RU2291254C2

RU2291254C2 - Automatic control system of working member of earth-moving machine

Info

Publication number: RU2291254C2
Application number: RU2004138533/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Федорович Устинов (RU); Юрий Федорович Устинов; Александр Давидович Кононов (RU); Александр Давидович Кононов; Андрей Александрович Кононов (RU); Андрей Александрович Кононов
Original assignee: ГОУ ВПО Воронежский государственный архитектурно-строительный университет (ГОУ ВПО ВГАСУ)
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2007-01-10

Abstract

FIELD: earth-moving machinery.

SUBSTANCE: invention relates to automation of working processes of earth-moving machines. Proposed system contains machine actual speed pickup, soil volume pickup, physical and mechanical properties pickup of soil before working member of earth-moving machine, reference signal shaper, control unit including input device, fixed memory to outputs of which single-chip microcontroller is connected which is connected by its output to output device, and actuating mechanism consisting of electric spools connected by input to output device, and hydraulic cylinders connected by input to output of electric spools which control working member. Outputs of actual speed pickup, pickup of physical and mechanical properties of soil before working member, soil volume pickup and reference signal setter are connected to input of input device, and single-chip microcontroller has feedback with input device, fixed memory and output device.

EFFECT: improved accuracy of automatic control of earth-moving machine working member.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации рабочих процессов землеройно-транспортных машин (ЗТМ), а именно к устройствам для автоматического управления рабочим органом ЗТМ в режиме максимума производительности.The invention relates to the field of automation of the working processes of earth moving vehicles (ZTM), and in particular to devices for automatically controlling the working body of the ZTM in maximum performance mode.

Известно устройство для автоматического управления рабочим органом ЗТМ, основанное на поиске экстремума тяговой мощности и содержащее измерительные блоки действительной скорости движения и силы тяги машины, умножителя измеряемых величин скорости и силы тяги, выделяющего сигнал, пропорциональный тяговой мощности колесного движителя, блоков определения знака производной тяговой мощности и силы тяги, формирующих сигнал «Плюс», «Минус», «Равно нулю», трехпозиционного релейного элемента с выходными каскадами выглубления и заглубления (Авторское свидетельство СССР №881225, кл. Е 02 F 9/20, 1981).A device for automatic control of the working body of the ZTM, based on the search for the extremum of the traction power and containing measuring units of the actual speed and traction of the machine, a multiplier of the measured values of speed and traction, emitting a signal proportional to the traction power of the wheel propulsion, blocks for determining the sign of the derivative of traction power and traction forces forming the signal “Plus”, “Minus”, “Equal to zero”, a three-position relay element with output stages of deepening and deepening ( vtorskoe Certificate USSR №881225, Cl. E 02 F 9/20, 1981).

Существенным недостатком устройства является управление по косвенному параметру, что приводит к режиму работы не на максимуме производительности, а лишь вблизи максимума тяговой мощности ЗТМ.A significant drawback of the device is the control by an indirect parameter, which leads to a mode of operation not at maximum productivity, but only near the maximum traction power of ZTM.

Наиболее близким по совокупности признаков является система автоматического управления рабочим органом, содержащая датчик действительной скорости движения машины, датчик объема грунта перед рабочим органом, задатчик опорных сигналов, управляющий блок, включающий в себя устройство ввода, однокристальный микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство и устройство вывода, и исполнительный механизм, состоящий из электрозолотников и гидроцилиндров (Никулин Н.И., Тепляков И.М., Енин В.И., Кононов А.А. Повышение эффективности процесса копания грунта колесными землеройно-транспортными машинами // Известия ВУЗов: Строительство. - 1999. - №6. - С.105-107).Closest to the totality of features is a system for automatic control of the working body, containing a sensor of the actual speed of the machine, a soil volume sensor in front of the working body, a reference signal adjuster, a control unit including an input device, a single-chip microcontroller, read-only memory and an output device, and an actuating mechanism consisting of electroshocks and hydraulic cylinders (Nikulin N.I., Teplyakov I.M., Enin V.I., Kononov A.A. pany ground wheel Earthmovers // Proceedings of High Schools: Building - 1999. - №6 - S.105-107)...

