Способ управления процессом черпания

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик щ 785437(51) М. КлЕ 02 У 9/20 Государственный комитет по делам иаооретеиий и открытий"ч"т, т Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В. В. Куйбышева Министерства высшего и среднего специального образования РСФСР(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЧЕРПАНИЯ Изобретение относится к области строительных и дорожных машин, а именно, к одноковшовым фронтальным погрузчикам.Г 1 ри управлении процессом черпания фронтальным погрузчиком одной из трудных проблем с точки зрения практической реализации является получение надежного сигнала управления.Известны способы управления черпанием, в которых в качестве сигналов управления используют силу тяги, крутящий момент, скорость поступательного перемещения погрузчика и другие.Известен способ управления черпанием, по которому в качестве сигнала управления используют крутящий момент, развиваемый приводом ходового механизма 1 .Недостатком данного способа является достаточно сложная система измерения и преобразования крутящего момента в сигнал управления исполнительным механизмом. В известном способе крутящий момент измеряют на валу реактора гидротрансформатора, рядом известных элементов преобразуют в механическое перемещение золотника управления исполнительным гидроцилиндром. Такой способ может быть реализован только на погрузочных машинах, имеющих гидротрансформатор, у которого реактор жестко не закреплен в корпусе гидротрансформатора и имеет возможность от 5 клоняться на некоторый угол. Г 1 оэтому возникает вопрос о формировании такого сигнала управления черпанием, который являетсянаиболее общим для всех типов погрузочныхмашин,10Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ управления процессом черпания, основанный на определении величины напорногосопротивления штабеля, путем измерениявеличины давления в гидроцилиндре подь 15 ема стрелы и формировании сигнала управления гидрораспределителем рабочего оборудования 12.Однако, известный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том,что сигнал, соответствующий величине напорного сопротивления штабеля, искаженвозмущающими воздействиями вертикальной составляющей сопротивления внедрению,повороту ковша в штабеле и силы тяжестипоступающего в ковш в процессе черпания материала. Использование искаженного сигнала напорного сопротивления для управления черпанием вызывает неопределенную траекторию движения режущей кромки ковша в штабеле, что в конечном счете снижает производительность погрузочных работ.Целью изобретения является повышение производительности процесса черпания за счет исключения влияния вертикальных возмущающих воздействий.Поставленная цель достигается тем, что задают величину базового значения напорного сопротивления штабеля, соответствующую его материалу, дополнительно измеряют величину давления в гидроцилиндрах поворота стрелы, определяют величину напорного сопротивления штабеля путем вычисления разности между величинами давления в гидроцилиндрах подъема и поворота стрелы, сравнивают ее с базовым значением величины напорного сопротивления штабеля и по сигналу рассогласования формируют сигнал управления гидрораспределителем рабочего оборудования.На фиг. 1 приведена схема рабочего оборудования погрузчика; на фиг, 2 - функциональная схема устройства для осуществления способа управления процессом черпания; на фиг. 3пример реализации способаНа схеме рабочего оборудования (фиг. 1) показаны горизонтальная Ро 1 и вертикальная Ро составляющие напорного сопротивления штабеля; 4 к сила тяжести ковша, Т,х и Т, с усилия в штоках гидроцилиндров привода ковша и стрелы, С, - сила тяжести стрелы, фо - начальный угол поворота ковша, - текущее значение угла поворота ковша, уо, - начальная величина угла поворота рычага; линейные геометрические размеры: Й, Г 1,8 о ь хс,АаЬо,оСпособ базируется на использовании уравнений равновесия системы сил (фиг. 1).