Способ управления рабочим оборудованием экскаватора

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и> 885458 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25. 10. 78 (21) 2677847/29-03 (51)M. Кл.

Е 02 F 9/20 с присоединением заявки М

9жударстаоптьй квинтет

СССР (23) П риоритет по делая взабретеккй н открытий (53) УДК621.

° 879 ° 34(088.8) Опубликовано 30. 11. 81. Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30. 11,81 (72) Автор изобретения

Ю.М. Княжев

Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В. Куйбышева (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

ЭКСКАВАТОРА

Изобретение относится к области процессов управления механизмами, машинами, роботами-манипуляторами, имеющими в качестве управляемых различные шарнирно-рычажные звенья, и может быть использовано в строительных и дорожных машинах при производстве земляных работ, в крановых установках с шарнирно-сочлененным рабочим оборудованием, имеющим жесткую то кинематическую связь звеньев, в роботах-манипуляторах.

Известны способы получения прямолинейной траектории выходных звеньев, рычажных механизмов, например, движе" ние ковша экскаватора с гидроприводом с помощью следящих систем, которые удерживают заданный параметр в функции от движения ведущего звена ° Сущность способа управления заключается в том, что при наличии обратной связи составляют функцию перемещения ведомого звена через копирное устройство и следящий золотник. Задают положение копира и затем приводят в движение ведущее звено-рукоять. Ковш по от" ношению к рукояти не перемещают. Глу" бину копания определяют т асчетным путем с помощью настройки копирного устройства 1 .

Однако известные способы обладают следующими недостатками: информация о положении выходного звена достигается сравнительно сложными устройствами, действие которых основано на громоздких вычислительных алгоритмах; в системах управления не используется возможность движения ковша из-за от сутствия необходимых алгоритмов; неточность изготовления исполнительных устройств и элементов обратной связи снижают эффективность их использования; включение приборов и устройств

:,в силовой контур управления резко .ухудшает динамические качества таких способов, что приводит к искажению прямолинейной траектории.

88

Известен также способ управления выходными звеньями рабочего оборудования например, ковша, основанный на перемещении конечной тяги выходных звеньев по прямолинейной траектории с учетом перемещения начального и среднего звеньев. В этом способе после установки ковша в забой визуально выбирают оптимальный угол резания. В процессе копания грунта положение ковша на прямолинейной траектории при изменении угла наклона стрелы сохраняют неизменным за счет направления жидкости из цилиндра, соединяющего стрелу и рукоять, в цилиндр, поворачивающий ковш на угол, равный относительному угловому перемещению стрелы и рукояти (23.

В этом способе. отслеживание поворота рукояти производится вручную поворотом стрелы, что вносит погрешность в положение ковша на траектории, искажая ее прямолинейность, а для всего процесса в целом отсутствует обратная связь, без образования которой возникает укаэанный выше недостаток, Цель изобретения — упрощение процесса управления.

Поставленная цель достигается тем, что определяют алгебраическую сумму внешних углов, образованных выходными звеньями, угла между начальным звеном и вертикалью и угла между конечным звеном и вертикалью, алгебраическую сумму угловых скоростей выходных звеньев и осуществляют синхронное движение выходных звеньев, поддерживая найденную сумму углов постоянной при изменении величин отдельных углов, а сумму угловых скоростей равной нулю.

На фиг. 1 представлен геометрический контур механизма; на фиг. 2— блок-схема устройства для осуществления способа.

Замкнутый геометрический способ контура ОАВСЮО образован рычажным механизмом (рабочим оборудованием экскаватора) ABCD и взаимно перпендикулярными прямыми ОА и 00, которые не принадлежат механизму и представляют собой вертикаль и горизонталь как геометрические линии.

Звено А8 и вертикаль образуют угол

М (абсолютный угол), звенья АВ и

ВС вЂ” относительный угол р, звенья

ВС и СΠ— относительный угол,м, а вы40 4Я

4 ходное звено CD и вертикаль — угол у (абсолютный угол).

На блок-схеме устройства блок 1 представляет управляющее устройство, включающее гидрораспределители управления ковшом 2, рукоятью 3 и стрелой 4, на которые воздействует оператор. Ковш 2 связан с рукоятью 3 и блоком 1, связанным с блоком следя10 щего золотника 5. С последним. связан ковш 2, рукоять 3 и стрела 4.

Q сц — сигналы положения ковша, рукояти и стрелы соответственно. Q — командный сигнал управления

15 стрелой, у — выходной параметр всей системы, глубина копания, зависящая от линейных размеров звеньев механизма и их угловых положений. Q„и Q — сигналы управления ковшом и рукоятью.

При осуществлении способа выходное звено CD перемещают поступательно по прямолинейной траектории OD при неизменяемых линейных размерах 5 звеньев АВ, ВС, CD и вертикали ОА.

В процессе управления меняют только углы и длину ОО. Сумма внешних углов такого замкнутого геометрического контура равна: ч + р +,и, + 90 - " + 90о "-360О(1), что после преобразований приводит к

Ц + р + (с - = 180 . (2)

Положение рабочего оборудования (механизма) изменяют путем поворота отдельных звеньев относительно друг друга и неподвижной точки А (точки крепления оборудования к какой-либо опоре).

Для случаев, когда угол у поддерживают постоянным, например при движении ковша экскаватора по прямолинейной траектории, формула (2) принимает вид:

Ч + Я +,М = COAST (3) что является условием образования

45 обратных связей любых (3) типов. На фиг. 1 показаны положения механизма

I, II, III, IV, которые поясняют формулу (3).

Для других случаев, когда угол у изменяют по заданному закону, например в кранах с жесткой шарнирно-сочлененной конструкцией рабочего оборудования, формула (1) принимает вид:

Ц+р +,и = 180+ р = I (Z), (4) где с1. — какой"либо параметр, например угол между горизонталью и рукоятью.

85458 6

5 8

Формула (4) также является основой создания обратных связей любого типа.

Указанные формулы справедливы для статики приведенных выше механизмов.

Для получения условий использования обратных связей в кинематике формулы

1о

- го

25 зо

55 (1) — (4) дифференцируют по времени и получают:

q+P+P.- j =0; (5) ц+р +ф = 0 (6)

Ч + у + = f (с ) .. (7)

Техническая реализация способа управления движением механизмов с шар" нирно-рычажным устройством рабочего оборудования заключается в получении информации об угловом положении звень ев в процессе перемещения их с помощью различных датчиков, сигналы ко" торых используют для обеспечения пере мещения конечной точки выходного звена по прямолинейной траектории.

Применительно к экскаватору способ управления можно реализовать следующим образом.

Положение стрелы 4, рукояти 3 и ковша 2 относительно друг друга и неподвижной опоры регистрируют с помощью известных датчиков по сигналам

Из формулы (3} следует, что, если оператор управляет ковшом 2 и рукоятью 3 произвольным образом, угол 9 изменяют поворотом звена АВ так, чтобы формула (3) выполнялась, т.е. сумму полученных сигналов поддерживают постоянной.

При отклонении от заданного конкрет" ного значения постоянной исполнительным устройством перемещают звено AS, приводя угол Ч в соответствие с формулой (3.), ликвидируя это отклонение.

Для экскаваторов с гидроприводом таким исполнительным устройством является следящий золотник, который приводят в действие механически, электрически, гидравлически или другим способом при появлении рассогласования в сумматоре.

С помощью эадатчика глубины копания (линия ОА на фиг. 1) выбирают необходимую отметку. Шкалу задатчика градуируют, в функции линейного размера АР и угла Ч, при этом штоки гидроцилиндров ковша 2 и рукоятки 3 втягивают до упора; т.е. градуировку ведут при постоянных значениях углов Я и,и.. Затем производят установку ковша в забой ручным управлением гидроцилиндра стрелы 4 (звено AB), поворачивают ковш 2 на оптимальный угол резания, который определяют в соответствии со шкалой глубин. В результате такого поворота стрела 4 отслеживает движение ковша 2, удерживая режущую кромку.его на прямой линии 00. В режиме копания рукоять 3 двигают на себя, а ковш 2 в противоположную сторону согласно формуле (6). Стрела 4 отслеживает движение рукояти 3 и ковша 2, оставляя режу-! щую кромку ковша 2 на прямой 00. Сигналы датчиков положения ковша 2, ру" кояти 3 и стрелы 4 Ю„, Юр Сс, принимают с помощью сумматора, входящего s блок следящего золотника (БСЗ). Результирующим, полученным после суммирования сигналом, воздействуют на следящий золотник, который ,командой Q управляет стрелой 4. Вы;ходной параметр всей системы у .глубина копания.

Таким образом, использованием трех подвижных звеньев рабочего оборудования экскаватора и полученных зависимостей для образования следящей системы обеспечивается возможность до" стижения прямолинейного движения режущей кромки ковша.

Формула изобретения

Способ управления рабочим оборудованием экскаватора, основанный на перемещении конечной точки выходных звеньев по прямолинейной траектории с учетом перемещения начального и среднего звеньев, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью.упроще.ния процесса управления определяют алгебраическую сумму внешних углов, образованных выходными звеньями, угла между начальным звеном и вертикалью и угла между конечным звеном и вертикалью, и алгебраическую сумму угловых скоростей выходных звеньев и осуществляют синхронное движение выходных звеньев, поддерживая найденную сумму углов постоянной при измененни величин отдельных углов, а, сумму угловых скоростей равной нулю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 219457, кл. Е 02 F 9/26, 1968.

2. Патент ФРГ 11 2439967, опублик, 1976 °