close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Устройство управления глубиной копания одноковшового экскаватора..pdf

код для вставкиСкачать
Транспорт
УДК 621.878.25
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИНОЙ КОПАНИЯ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА
© Д.А. Шеховцова1, А.А Руппель2
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
644050, Россия, г. Омск, пр. Мира, 5.
Приводится описание устройства управления одноковшового экскаватора, которое помогает повысить точность
разработки грунта, тем самым уменьшить время рабочего цикла. Приведен алгоритм работы устройства управления.
Ил. 3. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: одноковшовый экскаватор; устройство управления; вертикальная координата режущей
кромки ковша; алгоритм управления.
SHOVEL DIGGING DEPTH CONTROL DEVICE
D.A. Shekhovtseva, A.A. Ruppel
Siberian State Automobile and Highway Academy,
5 Mir pr., Omsk, 644050, Russia.
The article describes a control device for a single-bucket excavator. It helps to improve excavation accuracy and reduces
work cycle time. The operation algorithm of the control device is given.
3 figures. 5 sources.
Key words: single-bucket excavator (shovel); control unit; vertical coordinate of a bucket lip; control algorithm.
Основной объем земляных работ, выполняемых
одноковшовым экскаватором в водохозяйственном
строительстве, приходится на отрывку траншей,
устройство каналов и осушительных систем (89%). В
промышленном строительстве одноковшовые экскаваторы выполняют основной объем по отрывке котлованов (45,7%) и траншей (23,6%).
Анализ допускаемых отклонений вертикальной
отметки земляного сооружения, возводимого одноковшовыми экскаваторами, показал, что к точности
выполнения земляных работ одноковшовыми экскаваторами предъявляются высокие требования. Однако
машинист гидравлического экскаватора работает в
напряженных условиях, и, подвергаясь воздействиям
вибраций и ускорений, он должен мгновенно оценивать изменения условий работы и при высокой производительности обеспечивать заданную точность выполнения земляных работ. В большинстве случаев
машинист не располагает достоверной информацией
о вертикальной координате положения рабочего органа [2].
Исследованиям устройств управления посвящен
ряд работ [3–5], в которых отмечен один и тот же недостаток – необходимость выравнивания машины относительно горизонта, так как угол наклона машины
при работе не учитывается. Поэтому целесообразно
оснастить одноковшовый экскаватор таким устройством управления, которое позволит вести зачистные
работы при некотором уклоне землеройной машины,
вызванном неровностями рельефа местности.
Устройство управления одноковшового экскаватора позволяет не только определять положение режущей кромки ковша, но и вести планировочные работы.
Рассмотрим структурную схему устройства управления, соединенную с общим видом одноковшового экскаватора, модель которого составлялась в программном комплексе КОМПАС-3D V13. (рис. 1). На рис. 1
отмечены входящие в состав устройства единицы:
датчики взаимного поворота элементов на углы α, β, γ,
угол наклона базы к горизонту φ, стрела, рукоять и
ковш, элементы гидропривода, косинусные преобразователи, задатчики длин рабочего оборудования L1,
L2, L3, расстояние H1 от точки подвеса рабочего оборудования до грунта, требуемая глубина копания D, а
также задатчик требуемого угла наклона траншеи θ.
Устройство может быть установлено на экскаваторе, при этом длины рабочего оборудования (стрелы,
рукояти и ковша) устанавливаются при монтаже оборудования на задатчиках L1, L2 и L3. Перед разработкой траншеи оператор устанавливает на задатчике D
требуемую глубину копания, на задатчике H1 – высоту
точки подвеса рабочего оборудования над грунтом, на
задатчике θ – требуемый угол наклона траншеи. Далее оператор с помощью элемента электрогидропривода рабочего оборудования рукояти R приводит в
движение рукоять, после чего обеспечивается автоматическое регулирование углов α и γ (угол наклона
стрелы и ковша соответственно) в пределах заданных
значений при движении режущей кромки ковша по
прямолинейной плоскости с заданным углом наклона.
