Способ эксплуатации электрического рулевого управления промышленного погрузчика и промышленный погрузчик для его осуществления
METHOD FOR OPERATING THE ELECTRIC STEERING OF AN INDUSTRIAL LOADER AND AN INDUSTRIAL LOADER FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к области машиностроения и может быть использована в электрическом рулевом управлении промышленных погрузчиков, в том числе транспортировщиков паллет, имеющих орган рулевого управления, например, в виде рулевого колеса или поводка, рулевой электродвигатель с энкодером, элемент управления, например, в виде контроллера, и, как минимум, одно управляемое колесо.
В промышленных погрузчиках с органом рулевого управления, рулевым электродвигателем и управляемым колесом отсутствует прямая механическая связь между органом рулевого управления и управляемым колесом. В связи с этим, разрабатываемые для них электрические системы рулевого управления направлены на обеспечение фиксированного соответствия между углом поворота органа рулевого управления и значением фактического положения управляемого колеса.
Обычно значение угла поворота органа рулевого управления и значение фактического положения управляемого колеса определяются соответствующими датчиками, и разность между ними сравнивается. Например, известен способ регулировки диапазона поворота рулевого колеса промышленного погрузчика (патент Китая CN 101104417, опубл. 16.01.2008). Погрузчик для осуществления способа имеет рулевое колесо, рулевой электродвигатель, минимум одно управляемое колесо, датчик измерения угла поворота рулевого колеса, датчик фактического положения управляемого колеса, элемент управления. В качестве датчиков используются датчики Холла. Согласно способу, управляемое колесо перемещается посредством рулевого электродвигателя в одном направлении до тех пор, пока измеряемое соответствующим датчиком значение его положения не перестанет изменяться. Значение датчика, определенное в этом положении, сохраняется в элементе управления как «угловой упор в первом направлении». Далее управляемое колесо двигают в обратном направлении до тех пор, пока измеренное датчиком значение его фактического положения не перестанет изменяться. Значение датчика, определенное в этом положении, сохраняется как «угловой упор во втором направлении». Элемент управления принимает среднее значение между первым и вторым упорами, сохраненными в рулевом управлении, для прямолинейного движения. Известный способ, согласно описанию к патенту, позволяет за короткое время сопоставить сигнал датчика угла поворота рулевого колеса с фактическим положением управляемого колеса.
Недостатком известного способа является невозможность регулировать диапазон поворота рулевого колеса промышленного погрузчика во время работы - регулировку проводят после транспортировки погрузчика, после ремонтных и профилактических работ, то есть перед применением погрузчика.
Известен способ проверки электрической системы рулевого управления промышленного погрузчика (заявка Германии DE 102006041254, опубл. 13.03.2008), имеющей дифференциальный датчик, определяющий разницу между значениями датчиков, измеряющих угол поворота рулевого колеса и угол поворота управляемого колеса, и на основе этого генерирует дифференциальный сигнал. Дифференциальный сигнал подается на элемент управления, который накапливает текущие дифференциальные сигналы для контроля электрического рулевого управления, в частности, интегрирует их во времени, сравнивает накопленное значение с заданным эталонным значением и запускает сигнал ошибки при превышении эталонного значения.
Недостатком известного способа является сложность, обусловленная большим количеством одновременно обрабатываемых элементом управления сигналов с датчиков.
Также известен промышленный погрузчик с электрическим рулевым управлением и способ управления им (заявка Германии DE 102006039549, опубл.06.03.2008). Электрическое рулевое устройство задает положение управляемого колеса с помощью рулевого электродвигателя, а элемент управления отключает рулевое устройство в определенных режимах работы, и активирует его, когда положение управляемого колеса изменяется более чем на заданный угол изменения от исходного положения, при этом элемент управления устанавливает значение для исходного положения, когда устройство рулевого управления отключается таким образом, что исходное положение является фактическим положением колеса во время отключения плюс угол регулировки, возникающий после выключения рулевого электродвигателя.
Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная регулярным измерением угла поворота управляемого колеса, связанная с периодической деактивацией рулевого устройства.
Наиболее близкими к заявляемой группе изобретений (прототипами) являются способ эксплуатации электрической системы рулевого управления промышленного погрузчика и промышленный погрузчик (заявка США US 2013204494, опубл. 08.08.2013).