Достоинством системы является управление по прямому параметру - мгновенной производительности ЗТМ в процессе копания грунта. Однако при достаточно широком диапазоне изменения грунтовых условий, особенно влажности грунта, неизменный уровень опорных сигналов будет приводить к существенным погрешностям автоматического регулирования.The advantage of the system is the direct parameter control - the instantaneous productivity of the ZTM in the process of digging the soil. However, with a sufficiently wide range of changes in soil conditions, especially soil moisture, a constant level of reference signals will lead to significant errors in automatic control.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи автоматического управления рабочим органом ЗТМ в режиме максимума производительности с повышением точности управления.The present invention is intended to solve the problem of automatic control of the working body of the ZTM in the mode of maximum performance with increasing control accuracy.

Задача решается тем, что в известной системе автоматического управления рабочим органом ЗТМ, содержащей датчик действительной скорости движения машины, датчик объема грунта перед рабочим органом, задатчик опорных сигналов, управляющий блок, включающий в себя устройство ввода, однокристальный микроконтроллер, постоянное запоминающее устройство и устройство вывода, и исполнительный механизм, состоящий из электрозолотников и гидроцилиндров, отличительным признаком является то, что она снабжена датчиком физико-механических свойств грунта перед рабочим органом ЗТМ, причем выход датчика соединен с входом устройства ввода управляющего блока.The problem is solved in that in the known automatic control system for the working body of the ZTM, containing a sensor of the actual speed of the machine, a soil volume sensor in front of the working body, a reference signal adjuster, a control unit including an input device, a single-chip microcontroller, read-only memory and an output device , and the actuator, consisting of electric shafts and hydraulic cylinders, the hallmark is that it is equipped with a sensor of physical and mechanical properties that the working body ZTM, wherein the sensor output is connected to an input device inputting the control unit.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно автоматическое управление рабочим органом ЗТМ в режиме максимума производительности с повышением точности управления, достигается за счет того, что в системе используется поляризационный датчик физико-механических свойств грунта перед рабочим органом ЗТМ.The technical result obtained during the implementation of the invention, namely, automatic control of the ZTM working body in maximum productivity mode with increasing control accuracy, is achieved due to the fact that the system uses a polarizing sensor of the physical and mechanical properties of the soil in front of the ZTM working body.

На чертеже изображена структурная схема системы автоматического управления рабочим органом ЗТМ.The drawing shows a structural diagram of a system for automatic control of the working body of the ZTM.

Система автоматического управления рабочим органом ЗТМ состоит из датчика действительной скорости движения машины 1, подключенного к ведомому колесу 2, датчика объема грунта 3 и датчика физико-механических свойств грунта 4 перед рабочим органом ЗТМ 5, задатчика опорных сигналов 6, управляющего блока 7, содержащего устройство ввода 8, постоянное запоминающее устройство 9, к выходам которых подключен однокристальный микроконтроллер 10, присоединенный своим выходом к устройству вывода 11, и исполнительного механизма 12, включающего в себя электрозолотники 13, подключенные своим входом к устройству вывода 11, и гидроцилиндры 14, присоединенные входом к выходу электрозолотников и управляющие рабочим органом, причем выходы датчика действительной скорости 1, датчика физико-механических свойств грунта перед рабочим органом 4, датчика объема грунта 3 и задатчика опорных сигналов 6 подключены к входу устройства ввода, а однокристальный микроконтроллер 10 имеет обратную связь с устройством ввода 8, постоянным запоминающим устройством 9 и устройством вывода 11.The automatic control system for the working body of the ZTM consists of a sensor of the actual speed of the machine 1 connected to the driven wheel 2, a sensor of soil volume 3 and a sensor of physical and mechanical properties of the soil 4 in front of the working body of the ZTM 5, a reference signal setter 6, a control unit 7 containing the device input 8, read-only memory 9, to the outputs of which a single-chip microcontroller 10 is connected, connected by its output to the output device 11, and an actuator 12, including an electric ozolniki 13, connected by their input to the output device 11, and hydraulic cylinders 14, connected by the input to the output of electroshoots and controlling the working body, the outputs of the sensor of the actual speed 1, the sensor of physical and mechanical properties of the soil in front of the working body 4, the sensor of the soil volume 3 and the reference unit signals 6 are connected to the input of the input device, and the single-chip microcontroller 10 has feedback from the input device 8, read-only memory 9 and the output device 11.

