Способ управления рабочим процессом бульдозера

(51)4 Е 02 Р 9 2 САНИЕ ИЗОБРЕТ ЕТЕЛЬСТВУ жныи ву П осит(57) Изобретение о ройно-транспортной ет повысить точнос производительность го определения сил этого перед начало измеряют угловое п озволяя и технике ить управлен путем боле1 тяги (СТ) ания процессаожение ги ци Зф ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТСССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ Н АВТОРСКОМУ С(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМЦЕССОМ БУЛЬДОЗЕРА линдров отвала и давления в их штоковых и поршневых полостях и сравнивают их, В момент выравнивания давлений в полостях гидроцилиндров (приплавающем положении отвала) вырабатывают сигнал задержки, По истечении времени задержки замеряют положение остова трактора. В процессе копаниягрунта замеряют угловое положение остова трактора относительно ходовыхтележек и сравнивают его с базовым.Полученную разность умножают на значение функции связи, и результат сумми"руют со значением усилия в шаровыхшарнирах толкающих брусьев для опре-.деления СТ. Одновременно измеряют скорость движения трактора, умножают еена СТ и получают тяговую мощность(ТМ), Осуществляют поиск экстремумаТМ и сравнение ее с текущей ТМ. Посигналу рассогласования формируют управляющий сигнал на перемещение отвала, 5 ил.35дВостогде с 40 113Изобретение относится к землеройно-транспортным машинам, а именно кбульдозерам,Целью изобретенич является повышение точности управления и производительности путем более точного определения силы тяги.На Фиг. 1 приведена расчетная схема сил, действующих на рабочее оборудование; на фиг. 2 - шаровой шарниртолкающего бруса на ходовой тележкетрактора; на фиг, 3 - функциональнаяблок-схема устройства; на фиг, 4устройство управления рабочим процессом; на Фиг, 5 - диаграмма упранлениярабочим процессом,На Фиг 1 показаны следующие величины, поясняющие способ: СС - силытяжести подрессорнои части остоватрактора и рабочего оборудования;Р Г - касательная и нормальная17составляющие силы сопротивления наотвале; Т- усилие в штоках; К-горизонтальная реакция в шаровомшарнире; Т - сила тяги трактора; Кусилие в рессоре; р - угол гидроцилиндра с вертикалью," Х , 2. - 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 11 управления (бульдозер ) включающий отвал 1, остов 4, тележки 6 и 7 датчик 12 углового положения гидро- цилиндра, 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 2КРоме того, устройство (фиг, 4)содержит распределитель 30 плавающегоположения отвала, насос 31, устройство 32 управления измерительной схемой, 5усилители 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, КБ-триггеры 43 и 46, блок44 сравнения значений силы тяги,кнопку 45, гидромагистрали 47 и 48,соединяющие электрогидрораспределитель 49 с гидроцилиндрами 3, НаФиг5 показана диаграмма измененийтяговой мощности и силы тяги Т.Расчетная схема (Фиг. 1) позволяет с помощью системы управления порезультатам измерения датчиками инФормационных параметров вычислитьусилие в штоках гидроцилиндров впроцессе копания грунта25 джост Х Р С2ТХ соз Д +(2 -2,) зпр где С - коэффициент жесткости рес-сорьЗ 0 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 трактораотносительно ходовыхтележек,Базовое исходное положение остоватрактора фиксируется при плавающемположении гидроцилиндров и неподнижном тракторе, При этом условии усилиев штоках Т =-.О, горизонтальная реакцияшв шаровом шарнире К = О, касательная сила на отвале Г = О, угловое положение остова трактора фиксируется 50 как исходное начальное значение 8 == Встусилие в рессоре равно начальному усилию К =К,Начальное усилие в рессоре определяют по формуле55 , .С ХсР ХР где Х , Х - координаты точки С исР ррессоры,з328Силу тяги трактора по расчетнойсхеме (фиг, 1) вычисляют по формуле2йвостХ рСТ=ВХ себ +Е Е 5ск остК где К - функция связи, которую вычисляют по формулеХ СХсЕ в + К-К, "Алгоритм управления рабочим процессом бульдозера по предлагаемому способу имеет вид ХрСК(2) Щ а если Нт 1-Нт +10 то Х=Хвкл если Н "-Н (рО то Х=Хвцк если Ит 1 т мин в О то Х= -Х,; если Н .-Н (. ( О, то Х= -Хв,теслиН,О то Х Хвкт т(1)где И т - тяговая мощностьЧ - скорость движения.3Я+1) - индексы предыдущего и последующего моментов времени 40 процесса;степень неравномерности регулирования тяговой мощностиХ - параметр управления эолотником 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 уси" лие 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 7 , 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 РА диаграммы увеличивается тяговая мощность Я и сила тяги Т, Заглубление отвала продолжают до тех пор, пока тяговая мощность о примет максимальное значение в точке А. В этот момент в соответствии с условием (6) алгоритма прекращают заглубление отвала, запоминают максимум тяговой мощности Н . Ипо формуле (7) вычисляют йижнее значение предела регулирования тяговой мощности Хт 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 пре 1328449"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 СР диаграммы (фиг, 5) совершается аналогично процессу для участка АВ и далее циклы работы повторяются аналогично указанным.