Устройство для управления рабочим органом бульдозера

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ БУЛЬДОЗЕРА, содержащее датчик и задатчик тягового усилия, соединенные с первыми элементами сравнения , второй и третий элементы сравнения , каскады выглубления и заглубления отвала, логический блок, инвертор , две уставки порога срабатывания и два усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности управления и динамического качества устройства, оно снабжено двумя лoгичecки ш блоками коррекции с командными реле. Причем входы блоков коррекции соединены с выходами второго и третьего элементов сравнения и через контакты командных реле - с усилителями.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Ф

РЕСПУБЛИН, SU 978620 зю E02F920

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛМРЫТЬ9

4 т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

II ABTOPCNOMV C È Å ÎÚÑÒ (?1) 2883505/29-03 (22) 15.02.80 (46) 30. 05. 84. Бюл. Р 20 (72) Ю.Д.Погуляев и А.Д.Погуляев (53) 621.878(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2694118,кл.Е 02 F 9/20, 1978 (прототип). (54)(57) 1 ° УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

РАБОЧИМ ОРГАНОМ БУЛЬДОЗЕРА, содержащее датчик и задатчик тягового усилия, соединенные с первыми элементами сравнения, второй и третий элементы сравнения, каскады выглубления и заглубления отвала, логический блок, инвертор, две уставки порога срабатывания и два усилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности управления и динамического качества устройства, оно снабжено двумя логическими блоками коррекции с. командными реле, Причем входы блоков коррекции соединены с выходами второго и третьего элементов сравнения и через контакты командных реле — с усилителями.

978620

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, каждый блок коррекции содержит реле с регулируемой задержкой, нелинейный регулируемый элемент, элемент сравнения, логический элемент и сигнальный элемент, который подключен к выходу одного из командных реле, входы обоих командных реле подключены к выхоИзобретение относится к устройст, вам для комбинированного управления с самообучением глубиной копания землеройно-транспортных машин, .преимущественно бульдозеров. 5

Известно устройство для управления рабочим органом бульдозера, содержащее исполнительную часть, включающую гидравлические узлы и рабочий орган, и управляющую часть,включающую два контура управления для реализации заданного постоянного усилия: контур, реализующий оптимальный закон изменения глубины копания, и контур, компенсирующий помеху по тяговому усилию путем автоматического изменения угла резания. Основными элементами являются каскады выглубления и заглубления отвала, датчик и задатчик тягового усилия, три срав- 20 нивающих элемента, логический блок, анвертор, две уставки порога срабатывания, два усилителя. Исполнительные элементы и элементы управления взаимосвязаны друг с другом 1 ).

Такое устройство недостаточно надежно и устойчиво в работе, что влечет за собой снижение производительности. Это уменьшает эффективность комбинированного управления процес- 30 сом копания.

ЦеПью изобретения является повышение надежности управления и динамического качества устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления рабочим органом бульдозера, содержащее датчик и задатчик тягового усилия, соединенные с первыми элементами сравнения, второй и третий элементы сравнения, щ каскады выглубления и заглубления отвала, логический блок, инвертор, две дам логического элемента, вход которого через замыкающий контакт реле с регулируемой задержкой соединен с выходом элемента сравнения, к одному из входов которого подключен нелинейный регулируемый элемент, а другой вход и вход реле с регулируемой задержкой соединены между собой и являются входом блока коррекции. уставки, порога срабатывания и два усилителя, снабжено двумя блоками коррекции с командными реле. Входы блоков коррекции соединены с выходами второго и третьего элементов сравнения и через контакты командных реле-с усилителями. При этом каждый блок коррекции содержит реле с регулируемой задержкой, нелинейный регулируемый элемент, элемент сравнения, логический элемент и сигнальный элемент, .который подключен к выходу одного из командных реле. Входы обоих командных реле подключены к выходам логического элемента, вход которого через замыкающий контакт реле с регулируемой задержкой соединен с выходом элемента сравнения, к одному из входов которого подключен нелинейный регулируемый элемент, а другой вход и вход реле с регулируемой задержкой соединены между собой и являются входом блока коррекции, На фиг.1 приведена функциональная схема. устройства на фиг.2 - кривые закона изменения 9 союз, тягового усилия помехи и зоны нечувствительности + +0, на фиг.З вЂ” кривые опти мального закона изменения глубины; на фиг.4 - кривая зависимости изменения глубины копания при изменении угла резания с целью компенсации помехи; на фиг.5 — кривые оптимального закона л изменения глубины с учетом компенсации помехи по тяговому усилию; на фиг.б— кривые, характеризующие нелинейные ограничения помехи.

