Способ управления ковшом скрепера

 

Изобретение относится к автоматике землеройно-транспортных машин циклического действия и может быть использовано для управления ковшом скрепера. Цель изобретения - оптимизация производительности (П). Для этого в процессе копания измеряют действительную скорость движения V G скрепера и сравнивают ее с заданными верхним и нижним пределами скорости V MIN и V вык. По результатам сравнения осуществляют выглубление ковша. Кроме того, измеряют уровень грунта ковша в разных точках ковша и время T I копания. По измеренным уровням грунта определяют текущее значение объема V ГI грунта. Задают общее время цикла C T копания без учета времени копания и определяют текущее значение П скрепера П I по формуле П I=V ГI/(C T+T I). Затем находят максимум П по результатам сравнения предыдущего и последующего значений П. При отклонении значения текущей П от максимального значения на заданную величину осуществляют выглубление ковша. 4 ил.

(19) (ll) Сб)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51) Е 02 Е 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 . 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И, О П(РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4341677/23-03.(22) 11. 12. 87 (46) 15.07.90. Бюл. ¹- 26 (71) Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В. Куйбышева (72) В.Н. Тарасов и И.В, Степанов . (53) 621.879.34(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1305273, кл. Е 02 F 9/20, 1985.

Авторское свидетельство СССР.

¹ 1495417, кл. Е 02 F 9/20, 1987. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОВШОМ СКРЕПЕРЛ (57) Изобретение относится к автоматике землеройно-транспортных машин циклического действия и может быть использовано для управления ковшом скрепера. Цель изобретения — .оптимизация производительности (П), Для этого в процессе копания измеряют

Изобретение относится к автоматике землеройно-транспортных машин циклического действия и может быть ис:пользовано для управления ковшом скрепера.

Цель изобретения — оптимизация производительности.

На фиг. 1 приведена расчетная схема определения грунта в ковше; на .фиг. 2 — зависимость объема грунта от высоты заполнения; на фиг. 3— устройство управления ковшом скрепера; на фиг. 4 — блок-схема алгоритма ра боты. .На фиг. 3 изображены тягач 1 с тя. говой рамой, ковш 2 скрепера, гидро2 действительную скорость движения V скрепера и сравнивают ее с заданными верхним и нижним пределами скоросУмии и Vü„ê. По результатам сравнения осуществляют выглубленне ковша. Кроме того, измеряют уровень грунта ковша в разных точках ковша и время t; копания. По измеренным уровням грунта определяют текущее значение объема V< грунта. Задают общее время цикла С + копания без учета времени копания и определяют те-! кущее значение П скрепера П,," по формуле П; = Ч /(С + ; ). Затем находят максимум П по результатам сравнения предыдущего и последующего значений П. При отклонении значения текущей П от максимального значения на заданную величину осуществляют выглубление ковша. 4 ил. цилиндры 3 вертикального перемещения и электрогндрораспределитель 4.

Устройство, реализующее предлага емьпЪ способ, содержит датчик 5 действительной скорости, дат..ик 6 угла поворота шарнира тяговой рамы, датчики 7 уровня грунта, сумматор 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, элемент 10 сравнения, однокристальную микроЭВМ (ОМЭВМ) 11, элементы 12 н

13 сравнения, задатчик 14 нижнего предела регулирования скорости, задатчик 15 верхнего предела регулирования скорости, триггер 16, элемент

ИЛИ 17, триггер 18, АЦП 19, элемент

20 сравнения, задатчик 21 угла пово1578278

t = jdt. (3) 25

ql-V„)0, х= н., 2Г" (). н ь и ь р -у <О

min вы кЪ ч; = v„:,(t) = с р

= Хян„, ;

Ра

Vn с +. t", (4) „; = н„(н;); (5) (6) 3О х=-х вкпб х=О;

v,.(н,;) = (7) (8) 35

П мах П (+к1< О, П ах — П(, х1 (10) 4

II ° — II . с 0,03IIь,ах, мах (ч41 хвкь е н — н @О х.= -x... (12) г (i+k) маK > ькь