Уравнения суммы моментов системы сил относительно оси стрелы О и вершины стрелы О позволяют определить усилия в штоках гидроцилиндров подъема стрелы и гидро- цилиндров поворота ковша.Г -Г р )01 1 к 5 и. ( кко)гдето.,и., - число гидроцилиндров подъема стрелы и поворота ковша; М о - момент от силы тяжести ковша и приведения вертикальных сил ковша к режущей кромке.Делением полученных уравнений соответственно на площади поршней гидроцилиндра подъема стрелы Р и поворота ковша Г и путем введения начальных значениЙ давлений в гидроцилиндрах подъема стрелы Р и поворота ковша Р, соответствующих нулевым значениям Ро= 0 и Р, = О, получены выражения: Р, =Ро, Кп+о К+Рг,с-(ргз-г,к) К 3ог,к.= ро Ка+ро Км+г.К, гдеК - коэффициенты, зависящие от передаточных отношений механизмов и площадей гидроцилиндров подьема стрелы и поворота ковша. 1 о - )ксм(йс- Чк.оРсзо Тс6 ок к Со 5(к - Ук,о) )( 1 Рс 8 о Йс1Ьш,к ак й Рсзо сРкйи,Ьк -Уко) (3 Чфк . )(л Гсг, Со 5 М+ Р)и.дУз,ъ,смГг, Сок(Ф, +9) к М Считая давления в гидроцилиндрах подьема стрелы Ргс и поворота ковша Рнепосредственно замеряемыми параметрами можно определить из системы уравнений горизонтальное сопротивление штабеля:о,= К,К,+КК гс-;к К з)3 где ЬРс и ЬРк - изменения давлений в гидроцилиндрах подъема стрелы и поворота ковша ЬРгд = Ргс. - Ргс. Рг,к,= гк. - ал - РЬ,Полученное уравнение для определения горизонтального сопротивления Р, является алгоритмом для формирования сигнала управления черпанием.Функциональная схема устройства для осуществления способа формирования сигнала управления черпанием (фиг. 2) содержит рабочее оборудование 1, взаимодействующее со штабелем; блок 2 формирования и передачи сигнала величины давления в гидроцилиндрах подъема стрелы; блок 3 формирования и передачи сигнала величины давления в гидроцилиндрах поворота ковша; блок запоминания и коррекции 4; блок преобразования 5; элемент сравнения 6.В качестве примера реализации способа ф представлено устройство, содержащее исполнительные гидроцилиндры 7 поворота ковша и гидроцилиндры 8 подъема стрелы, связанные с рабочим органом (на фиг. 1 не показан), взаимодействующим со штабелем, гидрораспределитель 9.Блок 2 формирования и передачи сигнала давления в гидроцилиндрах подъема стрелы содержит гидроцилиндр, гидромагистраль 10 с распределительным клапаном 11, соеди 785437няющую поршневую полость гидроцилиндра 8 подъема стрелы с поршневой полостью гидроцилиндра-датчика 12, выполняющего роль элемента сравнения. Блок 3 формиро. вания и передачи сигнала давления в гидроцилиндрах поворота ковша содержит распределительный клапан 11, гидроцилиндры 7, гидромагистраль 13, соединяющую штоковую полость гидроцилиндра-датчика 12, и магистраль 14, соединяющую штоков ую полость гидроцилиндра 7 с распределительным клапаном 11.Блок 4 запоминания и коррекции содержит толкатель 15, установленный с зазором относительно кроншгейна 16 рукоятки управления гидрораспределителя 9 и регулировочный винт 17 со стрелой 18 (элемент запоминания).На шкале 19 нанесены деления, соответствующие виду материала штабеля для установки на них стрелки 18, а следовательно, и величины зазора Л.Блок 5 преобразования сигнала содержит цилиндр-датчик 12 и набор пружин переменной жесткости (элемент коррекции). Цилиндр-датчик 12 выполняет функции элемента сравнения.Формирование сигнала управления черпанием осуществляется следующим образом.Напорное сопротивление штабеля, возникающее при внедрении в него ковша, передают в гидроцилиндры 8 подъема стрелы, а по магистрали 1 О возникающее давление передают цилиндру-датчику 12 (при распределительном клапане 11 на фиг. 3, опущенном вниз), вызывая перемещение его поршня, И тем самым уменьшая зазор Ь и преодолевая сопротивление набора пружин 20 и противодавление в штоковой полости гидроцилиндра-датчика 12.