Алгоритм двухконтурной системы автоматического управления положением рабочего органа рыхлительного агрегата

УДК 629.033

АЛГОРИТМ ДВУХКОНТУРНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧЕГО ОРГАНА РЫХЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

© В.Ю.Иванов1

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, 628417, Россия, г. Сургут, б. Свободы, 4/1.

Статья посвящена вопросу совершенствования системы автоматического управления рабочим процессом рых-лительного агрегата. Рассмотрена более совершенная двухконтурная система управления положением рабочего органа рыхлительного агрегата, использование которой позволит уменьшить затраты топлива и повысить тем самым производительность машины. Предложен новый алгоритм управления положением рабочего органа рыхлительного агрегата, который позволяет регулировать загрузку двигателя внутреннего сгорания. Ил. 2. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: рыхлительный агрегат; рыхлитель; двигатель внутреннего сгорания; алгоритм.

ALGORITHM OF DUAL CIRCUIT AUTOMATIC SYSTEM TO CONTROL RIPPING UNIT ACTUATOR POSITION V.Yu. Ivanov

Siberian State Automobile and Highway Academy (SibADI), 4/1 Svobody BLvd, Surgut, Russia, 628417.

The paper deals with the problem of improving the automatic control system of ripping unit operation. It considers an advanced dual circuit system controlling the actuator position of a ripping unit. The application of the system will increase the unit performance due to the reduction of fuel consumption. The author proposes a new algorithm to control the position of the ripping unit actuator, which enables the load adjustment of the internal combustion engine. 2 figures. 2 sources.

Key words: ripping unit; ripper; internal combustion engine; algorithm.

Интенсивное освоение месторождений полезных ископаемых северных регионов Сибири и Дальнего Востока, строительство нефтегазопроводов невозможно без современной землеройной техники, способной разрабатывать мерзлые грунты.

Одним из основных видов машин, осуществляющих разработку прочных, мерзлых и скальных грунтов, являются рыхлительные агрегаты (РА) на базе гусеничных тракторов, рабочий процесс которых характеризуется наименьшей энергоемкостью процесса разрушения грунта.

Эффективность эксплуатации РА в значительной степени зависит от рациональных режимов работы силовой установки. Серийно выпускаемые на сегодняшний день системы управления и приборы индикации, а также замедленная реакция человека-оператора на быстро изменяющиеся условия РП не позволяют в полной мере использовать тягово-сцепные качества машины.

В связи с этим актуальной является проблема дальнейшего совершенствования СУ РА, частично или полностью исключающей человека-оператора из контуров управления ДВС и положением РО.

Анализ существующих систем автоматического управления, применяемых на гусеничных рыхлитель-ных агрегатах, показал, что наиболее распространенными являются системы автоматического управления рабочим органом (рыхлителем) и стабилизацией нагрузки на двигатель внутреннего сгорания.

Можно выделить следующие направления совершенствования систем управления РА:

1. Автоматическое управление агрегатами машины, параметры которых влияют на количественную сторону рабочего процесса, обеспечивая повышение производительности.

2. Автоматическое управление положением рабочего органа с целью повышения качества (уменьшение отклонений от требуемой глубины рыхления).

Основным направлением совершенствования систем управления положением рабочего органа является снижение дисперсии колебаний рыхлителя. При этом учитываются как колебания остова, вызываемые воздействием микрорельефа на ходовое оборудование, так и динамика силовой части базового трактора.

Исследования математической модели сложной динамической системы рабочего процесса рыхли-тельного агрегата показали, что наиболее эффективным является изменение двухконтурных систем управления.

Принцип действия двухконтурной системы управления заключается в том, что первый (основной) канал является «грубым», а второй канал работает от ошибки первого и уменьшает ошибку системы в целом. Второй канал называют «точным».

При осуществлении автоматического контроля и управления положением рабочего органа и загрузкой двигателя основным каналом является канал управления по загрузке, а вторым - канал управления по положению.

