Устройство для управления движением горной машины

Устройство для управления движением горной машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (, ) 562794

ИЗОБРЕТЕЙ Ия

Союз Советскин

Социалистическими

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено16,02.7 6 (21) 2323664/24 (51) М. Кл.е

Q 05 В 13/00 с присоединением заявки №

Гасударственный нвмнтет

Саввтв Мннистров СССР на делам нэаеретеннй и атнрытнй (23) Приоритет (43) Опубликоваио25.06 77*Бюллетень № 23 (45) Дата опубликования описания 01.09.77 (53) УДК 621.316.7 (088,8) В. В. Яснополянский (72) Автор изобретения

Институт автоматики (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

ГОРНОЙ М АШИ НЫ

Изобретение относится к технике управления горными машинами и может быть использовано в угольной, горнорудной, строительной и других отраслях промышленнос- . ти, преимущественно в системах управления экскаваторами, отвапообразоватепями и другими машинами с гусеничным ходовым оборудованием, имеющим приводы разворота тележек.

При выполнении горных и строительных работ во многих случаях требуется обеспечить движение машины (экскаватора, отвалообразователя и т. и.) строго по заданной трассе, чаще всего пря- 15 мопинейной, в соответствии. с планом. раз вития экскаваторных ипи отвальных работ.

Отклонения машины от заданной трассы должны эффективно устраняться, в связи с чем применяют устройства дпя автоматЫческого управления движением машины по заданной трассе, Известен ряд устройств аналогичного назначения, Например, система, включающая устройство для автоматического управ2 пения движением роторного экскаватора пб заданной трассе и объект управления (роторный экскаватор). Часть модели, относящаяся к устройству управления движением содержит чувствительные элементы для оп-» редепения величин, зависящих от бокового и углового отклонений экскаватора от заданной трассы, а также позиционный регулятор, воздействуютций на привод разворота ходовых тележек (lf . Чувствительные элементы формируют сигналы, первоначально представляющие собой линейные комбинации бокового и углового отклонений экскавато ра от заданной трассы. Привод разворота тележек отрабатывает эти сигналы с цепь|о устранештя отклонений экскаватора от за» данной трассы. Однако неоптимапьность процесса ликвидации отклонений, имеющего характер неэатухаюших колебаний ("рыскания ), объясняется структурными свойствами устройства и принятым законом. управления (по комбинациям бокового и угпового отклонений экскаватора от заданной трассы) и не может быть устранена выбьем ром параметров и настройкой устройства.

5627 94 з

Кроме того, в этом устройстве не предусмотрено ограничение интенсивности разворота ходовых тележек относительно грунта, что может привести к перегрузкам и преждевременному износу механизма и привода разворота тележек, как и самих ходовых тележек.

Другое устройство, предназначенное дпя управления движением. экскаватора по заданной прямолинейной трассе, содержит блок задан(щ трассы движения, блок определе« ния отклонений экскаватора,от заданной трассы и гидропривод разворота тележек (2).

Блок определения отклонений формирует сигнал, зависящий от бокового и углового отклонений экскаватора от заданной

tpBccbI> и при первом рассмотрении пред» ставпяет собой линейную комбинацию бокового и углового отклонений. Гчдропрчвод разворота тележек отрабатывает этот сигнал с цепью устранения отклонений экскаватора от заданной трассы, Как и в предыдущем случае, устройству свойственна неоптимапьность процесса ликвидации отклонений, имеющего характер незатухающих колебаний, и вызвана теми же причинами, что и в

1 первом устройстве, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство дпя управления движением, горной машиной, содержа цее блок задания параметров трассы движения, блок определения координат и приводы разворота ходовых тележек с концевыми выключателями (Я.

О=обенностью устройства является попная независимость контуров управпенчя передними и задними тележками, так что практически управление движением экскаватора с двумя механизмами разворота сведено к автономному . управлению отдельно передними ч задними тележками. Блоки определения отклонений формируют сигналы, зависящие отбоковых и угловых отклонений передних и задних тележек от заданной трассы и первоначально представляющие собой линейные комбинации боковых и угловых отклонений, Приводы разворота передних и задних тележек отрабатывают эти сигналы с цепью устранения отклонений тележек от заданной трассы.

