Система автоматической стабилизации пневмоколесной платформы для транспортировки крупногабаритных грузов

переложении ее на ПКП и при изменении целей ее работы.

Устройство для поддержания горизонтального положения кузова автомобиля

имеет функциональную схему, которая представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Устройство для поддержания горизонтального положения кузова.

1, 2, 3, 4 - датчики уровня кузова автомобиля; 5 - датчик поперечного

крена; 6 - датчик продольного крена; 7 - датчик углов поворота рулевых

колес; 8 - датчик скорости автомобиля; 9 - задатчик уровня кузова; 10 -

компьютер; 11, 12, 13, 14 - исполнительные органы горизонтирующего

механизма

Автомобиль оборудован центральным вычислительным устройством 10, которое

по заданной программе обрабатывает сигналы с датчиков 1-4 уровня кузова

автомобиля, датчика 5 поперечного наклона, датчика 6 продольного наклона,

датчика 7 угла поворота рулевого колеса, датчика 8 скорости автомобиля,

задающего устройства 9, устанавливающего желаемый уровень кузова

автомобиля, и определяет, необходимо или нет управление положением кузова.

Если необходимо, то по предписанной программе центральное вычислительное

устройство выдает управляющие сигналы на исполнительные органы 14-17

горизонтирующего устройства в соответствии с входными сигналами от датчиков

1-9.

Основными недостатками этого устройства являются измерение хода подвесок

и эвристический, а поэтому достаточно сложный алгоритм управления.

Таким образом, ни одна из систем стабилизации подрессоренных масс

автотранспортных средств, включая и ПКП, не способна обеспечить

стабилизацию ПКП в горизонтальном положении при движении по дороге и при

проведении бескрановых погрузочно-разгрузочных работ. Необходимо

разрабатывать новую систему.

Анализ технологических функций, выполняемых грузонесущей платформой

большегрузного автотранспортного средства, показал, что система

автоматической стабилизации пневмоколесной платформы должна выполнять три

операции: сохранять горизонтальное положение платформы в движении,

горизонтировать платформу при погрузочно-разгрузочных операциях и

контролировать загрузку платформы. Последняя операция не относится к

управлению платформой и поэтому рассматриваться не будет.

Из физических соображений ясно, что для стабилизации платформы в

горизонтальном положении достаточно управлять подачей рабочей жидкости в

две гидравлические группы, например в группы 1 и 2. Тогда ограничений на

подачу жидкости в третью группу нет. Система автоматической поперечной

стабилизации пневмоколесной платформы фирмы Шаурле обеспечивает уменьшение

затрат мощности за счет одновременной подачи жидкости в одну группу и слива

рабочей жидкости из другой. Давление нагнетания в гидросистеме подвесок ПКП

поддерживается постоянным.

Отметим, что понятие стабилизации клиренса вполне совпадает с основным

принципом, по которому осуществляет управление оператор: "на сколько поднял

один борт, на столько же опустил другой". Этот же принцип по существу лежит

в основе работы системы автоматической стабилизации в поперечном

направлении пневмоколесной платформы фирмы Шаурле, крутосклонных тракторов

и сельскохозяйственной техники, в основе стабилизации колесных машин. Но во

всех этих системах стабилизации он решался конструктивно, поскольку

рассматривалась стабилизация только одной угловой координаты, и поэтому в

законах управления не фигурировал.

При отсутствии ограничений в гидроприводе системы подрессоривания

неровность, которую пневмоколесная платформа может преодолеть без потери

платформой горизонтального положения, будет максимальна, если объем рабочей

жидкости в гидрогруппах при преодолении этой неровности будет минимален.

Рассмотренные системы стабилизации ПКП и подрессоренной массы

автомобиля, а также общие принципы создания систем управления, показывают,

что основой для разработки системы стабилизации ПКП является алгоритм

управления системой подвесок ПКП. После получения алгоритма появляется

возможность определить функциональную и структурную схемы системы

управления и осуществить выбор технических устройств, реализующих систему

стабилизации.