45 дп; =и; -п(,„

ДП, -Д П 4 6

= -z „„ (13) (14) Urnax g V (к+<) + vmax (15) где х, х вк сигнал управления распределителем,. сигнал включения распределителя ковша; время копания, время последовательных интервалов процесса копания; рота шарнира, переключатель 22, за- датчик 23 максимального уровня, элемент ИЛИ 24, триггеры 25, 26, концевой .выключатель 27, триггер 28, датчик 29 последовательных интервалов времени, элемент И 30, генератор 31 импульсов, счетчик 32, элемент И 33, регистры 34 и 35, сумматор 36, мультиплексор 37, элемент 38 сравнения, Ið мультиплексор 39, элемент 40 вычитания, элемент 41 сравнения, регистр

42, элемент 43 сравнения, задатчик

44 минимальной интенсивности изменения производительности, блок 45 умножения, задатчик 46 интервала регулирования производительности.

Управление ковшом скрепера осуществляется в соответствии с разработанным алгоритмом: 20 х=х„„, (1) I фь Ttl>5>f

SO< K

П,, П,„Ап;, дп .;н

Ч, Чц расстояние от излуча-. теля датчика до поверхности грунта в ковше, высота грунта в ковше, максимальный уровень грунта в ковше; действительная скорость движения при копании, нижний предел регулирования скорости движения, скорость движения, при которой выключают распределитель ковша (верхний предел); текущий объем грунта в ковше текущая производительность скрепера, ее максимальное значение, индекс последовательных интервалов процесса, индекс последо- ° вательных интервалов процесса копания после достижения экстремума производительности; изменение производительности за один интервал времени процесса, минимальная интенсивность изменения производительности; эбъем грунта в ковше в конце копания; суммарный объем грунта, разработанный скрепером за время ра боты; текущий угол поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша, угол поворота, соответствующий величине начального заглубления; заданное общее время рабочего цикла копания без учета времени копания.

Управление ковшом скрепера осуществляют следующим образом.

При движении скрепера на рабочей передаче начинают заглубление ковша и одновременно включают датчик изме1578278

55 рения последовательных интервалов времени копания. Эти действия опись ваются операторами (1) и (2) алгоритма. При заглублении ковша по углу поворота шарнира тяговой рамы относительно ковша (что соответствует некоторому перемещению гидроцилиндров ковша) контролируют величину началь-. ного заглубления. Когда начальное эаглубление достигает заданного значения, то есть угол поворота (достигает значения угла (, соответствующего определенной величине начального заглубления, то в соответствии с условием (3) алгоритма прекращают заглубления ковша. С этого момента процесс копания совершают некоторое время при неподвижных штоках гидроцилиндров ковша. В процессе копания измеряют датчиками уровня грунта Н

l( в разных точках ковша и определяют его среднее значение Н; по формуле (4) алгоритма, Наличие датчиков уровня грунта в разных точках ковша связано с продольным и поперечным очертанием грунта в ковше.

В процессе копания пб мере увеличения объема грунта, набранного в ковш, возрастают силы сопротивления копанию грунта скрепером и уменьшается действительная скорость движения скрепера.

Если в процессе копания грунта скорость движения снизилась ниже заданного уровня, то по условию (5) алгоритма осуществляется включение гидромеханизма подъема ковша, После восстановления значения скорости до заданного значения vz><, прекращают подъем ковша (услоние (6).

Одновременно через заданные интервалы времени вычисляют объем V в ковше по формуле (7) и текущую производительность П, по Формуле (8) алгоритма, путем деления текущего объема грунта в ковше V на сумму времени цикла с + t;. Если по условию (9) производительность П достигла экст1 ремума, то это значение запоминают. как ее максимальное значение и с ним сравнивают последующие текущие значения производительности. Если в некоторый момент процесса появится новое значение П ; ц больше полученного, то по условию (10) его принимают эа максимальное.

5 l0

После прекращения копания поднимают ковш, .запоминают величину объема грунта в ковше (14) и суммируют его с объемом грунта предыдущих циклов скрепера по формуле (15) алгоритма.

После этого совершают транспортные операции и снова повторяют процесс копания в рассмотренной последовательности

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

При днижении скрепера на рабочей передаче кратковременным замыканием контактов кнопочного переключателя

22 триггеры 18 и 28 устанавгп ваются в состояние логической 1 ° Сигналом с выхода триггера 18 включается электрозолотник 4 на заглубление ковша 2, По сигналу с выхода триггера 28 начинает работу датчик 29 последова.— тельных интервалов времени процесса копания, По этому сигналу импульсы с выхода генератора 31 поступают на счетньп вход счетчика 32. Счетчик 32 и логический элемент И 33 служат для задания последовательных интервалов времени процесса заполнения ковша 2 скрепера.

