Способ управления рабочим процессом бульдозера

 

Изобретение относится к землеройно-транспортной технике и позволяет повысить точность управления и производительность путем более точного определения силы тяги (СТ), Для этого перед началом процесса копания измеряют угловое положение гидроцилиндров отвала и давления в их штоковых и поршневых полостях и сравнивают их, В момент выравнивания давлений в полостях гидроцилиндров (при плавающем положении отвала) вырабатывйют сигнал задержки. По истечении времени задержки замеряют положение остова трактора, В процессе копания грунта замеряют угловое положение остова трактора относительно ходовых тележек и сравнивают его с -базовым. Полученную разность умножают на значение функции связи, и результат суммируют со значением усилия в шаровых шарнирах толкающих брусьев для определения СТ, Одновременно измеряют скорость движения трактора, умножают ее на СТ и получают тяговую мощность (ТМ), Осуществляют поиск экстремума ТМ и сравнение ее с текущей. ТМ. По сигналу рассогласования формируют управляющий сигнал на перемещение от- . вала, 5 ил. СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU,„, 28449 (51)4 Е 02 F 9 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3994618/29-03 (22) 27,09,85 (46) 07.08.87. Бюл, У 29 (71) Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В. В. Куйбышева (72) В. Н, Тарасов, И. В. Степанов, С, И. Чемлаков, В, Н, Моисеев и М. С, Телятников (53) 621 878 (088. 8) (56) Патент США 9 4194574, кл. 172-430, опублик, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 940651, кл, Е 02 P 9/20, 1977, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ПРОЦЕССОМ БУЛЬДОЗЕРА (57) Изобретение относится к землеройно-транспортной технике и позволяет повысить точность управления и производительность путем более точного определения силы тяги (СТ). Для этого перед началом процесса копания измеряют угловое положение гидроцилиндров отвала и давления в их штоковых и поршневых полостях и сравнивают их, В момент выравнивания давлений в полостях гидроцилиндров (при плавающем положении отвала) вырабатыв& ют сигнал задержки. По истечении времени задержки замеряют положение остова трактора. В процессе копания грунта замеряют угловое положение остова трактора относительно ходовых тележек и сравнивают его с базовым.

Полученную разность умножают на значе" ние функции связи, и результат сумми" руют со значением усилия в шаровых шарнирах толкающих брусьев для опре-. деления СТ. Одновременно измеряют ско- а Ж рость движения трактора, умножают ее на СТ и получают тяговую мощность (ТМ), Осуществляют поиск экстремума

ТМ и сравнение ее с текущей ТМ. По сигналу рассогласования формируют управляющий сигнал на перемещение отвала. 5 ил. о 9 ост

35 аН ост о ост

13

Изобретение относится к землерой— но-транспортным машинам, а именно к бульдозерам, Целью изобретенич является повышение точности управления и производительности путем более точного определения силы тяги.

На фиг. 1 приведена расчетная cxe— ма сил, действующих на рабочее оборудование; на фиг. 2 — шаровой шарнир толкающего бруса на ходовой тележке трактора; на фиг. 3 — функциональная блок-схема устройства; на фиг, 4 устройство управления рабочим процессом; на фиг, 5 — диаграмма упранления рабочим процессом, 4

На фиг„) показаны следующие величины, поясняющие способ: Ст, G — силы тяжести подрессорнои части остова трактора и рабочего оборудования;

F F — касательная и нормальная

1 2 составляющие силы сопротивления на отвале; Т „— усилие в штоках; горизонтальная реакция в шаровом шарнире; Т вЂ” сила тяги трактора; R усилие в рессоре; р — угол гидроцилиндра с вертикалью," Х -, Z . .— координаты точек.

Отвал 1 шарнирно соединен с толкающими брусьями 2 и исполнительными гидроцилиндрами 3, подрессоренная часть остова 4 трактора опирается через рессору 5 на ходовые тележки

6, 7 датчик углового положения 8 остова 4 относительно ходовых тележек.

На фиг, 2 показаны шаровой шарнир 9, тензодатчики 10 измерения усилий н шаровых опорах толкающих брусьев.

