Система управления рабочим процессом гидравлического экскаватора

 

Изобретение относится к области землеройно-транспортной техники и позволяет повысить производительность экскаватора путем автоматической оптимизации режима работы экскаватора . Система содержит гидроцилиндры (ГЦ) 5 и 6 рукояти и ковша, насосы 1 и 2 и гидрораспределители 8 и 9, сл с оо СП СП tc

СОК)З COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (52) 4 Е 02 F 9/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 39499 79/29-03 (22) 09.09 ° 85 (46) 07.06.87. Бюл. У 21 (71) Московский автомобильно-дорожный институт (72) А.Н.Абрамов (53) 621.879,23(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

К- 412356, кл. Е 02 F 9/20, 1972.

Патент Бельгии У 794481, кл. Е 02 F 9/20, 1980, „„SU„„1315572 A1 (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к области землеройно-транспортной техники и позволяет повысить производительность экскаватора путем автоматической оптимизации режима работы экска-. ватора. Система содержит гидроцилиндры (ГЦ) 5 и 6 рукояти и ковша, насосы 1 и 2 и гидрораспределители 8 и 9, 131557 кинематически связанные через стопоры 10 и 12 с соответствующими исполнительными механизмами ll и 13. В поршневых полостях ГЦ 5 и 6 установлены соответственно датчики 18 и 21 давления, которые через усилители 19 и 22 подключены к входам блоков 20 и

23 сравнения. Выходы блоков 20.и 23 соединены с входами блоков 26 и 27 задания разности давлений в ГЦ 5 и 6 и с входами сумматоров 24 и 25. Выходы блоков 26 и 27 подключены к соответствующим регулируемым дросселям

17 и 15. Для регистрации процесса выдвижения штоков ГЦ 5 и 6 предусмот2 рены расходомеры 28 и 29 одностороннего действия. Они регистрируют только процесс копания грунта и соединены с вторыми входами сумматоров 24 и 25, выходы которых подключены к исполнительным механизмам 13 и 11 соответственно. Система обеспечивает автоматическое совмещение операций копания ковшом и рукоятью при одновременном повышении скорости разработки грунта. При этом перераспределение нагрузок на элементы оборудования осуществляется в зависимости от условий эксплуатации и грунтовых условий. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к землеройным и землеройно-транспортным машинам с гидроприводом, в частности экскаваторам.

Целью изобретения является повышение производительности экскаватора путем автоматической оптимизации режима работы экскаватора.

На фиг.l приведена функциональная схема предлагаемой системы;на фиг.2выполнение блоков сравнения, задания разности и сумматора.

Система управления рабочим процессом гидравлического экскаватора состоит из гидравлических насосов 1 и 2, подключенных к основной системе питания. Насос 1 с помощью магистралей 3 и 4 и независимых гидрораспределителей (не показаны) подключен к гидроцилиндрам рукояти 5 и ковша 6 соответственно. Гидронасос 2 посредством трубопровода 7 подключен к гидромоторам поворота хода и гидроцилиндру стрелы (не показаны). Гидроцилиндры рукояти 5 и ковша 6 соединены с вторым насосом 2 посредством дополнительных гидрораспределителей 8 и 9, соответственно, Управляющий элемент, например, шток гидрораспределителя 8 кинематически соединен со стопором

10, внутри которого установлено реле времени (не показано), и первым исполнительным механизмом 11, а управляющий элемент гидрораспределителя 9 кинематически соединен со стопором

l2 и вторым исполнительным механизмом 13. Гидроцилиндр 5 рукояти подключен к гидрораспределителю 8 посредством магистралей 14.

Гидрораспределители 8 и 9 гидравлически соединены между собой и посредством их гидроцилиндры рукояти 5 и ковша 6 соединены с вторым насосом

2. Регулируемый дроссель 15 установлен в одной из магистралей 14, соединяющей поршневую полость гидроцилиндра 5 рукояти с насосом 2. Гидроцилиндр 6 ковша подключен к гидрораспределителю 9 с помощью магистралей

16. Регулируемый дроссель 17 установлен в одной из магистралей 16, соединяющей поршневую полость гидроцилиндра 6 ковша с насосом 2.

