Способ определения суммарной массы погружаемых манипулятором грузов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 В 66 С 13/16 РЕТ Ь 2 ьно-дорожный инарожныв машины,гид роци сы груза значени предыду менным рых про гидроци ней зада мени за скорость- А где Р - измдре,А-дацилиндрания давлзначения,Лт давления, и при пр значения литуду да определяю ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ(56) Строительные и д1987, %10, с,10,Изобретение относится к способам дляизмерения массы груза, поднимаемого грузозахватными механизмами лесозаготовительныхманипуляторовподъемно-транспортных и коммунальныхмашин.Известен способ определения суммарной массы погружаемых манипуляторомгрузов, согласно которому измеряют давление в гидроцилиндре рукояти и определяютпо нему массу груза, значение которой суммируют со значением массы груза, опреде. ленной в предыдущих циклах работыманипулятора,Недостатком этого способа является необходимость определения двух информационных параметров; давления и угловогоперемещения стрелы гидравлического крана, необходимых для вычисления массы груза,Целью изобретения .является повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, чтов способе измерения суммарной массы погружаемых мобильным манипулятором грузов, включающем измерение давления в(уя. 3 ф,с ИЯ ","(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОЙ МАССЫ ПОГРУЖАЕМЫХ МАНИПУЛЯТОРОМ ГРУЗОВ(57) Использование: для определения суммарной массы. Сущность изобретения; суммарную массу бпределяют задавая временйце интервалы, определяя в интервалах давление в гидроцилиндре и определяя затем скорость нарастания давления. 3 ил. линдре рукояти, определение маси суммирование с предыдущим ем массы груза; определенной в щих циклах работы, задаются вреи интервалами, на границах кото- изводят измерение давления в линдре и при превышении послед- нного значения с выдержкой врепоминают его, затем определяют нарастаниядавления по формуле: 0еренное давление в гидроцилин- (Д вление в штоковойполости гидробез груза при скорости нарастаения, большей допустимого - интервал между измерениями евышении последней заданного определяют установившуюся ампвления, а суммарную массу;трузат по формуле3С йРшт - Агде Рштодавление в штоковой полости.гидроцилиндра без груза,б - расстояние между точками подвесарукояти иее грузозахватного органа,а - конструктивная постоянная манипулятора,Ршт - ; давлЕние в штоковой полости гидроцилиндра ири подъеме груза.Способ реализован адаптивными устройствами. определения суммарной массыгруза.На фиг. 1 дан общий вид гидрофицированного погрузбчнбго манипулятора садаптивным устойчивымопределениемсуммарной массы, реализующим способом;на фиг, 2 - типовыедиаграммы изменения" давления в гидроцилиндре рукояти; на фиг,3 - схема алгоритма определения массы груза.На базовом тракторе 1 установлено. рабочее оборудование, состоящее из поворотной колонны. 2, стрелы 3, рукояти 4 игйдромеханического захвата 5; гидроцилиндра 6 подъемаи"опускайия стрелы й гйдроцилиндра 7 поворота рукояти, Манипуляторпредназначен для подъема груза 8 с повер. хностями земли 9 иперенос его в кузов 10,предназначенный для сбора древесных отходов в лесу. Гидроцилиндр рукояти 7 свя.зан с трехпозициоййым распределением 11при помощи гидролийий 12 и 13. Гидроцилиндр 7 соедйнен магистралями также сдвухпазициойным трехлинейным,гидрораспределителем 14.с электромагнитным уп равлением; Двухпозиционныйраспределитель 14 связан гйдролинией сдатчиком статического давления 15, а электрическим кабелем с блоком 16.управления,который также соединенс микропроцессорным устройством 17 через. аналого-цифровой преобразователь 18; Для выводаинформации йредназначен блок вывода информации 19; На Фйг,.1 введены также следующим обозначения, 61, 62, Оз силы,соответственно приведейные к центру силытяжестй захвата, рукояти; подвижных частей гидроцилиндра рукояти, 11, 12, 1 з - плечидействия этих силотносительно центра вращенйя . - точки О; Ъ - плечо действия силы.реакции штока гидроцилиндра рукояти, а, в 1794853 тяжести груза, 1-область рабочей зоны манипулятора, расположенной слева от верти и с - геометрические размеры, Ог - сила кали В-В, проведенной через точку О,П-область рабочей зоны манипулятора,расположенной справа от вертикали В-В, й угол между рукоятью и вертикалью В - В,3-угол между гидроцилиндром рукояти и рукоятью манипулятора.Устройство, реализующее способ, работает следующим образом;Б Типовые диаграммы изменения давле-.ния в поршневой Рл и штоковой Ршт полостях гидроцилиндра рукояти 7 во времени т позволяют объяснить принцип действия прибора при наведении рабочего оборудо . вания на груз 8 и переноса груза в кузов 10трактора 1, Так, например, в промежутке времени от 0 до И, т.