Этому устройству свойственны все те же недостатки, что ч двум первым.

Бель изобретения — обеспеченче минимальной длины пути выхода карьерной машины на заданную трассу, повышение точности управпенчя движением машины и огранчченче интенсивностей разворота ходо вых тележек относителы о грунта, т, е. по.вышение эффективности управления, 5

3(35

Йостчгается это введением в устройство блока оптимального управпе п я> блока умножения, функционального преобразователя и каналов преобразования регулируемых величин, каждый иэ которых содержит регулятор скорости разворота, датчик углов разворота, сумматор, датчик скорости> ключи ч блок масштабирования, выход которого через первый кгюч подключен к первому входу сумматора ч через последовательно соединенные инвертор и второй ключ подключен к второму входу сумматора, выход последнего через последовательно соединенные регулятор скорости разворота и привод разворота ходовых тележек с концевыми выключателями соединен соответственно. с входами датчика углов разворота и датчика скорости, выход которого подключен к третьему входу сумматора каждого канала преобразования регулируемых величин. Выходы блока задания параметров трассы движения и блока определения координат соединены соответственно с первым и вторым входами блока оптимального управления, первые и вторые выходы которого подключены соответственно к управ» пяюшчм входам первого и второго ключа каждого канала преобразования регулируемых величин, выход датчика углов разворота каждого иэ которых соединен с соответ» ствующим. входом блока оптимального управ. пения и функционального преобразователя выход которого подключен к первому входу блока умножения. Выход блока умножения соединен с четвертым входом сумматора каждого канала преобразования регулируемых величин, вход блока масштабирования каждого из которых и второй вход блока умножения подключены к выходу дат» чика скорости хода.

Блок оптимального управления представляет собой специализированное вычислительно-логическое устройство, реализующее апгоритм оптимального быстродействия с ограничениями на управление и на фазовые координаты.

Особенностью использования блока оптимапьного управления в предлагаемом устройстве является то, что в алгоритме оптимального быстродействия в качестве независимой переменной (аргумента ) выступает не время, а путь горной машины, Сумматоры, регуляторы скоростей. раз- ворота, приводы разворота и датчики скоростей разворота образуют замкнутые контуры автоматического регулирования скоростей разворота, которые обеспечивают требуемые соотношения скоростей разворот ходовых тележек и скорости хода, завися-. щие от максим U(bHQ допустимых пнтенсив5627 94 ностей разворота ходовых тележек относительно грунта и от углов разворота тележек относительно корпуса машины, На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройс"гва, 5

Устройство для управления движением горной машины содержит блок 1 задания параметров трассы движения, блок 2 о»»ределения координат, блок 3 оптимального управления, датчик 4 скорости хода, блоки 5 и 6»0 масштабирования, инверторы 7 и 8, первые ключи 9 и 10, вторые кпючи 11 и 1 2, сумматоры 13 и 14, регуляторы 15 и 16 скоростей разворота, приводы 17 и 18 раз-. ворота ходовых тележек с концевыми выключателями,датчики 19 и 20 скоростей разворота, датчики 21 и 22 углов разворота> функциональный преобразователь 23 и блок 24 умножения.

К 20

Параметры заданной трассы, вводимые в устройство с помошью блока 1, характе-» риэуют форму и положение заданно»» трассы движения карьерной машины в плоскос »и возможного ее перемешения, а также задан- >5 ный угол разворота машины в этой плоскости.

Йапример, прямолинейная заданная трасса движения, описываемая уравнением

»!7 -4!!) d 8 в плоскости Д», Vg, характеризуется параметрами Л и В; третьим параметром является заданный угол !»" разворота машины, Блок 2 служит для Определения факти ческих координат горной машины в той же

» плоскости V, »7 координат V

2 и угла (p разворота машины.

