Способ определения суммарной массы погружаемых манипулятором грузов

 

Использование: для определения суммарной массы. Сущность изобретения: суммарную массу определяют задавая временные интервалы, определяя в интервалах давление в гидроцилиндре и определяя затем скорость нарастания давления. 3 ил.

((9) (4 () СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 66 С 13/16 г

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ .ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, гЦ

P — 
Р= — —, 1 (21) 469 1327/41 (22) 15.05,89 (46) 15.02.93. Б,юл..f4 6 (71) Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В. Куйбышева (72) Б.П. Воловиков (56) Строительные и дорожный машины, 1987, (ч10, с.10, Изобретение относится к способам для измерения массы груза, поднимаемого грузозахватными механизмами лесозаготовительных манипуляторов подъемно-транспортных и коммунальных машин. Известен способ определения суммарной массы погружаемых манипулятором грузов, согласно которому измеряют давление в гидроцилиндре рукояти и определяют по нему массу груза, значение которой суммируют со значением массы груза, опреде. ленной в предыдущих циклах работы манипулятора, - Недостатком этого способа является необходимость определения двух информационных параметров; давления и углового перемещения стрелы гидравлического крана, необходимых для вычисления массы груза, Целью изобретения .является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что

s способе измерения суммарной массы погружаемых мобильным манипулятором грузов, включающем измерение давлений в

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОЙ МАССЫ ПОГРУЖАЕМЫХ МАНИПУЛЯТОРОМ ГРУЗОВ (57) Использование: для определения суммарной массы. Сущность изобретения: суммарную массу бпределяют задавая временйые интервалы, определяя в интервалах давление в гидроцилиндре и опргеделяя затем скорость нарастания давления. 3 ил. гидроцилиндре рукояти, определение массы груза и суммирование с предыдущим значением массы груза, определенной в предыдущих циклах работы, задаются временными интервалами, нэ границах которых производят измерение давления в гидроцилиндре и при превышении последней заданного значения с выдержкой времени запоминают его. затем определяют скорость нарастания давления по формуле: где Р— измеренное давление в гидроцилиндре, А — давление 8 штоковой полости гидроцилиндра без груза при скорости нарастания давления, большей допустимого значения, Л t — интервал между измерениями давления, и при превышении последней заданного значения определяют установившуюся амплитуду давления, а суммарную массу. груза определяют по формуле

С- /б

Рщт — А где Р »-- давление в штоковой полости гидроцилиндра без груза, d — расстояние между точками подвеса рукояти и ее грузозахватного органа, а — конструктивная постоянная манипулятора, P» — давление в штоковой полости гидроцил индра при подъеме груза.

Способ реализован адаптивными устройствами определения суммарной массы груза.

На фиг. 1 дан общий вид гидрофицированного погруючнбго манипулятора с адап- 1 тивным устойчивым определением суммарной массы, реализующим способом; на фиг. 2 — типовые диаграммы изменения

" давления в гидроцилиндре рукояти; на фиг.

3 — схема алгоритма определения массы гру- 2 за.

На базовом тракторе 1 установлено. рабочее оборудование, состоящее из поворотной колонны. 2, стрелы 3, рукояти 4 и гидромеханического:захвата 5; гидроцилиндра 6 подъема и"опускайия стрелы и гйдроцилиндра 7 поворота рукояти. Манипулятор предназначен для подъема груза 8 с повер. хностями земли 9 и перенос его в кузов 10, предназначенный для сбора древесных отходов в лесу. Гидроцилиндр рукояти 7 свя.зан с трехпозициоййым распределением 11 при помощи гидролийий 12 и.13. Гидроцилиндр 7 соедйнен магистралями также с двухпазициойным трехлинейным,гидрораспределителем 14.с электромагнитным уп равлением; Двухпозиционный распределитель 14 связан гйдролинией с датчиком статического давления 15, а электрическим кабелем с блоком.16.управления, который также соединен с микропроцессорным устройством 17 через. аналого-цифровой преобразователь 18; Для вывода информации йредназначен блок вывода информации 19; На фиг,.1 введены также следующим обозначения, 6, Gz, Оз силы, соответственно приведейные к центру силы тяжестй захвата, рукояти, подвижных частей гидроцилиндра рукояти, I>, 12, 1з — плечи действия этих сил относительно центра вращенйя — точки О; Ъ вЂ” плечо действия силы. реакции штока гидроцилиндра рукояти, а, в

1794853 тяжести груза, 1-область рабочей зоны манипулятора, расположенной слева от верти- 55 кали  — В, проведенной через точку О, П-область рабочей зоны манипулятора, расположенной справа от вертикали В-В, а и с - геометрические размеры, Gr — сила угол между рукоятью и вертикалью  — В,P

-угол между гидроцилиндром рукояти и рукоятью манипулятора.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом;