е, в начальный момент времени, когда рабочие оборудование опущено, а захват упирается в дно кузова базо вого трактора, давление в поршневой иштоковой полостях равно своему минимальному. значению Рпь. При подъеме рабочего оборудования гидроциаиндром стрелы давление в поршневой полости гидроцилиндра 0 рукояти несколько возрастает.до значенияР 1, а в штоковой полости остается тем же самым (промежуток времени 1 гт 2). Зто объясйяется тем, что.нагруженной является только поршневая полость гидроцилиндра 5 рукояти. При последующем повороте рукоятина увеличение вылета рабочего оборудования растет, давление в штоковой полости, причем по- разному в зависимости от положения рукояти, при повороте рукояти в об ласти 1 давление изменяется медленнее,чем в области П, Зто объясняется тем, что направление движения жидкости, подаваемой насосом через распределитель 11 (фиг, 1) совпадает с направлением действия уси лия на шток гидроцилиндра рукояти в. области 1, а в области П наоборот, рабочей жидкости приходится это усилие преодолевать. При опускании рабочего оборудования (интервал временитз-та)золотникраспреде лителя рукояти переместится внейтральное положение и давление в поршневой и штоковой полостях сохрайит свои значения, Резкое возрастание давления в штоковой полости гидроцилиндра ру кояти, вызванное отрывом груза приподъеме рабочего оборудования гидроцилиндром стрелы. характеризует интервал времени т 4-15. При этом положение рукояти относительно стрелы до отрыва и,после оди накова, Подъем стрелой сопровождаетсятем, что давление жидкости в поршневой и штоковой полостях сохраняют свои предыдущие значения (интервал 14-15), При повороте рукояти с грузом в направлении кузова трактора рабочая жидкость поступает в поршневую полость гидроцилиндра рукояти, а Штоковая полостьсоединена со сливом. Поворот рукояти в области П происходит в промежутке времени от а до 16, а в области 1 - в промежутке времени от сб до тт, Давле(61 а +чину Яш Ь - азс) 45с как Ь,б зР ша где А= Рс- +Яп Рсшт Яшт й полости гидроцим определится анание в штоковой полости гидроцилиндра рукояти будет равно давлению слива при нахождении рукояти в любой из областей, эдавление впоршневой полости меняется поразному, так например, при движении рукояти в области П направление подачи жидкости совпадает с направлением усилия,действующего на шток гидроцилиндра рукояти, поэтому давление возрастает незначительно, а в области 1, где требуется 10создать большее давление, наблюдаетсязначительное увеличение скорости нарастания давления. Раскрытие челюстей захватаприводит к резкому падению давления впоршневой полости гидроцилиндра рукояти, Это отражено на диаграмме в интервале времени от Чдо 1 я,Исходя из типовых диаграмм изменения давления, можно выделить два моментавремени, характерных для рабочего процесса погрузочного манипулятора. Это моменты времени: т 4 - для штоковой полости и т 7- для поршневой, В эти моменты временипроисходит резкое возрастание либо падение давления. В эти моменты и необходимо 25производить замеры давления, Это можнообъяснить следующим образом. Давление вштоковой полости гидроцилиндра рукоятибез груза Ршто, когда груз находится в области П можно определить из уравнения моментов относительно точки О. Его значениеоп ределяется следующим выражением. бз 3 +, Яп + ЕсЯшт Яшт 3Зи а Яо Гс- + Рс-,с - +- -где Яшт - эффективная полости гидроцилиндра щадь поршневой полост Р, - давление слива Гс - сила сухого тре Обозначим величин как постоянную б, а вел тогдаДавление в штоковлиндра рукояти с грузлогичноб+СтэЬ зи Из формул (1) и (2) нетрудно определить вес или массу груза От, Для этого проведем следующие преобразования,Вычислим величину зи а /зп/3 и обозначим ее как п 1 В формуле (3) неизвестными являютсяТОЛЬКО ДВЕ ВЕЛИЧИНЫ Рщго, Ршт 1.Определить массу груза, который расположен в области П по давлению в поршневой полости при подъеме груза невозможно, так как в этот момент времени эта полость является разгруженной. Но по. давлению в поршневой полости можно определить массу груза, измерив давления в момент времени т 7, т.е, если измерить давление до раскрытия челюстей Рп 1 и после Рпо,то аналогичным образом можно определить массу или силу тяжести груза,Двухпозиционный распределитель 14позволяет соединить нагруженную полость гидроцилиндра 7 с датчиком давления 15, При этом оператор вручную перед выполнением погрузочно-разгрузочных работ переключает блок управления 16 в требуемое для измерения положение, Например, при работе погрузочного манипулятора, показанного на фиг; 1, осуществляется погрузка древесных отходов в лесу с поверхности земли 9 в кузов 10 трактора 1, В этом случае подъем груза осуществляется в области П, а нагруженной является штоковая полость гидроцилиндра рукояти 7, Если манипулятор предназначен для работы только в таком цикле, то нет необходимости устанавливать распределитель 14. Если же погрузка и выгрузка осуществляется только в области 1, что известно как правило заранеее, то блок управления 16 переключается таким образом, чтобы распределитель 14 соединил