При заглублении ковша 2 изменяется значение сигнала с выхода датчика

6 угла повопота шарнира тяговой рамы

1 относительно ковша 2. Сигнал с выхода датчика 6 через АЦП 19 поступает на первый вход элемента сравнения

20, второй вход которого связан с задатчиком 21 угла с „, соответствующего начальному заглублению ковша 2, Когда угол (достигает заданного значения (я, то в соответствии с условием (3) алгоритма триггер 18 устанавливается в состояние логического 0 и заглубление канна 2 прекращается..С этого момента совершают копание при неподвижных штоках гидроцилиндров 3 ковша.

В процессе копания грунта скорость скрепера может снизиться до заданного задатчиком 14 значения . В этом ю случае н соответствии с условием (5) алгоритма на выходе элемента сравнения 12 появляется сигнал, который устанавливает .триггер 16 н состояние логической 1. Этот сигнал через элемент ИЛИ 17 включает электрогидрораспределитель 4 на выглубление ковша 2 скрепера. После восстановления скорости скрепера до значения V ><, задан: 1578278 ного в задатчике 15, на выходе элемента 13 с1 авнения, в. соответствии с условием (6) алгоритма появляется сигнал, который устанавливает триггер 16 5 в состояние логического О и выглубление ковша 2 прекращается.

В процессе копания датчиками 7,измеряют уровень грунта Н в разных точках ковша. Сигналы с выхода дат- 10 чиков 7 поступают на входы сумматора 8. На выходе сумматора 8 присутствует сигнал, соответствующий уровню грунта Нц в ковше..

Через заданный интервал времени

lit на выходе логического элемента И 33 появляется сигнал, поступающий на один из входов порта Р1 ОМЭВМ 11, По этому. сигналу ОМЭВМ 11 осуществляет ввод через порт Р2 кода сигнала 20 уровня грунта в ковше, и вычисление текущего времени копания по формуле:

Ж i

После этого осуществляется вычисление объема V ri грунта в ковше по формуле (7), текущей производитель-. ности П по формуле (8) и занесение значения текущей производительности в выходной порт PO. Сигнал с выхода элемента И 33 устанавливает счетчик 30

32 в исходное состояние и поступает на вход разрешения записи буферных регистров 34 и 35. По этому сигналу в регистр 34 заносится значение П,„ текущей производительности из выходного норта PO ОМЭВМ 11, в регистр 35 через мультиплексор 37 поступает значение П1, текущей производительности с выхода регистра 34. Значение текущей производительности П> с вы- 40 хода регистра 35 поступает на второй вход элемента 41 сравнения, на первый вход которого через мультиплексор 39 поступает значение текущей производительности. П (;+,) с выхода 45 регистра 34. Мультиплексоры 37, 39 включают несколько мультиплексоров, организованных для мультиплексирования двух каналов в один с общим входом выбора для всек мультиплексоров .

Вход выбора мультиплексоров подключен к выходу триггера 26, на прямом выходе которого до выполнения условия .(9) алгоритма присутствует сигнал логического О. НрН выполнении QLJID вия (9) алгоритма на выходе элемента

41 сравнения появляется сигнал, который переключает триггер 26 и поступает на вход разрешения записи регистра 42. По этому сигналу в регистр 42 будет занесен .код максимальной производительности.

После нахождения максимального значения производительности П „ и переключения триггера 26 на первый вход элемента 41 сравнения через мультиплексор 39 поступает значение производительности П д„ с выхода регистра 42, а на второй вход элемента 41 сравнения с выхода регистра 35 будет поступать П,+k) значение производительности, як как вход регистра 35 через мультиплексор 37 оказывается связанным непосредственно с выходным портом РО ОМЭВМ 11. Если в некоторый момент процесса появится новое значение П1, 1 больше полученного П „„, то по, условию (10) его принимают sa максимальное. В этом случае на выходе элемента 41 сравнения появится сигнал, который разрешает запись нового максимального значения производнтельностн При выработке решения об окончании процесса копания рассмотрим три случая.