Способ управления рабочим процессом бульдозера осуществляют следую щим 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 гидроци линдров, 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 вляет балансировку измерительной мостовой схемы.Измерительная мостовая схема состоит иэ переменного резистора 18 (блок запоминания базового значения 45 В, ) и переменного резистора 8 (датчик углового положения остова трактора 8). Устройство 32 осуществляет балансировку моста, т,е.запоминание базового углового поло жения остова В, . При балансе моста устройство 32 устанавливает КБ-триг" гер 46 в состояние логического нуля и выключается электрозолотник 30 плавающего положения отвала, 55Балансировка 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 электродвигательУказанные устройства применяются в автоматических мостах и компенсаторах, По сигналу с выхода усилителя (при балансе моста) выключается устройство 32 и плавающее положение отвалаС 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 Л 6, Х С.Здесь преобразователь работает как переменное сопротивление, управляемое кодом Р 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 Р, т.е, в блоке 21 осуществляется формирование Функции связи К и вычисление усилия В штоках Т,ьНа выходе сумматора 22 в соответствие с Формулой (3) вычисляется сила тяги Т, Одновременно при помощидатчика 13 скорости движения измеряют скорость трактора Ч и умножаютее на силу тяги Т и на выходе умножителя 23 получают тяговую мощностьЮ, В экстремальном регуляторе 24сравнивают предыдущее и последующеезначения тяговой мощности И ти силытяги Т в блоках 26 и 44,В блоке 26 осуществляется сравнение текущего значения тяговой мощности Ис последующим И ( Еслит 11 фна входе суммирующего компаратора 38разность Ит;-И т(1 1 с О, то на еговыходе напряжение, равное Ч =ЧЭтот этап процесса копания соответствует увеличению тяговой мощности(фиг, 5, участок РА) и приближениюпроцесса к экстремуму в точке А,Кагца раэность сравниваемых величинИт -Мт, 1 меняет знак, т.е 11 тт 1 т 11 3-И 1О, то компаратор переклют 1+11чается в противоположное состояниеЧ = Ч . Компаратор 38 переклю 38 33 минчается при переходе величины Ыт -449 8нии условия (1 О) сигналом с выхода компаратора 38 триггер 43 устанавливается в состояние логического нуля, выключается распределитель 49 и выглубление отвала прекращается, С этого момента процесс копания снова совершается при зафиксированном исполнительном гидромеханизме, Процесс работы бульдозера на участке СП диаграммы (фиг, 5) совершается аналогично процессу на участке АВ и далее циклы работы повторяются аналогично указанным. 1328 7 да вЕличины Ит-Ит 1.через нуль ту т(+11 и переключение выходного напряжения компаратора 38 соответствует экстремальному значению тяговой мощности. При переключении компаратораБт 1 от +1К 2 К 1 Формула 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности управления и производительности путем более точного определения силы тяги, дополнительно измеряют угловое положение гидроцилиндров отвала В давления в штоковых и поршневых полостях этих гидроцилиндров, которые сравнивают, и в момент их равенства вырабатывают сигнал задержки, по истечении которого запоминают базовое значение угла положения остова 8 бульдозера относительно хоостдовых 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 К 4 2- доКЗ 2+ акргде / - степень неравномерности регулирования, является величиной постоянной, выбираемой в пределах / = 0,05- 0 15,ьР2 -срчт макс 2+,р т мььксР Далее процесс копания осуществляется при зафиксированном исполнительном гидромеханизмеПри этом на участке АВ диаграммы (Фиг. 5) возрастают сопротивления 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 выполнеХрСК =ьХп сЙЯ+ Е 11-Е Х, Х- координаты точек наЕ ь ЕЭь О фиг. 1;С - коэффициент жесткостирессоры;р - угол гидроцилиндров сЭвер тик алью, полученное значение суммируют с величиной усилия в шарнирах толкающих брусьев бульдозера для определения силы тя ги Таким образом сравниваемые напряжения должны иметь противоположные 10 знаки, Для этой цели служит инвертирующий усилитель 36, Линия 37 задержки необходима для Формирования сигнала. ,. Блок 44 построен аналогично.Заглубление отвала в грунт продол жается до выполнения условия (б) алгоритма, В момент срабатывания условия (6) на выходе логического элемента И 39 устанавливается уровень логического нуля, который и вьплючает 20 распределитель 49. В момент переключения компаратора 38 в устройстве 40 выборки-хранения осуществляется запоминание максимального значения тяговой мощности И 25т максНижний предел регулирования тяговой мощности 11вычисляется по Формуле (7), Вычисление осуществляется при помощи инвертирующего усилителя 41 с коэффициентом передачи шь 30 равным1328449 Состав Техред епан ель ИВере едактор И. 111 улла орректор В, Гири Заказ 3459/32ВНИИПИ Госудапо делам из113035, Москва,раж 606твенного комитета С одписноР ретении и открытии -35, Раушская наб.,Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,