Функциональная блок-схема (фиг, 3) и устройство (фиг, 4) содержат объект

ll управления (бульдозер )„ включающий отвал 1, остов 4, тележки 6 и 7 датчик 12 углового положения гидроцилиндра, датчик 13 скорости движения (например, доплеровского типа), датчик 14 давления в штоковых полостях, сумматоры 15,19,27 и 22, датчик 16 давления в поршневых полостях, блок

17 задержки, блок 18 запоминания базоного угла, умножители 20 и 23, блок

21 формирования функции связи, экстремальный регулятор 24, содержащий блок 25 формирования сигналов управления, блок 26 поиска экстремума тяговой мощности и сумматор 27, испол" нительный механизм 3, электрогидрораспределитель 49„

28449 2

КРоме того, у" тройство (фиг ° 4) содержит распределитель 30 плавающего положения отвала, насос 31, устройство 32 управления .измерительной схемой, 5 усилители 33,35,36 и 41, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 34, умножающий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20, линию 37 задержки, компараторы 38 и 42, логический элемент И 39, устройство 40 выборкихранения, RS-триггеры 43 и 46, блок

44 сравнения значений силы тяги, кнопку 45, гидромагистрали 47 и 48, соединяющие электрогидрораспределитель 49 с гидроцилиндрами 3. На фиг ° 5 показана диаграмма изменений тяговой мощности и силы тяги Т.

Расчетная схема (фиг. 1) позволяет с помощью системы управления по результатам измерения датчиками информационных параметров вычислить усилие в штоках гидроцилиндров в процессе копания грунта

25 лОо, Хр

Т

Ul

Хадсон р +(Е -Z,) sinp где С вЂ” коэффициент жесткости рес- соры, При этом знак усилия в штоках (растяжение, сжатие) однозначно зависит от знака относительного отклонения остова от базового положения текущее и базовое заданное начальное положение остова трактора относительно ходовых тележек, Базовое исходное положение остова трактора фиксируется при плавающем положении гидроцилиндров и неподнижном тракторе, При этом условии усилие в штоках Т ==О, горизонтальная реакция ш в шаровом шарнире R „= О, касательная сила на отвале F„= О, угловое положение остова трактора фиксируется

50 как исходное начальное значение Во„ =

= 8 усилие в рессоре равно начальному усилию R =Ко, Начальное усилие в рессоре определяют по формуле

55 Х, RP «Х

P где Х, Х - координаты точки С„ и сР р рессоры, 449

15

0 джост = ост «оост»

20 (3) (4) = с»к+ ост

NT =- т 7?»

"т =! т макс» (6) 2- р

TMNH т макс 2 о»

+ p (7) (8) (9) (10)

35 вкл» век

-Хвь,» вкв з 328

Силу тяги трактора по расчетной схеме (фиг, 1) вычисляют по формуле и

48 осТ.Х р С

T Rю,+ . Хв с еа 4р +Еь Ео .5

Кс»к+ 4 о т где К вЂ” функция связи, которую вычисляют по формуле

Х ° С

x2ctgР,+ Е,-Е, Алгоритм управления рабочим процессом бульдозера по предлагаемому способу имеет вид

Хр С

К— (2)

Х . сир + Е -Z если NT>?Ят,Ä1<0, то Х=Хвкл» если NT=Н (,.„рО, то Х=Х,„, eon mNò 1т ми„с О, то Х= -Х „„; если Nт "т(1+ (О, то X= -Хвкл». т! если N,-N,, „, 0, То Х= -Х „„, т т (1+11 где И вЂ” тяговая мощность;

: ° 1

V — скорость движения

»

3» (3+1) — индексы предыдущего и последующего моментов времени 40 процесса; степень неравномерности реP гулирования тяговой мощности

»

Ф

X — параметр управления эолотни- 45 ком распределителя; — параметры включения и выключения золотника при эаглублении отвала;

50 — параметры включения и выключения золотника при выглублении отвала, Управление процессом по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Перед началом копания в начале рабочей смены устанавливают отвал 1 в плавающее положение, при этом усилие в штоках гидроцилиндров 3 равно нулю, а давления в штоковых и поршневых полостях равны давлению слива.

Измеряют давления в штоковых и поршневых полостях гидроцилиндров, сравнивают их значения и в момент выравнивания вырабатывают временную задержку (0,5 — 1 с) для успокоения колебаний остова трактора на рессоре.

По истечении времени задержки замеряют и запоминают базовое угловое положение остова 8 „ и выключают плавающее положение.

С этого момента начинают поступательное движение трактора и заглубление отвала 1 в грунт. В процессе копания грунта замеряют угловое положение остова трактора и сравнивают

его с базовым начальным значением угла, Разность сравниваемых величин умножают на значение функции связи

К и полученный результат суммируют со значением усилия в шаровых шарнирах толкающих брусьев. Указанные операции в соответствии с условием (3) алгоритма определяют значение силы тяги Т трактора. Одновременно при копании замеряют скорость движения трактора V, умножают ее на силу тяги и получают. тяговую мощность И

Сравнивают предыдущие и последующие значения тяговой мощности и силы тяги. Если в результате сравнения удовлетворяется условие (5) алгоритма, то продолжают заглубление отвала в грунт.

