Способ управления ковшом скрепера и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам циклического действия и позволяет автоматически управлять ковшом скрепера. Целью изобретения является повышение производительности работы путем определения оптимальной величины заглубления ковша в однородном грунте. Для этого перед началом первого цикла копания при помощи задатчика 32 угла поворота тяговой рамы назначают величину φ<SB POS="POST">O</SB> начального заглубления ковша 2. Код φ<SB POS="POST">O</SB> через шинный формирователь 32 и регистр 10 поступает на вход элемента сравнения (ЭС) 9. На другой вход ЭС 9 поступает код от АЦП 8, соответствующий сигналу датчика (Д) 7 начального заглубления. В процессе копания грунта измеряют действительную скорость скрепера с помощью Д 5 скорости движения, установленного на тягаче 1. Код измеренной скорости сравнивают в элементах сравнения 14 и 15 с задатчиками 16 и 17 пределов скорости. По результату сравнения кодов управляют электрогидрораспределителем 4, который посредством гидроцилиндров 3 вертикального перемещения ковша выглубляет (заглубляет) ковш скрепера. Контроль за наполнением ковша ведут с помощью дополнительно установленного Д 6 уровня грунта. В процессе каждого цикла копания его выходной код через блок 20 элементов И в ЭС 21 сравнивается с кодом задатчика 22 минимального расстояния от излучателя до поверхности грунта в ковше. Одновременно ведут контроль времени наполнения ковша счетчиком 30, на который поступают импульсы от генератора 29 через элемент И 27. Управление работой устройства по заданным условиям осуществляют вычислителем 25. Кроме того, схема устройства содержит четыре триггера 11,12,18 и 23, два элемента задержки 24,28, одновибратор 26, два переключателя 13 и 33, элемент ИЛИ 19. По минимальному времени заполнения ковша выбирается оптимальный угол начального заглубления. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (g)) g Е 02 F 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР. (21) 4304984/29-03 (22) 30.06.87 (46) 23.07.89. Бил.Р 27 (71) Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Н.Тарасов, И.В.Степанов и В.И.Захаров (53) 621.878.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1263775, кл. Е 02 1 9/22, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1283313, кл. Е 02 Е 9/20, 1985.

2 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕИИЯ КОВШОМ СКРЕПЕРА И УСТРОЙСТВО Д1Я ЕГО ОСУШЕСТВЛЕИИЯ (57) Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам циклического действия и позволяет автоматически управлять ковшом скрепера.

Целью изобретения является повышение производительности работы г утем определения оптимальной величины заглубления ковша в однородном грунте. Для этого перед началом первого

3 149 цикла копания пр и помощи задатчика

32 угла поворота тяговой рамы назначают величину С начального заглубления ковша 2. Код (через шинный формирователь 32 и регистр 10 посту-. пает на вход элемента сравнения (ЭС)

9. На другой вход ЭС 9 поступает код от АЦП 8, соответствующий сигналу датчика (Д) 7 начального заглубления.

В процессе копания грунта измеряют действительную скорость скрепера с помощью Д 5 скорости движения, установленного на тягаче 1. Код измеренной скорости сравнивают в элементах сравнения 14 и 15 с задатчиками 16 и

l7 пределов скорости. По результату сравнения кодов управляют электрогидрораспределителем 4, который посредством гидроцилиндров 3 вертикального перемещения ковша выглубляет (заглубляет) ковш скрепера. Контроль за наполнением ковша ведут с помощью

5417

20 дополнительно установленного Д 6 уровня грунта, В процессе каждого цикла копания его выходной код через блок 20 элементов И в ЭС 21 сравнивается с кодом задатчика 22 минимального расстояния от излучателя до поверхности грунта в ковше. Одновременно ведут контроль времени наполнения ковша счетчиком 30, на который поступают импульсы от генератора 29 через элемент И 27, Управление работой устройства по заданным условиям осуществляют вычислителем 25. Кроме того, схема устройства содержит четыре триггера 11, 12, 18 и 23, два элемента задержки 24, 28, одновиб1 ратор 26, два переключателя 13 и 33, элемент ИЛИ 19, По минимальному времени заполнения ковша выбирается оптимальный угол начального заглубления. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам циклического действия, а именно к скреперам. 30

Цель изобретения — повышение производительности работы путем определения оптимальной величины заглубления ковша в однородном грунте.

