Автоматическая система коррекции продольного крена четырехгусеничной горной машины

Реферат

В данном дипломном проекте разрабатывается автоматическая система коррекции продольного крена четырехгусиничной горной машины.

Автоматическая система коррекции содержащая гиродатчик, который реагирует на изменения угла остова горной машины относительно горизонта и выдает сигнал пропорциональный этому углу. Затем этот сигнал усиливается и поступает на агрегат исполнения, который управляет гидрораспределителем силовых гидроцилиндров механизма стабилизации. Силовые гидроцилиндры обеспечивают оперативное изменение положения кабины и остова трактора, тем самым повышая устойчивость машины и улучшение условий труда оператора работающего на склонах, так как кабина горной машины автоматически поддерживается в горизонтальном положении, повышая обзорность и качество труда выполняемой данной горной машиной народохозяйственной операции.

Современное лесозаготовительное производство характеризуется следующим состоянием.

Продуктивные таежные древостои в основной своей массе вырублены, а эксплуатационные запасы на большинстве площадей деконцентрированы. Для более энергичного вовлечения лесных ресурсов в народнохозяйственный оборот ощущается нехватка современной техники и технологий для малых объемов производства.

Удельный вес лесозаготовок перемещается в районы Сибири и Дальнего востока, где сосредоточены значительные лесосырьевые ресурсы страны, значительная часть которых горные леса.

Лесопокрытая площадь горных районов только в Восточной Сибири составляет 48%. На эту площадь приходится 55% эксплуатационного запаса горных лесов РФ. В этом регионе 2012;2015гг. планируется обеспечить основной прирост объемов и вывозки леса.

Отечественная лесоэксплуатационная техника предназначена в основном для сплошных концентрированных рубок в равнинных таежных местах. Она обладает значительной металлоемкостью, высоким удельным давлением (для ТТ-4−0,045 МПа) и не пригодна для работы в лесах первой группы и горных условиях.

Основными направлениями экономического и социального развития РФ на 2012 — 2015 годы и на период до 2020 года предусматривается всемерно ускорить научно-технический прогресс; поднять роль науки и техники в качественном преобразовании производительных сил, переводе экономики на рельсы всесторонней интенсификации, повышении эффективности общественного производства.

Для решения поставленных задач программа технического перевооружения лесной промышленности на 2012;2015 годы предусматривает повышение уровня механизации и автоматизации до 54% как путем эффективного использования существующего парка лесных машин, так и разработку других типов многооперационных машин, совмещающих различные лесосечные операции.

Особенно актуальной задачей является освоение горных лесов Сибири. Сдерживающим начало в этой области механизации является отсутствие мобильных лесосечных машин, способных осуществлять валку на склонах, а так же транспортных и вспомогательных машин для монтажа канатных установок.

Одним из факторов организации применения лесных машин в условиях горной лесосеки является повышенные требования к устойчивости при движении как в грузовом и порожнем направлении, требование к экологии окружающей среды (сохранение надроста, нарушение почвенного покрова и т. д.)

Комплексное решение этих задач является необходимым при эксплуатации лесного фонда.

Существующая технология лесоразработок в горных условиях базируется на применении канатных установок. Главным их недостатком является частое перебазирование, большая доля ручного труда и отсутствие комплексного подхода.

Средством существенного расширения зоны действия канатных установок, повышение производительности труда, следует считать применением.

1. Особенности условий работы создаваемой машины

1.1 Общая характеристика горных лесов восточной Сибири

Горные леса РФ занимают 347,9 млн. Га, то есть почти 28% всей лесопокрытной площади страны. На горные леса приходятся более 30% запасов древесины РФ. При том, около 70% древесины является спелой и перестойной. Восточная Сибирь занимает первое место в нашей стране по лесопокрытной площади и запасами древесины в горах. Здесь произрастают преимущественно хвойные леса и в редких случаях лиственные, на долю которых приходятся лишь около 7% запасов.

Лесопокрытная площадь горных лесов Восточной Сибири составляет 48%. На эту площадь приходится 55% эксплуатационного запаса горных лесов РФ. Однако обладая такими большими ресурсами, заготовка леса в этих районах составляет лишь 20% от общего объема горных лесозаготовок. Причин такого положения несколько, но среди них особо следует выделить отсутствие эффективной техники для заготовки леса в горах.

В таблице 2.1. даны значения ряда показателей, характеризующие горные лесные массивы, закрепленные за лесозаготовительными объединениями Восточной Сибири. Анализ состава древостоя, среднего запаса древесины на 1Га и среднего объема хлыстов наказывает на довольно значительную изменчивость этих показателей.

Таблица 1.1- Значение показателей, характеризующие горные лесные массивы предприятий Восточной Сибири

Таблица 1.2- Примерное распределение лесных склонов по крутизне и протяженности.

Так в объединении «Читлес», которое расположено на востоке региона, преобладающую породу в составе древостоя представляет лиственница, а в других объединениях — сосна и пихта. Отличительной чертой лесов объединения является низкий объем хлыста и невысокий запас древесины. Эти показатели соответственно в 1,08 … 1,42 и 1,77…2,07 ниже, чем у остальных предприятий. Стабильно и с хорошим качеством характеризуются горные леса, расположенные в районе озера Байкал. Основные леса объединений «Забайкаллес» и «Иркутсклес» представляют собой сосняки со значительным запасом древесины и самым большим и средним объемом хлыста.

