2517

Рис. 2.24. Расчетная схема цепного траншейного экскаватора

Элементы многозвенника:

1.Базовая машина (БМ).

2.Рабочий орган (РО).

Расчетная схема изображена на рис. 2.24. Звено 1 определяет положение БМ в пространстве. Концами звена являются место крепления РО к БМ (точка В) и точки контакта ходового оборудования с грунтом: точка А – точка контакта переднего колеса с грунтом; точка А – точка контакта заднего колеса с грунтом (отрезок АА параллелен оси O1X1). Звено 2 определяет положение РО.

В серийных СУ землеройных машин на сегодняшний день

используют следующие датчики:

1.Датчик угла поворота звена относительно гравитационной вертикали (маятникового типа).

2.Щуповой датчик вертикальной координаты относительно заданного копира.

3.Датчик угла между двумя звеньями.

4.Датчик пути.

5.Лазерный фотоприемник.

Данные виды датчиков серийно выпускаются, что позволит в

дальнейшем их использовать (с некоторыми доработками) в СУ

положением РО ЦТЭ.

В качестве критериев эффективности при выборе СУ положением РО ЦТЭ можно выбрать следующие /27/:

1.Достоверность конечной информации (точность).

2.Число датчиков первичной измерительной информации.

3.Сложность алгоритма обработки информации.

4.Наличие нелинейных функциональных преобразователей.

5.Требования к точности датчиков первичной измерительной информации.

Положения звеньев ЦТЭ в инерциальной системе координат O0 X0 Z0 определяются следующими параметрами:

98

1.Угол отклонения горизонтальной оси базовой машины от горизонтали αБ.

2.Угол между горизонтальной осью БМ и продольной осью РО

αБРО.

3. Угол наклона продольной оси РО относительно горизонтали

αРО.

Геометрические размеры звеньев ЦТЭ известны.

Для определения глубины траншеи нам необходимо знать вертикальную координату точки С – нижней кромки РО.

В связи с тем, что углы αБ и αРО отсчитываются от одной базы (горизонтали), то из рис. 2.24 видно, что

αБ + αБРО + αРО = 180 . (2.67)

Из этого следует, что для нахождения этих углов необходимо знать 2 из трех углов и, пользуясь уравнением (2.67), определить третий. Как было отмечено выше, все системы СУ положением РО можно разделить на копирные и бескопирные (автономные). Вначале рассмотрим автономные СУ положением РО.

В автономных СУ положением РО используются в качестве датчиков первичной информации следующие виды датчиков:

1. Датчик угла поворота звена относительно гравитационной вертикали (маятникового типа).

2. Датчик угла между двумя звеньями.

3. Гидростатический нивелир (для РО).

В автономных СУ положением РО глубина траншеи отсчитывается от поверхности грунта: либо от дна сформированной траншеи, либо от наружной поверхности траншеи.

Если использовать в качестве точки отсчета наружную поверхность траншеи, тогда для определения вертикальной координаты нижней кромки РО нам необходимо знать длины звеньев 1 и 2, а также 2 угла из трех: αБ, αБРО, αРО (см. рис. 2.24).

По уравнениям геометрической связи можно определить положение нижней кромки РО (точки С) в инерциальной системе координат O0 X0 Z0 с началом в точке O0. Глубина траншеи будет определяться разницей вертикальных координат точек А и С. Вертикальную координату точки А нетрудно определить на основе имеющихся информационных параметров.

Используя в качестве начальной точки отсчета поверхность дна сформированной траншеи, можно определить глубину траншеи, зная длины звеньев 1 и 2; 2 из трех углов: αБ, αБРО, αРО. Далее рассмотрим

99

копирные СУ положением РО ЦТЭ. Расчетная схема для определения возможных вариантов СУ положением РО изображена на рис. 2.24.

В копирных СУ положением РО используются в качестве датчиков первичной информации следующие виды датчиков:

1.Лазерный фотоприемник, где в качестве копира используется луч лазера.

2.Щуповой датчик, щуп которого скользит по натянутому тросу (копиру).

3.Гидростатический нивелир, один конец которого закреплен на элементе ЦТЭ, а другой скользит по натянутому тросу.

Особенностью копирных СУ положением РО является то, что копирный трос (луч лазера) дает нам вертикальную координату звена. Таким образом, разрабатываемая СУ положением РО должна только контролировать положение РО относительно копира.

