Система управления рабочим процессом землеройно- транспортной машины

 

Изобретение позволяет повысить производительность землеройно-транспортных машин путем исключения перерегулирования . Для этого в систему дополнительно введен блок.управления (БУ), состоящий из четырех триггеров 17-20, четырех элементов И 21-24, трех элементов ИЛИ 25-27, одновибратора 28 и генератора 29, управляемого

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (1) 4 Е 02 F 9/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ л ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; ц

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ И.: ..:;;.

Фиг.1 (21 ) 38701 72/29-03 (22) 20.03.85 (46) 15.01.87. Бюл. 9 2 (71) Сибирский автомобильно †дорожн институт им. В.В.Куйбьппева (72) В.Н.Тарасов и И.В.Степанов (53) 621.878.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1129302, кл. Е 02 F 9/22, .1983.

Патент Японии У 55-36776, кл. Е 02 F 3/84, опублик. 1980. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ ЗЕМЛЕРОИНО-ТРАНСПОРТНОИ МАШИНЫ (57) Изобретение позволяет повысить производительность землеройно-транспортных машин путем исключения перерегулирования. Для этого в систему дополнительно введен блок. управления (БУ), состоящий иэ четырех триггеров

17-20, четырех элементов И 21-24, трех элементов ИЛИ 25-27, одновибратора 28 и генератора 29, управляемого

12 напряжением. Основной вход управления БУ соединен с автоматическим регулятором 10, а выход — с гидрораспределителем 5, управляющим исполнительным гидроцилиндром (ИГЦ) 1 . Дополнительные входы BY связ аны с элементами сравнения (ЭС) 32 и 33.

Первые входы ЭС 32 и 33 соединены соответственно с задатчиками 36 и

37 величин перемещения штока ИГЦ 1 и с задатчиком 35 поступательного перемещения машины. Вторые входы ЭС

32 и 33 соединены через интеграторы

83313

30 и 31 соответственно с датчиками

38 и 9 скорости штока ИГЦ 1 и движения машины. БУ осуществляет пропускание информации с регулятора 10 в цепи управления или ее прерывание в зависимости от сигналов рассогласования на ЭС 32 и 33. Благодаря этому система управления ограничивает черезмерные перемещения штока ИГЦ 1 и приводит их в соответствие с поступательным перемещением машины, а следовательно, и с толщиной вырезаемой стружки, что исключает перерегулированиес 2 ил.

Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, а именно к бульдозерам, скреперам, автогрейдерам. цель изобретения — повышение производительности землеройно-транспортной машины путем исключения перерегулиро в ания .

На фиг.1 приведена функциональная .схема системы управления рабочим процессом землеройно-транспортной машины; на фиг.2 — временная диаграмма управления рабочим процессом.

Система управления рабочим процес- 15 сом землеройно-транспортной машины на примере бульдозера содержит исполнительные гидроцилиндры 1 (фиг.1), с помощью шарнира 2 соединенные с отвалом 3 и трактором 4, электрогидравли- 20 ческий распрЕделитель 5, соединенный гидромагистралями 6 и 7 с гидроцилиндрами 1, насос 8, датчик 9 сигнала управления, например доплеровский датчик скорости движения трактора, авто- 25 матический регулятор 10, состоящий из задатчиков 11, 12 и 13 уьтавок минимального U „„, максимального U„„„, сигМИН.1 налов управления и сигнала U „„выключения золотника и элементов 14,15 30 и 16 сравнения текущего значения сигнала U управления с максимальным U, значением сигнала управления с сигналом U выключения золотника, а такВЫ же с минимальным U „„значением сигна- 5 . ла управления (в качестве элементов

14,15 и 16 сравнения используются компараторы), блок управления, состоящий из четырех RS-триггеров 17,18,19 и

20, логических, элементов И 21 22,23 и 24, логических элементов ИПИ 25,26 и 27, одновибратора 28, генератора 29, управляемого напряжением (ГУН), блоки интегрирования (двоичные счетчики) 30 и 31, элементы 32 и .33 сравнения текущего положения отвала с заданным значением перемещения штока при заглублео нии S и при выглублении ь отвала, а также сравнение пройденного трактором пути с заданным значением Ь,, при котором начинается самозаглубление (самовыглубление) бульдозера, коммутатор

34, задатчик 35 пройденного трактором пути L, задатчик 36 значения первоначального перемещения штока при заглубо ленин Б и задатчик 37 перемещения штока 4 при выглублении отвала, датчик 38 числа оборотов двигателя трактора 4, включающий в себя постоянный магнит, расположенный на валу насоса

8, и магнитоуправляемый контакт, электрогидрораспределитель 5 содержит электромагниты 39 и 40.

