RU2327011C2

RU2327011C2 - System of automatic control of motor grader actuator

Info

Publication number: RU2327011C2
Application number: RU2006123158/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Федорович Устинов (RU); Юрий Федорович Устинов; Владимир Алексеевич Жулай (RU); Владимир Алексеевич Жулай; Андрей Александрович Кононов (RU); Андрей Александрович Кононов
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-06-20
Also published as: RU2006123158A

Abstract

FIELD: automation of processes.

SUBSTANCE: system consists of sensor of earth volume in front of actuator, sensor of actual speed of machine movement, which is connected to the slave wheel, setter of reference signals, control unit and actuating mechanism. At that the control unit consists of input device, single crystal microcontroller, permanent memorising device and output device. Actuating mechanism includes electric slides, standard device of shellboard turn and one additional hydraulic cylinder for shellboard turn in relation to longitudinal axis of machine.

EFFECT: achievement of maximum possible current capacity of motor grader with high quality of received surface in the process of earth planning at the account of change of skew installed shellboard clamping angle.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматизации рабочих процессов землеройно-транспортных машин (ЗТМ), а именно к устройствам для автоматического управления рабочим органом автогрейдера в режиме максимума производительности в процессе планирования грунта.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 a grader in the mode of maximum productivity in the process of soil planning.

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. Е02F 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, the sign of the derivative of the 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. E02F 9/20, 1981).

В качестве недостатков устройства можно указать управление по косвенному параметру, что приводит к режиму работы не на максимуме производительности, а лишь вблизи максимума тяговой мощности ЗТМ, а также использование в качестве управляющего воздействия команд заглубления или выглубления рабочего органа, что предопределяет низкое качество получаемой поверхности и делает непригодной систему для применения в процессе планирования грунта ЗТМ.As the disadvantages of the device, one can specify control by an indirect parameter, which leads to a mode of operation not at maximum productivity, but only near the maximum traction power of the ZTM, as well as the use of commands for deepening or deepening the working body as a control action, which determines the low quality of the resulting surface and makes the system unsuitable for use in the ZTM soil planning process.

Наиболее близким по совокупности признаков является система автоматического управления (САУ) рабочим органом автогрейдера, 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, используемых для вертикальных перемещений с целью заглубления или выглубления отвала (Никулин П.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 the automatic control system (ACS) of the working body of the grader, which contains 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 that includes an input device, a single-chip microcontroller, read-only memory and an output device, and an actuator, consisting of electric shakers and hydraulic cylinders used for vertical movements to deepen and whether the dump is excavated (Nikulin P.I., Teplyakov I.M., Enin V.I., Kononov A.A. Increasing the efficiency of the process of digging soil with wheeled earthmoving and transport vehicles // News of Universities: Building. - 1999. - No. 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, в результате функционирования системы автоматического управления рабочий орган автогрейдера будет непрерывно совершать вертикальные колебательные перемещения для заглубления или выглубления отвала, создавая тем самым неровности получаемой поверхности, что делает неэффективным применение известной САУ при выполнении операций планирования грунта.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, as a result of the functioning of the automatic control system, the working body of the grader will continuously perform vertical oscillatory movements to deepen or deepen the blade, thereby creating irregularities in the resulting surface, which makes the application of the known self-propelled guns when performing soil planning operations ineffective.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения задачи автоматического управления рабочим органом автогрейдера в режиме максимума текущей производительности с высоким качеством получаемой поверхности в процессе планирования грунта за счет использования в виде управляющего воздействия изменения угла захвата отвала и применения стандартного устройства поворота отвала (Машины для земляных работ: Учебник для вузов / Д.П.Волков, В.Я.Крикун, П.Е.Тотолин и др.; Под общ. ред. Д.П.Волкова -М.: Машиностроение, 1992. - 448 с.) и одного дополнительного гидроцилиндра для поворота отвала относительно продольной оси машины, обеспечивающего стабильную возможность непрерывного управления поворотом отвала во время разработки грунта.The present invention is intended to solve the problem of automatic control of the working body of the grader in the mode of maximum current productivity with high quality of the obtained surface in the process of soil planning due to the use of the control angle of the blade and the use of a standard device for turning the blade (Machines for earthworks: Textbook for Universities / D.P. Volkov, V.Ya. Krikun, P.E. Totolin and others; Under the general editorship of D.P. Volkov-M .: Engineering, 1992. - 448 p.) and one additional hydraulic cylinder for turning the blade relative to the longitudinal axis of the machine, providing a stable possibility of continuous control of the rotation of the blade during excavation.