Горные леса Восточной Сибири произрастают на склонах различной крутизны и протяженности. В таблице 2.2. приведено примерное распределение данных показателей для лесов, тяготеющих к горным лесозаготовительным предприятиям. Их анализ показывает, что более 50% горных лесов расположено в основном, а склонах крутизной не более 25 градусов и протяженностью до 100 м. Примерно половина (40 … 61%) склонов имеют уклоны от 15 до 25 градусов. Что касается лесов, расположенных в районе озера Байкал, то здесь имеется 15 … 25% склонов с крутизной более 25 градусов, которые относятся к трудоспособности лесным площадям. Значительно количество этих лесов расположено на склонах с малой протяженностью (менее 300м).

1.2 Особенности валки деревьев в горных условиях

Валка деревьев на горных склонах представляет особую категорию сложности по сравнению с условиями равнинной личности. Здесь необходимо учитывать основные факторы:

— сравнительную крупномерность деревьев

— центры тяжести подземной части деревьев (особенно лиственных пород), как правило, смещены от продольных осей стволов в сторону подошвы горы из-за некоторого наклона стволов и одностороннего развития крон деревьев.

— уклон местности создает трудности передвижению вальщика с пилой и отходу его от падающего дерева.

— уклон местности затрудняет также, а в некоторых случаях ограничивает, передвижение мобильной валочной техники.

— при валке крупных деревьев на значительных уклонах затруднено управление вальщиком пилой

— значительно снежный покров и опасность снежных оползней затрудняют, а иногда делают невозможной валку деревьев в зимнее время.

Особое значение в горных условиях приобретают выбор направления валки деревьев. На склонах крутизной до 15 градусов направление валки обычно определяется способом транспортного освоения лесосеки, наклоном дерева и другими факторами. Наиболее приемлемое при работе на уклонах крутизной более 15 градусов является направление валки вниз по склону и под некоторым углом. Угол между направлением уклона и направлением падения дерева должен изменяться в зависимости от величины дерева его наклона к подошве горы: чем меньше вес и наклон дерева, тем больше должен быть угол.

Большую трудность как в горных так и равнинных условиях представляет валка деревьев, имеющих обратный естественный наклон ствола направлению ковша и валка деревьев в ветреную погоду. Сталкивание деревьев с обратным наклоном ствола с пня требует приложение значительных усилий. Особую опасность в данном случае представляют деревья с большим весом и большим углом наклона. Исходя из требований техники безопасности не рекомендуется производить валку деревьев в ручную, обратный угол наклона которых превышает более 5 градусов. Их валку следует выполнять с помощью трелевочных тракторов и лебедок или в направлении естественного наклона.

В ЦНИИМЭ на основании большого анализа деревьев получены их распределения в древостоях, по величине наклона ствола. Если принять предложение, что половина из этих деревьев имеет попутный наклон от ствола направлению валке, а другая половина — обратный, то можно заключить о встрече с деревьями, представляющих сложность повала.

Важное влияние на процесс валки деревьев оказывает ветер, который имеет вероятный характер изменчивости по направлению, силы порывистости.

Согласно норм техники безопасности и качественного выполнения работ валку деревьев производят при наклоне не более 5 балов по шкале Бофорта. При сильном встречном ветре, когда его скорость V>10 м/с, спиленное дерево при столкновении может оставаться некоторое время стоя на пне при неустойчивом положении, которое может вызвать возможность его падения в любом направлении. В то же время, при сильном попутном ветре могут возникнуть расщепы ствола при распиливании дерева.

Существенное влияние при повале деревьев в ветреную погоду следует уделять порывистости ветра. В данном случае необходимо руководствоваться следующими правилами: при встречном ветре необходимо, что бы момент допиливания ствола совпадал с затишьем, при попутном ветре — с порывом ветра.

2. Обзор малогабаритных горных машин

Наиболее удовлетворяющим приведенным требованием из числа выпускаемых в нашей стране специализированных машин является лесохозяйственные шасси ТЛ-28,Т-25А (Владимирский Т3), которые могут быть переоборудованы для работы на склонах сос нежным покровом до 50 и более сантиметров за счет установки, вместо колес специальных гусеничных агрегатов (например по патенту США № 3 937 289). Такого рода устройства позволяют использовать готовые шасси с минимальными переделками (Рис.1).

Заслуживает внимание созданный ЛенНИИЛХом малогабаритный противопожарный агрегат (АПМ), предназначенный для доставки в заданный район воздушным транспортом.

Из литературных патентных источников представляет интерес гусеничные малогабаритные снегоходы выполненные по двух-гусеничной схеме, такая как шведская машина «AKTIV» которые используются в лесной промышленности и лесном хозяйстве. Четырех гусеничная машина «YAKOTPAK». На данных машинах гусеницы выполняются металлическими или резинометаллическими.

Рисунок 3.1

3. Обзор конструкций систем стабилизации горных тракторов на склонах

3.1 Автоматическая система коррекции поперечного крена крутосклонного трактора

Автоматическая система коррекции поперечного крена крутосклонного трактора, имеющего раму в виде шарнирного параллелограмма содержащая датчик положения остова трактора в виде маятника и механизма изменения положения остова трактора и положения рабочего органа, отличающаяся тем, что с целью улучшения условий труда водителя путем обеспечения возможности оперативного изменения величины стабилизирующего воздействия со стороны рабочего органа на трактор для коррекции его траектории движения.

