машины, содержащее датчик числа оборотов и задатчик нагрузки двигателя, подключенные к входам блока вычисления и сравнения нагрузки двигателя, эадат- 40 чик положения рабочего органа, блок управления подъемом и опусканием рабочего органа, подключенный к исполнительному механизму, блок сравнения, и коммутации, содержащий элемент вы- 45 читания, соединенный с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с источником установки максимального положительного напряжения, датчики положения машины и рабочего 50 органа, подключенные к входам блока вычисления положения рабочего органа, выход которого подключен к первому входу элемента вычитания, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью 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 задатчику 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

HE 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 ИЛИ 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 полохения 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 положения рабдчим органом подключен к информационному входу элемента памяти задатчика положения рабочего орка сравнения и коммутации.

1342981

1342981

Фиг.5

Ж+ — п

1 1) т.А

7: C

Фи@6

134298) Фиа 8

Составитель И.Наэаркина

Техред Л. Олийнык Корректор М Лоно

Редактор Г.Ролхова

Заказ 46l0/28

Тираж 606 Подписное

ВНИИПИ Государственного коинтета СССР по делам изобретений и открытий

I)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4