поршневую полость гидроцилиндра 7 с датчиком 15В качестве примера рассмотрим определение массы груза при его подъеме рабо1794863 чим оборудованием в области П. Блок-схема алгоритма. состоит из последовательности отдельных блоков, каждый из которых включает одну или несколько операций. Начало блок-схемы обозначает введение в память микропроцессорного устройства постоян- ИЫХ ВЕЛИЧИН 01, 02, ОЗ, а, Ь, С, Яшт, Ял, ГС, Рс Величины Рс и Гс принимаются постоянными, но в процессе работы могут изменяться либо под влиянием температуры, либо от йродолжительности эксплуатации. В программном обеспечении микропроцессорной системы можно предусмотреть тестовые программы, позволяющие корректировать величину силы сухого трения Рс в зависимости от вышеперечисленных условий, Величину давления слива можно либо автоматически измерять в течение рабочего процесса, либо брать на основе среднестатистических данных предварительных экс.периментальных исследований, Послевключения измерительной системы происходит запоминание значения давления (символ А в блоке 21). Причем во внимание принима 1 отся только те.значеиия давления, которые превышают по.своей величине давления слива. Это сделано с той цевью, чтобы избежать срабатывания системы при скачках давления, которые наблюдаются, на.- пример, в поршневой полости в моменты времени о. Во избежание ложного срабаты вания при случайных резких забросах давления в блоке 21 предусмотрена подпрограмма, интегрирующая величину сигнала от датчика давления, а также под программа задержки. сигнала, позволяющая игнорировать кратковременные "всплески" давления. После запоминания начальной величины давления происходит измерение на следующем шаге времени Ь т (блок 22), после чего вь 1 числяется скороР - Асть нарастания давления Р 1 = - , Еслиас давление перестало нарастать, то запоми наем первое установившееся значение давления равное, В, большее по величине 20 25 30 40 Р - АР=. Формула изобретенияСпособ определения суммарной массы погружаемых манипулятором грузов, согласно которому измеряют давление в гидроцилиндре рукояти и определяют по нему массу груза, значение которой суммируют со значением массы груза, определенной в предыдущих циклах работы манипулятора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, задают временные интервалы, на границах которых производят измерение давления в гидроцилиндре, и при превышении последним заданного величина скорости нарастания давления Р 1. больше допустимой Рлоп 1, заранее известной, т.е, соответствует скорости нарастания давления в момент времени ц, то происходит присвоение величине Ршто значения А На следующем этапе находим величину Ршт 1. Для этого через определенный интервал времени измеряем давление Р, Если давления слива в промежутке времени, на котором скорость нарастания давления Р 2- Р-В - ,=-меньше допустимого значения Рдоп 2, т.е, соответствует скорости нарастания давления в штоковой полости в интервале времени от т 4 до 15. После того, как мы определили значения давления Рето.и Ршт 1 по формуле (3) вычисляем силу тяжести груза Ог или его массу, что практически одно и тоже. Затем в блоке 22 происходит запоминание величины Ог, а в блоке 33 суммирование этого значения с предыдущим. В этом случае, если система измерения включена,то продолжается работа, если нет, то происходит останов системы и вывод полученных значений на индикаторах устройства вывода информации. Блоки 17, 18 и 19 входят в состав серийно-выпускаемого отечественного микропроцессорного бортового контроллера КУБ(разработка НПО ВНИИ стройдормащ).Благодаря такому соединению элемен-тов в отличие от прототипа, возникает возможность измерить массу груза, поднимаемого манипулятора с помощью только одного датчика давления, который можно удобно расположить либо у гидроцилиндра рукояти, либо у распределительной коробки, что позволяет предохранить датчик от внезапных ударов при работе манипулятора в лесу,значения с выдержкой времени запоминают его, затем определяют скорость нарастания давления по. формуле где Р - измеренное давление в гидроцилиндре,А - давление в штоковой полости гидро- цилиндра без груза при скорости нарастания давления, большей допустимого значения,Ь- интервал между измерениями давления;и при превышении последней заданного значенияопределяют установившуюся амплитуду давления, а суммарную массу груза определяют по формуле д Рщт Рщтоб Рщт - А где Рщто - давление в штоковой полости гидроцилиндра Оез груза;. б - расстояние между точками подвеса рукояти и ее грузозахватного органа;а - конструктивная постоянйая манипулятора;. Рщт - давление в штоковой полости гидроцилиндра при подъеме груза.1794863 Составитель Э,КондратенкоТехред М.Моргентал Корректор С, Шекм едакто при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гаг Заказ 402 ВНИИПИ Ти сударственного 113035, ж Подписнокомитета по изобретениям и открыМосква, Ж, Раушская наб;, 4/5