Задача решается тем, что в известной системе автоматического управления рабочим органом автогрейдера, содержащей датчик действительной скорости движения машины, датчик объема грунта перед рабочим органом, задатчик опорных сигналов, управляющий блок, включающий в себя устройство ввода, постоянное запоминающее устройство, к выходам которых подключен однокристальный микроконтроллер, присоединенный своим выходом к устройству вывода, и исполнительный механизм, включающий в себя электрозолотники, подключенные своим входом к устройству вывода, отличительным признаком является то, что однокристальный микроконтроллер имеет обратную связь с устройством ввода, постоянным запоминающим устройством и устройством вывода, а исполнительный механизм снабжен одним дополнительным гидроцилиндром для поворота отвала относительно продольной оси машины, обеспечивающим стабильную возможность непрерывного управления поворотом отвала во время разработки грунта, и использует стандартное устройство поворота отвала, присоединенное своим входом к выходу электрозолотников, к другому выходу которых присоединен своим входом один дополнительный гидроцилиндр для поворота отвала относительно продольной оси машины, которые в результате совместной работы увеличивают или уменьшают угол захвата рабочего органа в процессе планирования грунта.The problem is solved in that in the known system of automatic control of the working body of a grader 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 read-only memory device, to the outputs of which a single-chip a microcontroller connected by its output to the output device, and an actuator, including electric sinks connected by its input to the device in water, a distinctive feature is that the single-chip microcontroller has feedback with the input device, read-only memory and output device, and the actuator is equipped with one additional hydraulic cylinder to rotate the blade relative to the longitudinal axis of the machine, providing stable possibility of continuous control of the blade rotation during excavation , and uses a standard blade swivel device, connected by its input to the output of electric pickpockets, to another in the course of which one additional hydraulic cylinder is connected at its inlet to rotate the blade relative to the longitudinal axis of the machine, which, as a result of working together, increase or decrease the angle of capture of the working body in the process of soil planning.

Получаемый при осуществлении изобретения технический результат, а именно автоматическое управление рабочим органом автогрейдера при планировании грунта в режиме максимума производительности с высоким качеством получаемой поверхности, достигается за счет того, что однокристальный микроконтроллер имеет обратную связь с устройством ввода, постоянным запоминающим устройством и устройством вывода, в системе используется в виде управляющего воздействия изменение угла захвата α_ЗХ отвала, для чего в исполнительном механизме системы автоматического управления используются не гидроцилиндры, применяемые для заглубления и выглубления рабочего органа, а стандартное устройство поворота отвала и один дополнительный гидроцилиндр, обеспечивающий стабильную возможность непрерывного управления поворотом отвала относительно продольной оси машины (изменяющий угол захвата отвала α_ЗХ) во время разработки грунта, присоединенный своим входом к выходу электрозолотников, к другому выходу которых присоединено своим входом стандартное устройство поворота отвала, которые в результате совместной работы увеличивают или уменьшают угол захвата рабочего органа, что приводит к отсутствию управляющих воздействий в виде вертикальных перемещений отвала в процессе планирования грунта.The technical result obtained during the implementation of the invention, namely, automatic control of the working body of the grader when planning the soil in the mode of maximum productivity with high quality of the obtained surface, is achieved due to the fact that the single-chip microcontroller has feedback from the input device, read-only memory device and output device, in system is used as a manipulated variable change in the capture angle α _SX blade, which in the actuator system auth mathic control are not used hydraulic cylinders used for the burying and vyglubleniya working body and a standard device turning blade and one additional hydraulic cylinder, which provides a stable possibility of continuous control by turning the blade about the longitudinal axis of the machine (changing capture angle of blade α _SX) during excavation attached to its the input to the output of the electroshooters, to the other output of which a standard device for turning the blade is connected with its input, which, as a result ate collaboration increase or decrease the working body capture angle, which leads to lack of control in the form of a vertical displacement of blade impacts the ground during planning.

На чертеже изображена структурная схема системы автоматического управления рабочим органом автогрейдера в процессе планирования грунта.The drawing shows a structural diagram of a system for automatic control of the working body of the grader in the process of planning the soil.

САУ состоит из датчика действительной скорости движения машины 1, подключенного к ведомому колесу 2, датчика объема грунта 3 перед рабочим органом ЗТМ 4, задатчика опорных сигналов 5, управляющего блока 6, содержащего устройство ввода 7, постоянное запоминающее устройство 8, к выходам которых подключен однокристальный микроконтроллер 9, присоединенный своим выходом к устройству вывода 10, и исполнительного механизма 11, включающего в себя электрозолотники 12, подключенные своим входом к устройству вывода 10, стандартное устройство поворота отвала 13 и дополнительный гидроцилиндр поворота отвала 14, присоединенный входом к выходу электрозолотников и управляющий изменением угла захвата α_ЗХ рабочего органа, причем выходы датчика действительной скорости 1, датчика объема грунта 3 и задатчика опорных сигналов 5 подключены к входу устройства ввода 7, а однокристальный микроконтроллер 9 имеет обратную связь с устройством ввода 7, постоянным запоминающим устройством 8 и устройством вывода 10.ACS consists of a sensor of the actual speed of the machine 1 connected to the driven wheel 2, a soil volume sensor 3 in front of the ZTM working body 4, a reference signal setter 5, a control unit 6 containing an input device 7, a read-only memory 8, to the outputs of which a single-chip a microcontroller 9, connected by its output to the output device 10, and the actuator 11, which includes electroshoots 12, connected by their input to the output device 10, a standard device la 13 and an additional hydraulic cylinder for turning the blade 14, connected by an input to the output of electroshoots and controlling the change in the working angle α _{ЗХ of the} working body, the outputs of the actual speed sensor 1, soil volume sensor 3 and reference signal adjuster 5 connected to the input of input device 7, and a single-chip microcontroller 9 has feedback with an input device 7, read-only memory 8 and an output device 10.