На фиг.l показан процесс копания грунта с выключенным гидромеханизмом ковша после осуществления начального заглубления на величину Ья„ на фиг.2 — процесс самозаглубления ковша при копании; на фиг.3 — процесс ко- 40 пания грунта с постоянной толщиной стружки h „, после окончания самозаглубления; на фиг.4 — функциональная схема устройства управления ковшом скрепера; на фиг.5 — алгоритм ра- 45 боты вычислителя.

Тягач 1 имеет тяговую раму, шарнирно соединенную с ковшом 2 и гидроцилиндрами 3 вертикального перемещения ковша.

Устройство управления ковшом скрепера содержит электрогидрораспределитель 4, который гидролиниями соединен с гидроцилиндрами вертикального перемещения ковша, датчик 5 скорости движения, датчик 6 уровня грунта, датчик 7 начального заглубления (потенциометрический датчик угла поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша), аналого-цифровой преобразователь 8, элемент 9 сравнения, регистр 10 — задатчик начального угла поворота тяговой рамы относительно ковша, триггеры 11 и 12, переключатель 13, элементы 14 и 15 сравнения, задатчик 16 нижнего предела регулирования скорости и задатчик 17 скорости, при которой выключается золотник электрогидрораспреде. лителя, триггер 18, элемент ИЛИ 19, блок 20 элементов И, элементы 21 сравнения, задатчик 22 минимального расстояния от излучателя до поверхности грунта в ковше, триггер 23, линия 24 задержки, вычислитель 25, одновибратор 26, элемент И 27, линия. 28 задержки, генератор 29 им— пульсов, счетчик 30, шинный формирователь 31, задатчик 32 угла поворота тяговой рамы, переключатель 33, элемент НЕ 34, концевой выключатель

35.

Процесс управления ковшом скрепера записывается условиями

Чн.н Чо ° " - "вкпб °

Н-Н„„„))0; если (-С „,» О, то х = х „„,; (2) l4 если

Vg Vìèí O To x х в„„1 (3) если („=(ф 4 1. q (6) если и „, ° - t: „(,„ъО, то если макс((ми с(+ 1 ,йО то д(У= О; (8) (9) ((н.опт ЧН, если

i2 макс (1 макс(+<) дскб =-д, (о) действительная скорость движения скрепера; минимальное значение скорости движения; значение скорости, при,которой происходит выключение золотника распределителя; угол поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша, соответствующий начальным заглублениям в различных циклах заполнения ковша скрепера; угол поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша, соответствующий назначаемому начальному заглублению; текущее значение поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша; приращение угла поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша, служащее для изменения начального заглубления в- разных циклах заполнения ковша скрепера; оптимальное значение угла поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша; текущее и минимальное расстояние от излучателя до поверхности грунта в ковше; сигнал управления золотни- ком распределителя ковша; где V

Ф .МИН

Sb(t

Ф Q(fе (н. опт нмин

Чвык О, то х = -хвкл (4) если

95417 6 вкл х — сигналы включения и выклювы кл чения золотника распредели-теля ковша при выглублении, заглублении;

Cðàêñ (i ) — время заполнения ковша скрепера;

i — циклы заполнения.

Управление ковшом скрепера по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Перед началом первого цикла копания в соответствии с конкретными грунтовыми условиями оператор назначает величину начального заглубления ковша через угол поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша („ = ц>, что Соответв ствует перемещению штока гидроцилин2О дРа ковша S ы,„, = S ц,о ,Палее осуществляется включение гидромеханизма на эаглубление при помощи оператора х = х „„. Одновременно включается датчик времени копания грунта и датчик определения уровня грунта в ковше.