-5 .Типовые диаграммы изменения давле-. ния в поршневой Рл и штоковой Ршт полостях гидроцилиндра рукояти 7 во времени t позволяют объяснить принцип действия прибора при наведении рабочего оборудо0 .вания на груз 8 и переноса груза в кузов 10 трактора 1. Так, например, в промежутке времени от 0 до t>, т.е. в начальный момент времени, когда рабочие оборудование опущено, а захват упирается в дно кузова базо5 вого трактора, давление в поршневой и штоковой полостях равно своему минимальному.зиачению Peln. При подъеме рабочего оборудования гидроциаиндром стрелы давление в поршневой полости гидроцилиндра

0 рукояти несколько возрастает.до значения

Р1, а в штоковой полости остается тем же самым (промежуток времени тгт2); Зто объясйяется тем, что нагруженной является только поршневая полость гидроцилиндра

25 рукояти. При последующем повороте рукояти на увеличение вылета рабочего оборудования растет, давление в штоковой полости, причем гю- разному в зависимости от положения рукояти, при повороте рукояти в об30 ласти 1 давление изменяется медленнее, чем в области П, Зто объясняется тем, что направление движения жидкости, подаваемой насосом через распределитель 11 (фиг, 1) совпадает с направлением действия уси35 лия на шток гидроцилиндра рукояти в. области 1, а в области П наоборот, рабочей жидкости приходится это усилие преодолевать. При опускании рабочего оборудования (интервал времени тз-т4) золотник распреде40 лителя рукояти переместится в нейтральное положение и давление в поршневой и штоковой полостях сохрайит свои значения. Резкое возрастание давления в штоковой полости гидроцилиндра ру45 кояти, вызванное отрывом груза при подъеме рабочего оборудования гидроцилиндром стрелы. характеризует интервал времени t4-ts. При этом положение рукояти относительно стрелы до отрыва и.после одинакова, Подъем стрелой сопровождается тем, что давление жидкости в поршневой и штоковой полостях сохраняют свои предыдущие значения (интервал t4-ts). При повороте рукояти с грузом в направлении кузова трактора рабочая жидкость поступает в llop шневую полость гидроцилиндра рукояти, а

Штоковая полость соединена со сливом. Поворот рукояти в области П происходит в промежутке времени от а до tg, а в области

1 — в промежутке времени от t6 до ty, Давле1794863

G1i1+бгЬг — бз з+, Sn + Fc ошт 1 Зшт Swr

)sIna Sn Fc

+ Рс — +- — где Яшт — эффективная площадь штоковой полости гидроцилиндра рукояти, à Sn — площадь поршневой полости, Р, — давление слива, Fc — сила сухого трения.

Обозначим величину (61а + Gab — Озс) как постоянную d, а величину Яшт с как b, тогда

d з!па ь тд гдеА=Р, — +

Sn Fc шт дашт

Давление в штоковой полости гидроцилиндра рукояти с грузом определится аналогично

d+Gra

b sin (2) ние в штоковой полости гидроцилиндра рукояти будет равно давлению слива при нахождении рукояти в любой из областей, а давление впоршневой полости меняется поразному, так например, при движении рукояти в области П направление подачи жидкости совпадает с направлением усилия, действующего на шток гидроцилиндра рукояти, поэтому давление возрастает незначительно, а в области 1, где требуется создать большее давление, наблюдается значительное увеличение скорости нарастания давления. Раскрытие челюстей захвата приводит к резкому падению давления в поршневой полости гидроцилиндра рукояти. Это отражено на диаграмме в интервале времени oor 17 ДО1я.

Исходя из типовых диаграмм изменения давления, можно выделить два момента времени, характерных для рабочего процесса погрузочного манипулятора. Это моменты времени: t4 — для штоковой полости и t7 — для поршневой, В эти моменты времени происходит резкое возрастание либо падение давления. В эти моменты и необходимо производить замеры давления. Это можно объяснить следующим образом. Давление в штоковой полости гидроцилиндра рукояти без груза Ршто, когда груз находится в области П можно определить из уравнения моментов относительно точки О. Его значение определяется следующим выражением.

Из формул (1) и (2) нетрудно определить вес или массу груза 6. Для этого проведем следующие преобразования.

Вычислим величину s1n а /sin/3 и обозначим ее как m Аш А1

d+G,а

10 (Рш,i — À) а, Ршто — А (Рш,i — А d — б(Р „— А

Ршто — A ) a

d Рш« — Рштто

Р о — А) а

Ршт1 — Ршто

20 Тогда G = d/d (3) B формуле (3) неизвестными являются только две величины Ршто, Ршт1.