Для нахождения возможных вариантов копирных СУ положением РО воспользуемся принципами, принятыми для определения вариантов автономных СУ положением РО.

Каждый из копирных датчиков может быть установлен на двух элементах ЦТЭ: базе, рабочем органе. Копирные датчики дают нам вертикальную координату в инерциальной системе координат O0 X0 Z0 того звена, на котором они установлены. Кроме того, копирные СУ положением РО могут включать в себя и другие виды датчиков: датчик угла поворота звена относительно гравитационной вертикали (маятникового типа), угла между звеньями, датчик пути.

Хотя данные СУ по типу будут относиться к комбинированным, но, так как основной информационный параметр будет поступать от копирного датчика, данные системы мы будем относить к копирным СУ положением РО. Поскольку базой для отсчета является копир, то начало отсчета для определения глубины траншеи может располагаться в любом месте ЦТЭ, т.е. в том месте, где устанавливается копирный датчик.

Выделим следующие группы вариантов копирных СУ положением РО:

1.Начало отсчета находится на базовой машине. Для нахождения вертикальной координаты точки С необходимо знать длины звеньев

1, 2 и два из трех углов: αБ, αБРО, αРО.

2. Начало отсчета находится на РО. Для нахождения вертикальной координаты точки С необходимо знать длины звеньев

100

1, 2 и угол αБ (для нахождения ошибки щупового датчика, если он имеется в СУ).

Таким образом, можно сделать вывод, что для определения глубины траншеи необходим минимум 1 датчик. Проведенный анализ возможных СУ положением РО ЦТЭ выявил 17 вариантов этих систем, которые представлены в табл. 2.4.

Для выбора системы контроля необходимо провести исследования полученных вариантов и выявить наиболее простой и помехозащищенный.

Если существует функция нескольких переменных x = f(y, z,…,u),

то полный дифференциал функции вычисляется по следующей формуле /27/:

Если соотнести формулу (2.68) с алгоритмом ,то x – вычисляемая величина, а y,x,…,u – первичные измерительные параметры.

Каждое из слагаемых уравнения (2.68) является частным

дифференциалом функции f по одной из переменных. Выражения f ,

y

f , …, f показывают степень приращения функции от приращения

z u

переменной и являются не чем иным, как погрешностью измерения датчиков первичной информации /27/.

Данные выражения носят название коэффициентов влияния К

/27/:

f Ky y ;

102

Таким образом, имея заданный алгоритм обработки информации, по вычисленным коэффициентам влияния можно выбрать вид и марку датчика первичной информации для каждого первичного информационного параметра.

Из ранее составленных СУ положением РО ЦТЭ необходимо выбрать СУ с минимальными значениями коэффициентов влияния. Из всего множества выберем в качестве примера 6 вариантов СУ положением РО, 3 из которых принадлежат автономным СУ, а 3 других – копирным. Из табл. 2.4 выберем варианты № 1, 3, 5, 12, 15, 16.

Используя расчетную схему, составим для каждого из вариантов СУ алгоритм определения глубины траншеи.

Для варианта № 1:

Для варианта № 3:

hтр ВС sin ро А В cos 1 ро бро 1800 .(2.71)

Для варианта № 5:

Для варианта № 12:

hтр YA AА sin( б ) А В cos 1 б ВС sin ро .(2.73)

103

С целью определения коэффициентов влияния продифференцируем каждое из уравнений (2.70) – (2.75) по переменным, которые входят в него.

Для варианта № 1:

Для варианта № 12:

104

105

Рис. 2.27. График изменения коэффициента влияния Кαбро в зависимости от угла αбро для варианта № 3

На основе полученных уравнений можно провести анализ изменения коэффициентов влияния для каждого варианта СУ положением РО. Для этого проварьируем переменную, входящую в уравнение коэффициента влияния, по которой было проведено дифференцирование, при этом остальные переменные замораживаются. Результирующие графики изображены на рис. 2.25 – 2.27.

На графиках отображены коэффициенты влияния, которые изменяются во времени, и не отображены коэффициенты влияния, которые имеют постоянную величину. К этой группе относятся: для варианта № 5 KYBC 1; для варианта № 12 KYA 1; для варианта № 15

KYC 1; для варианта № 16 KYC 1.

Как видно из графиков, наименьший коэффициент влияния в

системах № 1 и 16. Следовательно, эти системы наименее

подвержены влиянию ошибки и могут быть использованы для

решения задач анализа и синтеза.

106