После заглубления ковша скрепера на начальную величину h в точке А при срабатывании условия (2) выключают гидромеханиэм и прекращают заглубление ковша. При выключенном гидромеханиэме продолжается движение скрепера, стружка, вырезаемая ножом, заполняет ковш скрепера.

Этот цикл копания заканчива тся при подходе задних колес к уступу, об« раэованному ножом в точке А. При опускании задних колес в уступ, образованный ножом, происходит дополни4О тельное увеличение толщины вырезаемой стружки Ь и после опускания задних колес на следующий уступ начинается вырезание стружки постоянной толщины h eaac.

По мере заполнения ковша возраста ют силы сопротивления и снижается скорость движения ñêðeïåðà. Когда скорость движения V уменьшается до минимального значения V, в соответствии с условием (3) осуществляют включение гидромеханизма на выглубление ковша. После восстановле» ния скорости движ ния до заданного значения Ч вв(„ в соответствии с условием (4) осуществляют выключение гидромеханиэма и прекращают процесс выглубления. Процесс заполнения ковша заканчивают при выполнении условия (5). В этот момент одновве-, 1495417 менно осуществляют запоминание первого заполнения ковша t = tА„ „,,1. После этого осуществляют транспортирование грунта к месту выгрузки и воз5 вращение скрепера в забой для выполнения второго процесса копания.

Перед началом второго цикла копания изменяют начальное заглубление путем изменения угла поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша (т.е. путем изменения перемещения штоков гидроцилиндров 3 на величину Б) по условию (6) на величину б Ц>, Второе запопнение ковша выполня- 15 ют в рассмотренной последовательности, в результате которого определяют время заполнения

Перед осуществлением третьего цикла заполнения ковша анализируют полу" 20 ченные результаты. Если удовлетворяется .условие (7), то перед осуществ" лением следующего набора ковша снова изменяют величину угла поворота шарнира тяговой относительно ковша по 25 условию (6) в том же направлении и повторяют рассмотренные циклы до срабатывания условия (8), которое соответствует оптимальному значению угла поворота шарнира тяговой рамы 30 относительно ковша, т.е. перемещению штоков, по условию (9) в однородных грунтовых условиях. Если перед осуществлением третьего заполнения ковша выполнялось условие (10) алгоритма, то принимают gq = -hg, что означает необходимость осуществления поиска оптимальной величины начального заглубления в другом направлении, .в зоне меньших значений угла поворота 40 тяговой, рамы относительно ковша.

Работа устройства управления ковшом скрепера осуществляется следующим образом.

Перед началом первого цикла копа- 45 ния, когда ковш скрепера находится в транспортном положении в соответствии с конкретными грунтовыми условиями, назначают величину начального заглубления ковша путем задания

50 при помощи задатчика 32 начального угла поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша Ч . При кратковременном замыкании контактов переключателя 33 сигнал логическогц О . поступает на вход логического элемен-, та НЕ 34 и на вход управления выдачей информации шинного формирователя 31. По этому сигналу параллельный код с выхода задатчика 32 через шинный формирователь 31 поступает на входы двухнаправленного порта вычислит ля .однокристалльной микроЭВМ. В соответствии с алгоритмом работы микроЭВМ (фиг.5) по сигналу с выхода логического элемента HE 34, поступающего на один из входов порта Р2, осуществляется запись кода начального угла с, в двухнаправленный порт PO. Затеи при кратковременном замыкании контактов переключателя 13 RS-триггеры 11 и 1 2 устанавливаются в состояние логической 1. Сигнал с выхода RS-триггера

1i включает злектрогидрораспределитель, I

4 на загпубление режущей кромки ковша

I скрепера x = хе„„ в соответствии с условием (1). Сигнал с выхода RSтриггера 12 через одновибратор 26 поступает на вход разрешения записи буферного регистра IO, По этому сиг-. налу код начального угла (из порта

Р0 микроЭВМ через шинный формирователь 31 заносится в буферный регистр

1.0. Одновременно сигнал с выхода

RS-триггера 12 при помощи логическогс элемента И 27 соединяет выход генератора 29 с счетным входом счетчика