Целью изобретения является улучшение условий труда водителя путем обеспечения возможности оперативного изменения величины стабилизирующего воздействия со стороны рабочего органа на трактор для коррекции его траектории движения, а так же снижения металлоемкости.

На рисунке 4.1 приведена автоматическая система коррекции положения остова трактора на склоне.

Автоматическая система работает следующим образом:

При движении крутосклонного трактора по горизонтальной опорной поверхности маятник удерживает подвижный элемент 6 потенциометра 5 в его среднем положении.

Рисунок № 4.1 Автоматическая система коррекции положения остова трактора на склонах.

1 — Маятник, 2- вал; 3 — подвеска; 4,7,19 — источник питания; 5,8,12 — потенциометр; 6, 9, 13 — подвижной элемент; 10 — исполнительное устройство; 11 — вычитающее устройство; 14 — электромеханическое устройство; 15 — рабочая подвижное оборудование; 16, 20, 22, 25 — пороговый элемент; 17, 21, 23, 26 — усилитель мощности; 18, 24 — коммутатор; 27 — цилиндр, 28, 29 — отверстие; 30 — поршень; 31 — соединение с маятником.

При этом его напряжение, снимаемое с подвижного элемента 6 относительно средней точки, равно нулю. Это значит, что оба пороговых элемента 22 и 25 находятся в исходном положении, их выходные напряжения близки к нулю и исполнительный механизм 10 соединенный через коммутатор 24управляемый через усилитель мощности 23 и 26 пороговыми элементами 25 и 22, разобщен источником питания 19 и находится в своем нейтральном положении. При выезде трактора на склон и возникновении крена, маятник, стремясь сохранить свое вертикальное положение смещает подвижной элемент 6 потенциометра 5 вправо. В результате этого потенциал на подвижном элементе 6 повышается. При повышении напряжения, снимаемого с указанного подвижного элемента до величины, превосходящей порог срабатывания элементов 22 и 25 пороговый элемент 22 срабатывает и выдает на своем выходе напряжение, близкое к напряжению питания микросхемы. Это напряжение появляется на выходе усилителя мощности 23, коммутатор 24 обеспечивает включение исполнительного механизма 10 вправо. Шток червячного редуктора исполнительного устройства 10 перемещается изменяя положение трактора до тех пор, пока крен не будет устранен и подвижной элемент 6 потенциометра 5 не придет в свое нейтральное положение под воздействием маятника1. После этого пороговый элемент 22 придет в исходное состояние и перемещение штока исполнительного устройства 10 прекратится. Указанный шток, воздействую при своем перемещении на подвижный элемент 9 другого потенциометра 8, смещает его вправо, что приводит к появлению некоторого напряжения на выходе устройства 11, один из выходов которого соединен с подвижным элементом 9 потенциометра 8, а другой вход соединен с подвижным элементом 13 потенциометра 14, который находится пока в нейтральном положении и напряжение на подвижном элементе 13 равно нулю. В результате этого включается пороговый элемент 16 и через усилитель мощности 17 и коммутатор 18 включает исполнительный механизм 14 влево. Ток указанного механизма, перемещаясь влево, смещает подвижной элемент 13 потенциометра 12 до тех пор, пока напряжение на нем не повысится до некоторой величины и разность напряжений на подвижном элементе 13 и подвижном элементе 9 потенциометра 8 не станет меньше порога срабатывания элемента 16. После этого пороговый элемент 16 приходит в исходное состояние и отключает электродвигатель исполнительного механизма 14, таким образом, следящая система обеспечивает строгое соответствие перемещения рабочего органа 15 перемещению штока механизма 10, а следовательно и крену трактора. Диапазон перемещения штока механизма 14 определяется напряжением питания потенциометров 8 и 12.

Устойчивая система обеспечивается наличием демпфирующего звена в виде червячного редуктора, нагруженного значительными силами сопротивления, малым моментом инерции роторов электродвигателя и исполнительных механизмов и наличием в них фрикционного электрического тормоза включающегося при обесточивании электродвигателя.

При съезде со склона на горизонтальную поверхность изменение положения остова трактора, соответствующее углу склона, создает крен трактора в обратную сторону на тот же угол, что приводит к отклонению подвижных элементов 22 и 25, срабатыванию порогового элемента 25 и в конечном итоге, к включению через усилитель мощности 26 и коммутатора 24 исполнительного механизма 10. Последний изменяет положение остова до тех пор пока крен трактора ликвидируется и пороговый элемент 25 не придет в исходное состояние.

Шток механизма 10, перемещаясь сместит подвижной элемент 19 потенциометра 8 к его нейтральному положению. В итоге напряжение на нем приблизится к нулю относительно средней точки. Напряжение на подвижном элементе 13 потенциометра 12 станет ниже напряжения, снимаемого с подвижного элемента 9 потенциометра 8, что приведет к появлению разностного сигнала обратного знака на выходе вычитающего устройства 11 и включенного порогового элемнета20, который своим выходным напряжением че5рез усилитель мощности 21 и коммутатор 18 включает механизм 14 вправо. Последний перемещает шток до своего нейтрального положения, при котором разностный сигнал на входе вычитающего устройства 11 станет меньше порог, а срабатывания элемента20. В результате этого вся система приходит в исходное состояние, крен трактора устраняется, а рабочие органы располагаются симметрично продольной оси трактора.