___________________________
1
Шеховцова Дарья Алексеевна, аспирант, тел.: 89136389192, e-mail: Ruppel_da@mail.ru
Shekhovtseva Darya, Postgraduate, tel.: 89136389192, e-mail: Ruppel_da@mail.ru
2
Руппель Алексей Александрович, кандидат технических наук, профессор кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники, тел.: 89136225345, e-mail: Ruppel_aa@bk.ru
Ruppel Aleksei, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Automation of Production Processes and Electrical
Engineering, tel.: 89136225345, e-mail: Ruppel_aa@bk.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (88) 2014
135
Транспорт
Рис. 1. Общий вид одноковшового экскаватора ЭО-33221 и структурная схема устройства управления
Работа устройства управления заключается в
следующем: сигнал, вырабатываемый датчиком β,
суммируется с сигналами датчиков α и γ, расположенными в шарнирах рабочего оборудования, сигналом
датчика φ, расположенном на базе машины, и сигналом задатчика θ требуемого угла наклона разрабатываемой траншеи на сумматорах 1–4. При этом на выходах сумматоров соответственно вырабатываются
сигналы
,
,
,
,
которые поступают на входы косинусных преобразователей. Сигналы с выходов косинусных преобразователей делятся пропорционально длинам рабочего
оборудования, высоте точке подвеса рабочего оборудования и поступают на вход алгебраического сумматора 5, на который также поступает сигнал от задатчика H6, требуемой глубины копания. Сигналы суммируются, образуя сигнал рассогласования Y, который
управляет элементами гидропривода рабочего оборудования стрелы и ковша, таким образом, что рассогласование показаний датчиков α и γ наклона стрелы
и ковша стремится к нулю, что соответствует требуемой глубине копания.
Одновременно предложенное устройство управления одноковшовым экскаватором непрерывно измеряет глубину копания и выводит ее на индикаторное
табло, которое установлено в кабине оператора. Вертикальная координата режущей кромки ковша определяется по следующей формуле:
(
)
(
)
(
)
(
)
,
где α, β, γ – углы между элементами рабочего оборудования соответственно;
– изменение вертикальной координаты оси подвеса стрелы.
Для вывода этой зависимости на рис. 2 представлена расчетная схема положения режущей кромки
ковша одноковшового экскаватора. На схеме введены
обозначения: AB – длина стрелы, а именно расстояние между шарнирами крепления стрелы и рукояти;
BC – длина рукояти, а именно расстояние между шарнирами крепления стрелы и ковша; СD – длина ковша,
а именно расстояние от шарнира крепления ковша до
режущей кромкой ковша; AH – высота точки подвеса
рабочего оборудования, а именно расстояние между
136
шарниром крепления стрелы и основанием земли, на
которой находится экскаватор; QN – требуемая глубина копания; ρ – заданный угол резанья; θ – уклон
траншеи; φ – угол наклона базы машины к гидровертикали.
Рис. 2. Расчетная схема для определения положения
режущей кромки ковша одноковшового экскаватора
Чтобы сохранить постоянство угла резанья, нужно
обеспечить движение режущей кромки ковша прямолинейно под некоторым углом θ. Для этого необходимо определить значение углов α и γ в зависимости от
изменяющегося угла β.
Углы α и γ определяются как суммы углов:
Из рис. 2 видно, что
где СG, AC и AM определяются следующим образом:
√
AM=AQ+QN-NM.
Здесь HN – это известная величина, а NM и AQ
определяются из следующих формул:
ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (88) 2014
(
)
Транспорт
AB – длина стрелы, а именно расстояние между
шарнирами крепления стрелы и рукояти; BC – длина
рукояти, а именно расстояние между шарнирами
крепления стрелы и ковша; СD – длина ковша, а именно
расстояние от шарнира крепления ковша до режущей
кромкой ковша; AH – высота точки подвеса рабочего
оборудования, а именно расстояние между шарниром
крепления стрелы и основанием земли, на которой
находится экскаватор; QN – требуемая глубина
копания; ρ – заданный угол резанья, θ – уклон траншеи.