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Опыт эксплуатации ПКП показывает, что система стабилизации ПКП

является неотъемлемой частью ТС.

2. Применение систем автоматической стабилизации ПКП в горизонтальном

положении позволит повысить безопасность ее движения, равномерно

распределить нагрузки по опорам, упростить управление ПКП при

движении и при проведении погрузочно-разгрузочных работ, упростить

комплектацию многомодульных транспортных средств и, в конечном итоге,

повысить эффективность использования ПКП.

3. Существующие САС ПКП обеспечивают стабилизацию поперечно-угловых

колебаний в движении и равномерный подъем и опускание платформы при

проведении погрузочно-разгрузочных работ. Информация о более сложных

САС ПКП пока отсутствует. Использование САС подрессоренной массы

других типов автомобилей неприемлемо по ряду конструктивных отличий

ПКП и недостаточному алгоритмическому обеспечению САС. Задача

создания САС ПКП является актуальной.

4. Невысокие технологические скорости движения ПКП при транспортировке

грузов, близких по массе к максимально допустимой для ПКП, позволяет

рассматривать задачу стабилизации ПКП в горизонтальном положении

только при прямолинейном равномерном движении и при проведении

погрузочно-разгрузочных работ.

2.4. Разработка функциональной схемы

Известные законы управления позволяют в общих чертах выяснить как надо

реализовывать обратную связь между входными и выходными координатами ПКП

как объекта управления. Для замыкания системы автоматической стабилизации

необходимо снять информацию об угловом положении ПКП и о ее вертикальном

положении и, обработав эту информацию по соответствующим законам, изменить

расход жидкости в гидрогруппы, то есть законы управления определяют

обратную связь как показано на рисунке 2.7.

Рис. 2.7. Структура САС, реализующая законы управления

УУ - управляющее устройство; ПКП - пневмоколесная платформа; h0 - заданная

высота подъема платформы; Q - объемный расход жидкости; S - площадь

силового гидроцилиндра; V - объем жидкости в гидрогруппах; ( - поперечный

крен платформы; ( - продольный крен платформы; ( - дорожное возмущение.

Обратную связь такого вида реализовать техническими устройствами

невозможно. Во-первых, необходимо выяснить, как можно получить или измерить

клиренс ПКП. Во-вторых, управление подачей жидкости в гидрогруппы

осуществляется не непосредственно управляющим устройством, а через

гидрораспределители. Последние являются сложным техническим объектом и

включают в себя электронный усилитель, электромеханический преобразователь

и гидроусилитель. Входная координата гидрораспределителя - напряжение в

обмотке катушки электромеханического преобразователя, выходная координата -

смещение золотника гидрораспределителя.

В качестве структуры гидропривода системы подвесок может быть выбрана

схема регулирования объемно-дроссельного регулирования или дроссельного

регулирования с постоянным давлением нагнетания. Регулирование второй схемы

осуществляется более просто, к.п.д. у нее достаточно высок.

В системах стабилизации ПКП обычно используется один регулируемый

насосный агрегат и блок гидрораспределителей. Регулируемым насосом и блоком

гидрораспределителей можно управлять так, чтобы давление и расход насоса и

расход жидкости в гидрораспределителях соответствовал необходимому расходу

жидкости в гидросистемах подвесок. Такое управление гидроприводом

достаточно сложное по сравнению со схемой гидропривода, часто используемой

при работе насоса с несколькими гидрораспределителями. В последнем случае

используется гидропривод с источником питания постоянного давления. Такой

привод просто управляется и имеет достаточно высокий к.п.д. будем

ориентироваться именно на такую структуру гидропривода.

Непосредственное измерение клиренса невозможно. Для его вычисления

необходимо измерять либо ход каждой подвески с помощью поворотного

потенциометрического датчика на рычаге подвески или датчика линейных

перемещений, либо измерять уровень жидкости в гидробаке.