Первый случай.

После достижения экстремума производительности П ygy производительность

11(iik) устойчиво снижается, тогда по условию (11) прекращают процесс копания н производят выглубление ковша. Значение производительности

П „„ умножается блоком 45 умножения на зйачение зоны регулирования, кото рая задается в задатчике 46..Код с ,выхода блока 45 умножения элементом

38 сравнения сравнивается с кодом

П, ) производительности, поступа,ющим с выходного порта ОМЭВМ 11 При выполнении условия (11) на выходе элемента 38 сравнения формируется сигнал, который через элемент ИЛИ 24 устанавливает триггер 25 в состояние

"1". Этот сигнал через элемент ИЛИ 17 включает электрораспределнтель 4 на выглубление ковша 2, Второй случай.

Если в легких грунтовых условиях ковш заполнился 3а короткое время, не достигнув максимума производитель- . ности, то по условию (12) на выходе элемента 10 сравнения появляется сигнал, который устанавливает триггер

25.в состояние "1" н выглубляется ковш 2. Элемент 10 сравнения сравнивает значения уровня грунта в ковше с выхода АЦП 9 и заданного в задат9 .157827 чике 23 максимального уровня грунта в ковше .Н, с

Третий случай.

В тяжелых грунтовых условиях экст ремум производительности достичь не- возможно. В этом случае значения текущей производительности П(,, 1 и П, с выходов регистров 34 и 35 поступают на входы элемента 40 вычитания, на выходе которого формируется значение изменения производительности ЬП за один интервал времени процесса копания. Это значение сравнивается в элементе 43 сравнения с минимальной интенсивностью изменения производительности и П „. Выглубление ковша 2 в этом случае осуществляется в соответствии с условием. (13) алгоритма. 20

Во всех случаях после возвращения ковша в транспортное положение замыкаются контакты концевого выключателя 27, триггер 25 устанавливается в исходное состояние и гидромеханизм 25, управления ковша выключается. Сигна.лом с выхода триггеРа 25 триггер 28 устанавливается в исходное состояние и работа датчика 29 последовательных интервалов времени заполнения прекра- 3п щается.

Также во всех случаях после появления сигнала на выходе элемента ИЛИ

24 (конец копания) и выходной порт

РО ОМЭВМ 11 заносится значение объема .35 грунта в ковше V ä„„ в конце копания. Это значение поступает..на вход накапливающего сумматора 36, где оно суммируется с объемами разрабо40

10 танного грунта в предыдущих циклах.

Суммарный объем грунта V фиксируется в накапливающем сумматоре 36 по сигналу с выхода элемента И 24.

Этим же сигналом триггер 26. управляющий работой мультиплексоров 37 и 39, устанавливается в исходное состояние.

Формула и Л о б р е т е н и я

Способ управления ковшом скрепера, основанный на заполнении ковша грунтом в процессе каждого цикла копания, в каждом из которых измеряют действительную скорость движения скрепера, сравнивают ее с заданными верхним и нижним пределами скорости, по величине рассогласования осуществляют выглубление ковша, измеряют уровень грунта в одной точке ковша, измеряют время копания, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью оптимизации проиэводительнос ги, дополнительно измеряют уровень грунта в других точках ковша, по измеренным уровням определяют текущее значение объема грунта, задают общее время цикла копания беэ учета времени копания, определяют текущее значение производительности скрепера, определяют максимум производительности по результатам сравнения предыдущего и последующего значений производительности н дополнительно осуществляют выглубление ковша при отклонении значения текущей производительности от максимального значения на заданную величину.

1578278

1578278

Чадчаченце

Редактор Л. Пчолинская

Подписное

Тираж 537

Заказ 1896

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, r, Ужгород, ул. . . р

ll н

У и Гага ина 101 ды8од од зена грунта Вконце иолюнця, с

Парт pl-окончание копания, цнтерьолЬоекенц

Порт о2-Высота грунта

8 койие

Вычисление текцщего ооьеиа грунта 8 ко8ше

Вычисление текуча

8ремени копания оычисление текущец произ8адительности

Й 8од те а,заец произ 8оацтельнаппц чере парт Рф

Составитель Б. Барабаш

Техред П Олиинык Корректор 2 Лончакова