НАЧАЛО
НАЧАЛО
Ввод
Ввод
исходных
исходных
данных
данных
α0 – датчик угла, установленный
между стрелой и рукоятью;
β0 – датчик угла, установленный
между рукоятью и ковшом;
γ0 – датчик угла, установленный
между рукоятью и ковшом;
φ0 – датчик, определяющий угол
наклона базы к гировертикали.
i:=1
i:=1
Опрос
Опрос
датчиков
датчиков
нет
i:=i+1
i:=i+1
i:=n
i:=n
да
Определение
Определение
вертикальной
вертикальной
координаты
координатыYYpp
Выдача
Выдача значения
значения
на
на индикаторное
индикаторное
табло
табло YYpp
Вычисление
Вычисление
значения
значения угла
угла αα
∆α:=α-α
∆α:=α-α00
нет
∆α=0
∆α=0
Выдача
Выдача сигнала
сигнала
∆α
∆α на
на ЭГСУ
ЭГСУ ГЦ
ГЦ
стрелы
стрелы
да
Вычисление
Вычисление
значения
значения угла
угла γγ
∆γ:=γ-γ
∆γ:=γ-γ00
∆γ=0
∆γ=0
нет
Выдача
Выдача сигнала
сигнала
∆γ
∆γна
на ЭГСУ
ЭГСУ ГЦ
ГЦ
ковша
ковша
да
β:=β0+∆β
нет
β:=β
β:=βmax
max
да
КОНЕЦ
КОНЕЦ
Рис. 3. Блок-схема алгоритма устройства управления одноковшового экскаватора
ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (88) 2014
137
Транспорт
Отсюда
(
)
,
следовательно
√
(
)
√
√
(
)
√
Таким образом, в любой момент рабочего цикла в
зависимости от значения угла β и известных постоянных величин углы α и γ имеют вид:
√
(
)
√
√
(
√
)
Далее в программном комплексе Matlab с применением встроенных методов и средств составлен алгоритм управления одноковшового экскаватора, который запрограммирован с целью определения величин
углов α и γ в зависимости от величин углов β, ρ, θ и φ
и постоянных величин AB, BC и СD. Сигнал разности
между истинным значением α0 и вычисленным значением α управляет гидроцилиндром стрелы, а сигнал
разности между истинным значением угла γ0 и вычисленным по формулам значением угла γ управляет
гидроцилиндром ковша. Тем самым человеку (оператору) требуется осуществить привод гидроцилиндра
рукояти, после чего обеспечивается автоматическое
регулирование углов α и γ в пределах заданных значений по прямолинейной плоскости под некоторым
углом наклона траншеи. Блок-схема алгоритма
устройства управления одноковшового экскаватора
представлена на рис. 3.
В заключении можно сказать, что благодаря
устройству управления одноковшовым экскаватором
увеличивается производительность машины. Экскаватор, оснащенный данным устройством управления,
может вести не только работы по разработке грунта,
но и планировочные работы, то есть осуществлять
последнюю зачистную операцию разрабатываемой
траншеи, что обеспечивает более точную и качественную разработку грунта. Тем самым уменьшаются
дополнительные материальные расходы, которые
образуются вследствие некачественной разработки
грунта, а также сокращается время рабочего цикла
машины.
Статья поступила 06.03.2014 г.
Библиографический список
1. Шеховцова Д.А., Руппель А.А. Алгоритм управления одноКриворучко, А.А. Руппель, Л.Е. Регирер, Б.А. Роговой. Бюл.
ковшовым экскаватором под проектную отметку // Развитие
№ 31.
дорожно-транспортного комплекса и строительной инфра4. Aвт. cв-во 1740570 СССР. Способ определения высоты
структуры на основе рационального природопользования:
точки подвеса рабочего оборудования землеройной машины
мат-лы VII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием.
после ее переезда относительно дна разрабатываемой
Омск: Изд-во СибАДИ, 2012. Кн. 2. С. 87–91.
траншеи с продольным уклоном / В.С. Щербаков, А.И. Кри2. Руппель А.А. Повышение точности разработки грунта
воручко, А.А. Руппель, Л.Е. Регирер, Г.Н. Дурнева. Бюл. №
одноковшовым экскаватором с гидроприводом: дис. … канд.
25.
техн. наук: 05.05.04. Омск: Изд-во СибАДИ, 1986. 325 c.
5. Aвт. cв-во. 1661302 СССР. Система управления глубиной
3. Aвт. cв-во 1587150 CCCP. Устройство управления глубикопания землеройной машины / В.С. Щербаков, А.И. Кривоной копания землеройной машины / В.С. Щербаков, А.И.
ручко, А.А. Руппель, Л.Е. Регирер, Г.Н. Дурнева. Бюл. № 22.
138
ВЕСТНИК ИрГТУ №5 (88) 2014
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
2 306 Кб
Теги
копания, экскаватор, глубиной, pdf, управления, устройства, одноковшового
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа