Устройство для управления рабочим органом бульдозера

СОЮЗ СОВЕТСКИХшаицмюм есинРЕСПУБЛИК зш Е 02 Р 9/20 ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ(56) 1. Исаков П,П. и др. ТракторДЭТи его модификации. М., "Машиностроение", 1975.2, Авторское свидетельство СССРР 172874, кл. Е 02 Р 9/20, 1964.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2694118/03,кл. Е 02 Г 9/20, 1978 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯРАБОЧИМ ОРГАНОМ БУЛЬДОЗЕРА, содержащее соединенные между собой тяговыйдвигатель и силовой генератор снезависимыми обмотками возбужденияи управляемым выпрямителем и два элемента сравнения, к одному из которых подключены датчик и задатчиктягового усилителя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыщения Я 0953838 точности управления за счет компенсации помехи по скорости, оно снабжено задатчиком оптимальной скорости, блоком умножения, блоком деления, программным задающим блоком оптимальной скорости, программнымблоком, блоком переменной структурыи датчиком и эадатчиком тока, выходы которых подключены ко второму элементу сравнения, выход которого и выход программного блока подключеныко входам блока переменной структуры, выход последнего и выход программного задающего блока подключены куправляемому выпрямителю, причемвыходы эадатчика оптимальной скорости и первого элемента сравнениячерез блок умножения, а выходдатчика тягового усилия непосредственно подключены ко входам блока деления, выход которого подключенко входу программного задающего блока скорости.1 О Наиболее близким к изобретению является устройство для управления рабочим органом бульдозера 3 1, содер 35 жащее соединенные между собой тягоЪвой двигатель и силовой генератор с независимыми обмотками возбужденияли управляемым выпрямителем, два эле-, мента сравнения, к одному из которых подключены датчик и задатчик тягового усилия. Устройство содержит также насос, гидрораспределитель, силовой цилиндр45 для перемещения рабочего органа в вертикальной плоскости, контактный датчик положения штока силового цилиндра, генератор импульсов с корректирующим блоком, распределитель импульсов и электромагнитные клапаны. Электромагнитные клапаны связаны электрически через распределитель импульсов с генератором импульсов и контактным датчиком положения штока силового цилиндра, взаимодействующим с контактами на штоке силового. цилиндра. Устройство содержит также дополнительный силовой цилиндр, шарнирно Изобретение относится к устройствам для комбинированного управления эемлеройно-транспортными машинами.Известно устройство для управления процессом копания бульдозера, на пример, с электромеханической трансмиссией на базе трактора ДЭТГ 1 3.В известном устройстве управление отвалом осуществляется вручную, а скорость изменяется автоматически в зависимости от нагрузки на рабочем органе благодаря наличию трехобмоточного силового генератора в системе генератор-двигатель управления скоростью. Однако такие устройства не компенсируют одновременно помеху по скорости и тяговому усилию, Кроме того, они не реализуют оптимальных законов по скорости и глубине копания.20Известно также устройство 12 3 для управления скоростью землеройных транспортных машин с электрическими машинами независимого возбуждения, Однакоони также не обеспечивают своевременной компенсации помехи по скорости и изменение скорости по оптимальному закону при копании.С помощью таких устройств не уда-ется достичь наивысшей производитель-Зо ности землеройных агрегатов. установленный между толкающим брусом и отвалом, две пары электромагнитных клапанов - пару для заглубления отвала и пару для его выглубления путем изменения угла резания отвала, тензодат.- чик, задатчик тягового усилия, логическое устройство с двумя выходами (плюс, минус), соединенное на входе с устройством сравнения, а также инвертор, уставку поворота срабатывания, сравнивающее устройство, усилитель. Вход инвертора соединен с вы- ходом логического устройства со энаком минус, а выход усилителя - с парой электромагнитных клапанов заглубления отвала. Устройство имеет соединенные между собой уставку порога срабатывания электромагнитных клапанов, устройство сравнения. Усилитель и устройство сравнения соединены с выходом логического устройства со знаком плюс, а выход усилителя - с парой электромагнитных клапанов. /Это устройство реализует оптимальный закон изменения глубины копания и осуществляет компенсацию помехи по тяговому усилию с помощью комбинированного управления рабочим органом, но не реализует оптимального закона изменения скорости и не компенсирует помех по скорости одновременно и взаимосвязанно с компенсацией помехи по тяговому усилию.В результате процесс копания затягивается и не достигается наибольшая производительность агрегата при копании.Целью изобретения является повышение точности управления за счет компенсации помехи по скорости.Поставленная цель достигается тем, что предложенное устройство снабжено задатчиком оптимальной скорости, блоком умножения, блоком деления, программным задающим блоком оптимальной скорости, программным блоком, блоком переменной структуры и датчиком и эадатчиком тока, выходы которых подключены ко второму элементу сравнения, выход которого и выход программного блока подключены ко входам бпока переменной структуры, выход последнего и выход программного задающего блока подключены к управляемому выпрямителю. Выходы задатчика оптимальной скорости и первого элемента сравнения через блок умножения, а выход датчика тягового усилия непосред3 95383ственно подключены ко входам блока деления, выход которого подключен ковходу программного задающего блокаскорости.Сущность изобретения поясняетсяследующим.Для тягового КПД 1,= УЧ(2) Помеха по тяговому усилию вызывает помеху по скорости со знаком (-дЧ 1 и наоборот"оптЧопт=Ропт+д "1("опт дЧ 1 (41 Из уравнения (4) получим выражение для определения помехиЬЯЧдЧ - оптопт +д 1"опт+"= "изб Но40 где Уиь - текущее значение тяговогоусилия, измеренное с помощью тензодатчика.формулу (5) можно записать в виде 45оптдЧ = Согласно выражению (7) для вычиспения величины помехи по скорости,помехи, которую нужно компенсировать,чтобы процесс бып более производительным, необходимо перемножить величины дМ и Чопт 1 и зто произведение разделить на У,Причем, необходимо отметить, чтовеличина АМ и величина рь могутбыть выделены с помощью элементов изгде т - оптимальное тяговое уси О.лие при отсутствии помехи;У - оптимальная скорость приотсутствии помехи в идеальном случае.При наличии помехи по тяговому 15усилию д т и скорости дЧ длядостижения наибольшей проиэводительФности процесса копания необходимо,чтобы правая часть уравнения (1) приотсутствии помех равнялась правой 20части этого же уравнения при наличии помех.Если имеется помеха по тяговомуусилию д 9, то запишем+дг, 25опт,8 4вестного устройства для комбинированного управления рабочим органом,но при отсутствии устройства длякомбинированного управления отваломвеличина дЧ вычислена быть не может,т,е. величина помехи ьЧ и д т тесносвязаны между собой. Если помеха имеет знак минус, а помеха дЧ - знакплюс, то для вычисления дЧ используем также формулу (7), В этом случае Таким образом, для компенсации помехи по скорости необходимо прежде вычислить ее величину. Кроме того, необходимо реализовать оптимальную траекторию скорости и показать как нужно ее менять с целью компенсации помехи.На фиг.1 изображена структурная схема устройства для управления на фиг,2 - графики, показывающие реализацию оптимальных законов изменения скорости и глубины при идеальном грунте; на фиг.З - график, условно показывающий отклонения +49 тягового усилия от задаваемого из-эа неоднородности грунта; на фиг.4 - график, условно показывающий изменения глубины копания (отклонения дЬ от текущего значения Ь ) путем автоматического изменения угла резания отвала для компенсации отклонения тягового усилия от задаваемого, на фиг.5 - график, показывающий реализацию оптимального закона углубления при "неоднородном" грунте с учетом отклонения глубины копания в пределахд Ъ ; на Фиг.б - график, условно показывающий изменения скорости 1 дЧ агрегата при копании, возникающие за счет неоднородности грунта; на фиг.7 - график, показывающий реализацию оптимального закона изменения скорости с отклонениями за, счет компенсации помехи в пределах 1 ЬЧ на фиг,8 - графики,. показывающие оптимальные законы изменения задающего воздействия, позволяющего реализовать оптимальные законы скорости при отсутствии (1) и наличии помехи (1).Устройство содержит тяговый двигатель 1 с независимой обмоткой возбуждения и силовой генератор 2 с независимой обмоткой возбуждения, соединенные между собой, управляе 5 9538 мый выпрямитель 3, соединенный с обмоткой возбуждения силового генератора н с программным задающим устройством для скорости.Устройство содержит также датчик 5 тока 4, задатчик тока 5, подключенные к элементу сравнения 6, блок переменной структуры 7 и программный блок 8. Выход элемента сравнения б соединен со входом блока переменной 1 О структуры 7, с которым соединен также программный блок 8. Выход блока переменной структуры 7 соединен со входом управляемого выпрямителя 3.Устройство содержит блок умноже ния 9, эадатчик непрерывного закона оптимальной скорости 10, соединенные между собой. Блок умножения соединен с выходом элемента сравнения 11. Устройство содержит датчик 12 20 и задатчик 13 тягового усилия и блок деления 14, который соединен на входе с блоком умножения 9 и датчиком 12, а его выход соединен с программным задающим блоком по скорости 15. 25Оптимальный закон изменения скорости при копании, развиваемой двигателем 1, соединенным с генератором 2, реализуется при помощи программного задающего блока 15 через з 0 управляемый выпрямитель 3, соединенный с, независимой обмоткой возбуждения силового генератора.