Таким образом, САС ПКП должна включать в себя датчики продольного и

поперечного крена ПКП, датчик уровня жидкости в гидробаке или датчики хода

всех подвесок, блок электрогидравлических распределителей, задатчик высоты

подъема платформы и управляющее устройство. Взаимосвязь между ними дается

законами управления. На основании этого можно составить блок-схему САС ПКП

и описать принцип ее работы.

САС работает следующим образом. Перед движением ПКП оператор

устанавливает задатчик высоты платформ, вмонтированный в пульте оператора,

на заданной величине. Одновременно управляющее устройство приводит в

действие соответствующий закон управления. Гидрораспределители подают в

каждый цилиндр объем масла, пропорциональный входному напряжению. После

выставки платформы в горизонтальном положении на заданном уровне ее высоты

оператор приводит в движение платформу. При этом, однако, надо иметь в

виду, что в движении может не хватить запасов мощности для одновременного

подъема платформы и ее стабилизации. Поэтому такой режим работы

нежелателен.

2.5. Элементы системы и принципы их функционирования

Для работы микропроцессорной системы управления требуется информация о

текущих продольном и поперечном кренах платформы, а также о текущей и

требуемой высоте платформы.

Выбирая датчик положения (табл. 2.2.), прежде всего, необходимо

правильно определить приоритеты по следующим критериям:

разрешение и точность;

линейность;

скорость измеряемого процесса;

условия применения и класс защиты;

надёжность;

габаритные размеры;

стоимость.

Расставив приоритеты, необходимо учесть, что датчик может определять

абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Исходя из

этого, существуют два основных метода определения положения и измерения

перемещений. В первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся

функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а

изменения этого сигнала отражают перемещение. Такие датчики положения

называются абсолютными. К ним относятся:

резистивные (потенциометрические) датчики;

индуктивные датчики с подвижным сердечником;

ёмкостные датчики с подвижными обкладками;

цифровые кодовые датчики абсолютных значений.

Во втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом

элементарном перемещении, а положение определяется подсчётом суммы

импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения

называются относительными. Достоинством таких датчиков, по сравнению с

абсолютными, является простота и низкая стоимость, а недостатком —

необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной

обработки.