Это состояние процесса характеризуется точкой Р (фиг. 5). При эаглублении отвала на участке PA диаграммы увеличивается тяговая мощность

Я и сила тяги Т, Заглубление отвала продолжают до тех пор, пока тяговая мощность N примет максимальное значение в точке А. В этот момент в соответствии с условием (6) алгоритма прекращают заглубление отвала, запоминают максимум тяговой мощноN>Nт макс по формуле (7) Вычисляют йижнее значение предела ре-. гулирования тяговой мощности N„.

Далее процесс копания совершают при зафиксированном исполнительном механизме. При этом на участке АВ диаграммы веэрастает сопротивление на отвале, уменьшается скорость движения и тяговая мощность. В точке В тяговая мощность достигает нижнего пре1328449 дела регулирования, поэтому по условию (8) начинают выглубление отвала, Если при выглублении отвала удовлетворяются условия (9) алгоритма, то выглубление отвала продолжают, Выглубление отвала продолжают до тех пор, пока н точке С (фиг, 5) диаграммы тяговая мощность приобретает экстремальное значение. При выполнении условия (10} алгоритма выглубление прекращают, С этого момента процесс копания снова совершается при зафиксированном исполнительном механизме, Процесс работы бульдозера на участке CD диаграммы (фиг, 5) совершается аналогично процессу для участка АВ и далее циклы работы повторяются аналогично указанным.

Способ управления рабочим процессом бульдозера осуществляют следующим образом.

Перед началом копания при неподвижном тракторе оператор при помощи кнопки 45 устанавливает триггер 46 в состояние логической единицы. Сигналом с. выхода триггера 46 включается золотник 30 плавающего положения от-. вала 1. После этого при помощи датчиков 14 и !6 измеряют давления в штоковых и.поршневых полостях гидроцилиндров, сравнивают их значения и компараторе 15 и в момент их выравнивания блок 17 задержки вырабатывает временную задержку (0,5-1 с) для успокоения колебаний остова трактора 35 на рессоре, По истечении этого времени устройство 32 управления измерительной схемой, формирующей разность базового и,текущего углового положения остова трактора, осущест- 40 вляет балансировку измерительной мостовой схемы.

Измерительная мостовая схема состоит иэ переменного резистора 18 (блок запоминания базового значения 45

8, } и переменного резистора 8 (датчик углового положения остова трактора 80„ ). .Устройство 32 осуществляет балансировку моста, т.е. запоминание базового углового поло- 50 жения остова 8 При балансе моста устройство 32 устанавливает RS-триггер 46 в состояние логического нуля и выключается электрозолотник 30 плавающего положения отвала. 55

Балансировка мостовой электрической схемы осуществляется воздействием на подвижный контакт резистора 18.

Балансировка может осуществляться вручную оператором с визуальным контролем по измерительному прибору или с помощью устройства 32, содержащего усилитель и электродвигатель ° Указанные устройства применяются в автоматических мостах и компенсаторах, По сигналу с выхода усилителя (при балансе моста) выключается устройство

32 и плавающее положение отвала °

С этого момента начинают поступательное движение трактора и заглубление отвала 1 в грунт. В процессе копания разность базового и текущего положений остоватрактора подается на вход перемножающегоЦЛП 20, При приведенной схеме включения ЦАП 20 осуществляется деление на цифровой масштаб

М входного направления д 6, Х С. а.

Здесь преобразователь работает как пер еменное сопротивление, управляемое кодом D и включаемое в цепь обратной связи операционного усилителя 35.

АЦП 34 преобразует напряжение, поступающее с выхода датчика 12 углового положения гидроцилиндра через операционный усилитель 33, в пропорциональное ему число D, т.е, в блоке 21 осуществляется формирование функции связи К и вычисление усилия

B HtTaKGX T . !