30 (датчик времени копания) и при помощи блока 20 элементов И выход датчика 6 уровня грунта с первым входом элемента 21 сравнения. При опускании ковша скрепера происходит изменение угла поворота (. Сигнал с выхода датчика 7 начального заглубления, преобразованный аналогоцифровым преобразователем 8 в код, поступает на первый вход элемента 9 сравнения. На второй вход элемента сравнения поступает код с выхода буферного регистра 10, определяющий величину начального заглубления режущей кромки ковша. После заглубления режущей кромки ковша скрепера на начальную величину (фиг.l) на выходе элемента 9 сравнения в соответствии с условием (2) алгоритма появляется

Ъ сигнал, который устанавливает

RS-триггер ll в состояние логического

О. Этим сигналом электрогидрораспре," делитель 4 выключается. С этого момента процесс копания происходит при выключенном гидромеханизме. По мере. заполнения ковша скрепера возрастают силы сопротивления и снижается скорость движения скрепера. Сигнал с вы-. хода датчика 5 скорости движения по..- ступает на первые входы элементов.

14954!7

1О

14 и 15 сравнения вторые входы кото-! рых связаны с выходами задатчиков

l6 и 17 минимальной скорости движения

V и скорости движения V при которой происходит выключение золотника электрогидрораспределителя 4.

Когда скорость движения V уменьшается до минимального значения V в соответствии с условием (3) на выходе элемента 14 сравнения появляется сигнал, который устанавливает

RS-триггер 18 в состояни логической

1. Этим сигналом осуществляется включение электрогидрораспределителя

4 на выглубление ковша скрепера. После восстановления скорости движения

V до значения V k в соответствии с условием (4) на выходе элемента сравнения 15 появится сигнал, который 20 устанавливает RS-триггер 18 в состояние логического О. По этому сигналу электрогидрораспределитель 4 выключается, и выглубление ковша прекращается. Далее копание происходит при 25 выключенном гидромеханизме. При заполнении ковша грунтом текущее значение расстояния из излучателя до уровня грунта в ковше Н с выхода датчика б уровня грунта, поступающее 30 на первый вход элемента сравнения

21, сравнивается с заданным расстоянием Н и„, поступающего с выхода задатчика 22 на второй вход элемента 21 сравнения. При выполнении ус- 35 ловия (5) на выходе элемента 21 сравнения формируется сигнал, который устанавливает RS-триггер 23 в состояние логической 1. Сигнал с выхода

RS-триггера 23, проходя через логи- 40 ческий элемент ИЛИ 19 включает электрогидрораспределитель 4 на выглубление ковша. Одновременно сигнал с выхода элемента 2! сравнения поступает на входной порт Р2 микроЭВМ, 45 по которому осуществляется запись в порт PI микроЭВМ кода времени копаниЯ tray () (HT ° 5) и на вхоД тРиггера 12, который устанавливается в состояние логического 0 и через линию 24 задержки, осуществляющую фиксированную временную задержку, на вход R счетчика 30. Когда ковш займет транспортное положение, замыкаются контакты концевого выключателя 35.

Сигнал логического 0 поступает на вход RS-триггера 23, устанавливая его в состояние логического О. Этим

L сигналом выключает гидромеханизм.

% соответствии с алгоритмом раб1ты микроЭВМ (фиг.5) осуществляется запоминание времени заполнения ковша — t>a c. .1 в соответСтвии с условием (5), Затем в соответствии с ус"ловием (6) осуществляется занесение в порт PO нового значения угла поворота Ц я, . После транспортирования, разгрузки, возвращения скрепера в забой заполнение ковша выполняется в рассмотренной последовательности, в результате которого в порт Р1 записывается время копания и

= t М.с (2) ПЕРЕД Oc eCTazremt третьего цикла копания (фиг.5) анализируются полученные результаты.