На временной диаграмме (фиг .2) обозначены: U< — текущее значение сигнала скорости движения трактора; U

U1|55, U, напряжение на выходах компараторов 14 15 и 16; U напряжение на выходе RS-триггера 17 (сигнал

X „„); U 8 — напряжение на выходе RSтриггера 18 (сигнал X „); U„— сигнал на выходе элемента 32 сравнения (сигнал Е „); U — сигнал на выходе элемента 33 сравнения (сигнал Е „);

U„напряжения, приложенные к . о электромагнитам 39 и 40.

1283313

Алгоритм работы предлагаемого устройства записывается условиями: е.сли U-U >О, то Х=Х „; (1) если Я -1Ь;ЙиО, то z=z„,; (5) если L,-JUdt O то 2=2 „„; (6) если ь-JS dt O, то 2=2 „, () где U — текущее значение сигнала управления;

U — минимальное значение сигнаИин ла управления; максимальное значение сигнала управления, значение сигнала, при котором происходит выключение золотника распределителя; сигнал управления исполнительным механизмом; сигнал включения исполни° ецке

".Х тельного механизма на заглубление, выглубление отвала; сигнал выключения исполнительного механизма; сигнал начального перемещения штока при заглублении отвала; скорость перемещения штока при заглублении и выглублении отвала; сигнал начального перемещения штока при выглублении отвала; 35 сигнал начального пути, пройденного трактором, при котором наблюдается явление самоэаглубления или самовыглубления отвала;

40 сигнал отключения информации; сигнал пропускания информации.

+Х

S S

ill еи

z . вкл

Рассмотрим сначала работу системы управления рабочим процессом землеройно-транспортной машины на примере бульдозера по функциональной схеме (фиг. 1), алгоритму (1) — (7) и фиг.2. gg

Перед началом копания грунта бульдозер движется на рабочей передаче со скоростью U+U„, что соответствует точке A на диаграмме (фиг.2).

В соответствии с условием (1) алгоритма текущее значение сигнала U в элементе 14 сравнения сравнивается с максимальным значением сигнала

U «, эадатчика 12 и вырабатывается сигнал Х включения золотника, котоькл рый подается на распределитель 5 и осуществляет включение исполнительных гидроцилиндров 1 на заглубление отвала 3. На прочном грунте после упора режущей кромки отвала в грунт выдвижение штоков приводит не к заглублению отвала в грунт, а к изменению деформации рессоры трактора и угла поворота его подрессорной части. Возникает несоответствие перемещения штока и изменения толщины вырезаемой стружки.

Поэтому перемещение штоков исполнительных гидроцилиндров ограничивается условием (5). Когда текущее перемещение штока, формируемое интегратором

30, станет равно заданному значению

О

S задатчика 36, элемент 32 сравнения в соответствии с условием (5) вырабатывает сигнал 2 „„, который отключает автоматический регулятор 10 от распределителя, что приводит к выключению распределителя и прекращению перемещения штоков (точка B на диаграмме, фиг.2). С этого момента бульдозер выполняет процесс копания при зафиксированных гидроцилиндрах 1. Однако при перемещении трактора 4 эаглубление отвала в грунт будет происходить вследствие прижатия его к грунту силой тяжести подрессорной части остова трактора.

Одновременно в момент выключения распределителя (в точке В ) начинается формирование текущего значения пути поступательного перемещения трактора в интеграторе 31, которое сравнивается с заданным значением L, поступающим с выхода задатчика 35. В момент выравнивания. этих сигналов в элементе

33 сравнения в соответствии с условием (6) алгоритма управления вырабатывается сигнал 2 „„ включения информации, который снова подключает автоматический регулятор 10 к распределителю 5.

На диаграмме (фиг.2) этот момент соответствует точке С, в которой U+

>U поэтому в соответствии с условием (i) снова осуществляется включение распределителя 5 на заглубление отвала.

