Устройство для управления рабочим органом бульдозера

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ БУЛЬДОЗЕРА, содержащее соединенные между собой тяговый двигатель и силовой генератор с независимыми обмотками возбуждения и управляемым выпрямителем и два элемента сравнения, к одному из которых подключены датчик и задатчик тягового усилителя, отличающееся тем, что, с целью повьшения KPrflte3«At 19 .MTflffH 3j UffiJUfeiUH точности управления за счет компенсации помехи по скорости, оно снабжено задатчиком оптимальной скорости , блоком умножения, блоком деления , программным задающим блоком оптимальной скорости, программным блоком, блоком переменной структуры и датчиком и задатчиком тока, выходы которых подключены ко второму элементу сравнения, выход которого и выход программного блока подключены ко входам блока переменной структуры , выход последнего и выход программного задающего блока подключены к управляемому вьтрямителю, причем выходы задатчика оптимальной ско9 рости и первого элемента сравнения через блок умножения, а выход датчика тягового усилия непосредственно подключены ко входам блока деления, выход которого подключен ко входу программного задающего блока скорости. 0 ел со 00 СА 00

СОЮЗ COBETCHHX

«ИЦ ЮМ

РЕСПУБЛИК

3Ш Е 02 F 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ (21) 2885740/29-03 (22) 20.02.80 (46) 30.05.84 Бюл. М - 20 (71) Ю.Д.Погуляев и А.Д.Погуляев (53) 621.878(088.8) (56) 1. Исаков П.П. и др. Трактор

ДЭТ-250 и его модификации. М., "Машиностроение", 1975. !

2. Авторское свидетельство СССР

Р 172874, кл. Е 02 F 9/20, 1964.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 1"- 2694118/03, кл. Е 02 F 9/20, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

РАБОЧИМ ОРГАНОМ БУЛЬДОЗЕРА, содержащее соединенные между собой тяговый двигатель и силовой генератор с независимыми обмотками возбуждения и управляемым выпрямителем и два элемента сравнения, к одному из которых подключены датчик и задатчик тягового усилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыщения,.SUÄÄ 953838 точности управления за счет компенсации помехи по скорости, оно снабжено задатчиком оптимальной скорости, блоком умножения, блоком деления, программным задающим блоком оптимальной скорости, программным блоком, блоком переменной структуры и датчиком и эадатчиком тока, выходы которых подключены ко второму элементу сравнения, выход которого и выход программного блока подключены ко входам блока переменной структуры, выход последнего и выход программного задающего блока подключены к управляемому выпрямителю, причем выходы эадатчика оптимальной скорости и первого элемента сравнения через блок умножения, а выход датчика тягового усилия непосредственно подключены ко входам блока деления, выход которого подключен ко входу программного задающего блока скорости.

953838

1О

Наиболее близким к изобретению является устройство для управления рабочим органом бульдозера (3 7, содер35 жащее соединенные между собой тяговой двигатель и силовой генератор с независимыми обмотками возбуждения

t и управляемым выпрямителем, два эле-, мента сравнения, к одному из которых подключены датчик и задатчик тягового усилия.

Устройство содержит также насос, гидрораспределитель, силовой цилиндр

45 для перемещения рабочего органа в вертикальной плоскости, контактный датчик положения штока силового цилиндра, генератор импульсов с корректирующим блоком, распределитель импульсов и электромагнитные клапаны.

Электромагнитные клапаны связаны электрически через распределитель импульсов с генератором импульсов и контактным датчиком положения штока силового цилиндра, взаимодействующим с контактами на штоке силового. цилиндра. Устройство содержит также дополнительный силовой цилиндр, шарнирно

Изобретение относится к устройствам для комбинированного управления эемлеройно-транспортными машинами.

Известно устройство для управления процессом копания бульдозера, на- 5 пример, с электромеханической трансмиссией на базе трактора ДЭТ-250(1 7.