В поршневой полости гидроцилиндра

5 установлен датчик 18 давления, подключенный к усилителю 19, выход которого соединен с блоком 20 сравнения заданных величин максимального Р и минимального Р„ „ давлений с действительным Р давлением в поршневой полости гидроцилиндра 5. Аналогично в поршневой полости гидроцилиндра 6 установлен датчик 21, подключенный к усилителю 22, выход которого соединен с аналогичным блоком 23 сравнения заданных величин максимального

Р,„,„ и минимального Р„,„„ давлений с действительным Р давлением в поршне2 4 ра 5 жидкость по основной магистрали

3 подается под давлением в поршневую полость данного гидроцилиндра, которое регистрируется датчиком 18 давления. Сигнал от датчика 18 давления поступает через усилитель 19 на блок

20 сравнения. Если величина давления поступающей жидкости Р не превышает максимального давления Р „, (устанавливается настройкой предохранительных клапанов), но больше, чем минимальное давление Р„,„, обуславливаемое свободным ходом штока, плюс некоторая величина поправки на внедрение в грунт на начальной стадии, то сигнал подается на выход "Да" блока 20 сравнения, электрически связанного с блоком 26 давления разности давления. Данная ситуация возникает при стационарном режиме работы гидроцилиндра 5 рукояти, когда имеется определенный избыток мощности, не реализованной полностью на процесс разработки грунта.

Блоки 26 и 27 выполнены в виде операционных усилителей с обратной, связью (фиг.2). Выход блока 26 подключен к регулируемому дросселю 17, а выход блока 27 — к дросселю 15.

Для регистрации процесса выдвижения штоков гидроцилиндров 5 и 6 в систе- 15 ме предусмотрены расходомеры 28 и

29 одностороннего действия, которые размещены в магистралях, соединяющих штоковые полости гидроцилиндров 5 и

6 с первым насосом 1. Расходомеры 28 2р и 29 регистрируют только процесс выдвижения штоков, т.е. процесс копания грунта и соединены с вторыми входами сумматоров 24 и 25, выход сумматора 24 соединен с вторым испол-25 нительным механизмом 13, а выход сумматора 25 — с первым исполнительным механизмом 11. Третьи выходы блоков

20 и 23 соединены соответственно со стопорами 10 и 12. 30

Каждый из блоков 20 и 23 сравнения выполнен в виде задатчиков максимального 30 и минимального 31 давлений в гидроцилиндрах 5 и 6, компараторов 32 и 33, первого элемента И 34, 35 инвертора 35, второго элемента И 36 и третьего элемента И 37. Выходы компараторов 32 и 33 соединены с входами элемента И 34, выход которого соединен с входом инвертора 35 и первыми входами элементов И 36 и 37.

Первый вход компаратора 32 соединен с задатчиком 30 и вторым входом элемента И 37. Первый вход компаратора

33 соединен с задатчиком 31. Вторые 45 входы компараторов 32 и 33 и элемента И 36 являются входами блоков 20 и 23. Выходы элементов И 36 и 37 являются первыми выходами блоков 20 и

23. Выход элемента И 36 является вторым выходом блока 20(23), а выход инвертора — третьим выходом блока

20(23). Блоки 26 и 27 выполнены в виде операционного усилителя 38 с обратной связью 39.

Устройство работает следующим образом.

При копании рукоятью (не показана) под действием насоса 1 и гидроцилиид1

Разность давлений определяется зависимостью д Pp = P макс — Pp преобразуется электрическим сигналом соответствующей силы, который поступает на управляющий элемент дросселя

17. Проходное сечение дросселя 17 в этом случае соответствует величине разности DPp значений максимального

P„ H eHc H H o P давлений в поршневой полости гидроцилиндра 5 рукояти. Чем больше данная разность, тем больше открывается проходное сечение дросселя 17. При дР = 0 проходное сечение дросселя полностью закрыто. Одновременно с второго выхода блока 20 подается электрический сигнал на сумматор 24, который воздействует на исполнительный механизм

13, перемещающий шток гидрораспределителя 9 из нейтрального положения в положение подачи жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 6 ковша.

Однако сумматор срабатывает только в том случае, если на него поступает еще и сигнал от расходомера 28, указывающего на наличие или отсутствие перемещения штока гидроцилиндра

5 рукояти. Если же давления штока нет, то соответственно нет копания грунта поворотом рукояти и сигнал от расходомера 28 на сумматор 24 не поступает. При наличии обоих указанных сигналов исполнительный механизм 13 беспрепятственно перемещает шток гид3 131557 вой полости гидроцилиндра 6 ковша. В свою очередь, вторые выходы блоков

20 и 23 соединены с первыми входами сумматоров 24 и 25. Первые выходы блоков 20 и 23 соединены с входами блоков 26 и 27 задания разности давлений в гидроцилиндрах 5 и 6.

