Система управления рабочим процессом гидравлического экскаватора

(5 цК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 54 Бюл. В 21 автомобильно-дорож 9,(21) 3949979/2 (22) 09,0985 (46) 07.06.87, (71) Московскии ный институт (72) А.Н.Абрам (53) 621.879,2 (56) Авторское В 412356, кл.Патент Бель кл. Е 02 Р 9/2 в(088. 8)свидетельство ССС02 Р 9/20, 1972.ии У 794481,1980,( ) БОЧИМ ПРОЦЕСС КАВАТОРА(57) Изобретение относится к областиземлеройно-транспортной техники ипозволяет 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 и131557кинематически связанные через стопоры 10 и 12 с соответствующими исполнительными механизмами 11 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 б 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 б предусмот 2рены расходомеры 28 и 29 одностороннего действия. Они регистрируют только процесс копания грунта и соединены с вторыми входами сумматоров 24и 25, выходы которых подключены кисполнительным механизмам 13 и 11 соответственно. Система обеспечиваетавтоматическое совмещение операцийкопания ковшом и рукоятью при одновременном повышении скорости разработки грунта, При этом перераспределение нагрузок на элементы оборудования осуществляется в зависимостиот условий эксплуатации и грунтовыхусловий. 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.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы;на фиг,2- выполнение 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 гидро- цилиндрам 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 12 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 Ри минимального Рдавлений 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 4ра 5 жидкость по основной магистрали3 подается под давлением в поршневуюполость данного гидроцилиндра, которое регистрируется датчиком 18 давления. Сигнал от датчика 18 давленияпоступает через усилитель 19 на блок20 сравнения. Если величина давленияпоступающей жидкости Р не превышаетмаксимального давления Р(устанавливается настройкой предохранительных клапанов), но больше, чемминимальное давление Р обуславливаемое свободным ходом штока, плюснекоторая величина поправки на внедрение в грунт на начальной стадии,то сигнал подается на выход "Да"блока 20 сравнения, электрическисвязанного с блоком 26 давления разности давления. Данная ситуация возникает при стационарном режиме работы гидроцилиндра 5 рукояти, когдаимеется определенный избыток мощности, не реализованной полностью напроцесс разработки грунта. Блоки 26 и 27 выполнены в видеоперационных усилителей с обратной, связью (фиг.2), Выход блока 26 подключен к регулируемому дросселю 17,а выход блока 27 - к дросселю 15.Для регистрации процесса выдвиженияштоков гидроцилиндров 5 и 6 в системе предусмотрены расходомеры 28 и29 одностороннего действия, которыеразмещены в магистралях, соединяющихштоковые полости гидроцилиндров 5 и6 с первым насосом 1. Расходомеры 28 20и 29 регистрируют только процессвыдвижения штоков, т.е. процесс копания грунта и соединены с вторымивходами сумматоров 24 и 25, выходсумматора 24 соединен с вторым испол нительным механизмом 13, а выход сумматора 25 - с первым исполнительныммеханизмом 11, Третьи выходы блоков20 и 23 соединены соответственно состопорами 1 О и 12, ЗОКаждый 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,инвертора 35, второго элемента И 36и 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 соединенс задатчиком 30 и вторым входом элемента И 37. Первый вход компаратора33 соединен с задатчиком 31. Вторые 45входы компараторов 32 и 33 и элемента И 36 являются входами блоков 20и 23. Выходы элементов И 36 и 37 являются первыми выходами блоков 20 и23. Выход элемента И 36 являетсявторым выходом блока 20(23), а выходинвертора - третьим выходом блока20(23). Блоки 26 и 27 выполнены ввиде операционного усилителя 38 с обратной связью 39,55Устройство работает следующим образом.При копании рукоятью (не показана)под действием насоса 1 и гидроцилиидРазность давлений определяется зависимостью ЙРР Рмркс Ррпреобразуется электрическим сигналом соответствующей силы, который поступает на управляющий элемент дросселя 17. Проходное сечение дросселя 17 в этом случае соответствует величине разности ЛР значений максимального Р, и действительного Р 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 поршне. вую 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 соответственьо 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 гид 3 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 3 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 б 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 Рзаданного настройкой предохранительных клапанов, и больше величи - ны Р в ковше, то через блок 27мьНзадания разности давлений сигнал о величине а 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 насосаНа вход блока 20(23) подаются в виде величин напряжений значения Р , - (30), Р- (.31 ) и Р (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, ( Р ( Р , , на 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 Да": первый Р - на суммаРтор 24; второй Р и Р- подаются на блок 26, выполняющий вычитание (Р - Р ). Величина электрического сигнала, соответствующая разности (Ремис 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 сигнала15572 6 45 50 55 5 10 5 20 25 30 35 40 из блока 20(23), Подача жидкости от насоса 2 в поршневую полость гидро- цилиндра 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 б 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 быть заданы в зависимости от начальных условий работы. Если давление превышает предельное Рдв полости гидроцилидра 5 или 6 или давление в этих полостях ниже минимального, что говорит об отсутствии значительных сопротивлений на рабочих органах, то с третьих выходов блоков 20 и 23 сравнения подаются сигналы на стопоры 1 О 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 внейтральное положение под действиемвозвратных пружин, а жидкость в магистрали 16 и 14 от насоса не поступает. Т,е. гидрораспределители 8 и 9нормально закрыты,Если при работе в автоматическомрежиме ковш полностью набран грунтоми повернут на максимальный угол, тодавление превышает максимальное,срабатывают стопоры 1 О и 12, гидрораспределителя 8 и 9 устанавливаютсяв нейтральное положение и системаотключается. Оборудование готово навыгрузку 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,а именно подводом дополнительной жид 15 20 кости к другому рабочему органу, темсамым увеличивая суммарную скоростьдвижения режущей кромки, Соотношениескоростей поворота рабочих органовобуславливается прежде всего влиянием внешних условий на регулируемые дроссели. Двухпоточная система обратной связи характеризуется взаимным влиянием нагрузок и режимов давления ковша ирукояти. 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 сдвумя гидравлическими насосами, первый из которых посредством независимых гидрораспределителей подключенк гидроцилиндрам рукояти и ковша, а 40 второй соединен с гидромоторами хода,поворота поворотной платформы и гид"роцилиндрами стрелы с возможностью подключения к гидроцилиндрам рукоятии ковша, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения произвотической оптимизации режима работыэкскаватора, она снабжена датчикамидавления, 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 72 8между 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 выходом1315572 Составитель Г.Техред М,Ходан сее орректор А,Обруч Редактор А.Ша ПодписноеСССР Заказ 2325/3 коми и от аушс арственн зобретен Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектна блока сравнения, выход второго элемента И является вторым выходом блоков сравнения, а выход инвертора - его третьим выходом. Тираж 60 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, Москва1 О3. 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. ета ытийя наб., д. 4/5