Табл. 2.2. Сравнительная характеристика различных видов датчиков

|Технологические |Типы | | | | | | | | | |

|требования при |датчи| | | | | | | | | |

|измерительном |ков | | | | | | | | | |

|процессе | | | | | | | | | | |

| |Потен|Потен|Ем|Инду|Инкрем| | |Абсо| | |

| |цио-м|цио-м|ко|к-ти|енталь| | |лютн| | |

| |етри-|етри-|ст|вный|ный | | |ый | | |

| |чески|чески|-н|LVDT| | | | | | |

| |й, |й, |ой| | | | | | | |

| |прово|прово| | | | | | | | |

| |лока | | | | | | | | | |

| | |дящий| | | | | | | | |

| | | | | | | | | | | |

| | |пласт| | | | | | | | |

| | |ик | | | | | | | | |

| | | | | |Оптоэл|Магн|Мех|Опто|Магн|Меха|

| | | | | |ект-ри|итно|ани|элек|итно|ни-ч|

| | | | | |ческий|-рез|-че|т-ри|- |ески|

| | | | | | |ис |ски|ческ|рези|й |

| | | | | | |тивн|й |ий |с | |

| | | | | | |ый | | |тивн| |

| | | | | | | | | |ый | |

|Очень высокое |нет |нет |не|Неко|да |нет |нет|да |нет |нет |

|разрешение | | |т |то-р| | | | | | |

| | | | |ые | | | | | | |

| | | | |моде| | | | | | |

| | | | |ли | | | | | | |

|Высокое |нет |да |да|да |да |нет |нет|да |нет |нет |

|разрешение | | | | | | | | | | |

|Низкое |да |да |да|да |да |да |да |да |да |да |

|разрешение | | | | | | | | | | |

|Скорость |нет |Некот|да|Неко|нет |нет |нет|да |нет |нет |

|процесса >5 м/с | |о-рые| |то-р| | | | | | |

| | |модел| |ые | | | | | | |

| | |и | |моде| | | | | | |

| | | | |ли | | | | | | |

|Малые размеры |да |да |не|Неко|Некото|Неко|да |Неко|Неко|Неко|

| | | |т |то-р|-рые |то-р| |то-р|то-р|то-р|

| | | | |ые |модели|ые | |ые |ые |ые |

| | | | |моде| |моде| |моде|моде|моде|

| | | | |ли | |ли | |ли |ли |ли |

|Высокий класс |да |да |не|да |Некото|Неко|нет|Неко|Неко|нет |

|защиты (IP65) | | |т | |-рые |то-р| |то-р|то-р| |

| | | | | |модели|ые | |ые |ые | |

| | | | | | |моде| |моде|моде| |

| | | | | | |ли | |ли |ли | |

|Использование в |да |да |не|нет |да |нет |да |да |нет |да |

|э/магнитном поле| | |т | | | | | | | |

|Требуется |нет |нет |не|нет |да |да |да |нет |нет |нет |

|дальнейшая | | |т | | | | | | | |

|цифровая | | | | | | | | | | |

|обработка | | | | | | | | | | |

|* Сильно |нет |Некот|да|да |да |да |нет|да |да |нет |

|осциллирующие | |о-рые| | | | | | | | |

|движения | |модел| | | | | | | | |

| | |и | | | | | | | | |

|Стоимость |низка|низка|ср|высо|Зависи|сред|низ|высо|сред|сред|

| |я |я |ед|кая |т |няя |кая|кая |няя |няя |

| | | |ня| |сильно| | | | | |

| | | |я | |от | | | | | |

| | | | | |разре | | | | | |

| | | | | |шения | | | | | |

* Возможность работы в режиме измерения частых, повторяющихся движений

малой амплитуды.

Потенциометрический датчик - переменный резистор, включенный по схеме

потенциометра. Служат для преобразования угловых или линейных механических

перемещений в соответствующее изменение сопротивления. С помощью этих

датчиков осуществляется контроль за положением задвижек, клапанов и т. д.

Основой такого датчика вполне может быть переменный резистор промышленного

производства, обычно подключенный к некоторому механическому

преобразователю перемещения. Слабое место таких датчиков - наличие

подвижного контакта. У проволочных резисторов существует зона

нечувствительности, обусловленная дискретным изменением сопротивления при

перемещении щетки с витка на виток.

Потенциометр - чаще проволочный (но может быть и угольный) резистор

(реостат) с движком, который скользит вдоль резистора. Таким образом, по

существу п. является резистором с переменным сопротивлением. Потенциометры

бывают линейными и круговыми (в зависимости от характера перемещения его

регулирующего органа). Потенциометры часто выполняют роль преобразователей

перемещения в электрическую величину - напряжение (для линейных перемещений

-линейные потенциометры, для угловых перемещений - круговые). Вообще

говоря, потенциометрический преобразователь по определению является

параметрическим, т.е. его выходной величиной является сопротивление. Однако

простыми средствами с него можно получить и напряжение, пропорциональное

перемещению движка, если к концам резистора подвести напряжение питания, а

выходное напряжение снимать с движка.

Переменные резисторы могут иметь различный характер зависимости

сопротивления от изменения угла поворота подвижного контакта (рис.2.8.).

Рис. 1.8. Характеристики потенциометрических датчиков

Вид характеристики указывает маркирующая буква на корпусе резистора.

А - с линейной зависимостью

Б - с логарифмическим законом изменения сопротивления

В - c обратной логарифмической зависимостью

Основное достоинство - простота конструкции и дешевизна, легко

сопрягаются с электронной схемой. Иногда применяют реохордные датчики, у

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7