5 13 рораспределителя 9 и жидкость от насоса 2 подается в поршневую полость гидроцилиндра 6 ковша. Причем расход ее регулируется указанным дросселем

17. В результате в гидроцилиндре 6 ковша возникает вторичное давление, вызванное движением рукояти, которое регистрируется датчиком 21 давления и обуславливает поворот ковша.

От датчика 21 сигнал поступает через усилитель 22 в блок 23 сравнения.

Если величина давления поступающей жидкости Р не превышает предельного

Р „,, заданного настройкой предохранительных клапанов, и больше величи— ны Р в ковше, то через блок 27 мин задания разности давлений сигнал о величине д Р поступает к дросселю

15, который регулирует подачу рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 5 рукояти через магистраль 14 от второго насоса 2. Дополнительный подвод жидкости в гидроцилиндр 5 рукояти зависит, таким образом, от режима работы самой рукояти при ее движении под действием насоса

На вход блока 20(23) подаются в виде величин напряжений значения

Р,„„, — (30), P, — (31) и P (Р ) из датчика 18 и усилителя 19 (21 и 22)

На выходе из блока 20(231 имеется выходной сигнал "Да, разрешающий дальнейшую передачу аналоговых сигналов в блоки 24 и 26, и выходной сигнал "Нет". В случае, если выполняется условие Р..„ C Рр (P QKc, à выходе элемента 34 — цифровой код "1" — сигнал Нет" отсутствует, а разрешающий цифровой код "1 подается на элементы И 36 и 37. Только в этом случае идет разветвление сигналов на блоки

24 и 26. При этом в блоке 20(23) имеется два вывода с разрешающего сигнала "ga": первый P — на суммаР тор 24; второй Р и Р„ „ — подаются на блок 26, выполняющий вычитание (РА„, — Р ). Величина электрического сигнала, соответствующая разности (Р„„,„„ — Р ), поступает на исполнительный элемент (например, электромагнит) дросселя 17(!5). Блок 26(27) выполняется из операционного усилителя 38 с системой обратной связи 39.

В качестве исполнительного механизма 11(13) может служить электромагнит, выполнение которым своих функций возможно только при поступлении на него соответствующего сигнала

15572 6

5 !

0 !

40 из блока 20 (23) . Подача жидкости от насоса 2 в поршневую полость гидроцилиндра 5 осуществляется только в том случае, если со второго выхода блока 20(23) поступит сигнал на сумматор 24(25), от которого поступает соответствующий сигнал на исполнительный механизм 11, воздействующий на шток гидрораспределителя 8. От расходомера 29, сигнализирующего о движении штока гидроцилиндра 6 ковша, сигнал поступает на сумматор 25.

В этом случае, шток гидрораспределителя 8 перемещается в положение подачи жидкости от насоса 2 в поршневую полость гидроцилиндра 5.

Таким образом происходит одновременное движение ковша и рукояти, гидравлические характеристики которых влияют друг на друга посредством системы обратной и прямой связи. Интервал включения стопора, а также интервал разности давлений в полостях могут бь|ть заданы в зависимости от начальных условий работы. Если давление превышает предельное P„axe в полости гидроцилидра 5 или 6 или давление в этих полостях ниже минимального, что говорит об отсутствии зна-чительных сопротивлений на рабочих органах, то с третьих выходов блоков

20 и 23 сравнения подаются сигналы на стопоры 10 и 12, соответственно.

Стопоры 10 и 12 с реле времени пропускают сигнал от исполнительных механизмов 11 и 13, перемещают штоки гидрораспределителей 8 и 9 в нейтральное положение и прекращают подачу жидкости от насоса 2 в магистрали

14 и 16.

При отсутствии каких-либо сигналов, поступающих на гидрораспределители 8 и 9, они устанавливаются в нейтральное положение под действием возвратных пружин, а жидкость в магистрали 16 и 14 от насоса не поступает. T.е. гидрораспределители 8 и 9 нормально закрыты.