Определить массу груза, который расположен в области П по давлению в поршневой полости при подъеме груза невозможно, так как в этот момент времени эта полость является разгруженной. Но по . давлению в поршневой полости можно определить массу груза, измерив давления в момент времени т7, т.е, если измерить давление до раскрытия челюстей Ро1 и после

Роо,то аналогичным образом можно опре35 дели ь массу или силу тяжести гру

Двухпозиционный распределитель 14 позволяет соединить нагруженную полость гидроцилиндра 7 с датчиком давления 15, При этом оператор вручную перед выполнением погрузочно-разгрузочных работ переключает блок управления 16 в требуемое для измерения положение, Например, при работе погрузочного манипулятора, показанного на фиг; 1, осуществляется погрузка

45 древесных отходов в лесу с поверхности земли 9 в кузов 10 трактора 1, В этом случае подъем груза осуществляется в области П, а нагруженной является штоковая полость гидроцилиндра рукояти 7. Если манипулятор предназначен для работы только в таком цикле, то нет необходимости устанавливать распределитель 14. Если же погрузка и выгрузка осуществляется только в области 1, что известно как правило заранее, то блок управления 16 переключается таким образом, чтобы распределитель 14 соединил поршневую полость гидроцилиндра 7 с датчиком 15.

В качестве примера рассмотрим определение массы груза при его подъеме рабо1794863 чим оборудованием в области П. Блок-схема алгоритма. состоит из последовательности отдельных блоков, каждый из которых вклю чает одну или несколько операций. Начало блок-схемы обозначает введение в память микропроцессорного -устройства постоянных величин G1, О>, Оз, а, Ь, с, Яшт, Яп, Fc Pc

Величины Р и F принимаются постоянными, но в процессе работы могут изменяться либо под влиянием температуры, либо от йродолжительности эксплуатации. В программном обеспечении микропроцессорной системы можно предусмотреть тестовые программы, позволяющие корректировать величину силы сухого трения F< в зависимости от вышеперечисленных условий, Величину давления слива можно либо автоматически измерять в течение рабочего процесса, либо брать на основе среднестатистических данных предварительных экс. периментальных исследований, После включения измерительной системы происходит запоминание значения давления (символ А в блоке 21). Причем во внимание принима|отся только те.значения давления, которые превышают по своей величине давления слива. Это сделано с той целью, чтобы избежать срабатывания системы при скачках давления, которые наблюдаются, например, в поршневой полости в моменты времени t>. Bo избежание ложного срабаты вания при случайных резких забросах давления в блоке 21 предусмотрена подпрограмма, интегрирующая величину сигнала от датчика давления, а также под- 3 программа задержки сигнала, позволяющая игнорировать кратковременные

"всплески" давления. После запоминания начальной величины давления происходит измерение на следующем шаге времени

Ь t (блок 22), после чего вычисляется скороР— А сть нарастания давления Р1 = —, Если лт давление перестало нарастать, то запоми10 наем первое установившееся значение давления равное, В, большее по величине

30

P — 
Р =. Формула изобретения

Способ определения суммарной массы погружаемых манипулятором грузов, согласно которому измеряют давление в гидроцилиндре рукояти и определяют по нему массу груза, значение которой суммируют со значением массы груза, определенной в предыдущих циклах работы манипулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, задают временные интервалы, на границах которых производят измерение давления в гидроцилиндре, и при превышении последним заданного величина скорости нарастания давления Р1. больше допустимой Р«<1, заранее известной, т.е. соответствует скорости нарастания давления в момент времени ц, то происходит присвоение величине Ршто значения А

На следующем этапе находим величину

Рщт1. Для moro через определенный интервал времени измеряем давление Р, Если давления слива в промежутке времени, на котором скорость нарастания давления Р2Р- —,=-меньше допустимого значения

Рдоп2, т.е. соответствует скорости нарастания давления в штоковой полости в интервале времени от t4 до а. После того, как мы определили значения давления Рщто и Ршт1 по формуле (3) вычисляем силу тяжести груза Ог или его массу, что практически одно и тоже. Затем в блоке 22 происходит запоминание величины Gr, а в блоке 33 суммирование этого значения с предыдущим. В этом случае, если система измерения включена, то продолжается работа, если нет, то происходит останов системы и вывод полученных значений на индикаторах устройства вывода информации. Блоки 17, 18 и 19 входят в состав серийно-выпускаемого отечественного микропроцессорного бортового контроллера КУБ-48 (разработка НПО

ВНИИ стройдормаш).

Благодаря такому соединению элементов в отличие от прототипа, возникает возможность измерить массу груза, поднимаемого манипулятора с помощью только одного датчика давления, который можно удобно расположить либо у гидроцилиндра рукояти, либо у распределительной коробки, что позволяет предохранить датчик от внезапных ударов при работе манипулятора в лесу, значения с выдержкой времени запоминают его, затем определяют скорость нарастания давления по. формуле где P — измеренное давление в гидроцилиндре, А — давление в штоковой полости гидроцилиндра без груза при скорости нарастания давления, большей допустимого значения, 1794863

Ь t — интервал между измерениями давления; и при превышении последней заданного значения определяют установившуюся амплитуду давления, а суммарную массу груза определяют по формуле д Ршт Рато б Рщт — А где Рщто — давление в штоковой полости гидроцилиндра Оез груза; . d — расстояние между точками подвеса рукояти и ее грузозахватного органа; а — конструктивная постоянйая манипулятора; . Ршт — давление в штоковой полости гидроцилиндра при подъеме груза.

1794863 цайт ю

1794863

Составитель 3,Кондратенко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С, Шекмар

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 402 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5