При заглублении отвала 3 текущее значение перемещения штоков исполнительных гидроцилиндров 1 сравнивается с заданным значением S задатчика 36 и, в момент выравнивания этих сигналов элемент 32 сравнения в соответствии

1283313 с условием (5) вырабатывает сигнал

Z„,,который отключает автоматичесЭйк кий регулятор 10 от распределителя 5, что приводит к прекращению заглубления отвала в точке П диаграммы на фиг.2. Процесс копания продолжается

1при зафиксированных гидроцилиндрах, однако вследствие явления самозаглубления толщина стружки грунта, вырезаемая отвалом, будет увеличиваться, 10 сопротивление расти, а скорость движения Б уменьшаться. Одновременно в элементе 33 сравнения происходит сравнение текущего значения пути трактора, формируемого интегратором

31, с заданным в задатчике 35. В момент выравнивания этих сигналов в соответствии с условием (6) вырабатывается сигнал Z«„ который соединяет автоматический регулятор 10 с распре-20 делителем 5.

Этому моменту на диаграмме (фиг.2) соответствует точке Е, в которой U < (U . Поэтому, несмотря на то, что

ЮК автоматический регулятор 10 подключен к распределителю 5, он остается невключенным, так как сигнал управления U находится в заданных пределах и алгоритм управле ния не выдае т 30 управляющих сигналов.

Процесс копания грунта далее на участке EF совершается при зафиксированных гидроцилиндрах 1, при этом вследствие увеличения призмы грунта перед отвалом возрастают силы сопротивления и падает скорость движения трактора 4. В точке F диаграммы в соответствии с условием (3) сравниваются текущее значение скорости и ее 40 минимальное значение U „ . Элемент мин

16 сравнения вырабатывает. сигнал включения распределителя 5 для выглубления отвала 3.

В момент выравнивания величины текущего перемещения штока и заданного начального значения 4 элемент 32 сравнения согласно условию (7) вырабатывает сигнал Z „„,,который отключает автоматический регулятор 10 от распределителя 5. В результате этого сигнала выключается распределитель 5 и прекращается выглубление отвала 3 (точка 6 на фиг.2). Далее на участок 55

9Н диаграммы процесс копания совершается при зафиксированных гидроцилиндрах 1. При этом вследствие явления самовыглубления сопротивления на отвале могут уменьшаться, а скорость расти. В этот период интегратор 31 формирует текущее перемещение трактора с момента окончания выглубления, которое в элементе 33 сравнения сравнивается с заданным значением пути

1.. В момент выравнивания этих сигна о лов в соответствии с условием (6) вы рабатывается сигнал Z»„который подключает автоматический регулятор к ра с пре делите лю 5 . В э то т момен т, соответствующий точке Н, текущее значение скорости U меньше значения поэтому в соответствии с условиями (1) — (7) снова вырабатывается сигнал включения распределителя на выглубление отвала. Далее произойдут последующие циклы выглубления отвала на участках НК, LÈ и NQ подобно рассмотренному.выглублению на участке

F8, а также произойдут фиксации отвала на участках KL и MN, аналогичные рассмотренному случаю для участками Н.

Таким образом, периодическими дозированными выглублениями текущее значение сигнала скорости U становится равным сигналу Б „в точке Я. С этого момента процесс копания совершается при зафиксированных гидроцилиндрах на участке QR аналогично рассмотренному случаю на участке EF.

Перед началом копания грунта бульдозер движется на транспортной скорости U . В момент времени t (точка 4 на фиг.2) оператор включает систему управления рабочим процессом. В этот момент выполняется условие (1). Сигнал на выходе компаратора 14 становится равным уровню логический "1". Этот сигнал устанавливает RS-триггер 17 в состояние логической 11, что собтветствует Х=Х „ . Одновременно уровень логической "1" с выхода RS-триггера

17, пройдя через элемент ИЛИ 25, одновибратор 28, элемент ИЛИ 26, устанавливает RS-триггер 20 в состояние логический "1". Таким образом, на обоих входах элемента И 24 присутствуют сигналы, равные уровню логической "1".