На выходе сумматора 22 в соответствие с формулой (3) вычисляется сила тяги Т, Одновременно при помощи датчика 13 скорости движения измеряют скорость трактора 7 и умножают ее на силу тяги Т и на выходе умножителя 23 получают тяговую мощность

N В экстремальном регуляторе 24 сравнивают предыдущее и последующее значения тяговой мощности N ти силы тяги Т в блоках 26 и 44, В блоке 26 осуществляется сравнение текущего значения тяговой мощности И „. с последующим N (,, Если т Ф1/1 на входе суммирующего компаратора 38 разность N,.-N „(1 „1 < О, то на его

t выходе напряжение, равное Ч88 = 8„щ„» °

Этот этап процесса копания соответствует увеличению тяговой мощности (фиг, 5, участок РА) и приближению процесса к экстремуму в точке А, Когда разность сравниваемых величин

N, -N,, меняет знак, т,е ° N т1 т 1 1 J

-N» 1 О, то компаратор переклют 1+11 чается в противоположное состояние

Ч = Ч . Компаратор 38 переклю38 88 мин чается при переходе величины NT—

-Nq 1+,1 через нуль, Момент перехо449 8 нии условия (10) сигналом с выхода компаратора 38 триггер 43 устанавливается н состояние логического нуля, выключается распределитель 49 и выглубление отнала прекращается, С этого момента процесс копания снова совершается при зафиксированном исполнительном гидромеханизме. Процесс работы бульдозера на участке CD диаграммы (фиг, 5) совершается аналогично процессу на участке АВ и далее циклы работы повторяются аналогично указанным.

1328

Nzj N r (+1)

Кl Rj

Таким образом, сравниваемые напряжения должны иметь противоположные 10 знаки, Для этой цели служи- иннертирующий усилитель 36, Линия 37 задержки необходима для формирования сигнала.Ь .. Блок 44 построен аналогично.

3аглубление отвала в грунт продол- f5 жается до выполнения услония (6) алгоритма, В момент срабатывания условия (6) на выходе логического элемента И 39 устанавливается уровень логического нуля, который и вьпслючает 20 распределитель 49. В момент переключения компаратора 38 в устройстве 40 выборки-хранения осуществляется запоминание максимального значения тяговой мощности N

25 т макс

Нижний предел регулирования тяговой мощности 11 „„„вычисляется по формуле (7) . Вычисление осуществляетсяя при помощи иннертирующего усилителя 41 с коэффициентом передачи шь 30 равным

R4 2- d î

R3 2+ o»р

К, К вЂ” координаты точек на

Z 1 Z

Э» 0 фиг, 1;

С вЂ” коэффициент жесткости рессоры; — угол гидроцилиндров с

Э вер тик алью, полученное значение суммируют с seличиной усилия в шарнирах толкающих брусьев бульдозера для определения силы тяги

7 да величины N Ит1. через нуль т1 т(,11 и переключение выходного напряжения компаратора 38 соответствует экстремальному значению тяговой мощности.

При переключении компаратора где d — степень неравномерности регулирования, является неличиной постоянной, выбираемой в пределах d = 0,050 15, ь

Ф

2 - р

41 т макс 2+- т м»»кс

Далее процесс копания .осуществляется при зафиксированном исполнительном гидромеханизме ° При этом на участке АВ диаграммы (фиг. 5) возрастают сопротинления на отвале, уменьшается скорость движения трактора, снижается тяговая мощность, В точке

В тяговая мощность достигает нижнего предела регулирования,По условию (8) сигналом с компаратора 27 триггер 43 устанавливается в единичное состояние и включается распределитель 49 на выглубление отвала,- Выглубление отвала продолжают до тех

° пор, пока в точке С (фиг, 5) диаграммы тяговая мощность преобретет, экстремальное значение. При выполнеФормула изобретения

Способ управления рабочим процессом бульдозера„ включающий измерение усилий в шарнирах толкающих брусьев, измерение действительной скорости движения, определение текущей тяговой мощности, поиск экстремума тяговой мощности и сравнение -ее с текущей, а по отклонению — формирование управляющего сигнала на перемещение отвала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления и производительности путем более точного определения силы тяги, дополнительно измеряют угловое положение гидроцилиндров отвала давления в штоконых и поршневых полостях этих гидроцилиндров, которые сравнивают, и н момент их равенства вырабатывают сигнал задержки, по истечении которого запоминают базовое значение угла положения остова 81 бульдозера относительно хоост довых тележек, измеряют текущее значение 6 положения остова бульдозера относительно ходовых тележек, сравнивают эти значения и разность этих величин умножают на значение функции связи, которое определяют по формуле

Xp С

К

XD ctgдн+ ZD Z.

1328449

Фиа2

1 328- 49

1328449

Составитель И. Степанов

Техред И.Верес Корректор В, Гирняк

Редактор И. 111улла

Заказ 3459/32 Тираж 606 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