З

Блок 3 оптимального управления, попучаюший информацию От блока 1 задания параметров трассы -движения (например, 40 параметры А, В и > нри прямолинейной

ВЗ заданной трассе), блока 2 определения ко °

1 ординат (координаты Ч, »! н Ч ) и датчиков 21 и 22 угпов разворота !х »» j3

45 ходовых тележек относительно корпуса машины, служит дпя выработки команд на включение приводов 17 и 18 разворота ходовых тележек в том ипи ином направлении в соответствии с апгоритмом оптималь

50 ного управления. датчик 4 скорости хода служит для выработки сигнала, пропорционального скорости»! х движе»п»я горной машины.

Блоки 5 и 6 масштабирования служат

55 дпя умноже»»ия этого сигнала на постоянные масштабные коэффициенты l11g =(!,1,Д„„ и !»» =(ЫВ (, », пРедставЯЯюшие собой

МО ХС абсолютные значения максимально до»густимых интенсивностей разворота ходовых

60 тележек Относ!!тел» грунта, Под интенсивностями разворота понимаются производные углов разворота тележек относительно грунта по пройденному bye»

d(x дос, " ве =dE Ткф

« d с

Сд d E - d 3» v(„„p)»

% фгде сс !»,6 -. углы разворота ходовых тележек относительно грунта, х и P - углы разворота ходовых тележек относительно корпуса машины, — путь, — радиус кривизны траектории дви«

Ь,л) жения машины, зависяшей от углов»х и /3 Инверторы 7 и 8 служат дпя получении

I сигналов, противоположных по знакам сигналам на выходах блоков 5 и 6, Ключ 9 и 10 спужат дпя пропускания

1х !» rr» 3 V õ, а ключи 11 и 12 - дпя пропускания инверсных им сиг палов — »»», »! и - щ 17 „на суммирую.щие входы сумматоров 13 и 14 по коман(дам на включение приводов 17 и 18 раз- ворота ходовых тележек, поступаю»»п»м иэ блока 3 оптимального управления.

Как известно, перегрузки и износ ходового оборудования зависят от интенсивнос тей разворота ходовых тележек относительно грунта, поэто!»у при управлении движе. » нием горной машины необходимо обеспечить ограничение этих интенсивностей их максимально допустимыми значениями. С другой стороны, из условия оптимальности управления в смысле минимума длины пути выхода машины на заданную трассу вытекает необходимость поддерживать максимально допустимые постоянные значения интенсивностей разворота ходовых тележек относительно грунта на каждом интервале управления между моментамп включения, реверсирования и Откпючения приводов раэ» ворота ходовых тележек.

Дпя выполнения этого условия на каждом интервале управпения необходимо поддерживать определенные соотношения скоростей ис „„ разворота ходовых тележек и скорости V õogà, равные

Ч„! 1.„, (Р) "(Ф

ИЛИ, Ч О то жЕ Са«»ОЕ; CDОтНОШЕНИЯ ( и,„=v„(„- („,!j, 7Я Х(9 Hl2 p)I

Для нО1Г че!и!я с!»г »а!»Ов прОпорциональ»

5627 94.@ых скоростям. разворота ходовых тележек, служат датчики 19 и 20 скоростей paano== рота, а для ппучения сигнала, пропорцио- нального Величине,() (ривизне TpQI ектории движения машины), - функциональный преобразователь 23, получавший информац(по от датчиков 21 и 22 углов.ра ворота.

Блок 24 умножения служит для получе.ния сигнала, пропорционального величине и подаваемого на вычитаюшие"

d, входы сумматоров 13 и 14.

Йля поддержания требуемых соотношений скоростей („}.р„и ) р развоpoTQ ходовых тележек искорости T хода спу)C жат регуляторы 15 и 16 скоростей раз»ворь--а, которые вместе с приводами 17 и

18 разворота ходовых тележек, датчиками

19. и 20 скоростей разворота и сумматорами 13 и 14 образуют замкнутые кон« туры автоматического регулировании с отрицательными обратными связями по скороотям. разворота.

Предлагаемое устройство для автоматического управления движением горной маши ны работает следующим, образом.

В общем случае в исходном.положении горная машина находится вне заданной трассы движения. и задача устройства с стоитвтом, чтобы, воздействуя на машйну, она вышла на заданную трассу, причем дли на пути выхода на заданную трассу должна быть минимальной при условии ограничения интенсивностей разворота ходовых тележек относительно грунта.