Если при работе в автоматическом режиме ковш полностью набран грунтом и повернут на максимальный угол, то давление превышает максимальное, срабатывают стопоры 10 и 12, гидрораспределителя 8 и 9 устанавливаются в нейтральное положение и система отключается. Оборудование готово на в ьгрузку грунта в транспортное средство.

13155

Предлагаемая система позволяет автоматически совмещать операции поворота и движения ковша, что позволяет существенно повысить скорость движения режущей кромки при копании или рыхлении грунта, при наибольшей эффективности использования мощностных возможностей машины. При движении одного из рабочих органов дальнейшее увеличение его скорости может быть невозможно по ряду конструктивных причин. Однако избыток мощности может быть реализован другим путем, 10 а именно подводом дополнительной жид15

20 кости к другому рабочему органу, тем самым увеличивая суммарную скорость движения режущей кромки. Соотношение скоростей поворота рабочих органов обуславливается прежде всего влиянием внешних условий на регулируемые дроссели.

Двухпоточная система обратной связи характеризуется взаимным влиянием нагрузок и режимов давления ковша и рукояти.

Поддержание определенного режима давления в каждом из рабочих органов и перераспределение нагрузок в зависимости от внешних условий обеспечивают наилучшее использование полезной мощности при максимально возможной скорости движения режущей кромки. формула изобретения

1. Система управления рабочим процессом гидравлического экскаватора, содержащая основную гидросистему с двумя гидравлическими насосами, первый из которых посредством независимых гидрораспределителей подключен к гидроцилиндрам рукояти и ковша, а второй соединен с гидромоторами хода, поворота поворотной платформы и гидроцилиндрами стрелы с возможностью подключения к гидроцилиндрам рукояти и ковша, отличающаяся тем, что, с целью повышения произвотической оптимизации режима работы экскаватора, она снабжена датчиками давления, усилителями, блоками сравнения заданных величин максимального и минимального давлений с действительным давлением в каждом гидроцилиндре, блоками задания разности давлений в каждом гидроцилиндре, сумматорами, гидравлически соединенными дительности экскаватора путем автома- g0

72 8 между собой дополнительными гидрораспределителями, посредством которых гидроцилиндры рукояти и ковша соединены с вторым насосом, исполнительными механизмами и стопорами с реле времени, кинематически соединенными друг с другом и с управляющими элементами дополнительных гидрораспределителей, а также система снабжена дросселями и расходомерами одностороннего действия, при этом датчики давления размещены в поршневой полости каждого гидроцилиндра и подключены к усилителям, выходы которых соединены с входами блоков сравнения, первые выходы которых соединены с входами блоков задания разности давлений в каждом гидроцилиндре, вторые выходы — с первыми входами сумматоров, третьи — со стопорами, а дроссели установлены в магистралях, соединяющих поршневые полости гидроцилиндров рукояти и ковша с вторым насосом, и подключены соответственно: первый — к выходу блока задания разности давления в гидроцилиндре ковша, второй — к выходу блока задания разности давлений в гидроцилиндре рукояти, расходомеры одностороннего действия размещены в магистралях, соединяющих штоковые полости гидроцилиндров рукояти и ковша с первым насосом и подключены к вторым входам сумматоров, причем выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с исполнительными механизмами второго и первого дополнительных гидрораспределителей.

2, Система по п.1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что блок сравнения выполнен в виде задатчиков максимального и минимального давлений в гидроцилиндрах рукояти и ковша, двух компараторов, трех элементов И и инвертора, при этом выходы компараторов соединены с входами первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И и с входом инвертора, а первый вход первого компаратора подключен к задатчику максимального давления и второму входу третьего элемента И, первый вход второго компаратора подключен к задатчику минимального давления, причем вторые входы компараторов и второй вход второго элемента И являются входом блока сравнения, выходы второго и третьего элементов И являются первым выходом

1315572

-Рр

Составитель Г. Алексеева

Редактор А.Шандор Техред M.Õîäàíè÷ Корректор А.Обручар

Тираж 606 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2325/31

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 блока сравнения, выход второго элемента И является вторым выходом блоков сравнения, а выход инвертора — его третьим выходом.

1О

3. Система по пп.1 и 2, о т л ич а ю ц а я с я тем, что блок задания давления в каждом гидроцилиндре выполнен в виде операционного усилителя с обратной связью.