Если выполняется условие (7), то перед осуществлением следующего набора ковша снова изменяется величина угла поворота („; по выражению (6) в том же направлении и повторяют рассмотренные циклы до срабатывания условия (8), которое соответствует оптнмальному углу поворота („ „п1 по выражению (9) в соответствующих грунтовых условиях, Если

1 перед выполнением третьего копания выполнялось услови (1 О), то принимают Ь(= - Ь((фиг.5), что означает необходимость поиска оптимальной величины начального заглубления в другом направлении,в зоне меньших значений поворота угла тяговой рамы относительно ковша.

Далее процесс поиска оптимальной величины начального заглубления производится в рассмотренной последовательности.

Формула изобретения

1. Способ управления ковшом скре пера, основанный на заполнении ковша грунтом в процессе каждого цикла копания, в каждом из которых измеряют действительную скорость движения скрепера, сравнивают ее с заданными верхними и нижними пределами скорости, по величине рассогласования осуществляют эаглубление и выглубление ковша, отличающийся тем, что, с целью повышения произво дительности работы путем определения оптимальной величины заглубления ковша при однородном грунте, в каждом цикле копания измеряют время заполнения ковша, сравнивают это время с временем заполнения ковша в пре1495417 дыдущем цикле и изменяют начальное заглубление на величину, соответствующую меньшему времени заполнения ковша.

2. Устройство для управления ковшом скрепера, содержащее датчик начального заглубления ковша, датчик скорости движения скрепера, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены с первым и вторым входами первого триггера, .первый и второй задатчики регулирования скорости, выходы которых соединены с вторыми входами, первого и второго блоков сравнения, элементы ИЛИ и И, второй, третий и четвертый триггеры, одновибратор, счетчик, электрогидрораспределитель, о т л и— ч а.ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности работы путем определения оптимальной величины заглубления ковша в однородном грунте, в устройство введены две линии задержки, третий и четвертый блоки сравнения, элемент НЕ, два переключателя, концевой выключатель, аналого-цифровой преобразователь, блок элементов И, задатчик минимального расстояния от излучателя до поверхности грунта в ковше, генератор импульсов, регистр, шинный формирователь, вычислитель, датчик уровня грунта и задатчик угла поворота тяговой рамы, выход которого соединен с первым входом шинного формирователя, выход которого соеди нен с первым входом регистра, выход которого соединен с первым входом третьего блока сравнения, выход которого соединен с первым входом второго триггера, выход которого соединен с первым. входом электрогидрораспределителя, выход первого переключателя соединен с первым входом третьего триггера, выход которого соединен. с первым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом электрогидрораспределителя, выход датчика уровня грунта соединен с одними входами блока элементов И, выход которого соединен с первым входом четвертого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера, первым входом вычислителя, первым входом четвертого

15 триггера и через первую линию задержки - с первым входом счетчика, выход которого соединен с вторым входом вычислителя, выход которого соединен с вторым входом шинного формирова20 теля, выход концевого выключателя соединен с третьим входом шинного формирователя и через элемент НЕ - с третьим входом вычислителя, выход второго переключателя соединен с

25 вторым входом второго триггера и вторым входом четвертого триггера, выход которого соединен с входом одновибратора, первым входом элемента

И и через второй элемент задержки30 с другими входами блока элемента И, выход генератора импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с вторым входом счетчика, выход одновибратора соединен с вторым входом регистра, выход первого триггера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход датчика начального заглубления с входом аналого-цифрового преобразователя, вы40 ход которого соединен с вторым входом третьего блока сравнения, выход задатчика минимального расстояния от излучателя до поверхности грунта B ковше соединен с вторым входом чет

45 вертого блока сравнения.! 95417

Фиг.1

1495417 начение — /лад си нам нию ооода га угла, - 3ходцгля ф окончание колония окод 8 ак

p lммд ание 8рел ени Чади г Ьюис ление начального уела Рнс (8@i foy Значения

, черед ndpn7Рф

Составитель Б. Барабаш

Техред Л,Олийнык Корректор А,Обручар

Редактор Л.Зайцева

Заказ 4222/27 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101