Оптимальный закон задающего воздействия (фкг.8, кривая 2) изменяетсяэквивалентно оптимальному закону скорости (фиг,2, кривая 3)т.е. таким об.разом, что в любой точке на кривойзадающего воздействия (фиг.8 кривая 2)можно поставить в соответствие одну 40и только одну точку на кривой 3(фиг.2).При технической реализации непрерывной траектории задающего воздействиякусочно-постоянными значениями (кривая 1,фиг.8),которые реализуются программным задающим блоком по скорости 15, реализуется с учетом переходного процесса в системе генератор- двигатель траектория скорости 2, близ" кая к оптимальной 1 (фиг.7) . Для того чтобы наиболее точно реализовать задающее воздействие (кривая 1 фиг.8) или для того чтобы наиболее точно воспроизвести регулируемой координатой, т.е. скоростью, изменяющееся задающее воздействие, введен контур обратной связи по 38скорости в зависимости от нагрузки(тока). Для этого используется задатчик тока 5, который воспроизводитоптимальную траекторию тока нагрузкидатчик-измеритель текущего значениятока 4 (фия.4), элемент сравнения,который вычисляет их разность, блокпеременной структуры 7, который пре-образует (усиливает) сигнал д 1 и подает его на вход управляемого выпрямителя 3,Для устойчивости нелинейной системы генератор-двигатель при изменении управляющего сигнала на входекоэффициент обратной связи К измеОГняется во время копания блоком переменной структуры 7 по программе, задаваемой программным блоком 8,Описанный замкнутый контур реализует оптимальный закон изменения скорости без компенсации возмущающегодействия - помехи и реализует, поскольку он замкнутый, фундаментальный принцип управления по отклонению.Для компенсации помех по скоростииспользуется другой контур. Он сос-.тоит из блока умножения 9, на которомперемножаются величины В Ч и Чпоступающие в этот блок с задатчика 10 и датчика 12. ПроизведениеД 9 Ч оп делится на блоке деления 14 на значение измеренногозначения тягового усилияпоступающего с датчика 12, Так вычисляется величина помехи по скорости дЧ (7), которая с выхода блока деления 4 поступает на входпрограммного задающего блока по скорости 15Вычисляемые значения ф ЬЧ показаны на фиг.б условно в виде скачков помехи по ЧПри подаче сигналов, пропорциональных 1 йЧ , с выхода блока деления 14 на вход программного задающего блока 15 программа изменения задающего воздействия изменяется (фиг.8, кри.вая 1) так, что в каждый момент времени влйяние помехи о скорости сводится к нулю.Соответственно (кривая 3, фиг.7)меняется и траектория скорости.0 пксанный контур реализует фундаментальный принцип управления по возмущению - помехе по скорости. Однако в данном случае помеха не измеряется о непосредственно, а получается вычислением через другие координаты: помеху7по тяговому усилию аУ оптимальное заданное значение скорости Чорт и измеренное значение тягового усилия 3 ,.В этом устройстве реализуются в комбинации (каждый своим контуром) два фундаментальных принципа управления: принцип управления по отклонению реализуется программной системой управления скоростью, замкнутой для устойчивости (зту систему определяют 10 часто как,комбинированную следящую систему), принцип управления по возмущению реализуется контуром для компенсации помехи, который включает (измеритель) вычислитель помехи или 15 возмущения (блок деления), сигнал с которого изменяет программу задания по скорости и реализует принцип управления по возмущению.Кроме того, комбинированное уп равление по скорости не может осуществляться без комбинированного управления по тяговому усилию ибо величина помехи по скорости вычисляется через параметры помехи по тяговому 25 усилию ди измеренное тяговое усилие.При комбинированном управлении скоростью агрегата помеха по скорос 38ти не проходит в силовую установку трактора, а своевременно компенсируется, что не вызывает колебаний мощности силовой установки и не снижает производительность агрегата. Вследствие одновременной и взаимосвязанной компенсации помех по тяговому усилию скорости снижаются колебания скорости агрегата, что также ведет к повышению производительности агрегата,На фиг.3,6,7 показано условно,что помехи по М и Ч , а также изменение скорости при компенсации осуществляются скачком. На самом деле эти изменения проводят более плавно во времени.Предложенное устройство позволяет снизить колебания по скорости и мощности силовой установки, что повышает производительность агрегата.Экономический эффект от использования изобретения при повышении производительности на 5-8 Х бульдозера на базе ДЭТможет составить за пять лет эксплуатации 8-12 тыс. руб. на одну машину.Тирам 644ВНИИПИ Государственного комитепо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Рауаская Заказ одаис СССР аб лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,