Устройство содержит несколько групп элементов, обеспечивающих работу контура по компенсации помехи на принципе . комбинированного управления, а также группы элементов, обеспечивающих обу- чение системы комбинированного управ3 9786 ления и последующую ее работу в режиме самообучения.

Первая группа (фиг.1) состоит из соединенных между собой тензодатчика 1, установленного на толкающем

5 брусе задатчика 2 тягового усилия, первого элемента сравнения 3, логического блока 4 с двумя выходами (плюс, минус).

1О

Вторая группа состоит из соединенных между собой инвертора 5, второго элемента сравнения 6, блока 7 уставки порога срабатывания, усилителя 8 и пары электромагнитных клапанов

9, 10 каскада выглубления отвала.

Вход инвертора 5 соединен с минусовым выходом логического блока 4, а усилитель 8 — с электромагнитными клапанами 9,10.

Третья группа состоит из соединенных между собой третьего элемента сравнения 11, блока 12 уставки порога срабатывания, усилителя 13 и пары электромагнитных клапанов 14, 15 каскада заглубления отвала. Плюсовой выход логического блока 4 соединен с входом элемента сравнения 11, а выход усилителя 13 — с электромагнитными клапанами 14,15.

Четвертая группа состоит из первого блока коррекции, включающего соеди.ненные между собой реле 16 с регулируемой задержкой срабатывания, нелинейный регулируемый элемент 17 и элемент сравнения 18. Реле 16 с регулируемой задержкой срабатывания и элемент сравнения 18 соединены с выходом ,элемента сравнения tt. В эту группу также входят логический элемент 19 с двумя выходами (плюс, минус), командные реле 20 и 21 с регулируемой задержкой срабатывания. Реле 20 соединено с плюсом логического элемента 19 и имеет нормально замкнутые контакты в цепи между выходом элемента сравнения 11 и входом усилителя 13, реле 21 соединено с минусом логического элемента 19, реле 16 имеет нормально разомкнутые контакты в цепи между выходом элемента сравнения 18 и входом логического элемента 19.

Пятая группа состоит из соединенных между собой реле 22 с регулируемой задержкой срабатывания, нелинейного регулируемого элемента 23, элемента сравнения 24. Элемент сравнения 24 и реле 22 соединены электрически с выходом элемента сравнения 6. го 4

В группу входят логический элемент 25 с двумя выходами (плюс, минус), командные реле 26 и 27 с регулируемой задержкой срабатывания. Командные реле 21 и 27 соединены соответствен-! но с сигнальными блоками 28 и 29. Реле 26 соединено с плюсом логического элемента 25 и имеет размыкающие контакты 30 в цепи между выходом элемента сравнения 6 и входом усилителя 8, реле 27 соединено с минусом логического элемента 25, реле 22 имеет замыкающие контакты 31 в цепи между выходом элемента сравнения 24 и входом логического элемента 25. Реле 16 имеет замыкающие контакты 32 в цепи между выходом элемента сравнения 18 и входом логического элемента 19, а реле 20 — размыкающие контакты 33 в цепи между элементом сравнения 11 и логическим элементом О.

На фиг.7-9 показаны графики,характеризующие регулируемые задержки срабатывания реле 16 и 17, 20 и 21, 26 и 27 соответственно на фиг.10 изображены кривые компеисируемой помехи и его ограничение сверху для случая, когда работают реле 16,20 с регулируемыми задержками срабаTbiBaHHH 4 с ° 3 ср . фиг. t1 — то же, для случая, когда работают реле 16, 20, 21 с регулируемыми задержками срабатывания t 16 нечувствительности) на фиг.12 изображены кривые компенсируемой помехи и ее ограничения снизу для случая, когда работают реле 22 и 26 с регулируемыми задержками срабатывания Ььар азер - зоне не ср2 чувствительности q на фиг .13 — то же, для случая, когда работают реле

22, 26, 27 с регулируемыми задержками срабатывания 1з р 22, з ср2Ь ф — зона.иечувствйтельности).