4. Крутосклонный трактор

Известные крутосклонные тракторы содержащие гусеничные движители с рамой, несущей поперечной оси, одна из которых через гидроцилиндр бокового выравнивания связана с остовом трактора, шарнирно-установленным на продольное поле рамы.

В таких тракторах не изменяется продольное расположение центра тяжести, что необходимо при работе на крутых подъемах и спусках.

Целью изобретения является продольное перемещение остова относительно гусеничных движителей для изменения положения центра тяжести трактора. Это достигается тем, что продольная опора трактора выполнена в виде направляющей балки, связанной посредством продольного расположения гидроцилиндра с остовом трактора.

На рисунке 4.2. показан общий вид. Трактор, содержащий остов 1, гусеничные движители 2 с индивидуальным приводом гусениц и раму 3, связывающую гусеничные движители. Рама 3 состоит из передней 4 и задней5 поперечных осей, жестко связанных продольной балкой6. Остов установлен на продольной балке с возможностью поворота и продольного перемещения относительно нее:

Поворот остова для его выравнивания при работе на склоне осуществляется гидроцилиндром 7 связанным с маятниковым датчиком наклона. Корпус гидроцилиндра 7 через шаровой шарнир 8 связан поперечной осью 5, а его шток через шаровой шарнир 9 с боковой стороной остова.

Продольное перемещение остова осуществляется гидроцилиндром 10, корпус которого через шаровой шарнир 11 связан с поперечной осью 4, а шток через шаровой шарнир 12 — с передней частью остова. Шарнир 11 расположен на продольной оси 13 в балке 6. Рычаги 16 направлены в противоположные стороны и шарнирно связаны с шатунами 14, противоположные концы которых шарнирно связаны с рамами 17 гусеничных движителей.

При работе трактора на склонах гидроцилиндр 7, управляемый маятниковым датчиком наклона, постоянно удерживает остов в вертикальном положении путем поворота его вокруг продольной балки 6. При этом гидроцилиндр 10 благодаря шаровым шарнирам 12 и 13 описывает боковую поверхность конуса, не препятствуя работе гидроцилиндра 7. Для изменения положения центра тяжести трактора, например в случае изменения тягового сопротивления орудия или угла продольного склона, включает гидроцилиндр 10 и 15 продольно смещает остов относительно гусеничных движителей на необходимую величину. При этом гидроцилиндр 7, отклоняясь от первоначального положения, поворачивает остов на некоторый угол от вертикали. Одновременно срабатывает маятниковый датчик наклона и гидроцилиндр 7, изменяя свою длину, восстанавливает свое первоначальное положение остова.

Крутосклонный трактор содержащий гусеничные движители с рамой перемещает поперечные оси, одна из которых через гидроцилиндр бокового выравнивания связана с остовом трактора, установленным шарнирным на продольной опоре рамы отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности изменения положения центра тяжести трактора путем продольного перемещения остова относительно гусеничных движителей, продольная опора трактора выполнена в виде направляющей балки, связанной посредством продольного расположения гидроцилиндра с остовом трактора.

Рисунок 4.2. Крутосклонный трактор.

4.1 Устройство стабилизации крутосклонного трактора

Устройство стабилизации крутосклонного трактора, содержащее механизм выравнивания в виде рычагов, связывающих остов трактора с колесами и образующий шарнирный параллелограмм, с которым связан силовой цилиндр установлен на остове трактора и подключенный к источнику рабочего давления жидкости через распределитель, золотник которого связан с маятником, шарнирноустановленным на остове, отличаются тем, что с целью снижения ч3втсвительности маятника к динамическим колебаниям и повышения плавности выравнивания, силовой цилиндр установлен на остове подвижно и подпружинен относительно его, а распределитель закреплен на корпусе силового цилиндра.

На рисунке 4.3 Схематично показано устройство стабилизации.

Устройство состоит из механизма выравнивания 1, посредством которого колеса 2 прикреплены к остову трактора 3 с помощью рычагов, образующих шарнирный параллелограмм. Корпус силового цилиндра 4 связан с остовом 3 через пружину 5. Автомат-стабилизатор содержит маятник крена 6 и трехпозиционный распределитель с золотником 7 и корпусом распределителя 8 закреплен на корпусе силового цилиндра 4, а золотник 7 тягой 9 связан с маятником 6. Полости силового цилиндра 4 сообщены через распределитель с гидросистемой 10 и источником давления рабочей жидкости. Ось подвеса маятника 6 установлена на оси 3 неподвижно.

Устройство работает следующим образом: при движении трактора по горизонтальной поверхности и при отсутствии динамических нагрузок на его ходовую часть золотник 7 распределителя расположен в корпусе 8 в нейтральном положении, обеспечивая подключение нагнитательной магистрали гидроцилиндра 10 на слив и запирания полостей силового цилиндра 4.

При въезде трактора на склон его остов получает боковой крен. В следствии этого маятник 6 перемещает золотник 7 в корпусе 8, обеспечив тем самым подключение одной из полостей цилиндра 4 к нагнитательной магистрали гидроситемы 10, а второй на слив. Под давлением рабочей жидкости силовой цилиндр 4 приводит в движение механизм выравнивания 1. Как только остов 3 трактора будет стабилизирован в вертикальной плоскости, маятник 6 вернет золотник 7 в исходное нейтральное положение.