Сигнал с выхода элемента И 24, равный уровню логической "1", включает электромагнит 40. Отвал 3 начинает заглубляться. Одновременно этот сигнал с выхода элемента И 24, пройдя через элемент ИЛИ 27, разрешает прохождение импульсов от датчика 38 числа оборотов двигателя на счетный вход счетчика 30. Цифровой код на выходе

1283313 счетчика 30 пропорционален перемещению штока, так как оно является функцией числа оборотов двигателя (скорость штока пропорциональна угловой

I скорости двигателя трактора S. =r(e). 5

Счетчик 30 выполняет роль интегра тора, поэтому цифровой код на его выходе пропорционален перемещению штоков гидроцилиндров 1. Цифровой код с выхода счетчика 30 сравнивается с ко- 10 дом S цифровой схемой 32 сравнения. в

Когда код на выходе счетчика 30 стао нет равным коду S т. е. выполняется

ul Э условие (5), на выходе схемы 32 сравнения поется KopoTK улье, 15 который соответствует Е=Е „„, и устанавливает RS-триггер 19 в состояние ло гиче ской " 1", RS- триггер 20 — в состояние логического "О". Сигналом с выхода RS-триггера 20 электромагнит20

40 выключается, и трактор движется, с зафиксированным, (неуправляемым) исполнительным механизмом. Импульс с выхода схемы 32 сбрасывает счетчик

30 да нуля, а сигнал логического "0"

25 с выхода элемента И 24 запрещает прохождение импульсов от датчика числа оборотов двигателя на счетный вход счетчика 30. Уровень логической "1" с выхода триггера 19 разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 29, управляемого напряжением (ГУН), на счетный вход счетчика 31. Частота импульсов на выходе ГУН 29 пропорциональна действительной скорости трак- 35 тора. Счетчик 31 выполняет роль интегратора, поэтому цифровой код на его выходе пропорционален пути, пройденному трактором. В момент равенства кода на выходе счетчика 31 и кода 40

Ьд, т.е. когда выполняется условие (6), на выходе схемы 33 сравнения в момент времени t (фиг.2) появляется короткий импульс Е=Е „„, который сбрасывает счетчик 31 до нуля и уста- 45 навливает RS-триггер 20 в состояние логической "1".

Таким образом, на выходе элемента

И 24 появляется сигнал логической

"1", который включает электромагнит

40 и разрешает прохождение импульсов от датчика 38 оборотов на счетный вход счетчика 30. Далее произойдет следующий цикл заглубления отвала на участке CD, а также фиксация отвала на участке DE. В момент времени с з за счет увеличения нагрузки на отвале скорость трактора 4 становится равной

U8 „.. Сигнал на инверсном выходе компаратора 15 становится равным уровню логической "1", этот сигнал устанавливает RS-триггер 17 в состояние логического "0", что соответствует Х=

=Х

В интервале времени от и до t о (участок EF) трактор движется r зафиксированными исполнительными гидроцилиндрами. 3а счет увеличения призмы волочения скорость трактора 4 падает до значения U . В момент науч времени „(точка F на фиг.2) выполняется условие (3), и сигнал на инверсном выходе компаратора 16 стано" вится равным уровню логической 1 1.

Сигналом с инверсного выхода компаратора 16 RS-триггер 18 устанавливается в состояние логической "1" (Х=

=-Х „„ ). Уровень логической "1" с выхода RS-триггера 18, пройдя через элемент HJlH 25, одновибратор 28, элемент ИЛИ 26 устанавливает RS-триггер

20 в состояние логической "1".

По э тому на выходе ло гиче с ко го элемента И 23 появляется уровень логической " 1", который включает электромагнит 39. Отвал 3 начинает выглубляться. Одновременно сигнал с выхода элемента И 23 разрешает прохождение импульсов от датчика 38 оборотов двигателя на счетный вход счетчика 30.

В этом случае на входы К2 схемы 32 сравнения от задатчика 37 через коммутатор 34, управляемый сигналами с

RS-триггеров 17 и 18, поступает кодд (начального перемещения штока при выглублении отвала). В момент равенства цифрового кода на выходах счетчика 30 и кода а в момент времени t (фиг.2) на выходе схемы 32 сравнения появляется короткий импульс, соответствующий выработке сигнала Z=Ze „, который установит RS-триггер 20 в состояние логического "О". Электромагнит 39 выключается и выглубление отвала прекращается. Одновременно сигналом с выхода элемента 32 сравнения счетчик 30 сбрасывается, à RS-триггер