Й тройство работает следующим образом.

Одновременно с реализацией оптимального закона выглубления (крис вая 2, фиг.3) задатчик 2 тягового усилия задает оптимальную постоянную величину тягового усилия, а датчик 1 изменяет его фактическую веD личину. Если происходит увеличение тягового усилия выне заданного задатчиком 2 на определенную („-М, >О величину +д< (фиг.2), 978620 то"на выходе элемента сравнения 3 появляется сигнал рассогласования со знаком плюс, который подается на вход логического блока 4 с двумя выходами по знаку сигнала рассогласования (плюс, минус). С выхода блока 4 со знаком плюс сигнал подается на вход элемента сравнения 11, на коI тором происходит сравнение сигнала

1О рассогласования с уставкой 12 порога срабатывания клапанов 14, 15. При превышении сигналом рассогласования величины уставки 12 порога срабатывания на выходе элемента сравнения 11 о 15 появляется сигнал, который подается на вход усилителя 13, а с его выхода — на клапаны 14,15. Отвал, поворачиваясь относительно конца толкающего бруса, выглубляется на некоторуго величину CL1r (фиг.4). После выглубления отвала на величину gg копание происходит с уменьшенной глубиной и постоянным тяговым усилием благодаря тому, что помеха по тяговому

25 усилию +9 (фиг.2) скомпенсирована путем выглубления отвала за счет изменения угла резания поворотом отвала. При этом выглубление отвала за счет его поворота путем изменения угла резания происходит до тех пор, по30 ка сигнал со знаком плюс на входе элемента сравнения 11 не сравняется по величине с уставкой порога срабатывания 12 группы клапанов 14, 15, а сигнал на выходе элемента сравнения 35 будет равен нупю. Когда момент достигается, на выходе усилителя 13 сигнал также становится равен нулю, клапаны 14, 15 закрываются, и выглубление отвала прекращается. Если происходит снижение тягового усилия ниже заданного задатчиком 2 на определенную величину - ((фиг.2), то на входе логического блока 4 появляется сигнал рассогласования со знаком минус, который с выхода блока 4 со знаком минус подается на вход инвертора 5, а с его выхода со знаком плюс — на элемент сравнения 6, на ко50 тором сравнивается с уставкой пороra 7 срабатывания клапанов 9,10.

Если сигнал с выхода инвертора 5 превысит сигнал уставкн 7, на выходе элемента сравнения 6 появляется сигнал, который подается на вход усили55 теля 8, а с его выхода - на клапаны 9., 10. Клапаны 9, 10 открываются, при этом одновременно масло поступает в надпоршневую полость силового цилиндра, отвал, поворачиваясь относительно конца толкающего бруса, заглубляется. Заглубление отвала происходит до тех пор, пока сигнал со знаком вилюс на входе элемента сравнения 6 не сравняется с уставкой 7 порога срабатывания клапанов 9, 10, а сигнал на выходе элемента сравнения 6 будет равен нулю.

Когда этот момент достигается, сигнал на выходе усилителя 8 также становится равным нулю, клапаны 9, 10 закрываются, и заглубление отвала прекращается. При этом отклонение величины тягового усилия равно — d9, а заглубление происходит на некоторую величину + лЪ (фиг. 4) . В результате происходит реализация оптимального закона выглубления отвала на всем участке копания по кривой 3 (фиг.5), отклоняющейся от кривой выглубления 2 при идеальном грунте на некоторуго величину + д1

В режиме самообучения возможны два случая. В первом случае помеха растет, она появляется на выходе логического блока 4 со знаком плюс, на выходе элемента сравнения 11 через усилитель 13 поступает на клапаны 14, 15 которые срабатывают,и начинаются выглубления отвала-компенсация помехи. Одновременно помеха после элемента сравнения 11 поступает на вход реле 16 с регулируемой задержкой срабатывания 1з „и на вход з ср1ь элемента сравнения 18. Помеха,несмотря на компенсацию, растет. Через время задержки срабатывания реле 16, выбранное при обучении системЫ, срабатывает и замкнет свои замыкающие кон- такты 32 в цепи между выходом элемента сравнения 18 и входом логического элемента 19. В результате на вход логического элемента 19 поступает сигнал, равный разности сигналов, поступающих на элемент сравнения от нелинейного элемента 17 и с выхода элементов "сравнения 11, причем нелинейный элемент запитывается не в момент замыкания контакта реле 16 (32), а в момент перевода ручки гидрораспределителя в положение подъема. В результате сигнал определенного знака появляется на выходе логического элемента 19.