При воздействии на ходовую часть трактора динамических нагрузок, усилие, полученное колесом 2, передается механизмом выравнивания к силовому цилиндру 4, который перемещаясь сжимает пружину. Вместе с тем перемещение получит и корпус 8 распределителя установленный жестко на корпусе силового цилиндра 4. Золотник 7 при этом находится в покое. В результате перемещения корпуса 8 распределителя относительно золотника 7 нагнитательная магистраль гидросистемы 10 будет сообщена с соответствующей полостью силового цилиндра 4, вторая полость которого при этом подключена на слив. Под давлением рабочей жидкости силовой цилиндр 4 приведет в движение механизм выравнивания 1. В то же время пружина 5 принимая исходное состояние будет перемещать корпус силового цилиндра 4, а следовательно и корпус 8 распределителя, в нейтральное положение. Как только это произойдет распределитель разблокирует обе полости силового цилиндра 4, сообщив нагнитательную магистраль гидросистемы 10 со сливом.

Рисунок 4.3 Устройство стабилизации крутосклонного трактора.

Таким образом схема стабилизации обеспечивает стабилизацию остова ходовой части трактора не только от статических, но и от динамических нагрузок. При этом у нее сведена к минимуму вероятность возникновения раскачивания маятника, так как маятник обладает более высокой зоной чувствительности к динамическим возмущениям в следствии неподвижного крепления оси его подвеса к остову трактора. Это позволяет снизить вероятность возникновения колебаний остова трактора при его стабилизации, уменьшить сопротивление демпфера маятника, а вместе с тем, и увеличить чувствительность всей системы к изменениям угла склона.

Перечисленные положительные качества предложенного устройства обеспечивают повышение безопасности труда качество выполняемой трактором технологической и рабочей операции.

4.2 Крутосклонный трактор

Крутосклонный трактор, содержащий остов на котором шарнирно закреплен передний мост и установлены задние ведущие колеса с поворотными бортовыми редукторами связанными тягами с поперечным коромыслом, с плечами которого соединены шарнирно гидроцилиндры управления положением ведущих колес, отличающиеся тем, что с целью выравнивания остова продольные плоскости, коромысло и гидроцилиндры закреплены шарнирно на балки, установленной в продольных направлениях остова и связанной с остовом силовым управляемым цилиндром.

Это достигается тем, что коромысло и гидроцилиндры закреплены шарнирно на балки, установлены в продольных направляющих остова и связанные с остовом силовым управляемым цилиндром.

Рисунок 4.4 Крутосклонный трактор.

Крутосклонный трактор содержит остов 1, заднее ведущее колесо 2 установленных на остове 1 по средством бортовых поворотных редукторов 3, а передние направляющие 4 закреплены на остове 1 шарнирно по средством переднего моста 5. На балке 6 установленной на остове 1 подвижно продольных направляющих, смонтирована поперечное коромысло 7, середина которого шарнирно соединена с балкой 6, а концы связаны тягами 8 с редукторами 3. Коромысло 7 связано с балкой 6 так же посредством двух гидроцилиндров 9, управляемых автоматом — стабилизатором. Для перемещения балки 6 предназначен силовой цилиндр 10, распределитель 11, гиросистема 12, которая управляется датчиком 13 продольного крена маятникового типа.

При въезде трактора на чисто поперечный склонно, гидроцилиндры 9, поворачивают коромысло7 через тяги 8, поворачивают редуктора 3, а следовательно, перемещают и закрепленные на них задние ведущие колеса 2 в противоположные стороны.

Величина перемещений зависит от крутизны склона. Этим достигается выравнивание остова трактора в поперечной плоскости. Управление работой гидроцилиндров 9 осуществляется автоматически стабилизатором поперечного крена.

При везде трактора на чисто продольный склон, цилиндр 10 перемещая балку 6 и смонтированное на ней коромысло, поворачивает редукторы 3, а следовательно, и перемещает колеса 2 вверх или вниз в соответствии с направлением склона. Это будет происходить до тех пор, пока остов не займет горизонтальное положение.

После этого распределитель 11 гидросистемы 12, управляемый датчиком 13, запирает обе полости цилиндра 10, заблокировав тем самым редукторы 3 с остовом 1.

При въезде трактора на косогор обе описанные системы выравнивания вступают в работу одновременно. Этим обеспечивается стабилизированное положение остова 1 трактора как в передней, так и продольной плоскостях. Передний мост благодаря его особой конструкции и шарнирному креплению с остовом не зависимо от положения последнего будет приспосабливаться к склону самостоятельно. Таким образом, обеспечивается выравнивание остова в горизонтальной плоскости не зависимо от того, движется трактор вдоль склона, поперек его или же по косогору.

4.3 Автомат стабилизатор положения тракторного средства

Автомат стабилизатор положения транспортного средства, содержит датчик крена, состоящий из подвесного на горизонтальной оси маятника и связанного с ним гидравлического распределителя исполнительного механизма, снабжен вторым аналогичным первому датчиком крена и двумя односторонними ограничителями хода маятника, один из которых установлен на одной из половин первого маятника, а другой на противоположной половине хода второго маятника, причем выходы распределителей датчиков подключены параллельно к исполнительному механизму.

На рис. 4.5 представлена схема автомата стабилизации и показано его подключение к управляемой им гидросистеме.

Автомат стабилизации положения транспортного средства содержит два датчика крена, выполненных в виде подвешанных на горизонтальной оси 1 к остову 2 тракторного средства физических маятников 3 и 4, связанных посредством шарнирных тяг 5 и 6, с золотником 7 и 8 двухпозиционных распределителей.