Способ эксплуатации электрической системы рулевого управления промышленного погрузчика по прототипу включает:
- определение положения органа рулевого управления погрузчика посредством соответствующего датчика;
- воздействие рулевого электродвигателя через редуктор на управляемое колесо погрузчика в соответствии с заданным коэффициентом (i) передачи таким образом, чтобы положение управляемого колеса соответствовало положению органа рулевого управления;
- определение абсолютного значения угла поворота органа рулевого управления во время движения погрузчика посредством датчика-энкодера;
- определение абсолютного значения угла поворота управляемого колеса во время движения погрузчика посредством датчика Холла;
- проверка того, связаны ли обнаруженные абсолютные значения друг с другом в соответствии с назначением, и если обнаружено отклонение,
- определение коэффициента передачи (i+, i-), который отличается от заданного коэффициента передачи (i), для определения отклонения, которое автоматически противодействует во время дальнейшего движения органу рулевого управления.
При этом, заданный коэффициент передачи - это значение, устанавливаемое по умолчанию элементом управления в результате согласования абсолютных значений, определенных датчиками, с назначением, сохраненным в элементе управления. Назначение устанавливает целевое значение для угла поворота органа рулевого управления в соответствии с каждым углом поворота управляемого колеса, и может быть в виде математической функции, например, содержащей углы поворота органа рулевого управления, соответствующие определенному положению управляемого колеса, и передаточное отношение.
Погрузчик по прототипу включает в себя орган рулевого управления и конструктивно совмещенный с ним датчик определения положения органа рулевого управления и абсолютных значений углов его поворота, связанные через элемент управления с рулевым электродвигателем, имеющим энкодер и ведущее зубчатое колесо, установленное с возможностью взаимодействия с ведомым зубчатым колесом на редукторе, закрепленном с возможностью поворота на кронштейне, управляемое колесо, установленное на редукторе, а также связанный с элементом управления бесконтактный датчик для определения абсолютных значений углов поворота управляемого колеса во время движения погрузчика, и объект воздействия бесконтактного датчика, установленный с возможностью вращения вместе с редуктором. В качестве бесконтактного датчика для определения абсолютных значений углов поворота управляемого колеса во время движения погрузчика использован бесконтактный аналоговый датчик расстояния - датчик Холла, срабатывающий за счет изменения положения объекта воздействия бесконтактного датчика - кулачка со спиралевидной поверхностью, вращающегося вместе с редуктором.
Недостатком способа по прототипу является непрерывная регистрация элементом управления абсолютных значений углов поворота рулевого колеса и управляемого колеса, и постоянная проверка того, связаны ли эти значения друг с другом в соответствии с назначением, что усложняет электрическую систему рулевого управления. Недостатком погрузчика по прототипу является постоянная работа дорогостоящих датчиков, что повышает стоимость промышленного погрузчика.
Задачей заявляемой группы изобретений является упрощение способа электрического рулевого управления промышленного погрузчика при снижении стоимости промышленного погрузчика.
Поставленная задача решается тем, что способ электрического рулевого управления промышленного погрузчика включает определение угла поворота органа рулевого управления соответствующим датчиком, определение положения управляемого колеса посредством бесконтактного датчика и объекта воздействия бесконтактного датчика, установленного с возможностью вращения вместе с редуктором погрузчика, на котором установлено управляемое колесо, согласование элементом управления значений, определенных датчиками, с назначением, сохраненным в элементе управления, и отличается тем, что:
- в качестве бесконтактного датчика определения положения управляемого колеса погрузчика используется индуктивный выключатель, а в качестве объекта воздействия бесконтактного датчика - пластина в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами;
- положение управляемого колеса определяется в начале работы погрузчика, для чего проверяется, соответствует ли это положение заданному установленному конструктивно положению управляемого колеса, при котором боковая граница пластины в форме кольцевого сегмента совпадает с центром зоны воздействия индуктивного выключателя;
- при этом, если положение управляемого колеса не соответствует заданному установленному конструктивно положению управляемого колеса, рулевой электродвигатель воздействует через редуктор на управляемое колесо до момента, когда оно займет положение, соответствующее заданному установленному конструктивно положению управляемого колеса;
- после этого, и далее в процессе работы погрузчика, определяется угол поворота органа рулевого управления посредством соответствующего датчика, а текущее положение управляемого колеса определяется элементом управления с учетом выполненного воздействия;
- после чего рулевой электродвигатель воздействует через редуктор на управляемое колесо погрузчика таким образом, чтобы положение управляемого колеса соответствовало положению органа рулевого управления.
Установленное конструктивно положение управляемого колеса задают предпочтительно такому положению управляемого колеса, которое нужно для прямолинейного движения погрузчика.