19 устанавливается в состояние логической "1". Сигнал с выхода RS-триггера 19 разрешает прохождение импульсов с выхода генератора 29 на счетный вход счетчика 31. Когда код на выходах счетчика 31 станет равным коду 1„ момент времени t < (фиг. 2) короткии импульс с выхода схемы 33 сравнения установит RS-триггер 20 в состояние

9 12833 логической "1". Электромагнит 39 включается, и отвал 3 начинает выглубляться. Тот же сигнал с выхода элемента

33 сравнения сбрасывает счетчик 31 до нуля, а сигнал с выхода элемента

И 23 разрешает прохождение импульсов от датчика 38 оборотов двигателя на счетный вход счетчика 30. Далее произойдут последующие циклы выглубления отвала на участках НК, LM, NQ подобно 10 рассмотренному выглублению на участке

Fe, а также произойдут фиксации отвала на участках KL, MN аналогично рассмотренному случаю для участка 8Н.

1 15

За счет уменьшения нагрузки на отвале скорость трактора растет и достигает значения 0 . В момент времени, выполняется условие (4), сигнал иа в де компаратора 15 становится 20 равным уровню логической, "1". Этот сигнал, соответствующий Х=-Х, устанавливает RS-триггер 18 в состояние логического "0". За.счет инерции гидропривода скорость трактора возраста- 25 ет до точки Ц (чуть выше 0 „„.). Далее цикл работы предлагаемого устройства повторяется.

Предл=,.;"аемая система управления рабочим процессом землеройно-транспортной машины позволяет устранить существующее в известном устройстве несоответствие перемещения штоков исполнительных гидроцилиндров и изменение толщины вырезаемой стружки.

Система управления позволяет исключить перерегулирование, повысить точность управления, а также повысить производительность на 12-14Х.

Формула изо6ре те ния

Система управления рабочим процессом зев;еройно-транспортной машины, содержащая датчик числа оборотов дви- 45 гателя, гидрораспределитель и датчик скорости движения машины, выход которого соединен с входом автоматического регулятора, состоящего из задатчиков управляющих сигналов, соединенных 50 с элементами сравнения, выходы которых являются выходами автоматического регулятора, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности машины путем исключения перерегулирования, в систему введены четыре триггера, четыре элемента И, три элемента ИЛИ, одновибратор, генератор, управляемый напряжением, два

10 интегратора, коммутатор, эадатчики величины перемещения штока при заглублении и выглублении отвала, задатчик величины поступательного перемещения машины и элементов сравнения текущего положения отвала с заданным значением перемещения штока при заглублении и выглублении отвала, причем первый выход автоматического регулятора соединен с первым входом первого триггера, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЗИ, выход которого через одновибратор соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход последнего подключен к первому входу второго триггера, второй и третий выходы автоматического регулятора соединены с входами третьего триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, с первым входом первого элемента И и первым управляющим входом коммутатора, выход датчика скорости движения машины соединен с входом генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого подключен к информационному входу первого интегратора, выход последнего подключен к одному из входов первого элемента сравнения, к другому входу которого подключен задатчик величины поступательного перемещения машины, выход первого элемента сравнения подключен к обнуляющему входу первого интегратора, второму входу второго элемента

ИЛИ и первому входу четвертого триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход датчика числа оборотов двигателя соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с информационным входом второго интегратора, выход которого подключен к одному из входов второго элемента сравнения, к другому входу которого подключен выход коммутатора, выход второго элемента сравнения соединен с вторыми входами второго и четвертого триггеров и обнуляющим входом второго интегратора, выход второго триггера соединен с первым входом четвертого элемента И и вторым входом первого элемента И, выходы которых подключены к входам третьего элемента ИЛИ, соединенным параллельно с входами гидрораспределителя, выход первого триггера также соединен с вторым входом четвертого элемента И

/2 Ь 4 5 б

+O/Ы .с

Составитель И. Назаркина

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Тяско

Редак тор М. Пе тров а

Заказ 269 Тираж 628 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Il 1283313 12 и вторым управляющим входом коммута- входом первого триггера, а выходы тора, выход третьего элемента ИЛИ задатчиков величин перемещения штока соединен с вторым входом третьего при заглублении и выглублении отвала элемента И, четвертый выход автомати- подключены к информационным входам ческого регулятора соединен с вторым 5 коммутатора.