Система работает следующим образом. В качестве основных информационных параметров используются объем грунта перед рабочим органом V и действительная скорость движения машины v_д в процессе копания грунта, значения которых снимаются с соответствующих датчиков. Произведение этих параметров, деленное на длину отвала, дает численное выражение производительности. В зависимости от разности между предыдущим и текущим значением производительности в данный момент времени вырабатывается сигнал на заглубление или выглубление рабочего органа.The system operates as follows. As the main information parameters, the volume of soil in front of the working body V and the actual speed of the machine v _d in the process of digging the soil, the values of which are taken from the corresponding sensors, are used. The product of these parameters divided by the length of the blade gives a numerical expression of productivity. Depending on the difference between the previous and current values of productivity at a given time, a signal is generated to deepen or deepen the working body.

Обязательным условием получения наибольшей возможной производительности является проведение работы при полной подаче топлива в двигатель.A prerequisite for obtaining the greatest possible productivity is to carry out work with a full supply of fuel to the engine.

С целью предотвращения возникновения нестандартных и аварийных ситуаций предусмотрена защита. Сущность ее заключается в том, что во время работы постоянно снимаемые показания датчиков действительной скорости движения машины и объема грунта перед отвалом сравниваются с заданными опорными значениями этих величин. Сигнал разрешения автоматического регулирования по параметру мгновенной производительности подается только при условии преобладания измеренных датчиками параметров над опорными сигналами. Если же одно из этих условий не выполняется, то исполнительный механизм получает команду на выглубление или заглубление рабочего органа. С целью повышения точности автоматического управления в системе используется поляризационный бесконтактный датчик физико-механических свойств грунта, информационный сигнал которого позволяет вносить оперативную корректировку в работу системы автоматического управления процессом копания грунта, полезную для уточнения уровня опорных сигналов при достаточно широком диапазоне изменения грунтовых условий. Так при значительном повышении влажности грунта специфика устройства радиоволнового датчика объема может привести к излишне раннему преобладанию измеренного информационного параметра над опорным сигналом, следовательно, в этом случае уровень опорного сигнала объема грунта должен быть скорректирован в сторону повышения.In order to prevent the occurrence of non-standard and emergency situations, protection is provided. Its essence lies in the fact that during operation, constantly readings of sensors of the actual speed of the machine and the volume of soil in front of the blade are compared with the specified reference values of these values. The automatic control enable signal for the instantaneous output parameter is supplied only if the parameters measured by the sensors prevail over the reference signals. If one of these conditions is not fulfilled, then the executive mechanism receives a command to deepen or deepen the working body. In order to increase the accuracy of automatic control, the system uses a polarizing non-contact sensor of the physical and mechanical properties of the soil, the information signal of which allows you to make operational adjustments to the work of the automatic control system for the process of digging the soil, useful for clarifying the level of reference signals with a fairly wide range of changes in soil conditions. So, with a significant increase in soil moisture, the specificity of the device of the radio wave volume sensor can lead to an excessively early predominance of the measured information parameter over the reference signal, therefore, in this case, the level of the reference signal of the soil volume should be adjusted upwards.

В результате удается повысить точность автоматического управления рабочим органом землеройно-транспортной машины в режиме поиска максимума производительности.As a result, it is possible to increase the accuracy of automatic control of the working body of the earth moving machine in the search mode of maximum productivity.

В системе автоматического управления использован известный из уровня техники датчик физико-механических свойств грунта (Никулин П.И., Тепляков И.М., Кононов А.А. О возможности экспресс-определения влажности грунта поляризационным методом // Известия ВУЗов: Строительство. - 1998. - №1. - С.57-60).A sensor for the physical and mechanical properties of the soil (Nikulin P.I., Teplyakov I.M., Kononov A.A. On the possibility of express determination of soil moisture by the polarization method // Izvestiya VUZov: Construction. - 1998. - No. 1. - P.57-60).

Claims

An automatic control system for the working body of an earth moving machine, containing a sensor for the actual speed of the machine, a soil volume sensor, a reference signal adjuster, a control unit that includes an input device, a permanent storage device, the outputs of which are connected to a single-chip microcontroller connected to the device by its output output, and the actuator, consisting of electroheaters connected by their input to the output device, and hydraulic cylinders connected to the input m to the output of electroshooters and controlling the working body, characterized in that it is equipped with a sensor of physical and mechanical properties of the soil in front of the working body of the earth moving machine, and the outputs of the actual speed sensor, physical and mechanical properties of the soil sensor in front of the working body, soil volume sensor and setter reference signals are connected to the input of the input device, and the single-chip microcontroller has feedback from the input device, read-only memory and output device.