Тут возможны два варианта работы сис-о темы. Если на выходе элемента 19 (фиг.3) появляется сигнал со знаком плюс, то

978620 он поступает на вход реле 20 с регули-, руемой задержкой срабатывания (фиг.10) ,.с9сР, которое при появлении на

Р го его входе сигнала со знаком плюс запускается в работу, однако он сраба- 9 тывает с задержкой t9 (фиг.7), 9сР 20 и после этого размыкаются контакты 33 (фиг.3) в цепи выхода элемента сравнения 11. В результате сигнал на выходе усилителя исчезает, .клапаны 14 " и 15 закрываются, выглубление путем изменения угла резания прекращается, и отвал плавно входит в зону нечувствительности. Ва втором случае может случиться так, что по истечении времени задержки срабатывания реле !6 9ср происходит замыкание его 6 контактов 32, сигнал появляется на выходе элемента 19 со знаком минус и на входе реле 2 1 с регулируе — 20 мой задержкой срабатывания

За время 49 „ реле 21 происходит дальнейшая компенсация помехи. Если вРемя 9ср не появляется сигнал на выходе элемента 19 со 25 знаком плюс, то реле срабатывает и включается звуковой сигнал аварийного выглубления. Если же сигнал плюс появится на выходе элемента 19 раньше, чем истечет время 1 ре- 3д ле 2, то от него запускается реле 20, которое срабатывает, задержкой времени Ф и размыкает контакты 33, 9сР 20 после чего прекращается компенсация помехи со знаком плюс (фиг.11). Во втором случае время компенсации увеличивается на время задержки срабатывания реле 20. Когда с входа логического блока 4 поступает сигнал помехи со знаком минус, который про- 40 ходит через инвертор 5 и элемент сравнения 6, он сравнивается с постоянной уставкой 7, поступает через усилитель 8 на группу клапанов. 9, 10. Это означает что Ч 9 — Ч д и имеет ся недогрузка агрегата по тяговому усилию, присутствует помеха отрицательного знака, которая компенсируется путем заглубления отвала за счет изменения угла резания. Кроме того, сигнал помехи со знаком минус, инвертированный инвертором 5, после элемента сравнения 6 поступает на вход реле 22 с регулируемой задержкой срабатывания 1 и на вход элемен99 та сравнения 24. !

При обучении системы управления для компенсации помехи отрицательного знака, убывающей зо времени, знак помехи определяется на выходе логического блока 5, à — îñêîëüêó помеха инвертируется, то обучение системы осуществляется для ее инвертированного положительного значения. На фиг.6

12, 13 помеха для лучая деизм 1 (О показана отрицательной, так как это соответствует физической сути процесса. Последующая работа системы управления отвалом в режиме самообучения обеспечивается с помощью реле 22, 27, 26 с регулируемой задержкой срабатывания, нелинейного регулируемого элемента 23, а также элемента сравнения 24, логического элемента 25 с двумя выходами (плюс, минус) и сигнального элемента 29.

В этом случае система управления работает следующим образом.

Растет помеха со знаком минус на выходе логического блока 4, и происходит ее компенсация с помощью устройства для комбинированного управления отвалом. При этом осуществляется заглубление отвала, и работают клапаны 9, 10. Одновременно после элемента сравнения 26 помеха поступает на вход реле 22 (фиг,13) и на вход элемента сравнения 24. Помеха отрицательного знака несмотря на компенсацию растет, так как она всегда должна достичь при компенсации какого-то максимума, а затем идти на убыль. Через время задержки срабатывания реле 22, устанавливаемое оператором в процессе обучения системы управления на конкретный тип грунта, срабатывает реле 22 и замыкает контакты 31 между выходом элемента сравнения 24 и входом логического элемента 25. В результате на вход логического элемента 25 поступает сигнал, равный разности сигналов, подаваемых на элемент сравнения 24 с нелинейного регулируемого элемента 23 и с выхода элемента сравнения 6, причем величина нелинейного ограничения настраивается оператором на конкретный тип грунта. Нелинейный элемент 23 запитывается не в момент замыкания контакта 31 реле, а в момент перевода ручки гидрораспределителя. При этом сигнал определенного знака появляется на выходе логического элемента 25. Если на выходе элемента 25 появляется сигнал со знаком плюс, то он поступает на вход реле 26 с регу9