При включении устройства машинистом горной машины блок 2 определения координат вырабатывает сигналы, пропорциональJ ные фактическим. координатам V, Ъ и м@шины в плоскости V Ч возможного ее перемещения, датчикй 21 и 22 углов разворота ходовых тележек выраба( тывают сигналы, пропорциональные углам

et и /3 разворота ходовых тележек относительно корпуса машины, и функциональный преобразователь 23 вырабатывает сигнал, зависящий от углов о и фипропорцнональны величине ) После включения устрой-« (и,Я) ства машинист с помощью блока 1 зада- . ния параметров трассы движения вводит эти параметры (например, при прямопиней ной заданной трассе- параметры А, В, (Р ) в блок 3 оптимального управления, 6Ь 1 который в зависимости от координат V(V g машины, углов cx и /3 разворо1 та ходовых тележек и параметров задан ной трассы вырабатывает команды на вклю; чение приводов 17 и 18 разворота ходо вых те л ежек в том пни ипо м направлении, в соответствии с алгоритмом. оптимапьУжг."тит.,".-а: 763-77 г„т; Я500.

60 предельные значения o(и(3 при этом и ах приводы разворота отключаются копцевыми выключателями. (Изменение координат Ч(, Ч и Я . машины и углов а и /3 разворота ходовых те пежек в процессе движения машппы припого управления. Зти комапды поступают па Разрешающие входы ключей 9 (или 11) и 10 (ипи 12) и тем самым подготавливают пх к пропуска!ппо сигпапов от датчика 4 скорости хода, После этого машинист включает привод хода, перемещающий горпую машину, и датчик 4 скорости хода вырабатывает сигнал, пропорциональный этой скорости. Сигнал, пропорциональный

-корости,Ъ хода, масштабируется в блоках 5 и 6 масштабировании и инвертирует> ся в ипверторах 7 и 8. B зависимости от того, какие из ключей открыты (9 ипи

11,10 или 12), масштабировапные сигналы в прямой (щ„Ч„, (.(т Ч ) ипи инверсной (- и, Ч„,-л1, К, ) форме поступакт на суммирующие входй сумматоров 13 и

14. Кроме того, сигнал, пропорциональный скорости V хода, умножается в блоке 24 умножения па вепичину, пропорциональную

4/ p(0(/3), и результирующий сигнал, пропорциональный произведению - — пос (d,д) > тупают на вычитаюшие входы сумматоров

1З и 14. На выходах сумматоров 13 и

14 появляются сигналы, воздействующие на входы регуляторовХ5 и 16 скоростей.раз ворота и вызывающие в конечном. счете включение приводов 17 и 18 разворота хо;довых тележек в направлениях, опредепяе30

- мых блоком 3 оптимального управления. Дат чики 19 и 20 скоростей разворота вырабатывают сигналы, пропорциональные фактическим скоростям са, и ы > разворота ходовых тележек относительно корпуса машины. Эти

35 сигналы поступают на вычитающие входы сум маторов 13 и 14. Замкнутые контуры автоматического регулирования, образованные

М сумматорами 13 и 14, регуляторами !15 и 16 скоростей разворота, приводами 17 и 18 разворота ходовых тележек и датчиками 19 и 20 скоростей разворота обес». печивают поддержание требуемых сдотно пе ний скоростей ) „ и 43 @ разворота ходо,45 Фых тележек и скоРости х хода и тем самым поддержание максимально допустимьй

Г постоянных значений интенсивностей разво- рота ходовых тележек относительно грунта, По мере перемещения машины в ппос50 кости ч (, Ч изменяются ее фактические ( координаты Ч, V и Ч; одновремен-! но изменяются углы оС и /3 разворота ходовых тележек относительно корпуса машины. Углы К и /3 могут достигнуть свои

5627 94 водит к изменению команд на выходах бпоKQ 3 оптимапь(юго угу>авпеция и в конечном счете к реверсированию привода разворота одной из ходов!!х тележек в соответствии с алгоритмом оптимального управце>п(я, 5 после чего за!!«пут!.>й контур автоматического регулирования скорости разворота этой тележки обеспечивает поддержание требуемого соотношения скорости разворота тележки и скорости хода до следующего реверсирования привода разворота., Дальнейшее изменение углов сх и >3 раэ( ворота ходовых тележек и координат Ч у, (p машины в процессе ее дви>«ения (Э приводит к соответствующим изменениям команд на выходах бп! 3 оптимального управления, вызывающ!:.!. реверсирование приводов разворота ходовых тележек.