В известном устройстве управление отвалом осуществляется вручную, а скорость изменяется автоматически в зависимости от нагрузки на рабочем органе благодаря наличию трехобмоточного силового генератора в системе генератор-двигатель управления скоростью. Однако такие устройства не компенсируют одновременно помеху по скорости и тяговому усилию. Кроме того, они не реализуют оптимальных законов по скорости и глубине копания.

Известно также устройство12 7 для управления скоростью землеройных транспортных машин с электрическими машинами независимого возбуждения. Однако ! они также не обеспечивают своевременной компенсации помехи по скорости и изменение скорости по оптимальному закону при копании.

С помощью таких устройств не уда- ется достичь наивысшей производитель-Зо ности землеройных агрегатов. установленный между толкающим брусом и отвалом, две пары электромагнитных

KJlBIIBHoB — пару для заглубления отвала и пару для его выглубления путем изменения угла резания отвала, тензодат.чик, задатчик тягового усилия, логическое устройство с двумя выходами (плюс, минус), соединенное на входе с устройством сравнения, а также инвертор, уставку поворота срабатывания, сравнивающее устройство, усилитель. Вход инвертора соединен с. вы-.. ходом логического устройства со энаком минус, а выход усилителя — с парой электромагнитных клапанов заглубления отвала. Устройство имеет соединенные между собой уставку порога срабатывания электромагнитных клапанов, устройство сравнения. Усилитель и устройство сравнения соединены с выходом логического устройства со знаком плюс, а выход усилителя— с парой электромагнитных клапанов.

Это устройство реализует оптимальный закон изменения глубины копания и осуществляет компенсацию помехи по тяговому усилию с помощью комбинированного управления рабочим органом, но не реализует оптимального закона изменения скорости и не компенсирует помех по скорости одновременно и взаимосвязанно с компенсацией помехи по тяговому усилию.

В результате процесс копания затягивается и не достигается наибольшая производительность агрегата при копании.

Целью изобретения является повышение точности управления за счет компенсации помехи по скорости.

Поставленная цель достигается тем, что предложенное устройство снабжено задатчиком оптимальной скорости, блоком умножения, блоком деления, программным задающим блоком оптимальной скорости, программным блоком, блоком переменной структуры и датчиком и эадатчиком тока, выходы которых подключены ко второму элементу сравнения, выход которого и выход программного блока подключены ко входам блока переменной структуры, выход последнего и выход программного задающего блока подключены к управляемому выпрямителю. Выходы задатчика оптимальной скорости и первого элемента сравнения через блок умножения, а выход датчика тягового усилия непосред з 95383 ственно подключены ко входам блока деления, выход которого подключен ко входу программного задающего блока скорости.

Сущность изобретения поясняется следующим.

Для тягового КПД 1,= УЧ (2) Помеха по тяговому усилию вызывает помеху по скорости со знаком (-дЧ1 и наоборот (g ) 30

Ц=Ч - дЧ, Запишем опт Чо пт= Ропт и (1(Чопт 4ч)) (4) Из уравнения (4) получим выражение для определения помехи

ЬЯV пЧ - опт опт+

Но (e) 40 где Чиь„„ — текущее значение тягового усилия, измеренное с помощью тензодатчика. формулу (5) можно записать в виде 4 Чопт

ЬЧ = (7) Согласно выражению (7) для вычис пения величины помехи по скорости, помехи, которую нужно компенсировать, чтобы процесс бып более производительным, необходимо перемножить величины Д 4 и Чопт и зто проиэве дение разделить на V»

Причем, необходимо отметить, что величина АМ и величина рь могут быть выделены с помощью элементов изгде V — оптимальное тяговое уси- 10 .лие при отсутствии помехи;

V — оптимальная скорость при отсутствии помехи в идеальном случае.

При наличии помехи по тяговому 15 усилию g 7 и скорости Д V для достижения наибольшей проиэводительЮ ности процесса копания необходимо, чтобы правая часть уравнения (1) при отсутствии помех равнялась правой 20 части этого же уравнения при наличии помех.

Если имеется помеха по тяговому усилию d9 то запишем

+й 25 о пт.

8 4 вестного устройства для комбинированного управления рабочим органом, но при отсутствии устройства для комбинированного управления отвалом величина лЧ вычислена быть не может, т.е. величина помехи ьЧ и а т тесно связаны между собой. Если помеха имеет знак минус, а помеха Ч вЂ” знак плюс, то для вычисления ДЧ используем также формулу (7). В этом случае

Таким образом, для компенсации помехи по скорости необходимо прежде вычислить ее величину. Кроме того, необходимо реализовать оптимальную траекторию скорости и показать как нужно ее менять с целью компенсации помехи.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для управления на фиг.2 — графики, показывающие реализацию оптимальных законов изменения скорости и глубины при идеальном грунте; на фиг.З вЂ” график, условно показывающий отклонения +49 тягового усилия от задаваемого из-эа неоднородности грунта; на фиг.4 — график, условно показывающий изменения глубины копания (отклонения d,ß от текущего значения Ь ) путем автоматического изменения угла резания отвала для компенсации отклонения тягового усилия от задаваемого, на фиг.5 — график, показывающий реализацию оптимального закона углубления при "неоднородном" грунте с учетом отклонения глубины копания в пределах д Ъ ; на Фиг.б — график, условно показывающий изменения скорости 1 йЧ агрегата при копании, возникающие за счет неоднородности грунта; на фиг.7 — график, показывающий реализацию оптимального закона изменения скорости с отклонениями за . счет компенсации помехи в пределах

i d V на фиг.8 — графики,. показывающие оптимальные законы изменения задающего воздействия, позволяющего реализовать оптимальные законы скорости при отсутствии (1) и наличии помехи (1 ) .

Устройство содержит тяговый двигатель 1 с независимой обмоткой возбуждения и силовой генератор 2 с независимой обмоткой возбуждения, соединенные между собой, управляе3 9538 мый выпрямитель 3, соединенный с обмоткой возбуждения силового генератора н с программным задающим устройством для скорости.

Устройство содержит также датчик тока 4, задатчик тока 5, подключенные к элементу сравнения 6, блок переменной структуры 7 и программный блок 8. Выход элемента сравнения б соединен со входом блока переменной 10 структуры 7, с которым соединен также программный блок 8. Выход блока переменной структуры 7 соединен со входом управляемого выпрямителя 3.

Устройство содержит блок умноже- 15 ния 9, эадатчик непрерывного закона оптимальной скорости 10 соединенные между собой. Блок умножения соединен с выходом элемента сравнения 11. Устройство содержит датчик 12 20 и задатчик 13 тягового усилия и блок деления 14, который соединен на входе с блоком умножения 9 и датчиком

12, а его выход соединен с программным задающим блоком по скорости 15.

Оптимальный закон изменения скорости при копании, развиваемой двигателем 1, соединенным с генератором 2, реализуется при помощи npoq граммного задающего блока 15 через з0 управляемый выпрямитель 3, соединенный с, независимой обмоткой возбуждения силового генератора.

Оптимальный закон задающего воздействия (фкг.8, кривая 2) изменяется эквивалентно оптимальному закону скорости (фиг.2, кривая 3),,т.е. таким образом, что в любой точке на кривой задающего воздействия (фиг.8 кривая 2) можно поставить в соответствие одну 40 и только одну точку на кривой 3 (фиг. 2) .

При технической реализации непрерыв.ной траектории задающего воздействия кусочно-постоянными значениями (кри- 4 вая 1,фиг.8),которые реализуются программным задающим блоком по скорости 15, реализуется с учетом переходного процесса в системе генератордвигатель траектория скорости 2, близкая к оптимальной 1 (фиг.7) .

Для того чтобы наиболее точно реализовать задающее воздействие (кривая 1 фиг.8) или для того чтобы наиболее точно воспроизвести регулируемой координатой, т.е. скоростью, изменяющееся задающее воздействие, введен контур обратной связи по

38 скорости в зависимости от нагрузки (тока). Для этого используется задатчик тока 5, который воспроизводит оптимальную траекторию тока нагрузки датчик-измеритель текущего значения тока 4 (фи о.4), элемент сравнения, который вычисляет их разность, блок переменной структуры 7, который пре- образует (усиливает) сигнал д 7 и подает его на вход управляемого выпрямителя 3.

Для устойчивости нелинейной системы генератор-двигатель при изменении управляющего сигнала на входе коэффициент обратной связи K измеOF няется во время копания блоком переменной структуры 7 по программе, задаваемой программным блоком 8.

Описанный замкнутый контур реализует оптимальный закон изменения скорости без компенсации возмущающего действия — помехи и реализует, поскольку он замкнутый, фундаментальный принцип управления по отклонению.

Для компенсации помех по скорости используется другой контур. Он сос-. тоит из блока умножения 9, на котором перемножаются величины Л Ч и Ч поступающие в этот блок с задатчика 10 и датчика 12. Произведение

h4 Ч оп делится на блоке деления 14 на значение измеренного значения тягового усилия Ч„ поступающего с датчика 12. Так вычисляется величина помехи по скорости дЧ (7), которая с выхода блока деления !4 поступает на вход программного задающего блока по скорости 15 °

Вычисляемые значения 1 дЧ показаны на фиг.б условно в виде скачков помехи по Ч

При подаче сигналов, пропорциональных |; 4V с выхода блока деления 14 на вход программного задающего блока 15 программа изменения задающего воздействия изменяется (фиг.8, кривая 1) так, что в каждый момент времени влйяние помехи но скорости сводится к нулю.

Соответственно (кривая 3, фиг.7) меняется и траектория скорости.

0пксанный контур реализует фундаментальный принцип управления по возмущению — помехе по скорости. Однако в данном случае помеха не измеряется о непосредственно, а получается вычислением через другие координаты: помеху

7 по тяговому усилию аY оптимальное заданное значение скорости Чод и измеренное значение тягового усилия 3„ „,.

В этом устройстве реализуются в комбинации (каждый своим контуром) два фундаментальных принципа управления: принцип управления по отклонению реализуется программной системой управления скоростью, замкнутой для устойчивости (зту систему определяют 10 часто как.комбинированную следящую систему), принцип управления по возмущению реализуется контуром для компенсации помехи, который включает (измеритель) вычислитель помехи или 15 возмущения (блок деления), сигнал с которого изменяет программу задания по скорости и реализует принцип управления по возмущению.

Кроме того, комбинированное уп- 20 равление по скорости не может осуществляться без комбинированного управления по тяговому усилию ибо величина помехи по скорости вычисляется через параметры помехи по тяговому 25 усилию д и измеренное тяговое усилие.

При комбинированном управлении скоростью агрегата помеха по скорос38 ти не проходит в силовую установку трактора, а своевременно компенсируется, что не вызывает колебаний мощности силовой установки и не снижает производительность агрегата.

Вследствие одновременной и взаимосвязанной компенсации помех по тяговому усилию скорости снижаются колебания скорости агрегата, что также ведет к повышению производительности агрегата.

На фиг.3,6,7 показано условно,что помехи по Р и Ч, а также изменение скорости при компенсации осуществляются скачком. На самом деле эти изменения проводят более плавно во времени.

Предложенное устройство позволяет снизить колебания по скорости и мощности силовой установки, что повышает производительность агрегата.

Экономический эффект от использования изобретения при повышении производительности на 5-8Х бульдозера на базе ДЭТ-250 может составить за пять лет эксплуатации 8-t2 тыс. руб. на одну машину.

953838

Фиа6

Техред Л.Коцюбняк !

Корректор С.йекмар.

Редактор Л.Утехина

Тирам 644

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раувская наб., д. 4/5

Заказ 3930/4

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4