Система работает следующим образом. При начале движения с разработкой грунта оператор посредством управления в ручном режиме гидроцилиндрами вертикального перемещения отвала производит установку (как правило, с помощью относительно небольшого заглубления в грунт) рабочего органа в высотное положение, соответствующее требованиям реальной обстановки на объекте строительства, и включает САУ рабочим органом автогрейдера в процессе планирования грунта. Далее функции оператора сводятся к управлению траекторией движения ЗТМ.The system operates as follows. At the beginning of the movement with the development of the soil, the operator, by manual control of the hydraulic cylinders of the vertical movement of the blade, installs (as a rule, using a relatively small depth of soil) the working body in a high position that meets the requirements of the real situation at the construction site, and includes the self-propelled guns by the working body of the grader in the process of soil planning. Further, the operator’s functions are reduced to controlling the ZTM trajectory.

В предлагаемой САУ в качестве информационных параметров используются объем грунта перед рабочим органом V и действительная скорость движения машины υ_Д в процессе планирования 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 (±Δα_ЗХ), который через устройство вывода подается на электрозолотники и с помощью совместной работы стандартного устройства поворота отвала и дополнительного гидроцилиндра поворота отвала вызывает увеличение или уменьшение угла захвата рабочего органа. Обязательным условием получения наибольшей возможной производительности является проведение работы при полной подаче топлива в двигатель.In the proposed self-propelled guns, the volume of soil in front of the working body V and the actual speed of the vehicle υ _D in the process of soil planning, the values of which are taken from the corresponding sensors, are used as information parameters. The product of these parameters divided by the blade length gives a numerical expression of productivity. Depending on the difference between the previous and current productivity values, a signal is generated at a given moment (± Δα _ЗХ ), which is fed through the output device to the electric sinks and, by working together with a standard blade rotation device and an additional blade rotation hydraulic cylinder, causes an increase or decrease in the working angle body. 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 аварийных и нестандартных ситуаций предусмотрена защита. Сущность ее заключается в том, что, во-первых, оператор в любой момент времени может перейти на ручное управление, во-вторых, во время работы постоянно снимаемые показания датчиков действительной скорости движения машины и объема грунта перед косопоставленным 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 увеличение или уменьшение угла захвата рабочего органа независимо от вычисленного значения производительности.In order to prevent the occurrence of emergency and non-standard situations, protection is provided. Its essence lies in the fact that, firstly, the operator can switch to manual control at any time, and secondly, during operation, constantly readings of sensors of the actual speed of the machine and the volume of soil in front of the skid dump are compared with the specified reference values of these quantities. 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 satisfied, then the actuator receives a command to increase or decrease the angle of capture of the working body, regardless of the calculated value of productivity.

В результате удается добиться автоматического управления рабочим органом автогрейдера в режиме максимума текущей производительности с высоким качеством получаемой поверхности в процессе планирования грунта за счет использования в виде управляющего воздействия изменения угла захвата косопоставленного отвала и применения в исполнительном механизме стандартного устройства поворота отвала и одного дополнительного гидроцилиндра поворота отвала относительно продольной оси машины.As a result, it is possible to achieve automatic control of the working body of the grader in the mode of maximum current productivity with high quality of the obtained surface in the process of soil planning due to the use of a change in the angle of capture of the sloped blade and the use of a standard device for turning the blade and one additional hydraulic cylinder for turning the blade in the actuator relative to the longitudinal axis of the machine.

Claims

A system for automatically controlling the working body of a motor grader, comprising a sensor of the actual speed of the machine, a soil volume sensor, a reference signal adjuster, a control unit including an input device, a read-only memory device, to the outputs of which a single-chip microcontroller is connected, connected by its output to the output device, and an actuator, including elektrozolotki connected by its input to the output device, characterized in that the single-chip microcontrol ery has feedback with the input device, read-only memory and output device, and the actuator is equipped with one additional hydraulic cylinder to rotate the blade relative to the longitudinal axis of the machine, providing stable possibility of continuous control of the rotation of the blade during excavation, and uses a standard blade rotation device attached with its entrance to the output of electroshields, to the other output of which one additional hydraulic cylinder is connected with its input for Orochi blade about the longitudinal axis of the machine, which as a result of collaboration increase or decrease of the working organ in the capture angle of lot process planning.