Маятник 3 и 4 снабжен односторонним ограничителями 9 и 10 хода, один (9) из которых установлен на одной половине хода (левый) маятника 3, а другой (10) на противоположной половине хода (правый) маятника 4. Это обеспечивает поочередное управление исполнительным механизмом 11, который выполнен в виде силового гидроцилиндра и присоединен к источникам давления 12 и 13 через золотник 7 и 8, снабжены упорами 14 для фиксации их во включенных положениях. Автомат стабилизации также сливы 15, предохранительные клапаны 1, отрегулированные на одно рабочее давление, запорный клапан 17 и демпферы 18.

Рис 4.5 Автомат стабилизатор Устройства работает следующим образом :

При движении тракторного средства по горизонтальной поверхности, оба маятника 3 и 4 занимают вертикальное положение, удерживая связанные с ним золотники 7 и 8 гидрораспределттелей в исходных включенных позициях, обеспечивающих подсоединение источников 12 и 13 давления на слив 15 и запирание полостей силового цилиндра запорным клапаном 17.

При крене трактора на поперечном склоне, например влево, маятник 4 стремясь вновь занять вертикальное положение, переместит золотник 8 гидрораспределителя налево, сообщив по средством него, штоковую полость силового цилиндра с источником давления 13 а поршневую полость — со сливом 15, приводя тем самым исполнительный механизм 11 в действие и обеспечив возвращение по средством него трактора в вертикальное положение. Второй маятник 3 при этом находится в покое так как опирается на ограничитель 9 и удерживается от перемещения золотника 7. Как только остов трактора займет вертикальное положение, возвращает золотник 8 в выключенную позицию, заперев силовой цилиндр 11 от дальнейших перемещений и переключив источник давления 13 на слив 15. Накопленная маятником 4 при возращении в вертикальное положение кинетическая энергия уйдет в момент столкновения его с ограничителем 10 на удар и не вызовет дальнейших переключений золотника 8.

При крене трактора на склоне в противоположную сторону, маятник 4 опираясь на ограничитель 10 находится в покое, а управление гидросистемы осуществляет уже второй маятник 3, сообщив в поршневую полость силового цилиндра 11 с источником давления 12, а штоковую со сливом 15. Как только трактор займет по средствам силового цилиндра 11 вертикальное положение, маятник 3 возвращается в вертикальное положение, погасив удар об ограничитель9 накопленную кинетическую энергию.

Возможные (хотя и мало вероятно) колебания маятников в их промежуточных положениях гасится демпферами 18, причем степень их демпфирования мала благодаря небольшой амплитуде колебаний маятников 3 и 4, а так же потому что значительная часть их кинетической энергии гасится при взаимодействии упоров 9 и10.

Предлагаемый автомат стабилизации не только не в состоянии войти в режим автоколебаний, но и обладает значительно большим, по сравнению с известными, быстродействием. Так же автомат стабилизации позволяет снизить время запаздывания системы стабилизации, например, крутосклонного трактора с полутора секунд и в результате подять его рабочие скорости на склоне на 30% - 40% повысив безопасность и улучшив условия труда водителя, а так же обеспечить повышение производительности на 20−25%.

4.4 Гидравлическая система стабилизации остова трактора

Для автоматической стабилизации остова трактора вертикальной плоскости и перераспределения крутящим моментов на движителях трактора в зависимости от моментьа сопротивления при работе на склонах, предлагаемая система снабжена гидромоторами, перераспределяющими давление жидкости в системе, включенными между гидромоторами привода движителей гидроцилиндрами стабилизацией остова трактора и связанными своими валами через муфту.

Рисунок 4.6. Гидравлическая система стабилизации.

При этом муфта связывающая валы гидромоторов, выполнена управляемой. На рисунке 4.6. схематически изображена описываемая система остова трактора.

Система состоит из гидронасоса 1, связанных гидравлически с ними гидромоторов 2 и 3, привода движителей, гидромоторов 4 и 5, стабилизации остова трактора, гидромоторов 6 и 7, валы которых соединены муфтой сцепления 8 и предохранительных клапанов 9.

Работает система следующим образом:

Гидронасос через гидромоторы закачивает жидкость в гидромоторы привода движителей и параллельно в гидроцилиндры.

В процессе движения трактора поперек склона на его ведущих колесах возникают разные по величине моменты сопротивления, благодаря чему один из спаренных гидромоторов будет развивать повышенное давление в соответствующем гидроцилиндре, осуществляющем стабилизацию остова.

Гидравлическая система стабилизации остова трактора, содержащая гидронасос, связанные с ним гирдравлически гидромоторы привода движителей, гидроцилиндры стабилизации остова трактора и предохранительные клапаны, отключаются тем, что с целью автоматической стабилизацией остова трактора в вертикальной плоскости и перераспределение крутящих моментов на движителях трактора в зависимости от моментов их сопротивления на склонах, она снабжена гидромоторами, перераспределяющими давление жидкости в системе, включенными между гидромоторами привода движителей и гидроцилиндрами стабилизации остова трактора и связанными своими волами через муфту.