Для составления адекватной математической модели рабочего процесса рыхлительного агрегата с двухконтурной системой управления необходимо со-

1 Иванов Владислав Юрьевич, аспирант, e-mail: vladivanov36@rambler.ru Ivanov Vladislav, Postgraduate, e-mail: vladivanov36@rambler.ru

ставить блок-схему этого рабочего процесса. Блок-схема, представленная на рис. 1, позволяет провести анализ связей между подсистемами сложной динамической системы, а также определить вид этих связей.

вает соответствующий сигнал управления на исполнительный механизм перемещения рейки ТНВД (С13), которая, в свою очередь, уменьшает или увеличивает подачу топлива (С14).

Рис. 1. Блок-схема рабочего процесса рыхлительного агрегата

Блок-схема состоит из 2 основных систем: «Грунт», «Базовая машина». Система «Грунт» состоит из подсистем: реакция грунта на рабочий орган, микрорельеф. Система «Базовая машина» состоит из подсистем: ДВС, ходовое оборудование, рама, навесное оборудование, рабочий орган, гидропривод, датчик положения рабочего органа, датчик крутящего момента, блок управления, рейка ТНВД.

Рабочий процесс РА с двухконтурной системой управления можно описать следующим образом: микрорельеф воздействует на ходовое оборудование (С1), тем самым изменяя положение рамы машины в пространстве (С2).Вместе с рамой перемещается навесное оборудование (С3) и рабочий орган (С4). Рабочий орган заглубляется (выглубляется) в разрабатываемый грунт, что приводит к изменению силы сопротивления грунта на нем (С5). Сила сопротивления передается через гидроцилиндры навесного оборудования (С4) на раму (С3), затем на ходовое оборудование (С2), изменяя момент сопротивления на валу ДВС (Се).

Принцип работы первого контура управления (К1): датчик момента снимает значения крутящего момента на валу ДВС (С11) и передает данные в блок управления системы (С12). Блок управления согласно алгоритму обрабатывает сигнал от датчика и вырабаты-

Принцип работы второго контура управления (К2): датчик положения снимает данные об изменениях вертикальной координаты рабочего органа в пространстве (С9) и передает их блоку управления (С10). Блок управления согласно алгоритму обрабатывает сигнал от датчика и вырабатывает соответствующий сигнал управления на электрогидравлический распределитель гидропривода рабочего органа (С8), который в свою очередь изменяет вертикальную координату навесного оборудования (С7) и, соответственно, рабочего органа (С4).

Следует также отметить, что при перемещении машины микрорельеф сглаживается гусеницами (С1).

Алгоритм, представленный на рис. 2, описывает принцип работы системы управления положением рабочего органа рыхлительного агрегата.

Алгоритм позволяет поддерживать оптимальный режим работы двигателя внутреннего сгорания, путем оптимизации топливоподачи, в зависимости от нагрузки на двигатель.

При составлении алгоритма использовались следующие обозначения: N - мощность сопротивления на валу двигателя; Nд - мощность двигателя при текущей топливоподаче; Н - текущая величина заглубления рабочего органа в грунт; Нз - заданная величина заглубления.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма двухконтурной системы управления положением рабочего органа

рыхлительного агрегата

Рассмотренный алгоритм позволяет оптимизировать процесс топливоподачи, обеспечив тем самым устойчивую работу двигателя внутреннего сгорания

при нагрузке, изменяющейся в больших диапазонах и вызванной самопроизвольным заглублением рабочего органа в грунт.

Библиографический список

1. Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусенич- в практические дела: материалы XI Всероссийской научно-ных машин. М.: «Машиностроение», 1975. 448 с. инновационной конференции аспирантов, студентов и мо-

2. Игнатов С.Д. Влияние крена на курсовую устойчивость лодых ученых. Омск: Изд-во филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП», цепного траншейного экскаватора // Теоретические знания - 2010. Ч.2. С. 188-190.