Назначение представляет собой программное обеспечение и служит для установления углов поворота управляемого колеса, на которые его необходимо поворачивать в соответствии с установленными углами поворота органа рулевого управления. Формируется при согласовании элементом управления сигналов, полученных с датчика определения угла поворота органа рулевого управления, бесконтактного индуктивного выключателя, энкодера рулевого электродвигателя, передающего в элемент управления информацию о количестве оборотов рулевого электродвигателя, и передаточного отношения - отношения частоты вращения ведущего зубчатого колеса рулевого электродвигателя с энкодером и частоты вращения ведомого зубчатого колеса редуктора.
Для воздействия рулевого электродвигателя через редуктор на управляемое колесо до момента, когда оно займет положение, соответствующее заданному установленному конструктивно положению управляемого колеса, определяется, в каком направлении нужно вращать управляемое колесо. С этой целью индуктивный выключатель в начале работы погрузчика определяет начальное направление поворота управляемого колеса путем регистрации наличия или отсутствия пластины в своей зоне воздействия, что сообщает элементу управления о том, что колесо первоначально повернуто влево или вправо. Направление вправо и влево определяется как отклонение от заданного установленного конструктивно положения управляемого колеса.
В заявляемом способе так же, как и в способе по прототипу, постоянно определяются углы поворота органа рулевого управления посредством датчика-энкодера. Однако в отличие от способа по прототипу, где постоянно определяются углы поворота управляемого колеса посредством датчика Холла, в заявляемом способе не требуется постоянное измерение дорогостоящим датчиком угла поворота управляемого колеса. Достаточно информации о том, в каком положении в начале работы погрузчика находится управляемое колесо, а также о моментах в процессе работы погрузчика, в которые управляемое колесо занимает положение, соответствующее заданному установленному конструктивно положению управляемого колеса. Указанная информация поступает в элемент управления с перемещением пластины из металла через ось индуктивного выключателя. Так осуществляется контроль работоспособности электрического рулевого управления и достижение соответствия между углом поворота органа рулевого управления и значением фактического положения управляемого колеса. Таким образом, в способе по прототипу идет постоянная обработка сигналов с датчиков определения угла поворота органа рулевого управления и бесконтактного датчика определения положения управляемого колеса, тогда как в заявляемом способе после определения положения управляемого колеса идет постоянная обработка только сигнала с датчика определения угла поворота органа рулевого управления, что ведет к уменьшению количества одновременно обрабатываемых элементом управления сигналов с датчиков, участвующих в системе рулевого управления.
Поставленная задача также решается тем, что промышленный погрузчик включает в себя орган рулевого управления и конструктивно совмещенный с ним датчик определения положения органа рулевого управления, связанные через элемент управления с рулевым электродвигателем, имеющим энкодер и ведущее зубчатое колесо, установленное с возможностью взаимодействия с ведомым зубчатым колесом на редукторе, закрепленном с возможностью поворота на кронштейне, управляемое колесо, установленное на редукторе, а также связанный с элементом управления бесконтактный датчик для определения положения управляемого колеса и объект воздействия бесконтактного датчика, установленный с возможностью вращения вместе с редуктором, и отличается тем, что в качестве бесконтактного датчика определения положения управляемого колеса используется индуктивный выключатель, а в качестве объекта воздействия бесконтактного датчика используется пластина в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами.
Индуктивный выключатель предпочтительно установлен на кронштейне для редуктора так, что пластина в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами, проходит через зону его воздействия при повороте управляемого колеса вокруг своей оси.
Объект воздействия бесконтактного датчика в виде пластины из металла, предпочтительно установлен на торцевой части ведомого зубчатого колеса редуктора.
Пластина в форме кольцевого сегмента может быть предпочтительно изготовлена из стали, латуни, алюминия, меди.
В качестве органа рулевого управления предпочтительно используется рулевое колесо или поводок.
В качестве элемента управления предпочтительно используется контроллер.
В качестве датчика определения угла поворота органа рулевого управления предпочтительно используется энкодер.
В отличие от погрузчика по прототипу, в котором в качестве объекта воздействия бесконтактного датчика используется кулачок со спиралевидной поверхностью, а в качестве бесконтактного датчика - аналоговый датчик расстояния, определяющий переменное расстояние до спиралевидной поверхности кулачка - датчик Холла, в заявляемом погрузчике в качестве объекта воздействия бесконтактного датчика используется пластина из металла, обладающего магнитными свойствами, а в качестве бесконтактного датчика - индуктивный выключатель. Пластина из металла по сравнению с кулачком со спиралевидной поверхностью обладает технологической простотой и низкой стоимостью, а индуктивный выключатель по сравнению с датчиком расстояния определяет только наличие и отсутствие объекта перед датчиком, без измерения расстояния до него, что также упрощает и снижает стоимость погрузчика в целом.
Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в уменьшении количества одновременно обрабатываемых элементом управления сигналов с датчиков, участвующих в системе рулевого управления промышленного погрузчика, за счет использования в погрузчике технологически более простых бесконтактного датчика определения положения управляемого колеса и объекта воздействия бесконтактного датчика.
Группа изобретений иллюстрируется следующими фигурами.
На Фиг. 1 изображен заявляемый промышленный погрузчик, а именно транспортировщик паллет, который в качестве органа рулевого управления имеет рулевое колесо, а в качестве элемента управления - контроллер.
На Фиг. 2 изображена часть системы рулевого управления заявляемого промышленного погрузчика.
На Фиг. 3 изображена торцевая часть ведомого зубчатого колеса редуктора, на которой установлена пластина в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами.
На Фиг. 4 изображена блок-схема заявляемого способа.
Заявляемый промышленный погрузчик включает в себя:
1 - рулевое колесо
2 - управляемое колесо
3 - рулевой электродвигатель с энкодером
4 - редуктор
5 - кронштейн для редуктора
6 - ведущее зубчатое колесо
7 - ведомое зубчатое колесо
8 - датчик определения угла поворота рулевого колеса
9 - индуктивный выключатель
10 - пластина в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами
11 - боковая граница пластины в форме кольцевого сегмента
12 - контроллер
Рулевое колесо 1 с датчиком 8 определения угла поворота рулевого колеса 1 конструктивно совмещены друг с другом и связаны через элемент управления - контроллер 12 с рулевым электродвигателем 3, имеющим энкодер (не показан) и ведущее зубчатое колесо 6. Редуктор 4 установлен с возможностью поворота на кронштейне 5, и имеет ведомое зубчатое колесо 7. Ведущее зубчатое колесо 6 установлено с возможностью взаимодействия с ведомым зубчатым колесом 7. Управляемое колесо 2 установлено на редукторе 4.
Для реализации заявляемого способа на торцевую часть ведомого зубчатого колеса 7 редуктора 4 заявляемого погрузчика устанавливается пластина 10 в форме кольцевого сегмента, выполненная из металла, обладающего магнитными свойствами, например, из стали, нержавеющей стали, латуни, алюминия, меди. На кронштейн 5, на котором с возможностью вращения закреплен редуктор 4, устанавливается индуктивный выключатель 9 активной поверхностью к поверхности торцевой части ведомого зубчатого колеса 7 редуктора 4 таким образом, чтобы при повороте редуктора 4 пластина 10 проходила через зону воздействия датчика при повороте управляемого колеса 2 вокруг своей оси. Индуктивный выключатель 9 связан с контроллером 12.
Кроме того, в назначение, сохраняемое в контроллере 12, вносится значение заданного установленного конструктивно положения управляемого колеса 2, при котором боковая граница 11 пластины 10 совпадает с центром зоны воздействия индуктивного выключателя 9. В предпочтительном варианте осуществления, это значение соответствует положению управляемого колеса 2 для прямолинейного движения погрузчика. Также вносится, в том числе, математическая формула соответствия углов поворота рулевого колеса 1 и передаточное отношение, зависящее от количества зубчиков на ведущем зубчатом колесе 6 рулевого электродвигателя 3 и ведомом зубчатом колесе 7 редуктора 4.
После включения погрузчика активируется контроллер 12. Индуктивный выключатель 9 определяет направление поворота управляемого колеса 2. Если в зоне воздействия индуктивного выключателя 9 находится пластина 10, то направление поворота определяется как вращение по/против часовой стрелки и контроллер 12 воздействует на рулевой электродвигатель 3 таким образом, чтобы с заданным коэффициентом передачи вращать редуктор 4 до момента исчезновения пластины 10 из зоны воздействия индуктивного выключателя 9. Установка соответствия положения управляемого колеса 2 заданному установленному конструктивно положению занимает не более 3 секунд. После этого определяется угол поворота рулевого колеса 1 посредством соответствующего датчика 8. Значение угла поворота рулевого колеса 1, полученное с датчика 8, преобразуется во вращательное движение редуктора 4 посредством рулевого электродвигателя 3 со встроенным энкодером при помощи программы контроллера 12, содержащей математическую формулу, согласующую углы поворота рулевого колеса 1 и передаточное отношение.
Использование заявленной группы изобретений позволяет снизить стоимость промышленного погрузчика и оптимизировать процесс его электрического рулевого управления.