4.5 Вывод по обзору конструкций систем стабилизации

На основании обзора конструкций систем стабилизации горных тракторов на склонах, можно отметить некоторые недостатки конструкции. В данных системах в качестве датчиков угла применяются массивные металлические маятники, которые имеют большую чувствительность к динамическим колебаниям, повышается вероятность возникновения колебаний маятника, что влечет за собой нежелательное явление, колебания остова трактора. При применении гасящих демпферов маятника увеличивается зона нечувствительности данной системы стабилизации. Все эти недостатки устраняются с применением предлагаемой конструкции, которая приводится в пятом разделе. В этой конструкции датчиком угла является гировертикаль, которая обладает высокой стабилизацией в горизонтальном положении, с минимальной зоной нечувствительности, т.к. в ней применяется радиоэлектронная схема, а также обладает быстродействием, что позволит снизить до минимума время запаздывания системы стабилизации, то есть практически следить за траекторией движения ходовой части трактора, в результате чего можно поднять рабочие скорости на склоне, повысив безопасность и улучшив условия труда водителя, а та4к же обеспечить повышение производительности труда.

5. Механизм стабилизации

5.1 Общие сведенья

Электрическое питание а) напряжение переменного тока 36 вольта 400 герц б) напряжение постоянного тока 24 вольта Источники гидравлического питания :

Гидросистема на гидросмеси АМГ-10 с давлением 60−210 атм.

Максимальный расход гидросмеси 10.5 л./мин.

Время готовности механизма стабилизации не более100 сек.

Максимальное усилие развиваемое агрегатом исполнения РА-5ВП 155 кГ Температурный диапазон работы механизма стабилизации +50 -60 градусов Цельсия.

Вес агрегатов механизма стабилизации:

а) Центральная гировертикаль (ЦГВ-2) 7.8кг.

б) Магнитный и ламповый усилитель 0.4кг.

в) Агрегат исполнения 4.6кг.

г)Датчик обратной связи 0.4кг.

д) Преобразователь ПТ-125 10.2кг.

Вес механизма составляет не более 25 кг.

5.2 Общий принцип работы механизма стабилизации

Механизм стабилизации предназначен для приведения кабины оператора и рамы малогабаритной горной машины в горизонтальном положении при работах на склонах, и повышая устойчивость малогабаритной машины на склонах.

Основной частью механизма стабилизации является силовой исполнительный элемент РА-5ВП.

Комплект механизма стабилизации состоит из трех основных частей: сумматора — усилителя, агрегата исполнения и устройства измеряющего величину отклонения выходного звена агрегата исполнения называемого датчиком обратной связи.

Рисунок 5.1 Схема общего принципа работы стабилизации.

Назначение каждой из указанных частей следующее: сумматор усилитель — суммирует входные сигналы и усиливает их сумму до такой степени, чтобы она смогла привести в действие исполнительного агрегата.

Характеристика сумматораусилителя линейная, то есть величина результирующего усиленного сигнала, являющегося выходом сумматора-усилителя, пропорциональна алгебраической сумме входных сигналов. При наличии лишь одного входного сигнала входной сигнал усилителя будет пропорционален входному.

Входом сумматора-усилителя является многообмоточный магнитный усилитель. Входным сигналом является ток в какой-либо из обмоток магнитного усилителя.

Входной ток сумматора — усилителя является входным сигналом для исполнительного агрегата.

Агрегат исполнения приводит в движение гидрораспределитель силового гидроцилиндра управления кабиной малогабаритной машины и рычаг датчика обратной связи от сигнал, поступающего от сумматора-усилителя. Причем скорость перемещения выходного звена агрегата исполнения пропорциональна входному сигналу, то есть выходному сигналу сумматора — усилителя.

Датчик обратной связи является элементом, обеспечивающим пропорциональность между перемещением выходного штока исполнительного агрегата и величиной выходного сигнала.

Датчик обратной связи замеряет величину перемещения выходного штока исполнительного агрегата и подает сигнал, пропорциональный этому перемещению, на вход сумматора-усилителя для остановки агрегата исполнения.

Для уяснения роли датчика обратной связи рассмотрим действие механизма стабилизации, в котором отсутствует сигнал датчика обратной связи.

При поступлении входного сигнала определенной величины-L1 после его усиления шток агрегата исполнения будет перемещаться с соответствующей скоростью V1 и дойдет до предельного положения, определяемого упорами в самом агрегате исполнения.

При снятии входного сигнала выходной шток агрегата исполнения остается в предельно отключенном положении.

Если бы был задан сигналL2, отличающийся по величине от L1 допустим в 2 раза, выходной шток, перемещаясь со скоростью V2, отклонился бы тоже до предельного положения.

Таким образом без датчика обратной связи нет соответствия между положением штока агрегата исполнения и величиной входного сигнала.

При наличии сигнала датчика обратной связи процесс будет проходить следующим образом:

Под действием усиленного входного сигналаL1 шток агрегата исполнения начнет перемещаться со скоростью V1. По мере перемещения штока датчик обратной связи, замеряя в каждый момент времени его положение, подает на вход сумматора-усилителя нарастающий сигнал {ioc.} обратной связи.

Сигнал этот подается тихим образом, что бы уменьшить скорость перемещения штока агрегата исполнения, то есть этот сигнал уменьшает действие входного сигнала, вычитается из него.

Таким образом, по мере перемещения выходного штока агрегата исполнения суммарный сигнал уменьшается — уменьшается скорость перемещения.

Наконец, выходной шток достигает такого положения, при котором с датчика обратной связи поступает сигнал обратной связи, равный входному сигналу. Результирующий сигнал становится равным нулю. Шток агрегата исполнения останавливается в этом положении.