Увеличением напорного усилия до заданной номинальной величины достигают перемещения поршня гидроцилиндра-датчика 12, соответствующего уменьшению зазора Л до нуля и тем самым включают рукоятку гидрораспределителя 9 и производят запрокидывание ковша. Таким образом, обеспечивают пропорциональность величины скорости поворота ковша величине усилия внедрения его в штабель, так как скорость поворота ковша пропорциональна величине открытия окна гидрораспределителя 9.Запрокидыванием ковша при черпании материала стабилизируют горизонтальную составляющую напорного сопротивления Ро, и вертикальную его составляющую РОЯ.Таким образом, производят плавное автоматическое регулирование скорости поворота ковша в процессе черпания и обеспечивают оптимальную траекторию черпания.После окончания процесса черпания в момент упора поршня поворота ковша в крышку гидроцилиндра уменьшается давление в штоковой полости гидроцилиндра 7. Поршень гидроцилиндра-датчика 12 при этом перемещают в исходное нижнее положение, устанавливая прежний зазор Ь между толкателем 16 рукоятки управления гидрораспределителем. Исходное положение гидроцилиндра-датчика 12 фиксируют пружинами 20 и распределительным клапаном 11, который за счет падения давления в штоковой полости гидроцилиндра 7 поворота ковша перемешают вверх усилием пружин.После разгрузки ковша открывают рас пределительный клапан 11 давлением в штоковой полости гидроцилиндра 7 й процесс черпания при внедрении ковша повторяют.Таким образом, при помощи сигналоввеличины давлении в гидроцилиндрах 7 и 8 производят формирование сигнала напорного сопротивления штабеля.Передачу этих сигналов осуществляютпо гидромагистралям 13 и 10 к распределительному клапану 11, цилиндру-датчику 12/где преобразуют сигналы величины давления 20 в силу давления на поршень и сравниваютс базовым значением. Сигнал рассогласования. являющийся результатом сравнения, используют для преобразования этого сигнала в перемещение толкателя 15, воздействуя им на кронштейн 16 рукоятки управления гидрораспределителя 9.Закон преобразования задают подборомплощадей поршня и штока гидроцилиндрадатчика 12 и набором пружин 20.В блоке запоминания и коррекции 4 ве личину зазора устанавливают по шкале 9и фиксируют ее по стрелке с помощью регули 1)овочного винта 17.Использование способа управления процессом позволяет повысить производительность погрузчика за счет очищения сигнала величины напорного сопротивления штабеля от вертикальных возмущающих воздействий а также выдержать заданную траекторию движения режущей кромки ковша в штабеле 40 сыпучего материала, которая обеспечиваетминимальную энергоемкость процесса черпания, и облегчить условия работы человека- оператора, управляющего погрузчиком.Формула изобретенияСпособ управления процессом черпания,основанный на определении величины напорного сопротивления штабеля путем изме рения величины давления в гидроцилиндреподъема стрелы и формирования сигнала управления гидрораспределителем рабочего оборудования, отлицающиися тем, что, с целью повышения производительности процесса черпания за счет исключения влияния 55вертикальных возмущающих воздействий, задают величину базового значения напорного сопротивления штабеля, соответствующую его материалу, дополнительно измеря.ют величину давления в гидроцилиндрах поворота стрелы, определяют величину напорного сопротивления штабеля по разности между величинами давления в гидроцилиндрах подъема и поворота стрелы, сравнивают ее с базовым значением величины напорного сопротивления штабеля и по сигналу рассогласования формируют сигнал управления гидрораспределителем рабочего оборудования.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР294015, кл. Е 21 Г 13/00, 1969.2. Авторское свидетельство СССР219979, кл, Е 02 Р 9/20, 1966.Редактор Т. АвдейчикЗаказ 8775/31ВНИИПИпо де113035, МосФилиал ППП Составитель Р, ГТехред А. Бойкас Тираж 713 Государственного комит ам изобретений и от ва, Ж - 35, Раушская Патент, г. Ужгород, у дунКорректорПодпнснота СССРрытнйнаб., д. 45Проектная,.Макаренк