978620

10 лируемой задержкой срабатывания (фиг.12), величина которой выбирается оператором в процессе обучения системы управления рабочим органом при настройке ее на конкретный тип грунта.5

Реле 26 при появлении сигнала на его выходе замыкается, однако, срабатывание реле 26 осуществляется с задержкой времени 13 (фиг.6), и после истечения времени t размыкаются контакты 30 реле 26 при наличии сигнала "Плюс" на его входе, которые находятся в цепи между выходом элемента сравнения 6 и входом усилителя 8. В результате сигнал на выходе усилителя исчезает, клапаны

14, 15 обесточиваются, закрываются с некоторой задержкой t> ., обусЭ ЭЛ ловленной электромагнитной инерцией электромагнитных клапанов, и отвал прекращает движение — заглубление путем изменения угла резания, поворачиваясь на оси. При этом помеха плавно входит в зону нечувствительности. Если же имеют место колебания отвала, то временные регулируемые задержки срабатывания реле 23, 26 tg Р, з„,, можно изменить

3сР 3 (увелйчйть, уменьшить) при обучении систем на конкретный тип грунта. 30

При работе системы в режиме самообучения используют те временные уставки реле 22, 26, которые выбраны при обучении. Кроме того, в процессе работы оператор может провести обучение системы управления рабочим органом, если изменится плотность грунта и это отразится на динамике рабочего органа, так как все временные задержки регулируются. Если после4б срабатывания реле 22 через время задержки раба ы ания t3pp 22 и замыкания контактов 31 (фиг.13) на выходе элемента 25 появляется сигнал со знаком минус, то он попадает на вход 4> реле 27 с регулируемой задержкой срабатывания 2, которое Запускается от сигнала "Минус",а сработает как реле через время t и по истеЗср 27 чении этого времени включает аварий- 50 ный сигнал. В случае исчезновения знака минус на его входе до истечения времени Ф3 „ реле 27 не срабатывает и не включает аварийный сигнал, на выходе логического элемента 25 появляется сигнал со знаком плюс, так как за время произошЗСР27 ла компенсация помехи и она стала меньше величины нелинейного ограничения элемента 23. На выходе элемента 25 появляется сигнал со знаком плюс (фиг. 13), который поступает вновь на вход реле 26, Реле 26 срабатывает через времяФ . и раз3СР 26 мыкает контакты 30 в цепи, выход элемента сравнения 6 - вход усилителя 8, клапаны 9,10 с некоторой задержкой, обусловленной электромагнитной инерцией. Клапаны 9,10 срабатывают и закрываются, и заглубление отвала прекращается, а величина помехи плавно входит в зону нечувствительности.

При наличии колебаний отвала их можно устранить на этайе обучения системы изменением задержки срабатывания реле 27. В режиме самообучения система управления работает с теми задержками срабатывания, которые определены оператором при обучении системы на конкретный тип грунта.

Выше показаны случаи, когда помеха возникает с самого начала процесса копания. При возникновении помехи в любой момент времени на любом участке копания ее компенсация и обучение системы происходят так же, как при появлении ее в начале процесса копания.

Обучение системы управления и последующая ее работа в режиме самообучения позволяют повысить надежность . системы комбинированного управления, повысить динамические качества системы, избежать нежелательных колебаний рабочего органа, максимально использовать мощность бульдозера при копании, и следовательно, повысить его производительность.

Предлагаемое устройство может обеспечить надежную и производительную работу бульдозера в широком диапазоне грунтов, оно позволяет использовать оператора в качестве оператора — аналитика, осуществляющего анализ различных ситуаций и принимающего соответствующие решения для обучения автомата.

978620

Корректор С.Шекмар, Редактор Л.Утехина

Техред Л.Мартяшова, Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3930/4

Филиал IIIIII "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4