Описанный процесс управления заканчивается после нескольких переключений при- 20 водов разворота в момент выхода машины на заданную трассу, когда ее координаты

Ч, Ч, Ц>. и углы ск и /3 разворота хо ( довых тележек отвечают уравнению задан ной трассы, причем действительный угол разворота машины равен заданному угв пу

Если при дальнейшем движении машины возникают отклонения ее от заданной трассы, то предлагаемое устройство вновь вступает в действие и работает, как описано выше.

Использование устройства дпя автоматического управления движением горной машины позволяет обеспечить минимальную длину пути выхода машины на заданную трассу, повысить точность движения машины по заданной трассе и тем самым повысить качество ведения горных работ, что особенно важно при формировании ппо40 шадок экскаваторных выступов, при сепективной выемке ископаемььх, при проведении подготовительных горных выработок, при строительстве земляных сооружений.

Кроме того, применение устроиства обеспечивает ограничение интенсивностей разворота ходовых тележек относительно грун» та и тем самым уменьшение наг рузок на хо-довые тепежк>(, механизмы и приводы

50 разворота, уменьшение их износа и увеличение долговечности.

2. Авторское свидетельство СССР № 191671, Л. кл . G 05 D 1/02, от

2 О. 05. 65.

3, Автоматизащ!я производственщ!х процессов на открытых горных разработках, Киев, "Техника", 1965 r. стр. 45 - 52

Формула изобретения

Устройство дпя управления движением горной машины, содержащее блок зада пи параметров трассы движения, блок опред пения «осрд:.нат и приводы разворота ходовых тележек с «о>!цев!.(! и! выключателя- ми,отпича>ошееся тем,что, с цепь«> пов!.!ше1(ия эффективности управле !!!!я,n;;..-.:-ро ство !.веденн блок оптимального управпе!!ия, блок умножения, функци опапып.(й преобразователь и каналы преоб разования регул!(руемь>х величин, каждый из которых содержит регулятор скорости разворота, датчик углов разворота, сумматор, датчи«скорости, ключи и блок масштаб(!роваши, в«|ход «оторого через первый ключ под«п>очен «первому входу сумматор» и через псспэдоп.. тельно соединенные (!нверто)7 и Втопой «:поч под«п>очен к второму вхо(т- су.,!.,!ат!>ра, выход которого через последовательно соединенные регулятор скорости разворота и привод разворота ходовых тележек с концевыми выключателями соединен соотв тственно с входами датчика углов разворота (! датчи«а скорости, выход которого под! пючен «третьему входу сумматора «а>кдого канала преобразования регулируемых величин, выходы блока задания параметров трассыдвижения и блока определения коорд шат соединены соответственно с первым и втор«(м входами блока оптимапьг ного управления, первые и вторые выходы которого подключены соответственно к уп» равпяюшим входам первого и второго кпю» ча каждого канала преобразования регулируемых величин, выход датчика углов разворота каждого иэ которых соедннен с соответствующим входом блока оптимального управления и функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока умножения, выход блока умножения соединено четвертым входом сумматора каждого канала преобразования регулируемых величин, вход блока масштабирования каждого из которых и второй вход блока умножения подключены к выходу датчи«а скорости хода. (Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Автоматизация производственных про цессов на открытых горных разработках, Киев, Техн««а, 1970., стр. 48 54.

Составитель Н. Лысенко

Редактор E. Гончар Техред А. Демьянова Корректор А. Кравченко

Заказ 1865/169 Тираж 1095. Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Минисч эов СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент», r, Ужгород, ул. Проектная, 4