При снятии входного сигнала (i1=0) на входе сумматора — усилителя осатется сигнал датчика обратной связи ioc.

Под действием этого сигнала штока агрегата исполнение начнет перемещаться в обратную сторону (к нейтральному положению).

По мере приближения к нейтральному положению сигнал датчика обратной связи ioc уменьшается — уменьшается скорость движения выходного штока. При подходе штока к нейтральному положению сигнал датчика обратной связи становится равен нулю — шток остановится в нейтральном положении, тем самым отключает гидрораспределитель силового гидроцилиндра перемещения кабины оператора.

5.3 Принципиальная схема механизма стабилизации МГМ

Электрическое питание схемы механизма стабилизации малогабаритной горной машины производится от аккумуляторных батарей или генератора постоянного тока входящие в энергосистему горной машины.

Включение механизма стабилизации производится тумблером В-1 «Включение питания». Тумблером В-2 «Запуск преобразования» запускается преобразователь ПТ-125, который преобразует постоянное напряжение24 Вв переменное трехфазное напряжение 36 В, 400 герц для питания схемы.

Тумблером В-3 «Включение гиродатчика» срабатывает реле, которое через замкнутые контакты подается переменное напряжение 36 вольт в гироагрегат для питания гиромоторов и на ТР-2 входящее в схему усилителей сигнала гиродатчика и датчика обратной связи.

Тумблером В4 «Включение потенциометров» подается напряжение для питания потенциометрических датчиков крена и обратной связи. После трехминутного прогрева ламп усилителей и набора оборотов гиромоторов ЦГВ-2 нажимаем кнопку «Арретир» для ускоренного восстановления платформы ЦГВ-2 к вертикали из любого положения. Затем включаем тумблер В-5 «Выключение агрегата исполнения», который подает постоянное напряжение на обмотки реле поляризованного и электромеханического клапана, который перекрывает выходные каналы сообщения между двумя полостями гидроцилиндра.

При неисправности схемы механизма стабилизации тумблер В5 отключают и электромеханический клапан открывает сообщение между двумя полостями гидроцилиндра агрегата исполнения и оператор может пользоваться ручным управлением механизма стабилизации кабины горной машины. четырехгусеничный горный машина стабилизация Потенциометром П-4 регулируется величина сигнала, поступающего в магнитный усилитель при отклонении кабины на определенный угол.

При использовании в качестве датчиков углов крена ЦГВ-2 максимальный сигнал, снимаемый с потенциометра П4 в обмотку магнитного усилителя 12−13, будет примерно 0,33 мА/град ЦГВ-2.

Сопротивление R26 предназначено для обеспечения линейности характеристики сигналов, поступающих с датчика ЦГВ и ограничения их величины.

Сопротивление R37 в цепи датчика обратной связи определяет крутизну характеристики сигнала, поступающего на вход магнитного усилителя 18−19. При сопротивленииR37=10 ком. Эта величина примерно равна 0,05Та/град отклонения датчика обратной связи.

Постоянное сопротивление R18, R19 и R25 обеспечивают необходимую работу магнитного усилителя величину тока подмагничивания. Сопротивления R18, R18 и R25, входящие в схему моста обеспечивают необходимый диапазон и точность регулировки.

Потенциометр R32 для центровой кабины малогабаритной машины, когда остов и гиродатчик находятся в горизонтальном положении.

Усилительная часть охвачена отрицательной обратной связью, обеспечивающий стабильность коэффициента усиления усилителя.

Напряжение обратной связи снимается с выхода фазочувствительного выпрямителя и через ячейку RC состоящую из сопротивлений R16, R16/1и R16/2 и емкости С8 подается на входную обмотку 10−11 усилителя.

Ячейка RCслужит для предотвращения возникновения генерации усилителя при подключении отрицательной обратной связи.

5.4 Назначение и принцип действия отдельных агрегатов механизма стабилизации

5.4.1 Центральная гироскопическая вертикаль ЦГВ-2

Питание:

А) Напряжение переменного тока 36 В от +10% до -5% частота 400Гц 2%

Б) Напряжение постоянного тока 27 В.

Потребляемый переменный ток в установившемся режиме не более 1,1 А в каждой фазе.

Диапазон предельных углов по продольному крену65%

Время готовности не более 3 минут.

Центральнаягировертикаль используется в механизме стабилизации в качестве чувствительного элемента и служит для измерения углов отклонения кабины оператора от положения вертикали.

Центральная гировертикаль представляет собой двухгироскопическуюсистему с силовой стабилизацией корректируемую по вертикали от жидкостного маятникового переключателя. Съем сигнала пропорционально углу продольного крена производится с потенциометрических датчиков установленных на осях прибора.

Для быстрого восстановления платформы к вертикали применяются механические маятники расположенные на платформе. каждый маятник работает только в одной плоскости и имеет контактное устройство, напряжение на которое подается при нажатии кнопки «Арретир» и приводит платформу к вертикали с точностью 1,5−2 из любого положения. Дальнейшее точное восстановление платформы к вертикали осуществляется системой коррекции, находящееся внутри гировертикали.

5.4.2 Усилитель магнитный

Усилитель магнитный предназначен для суммирования, усиления и преобразования управляющих сигналов постоянного тока в сигналы переменного тока.

Принцип действия магнитного усилителя основан на использовании не линейности кривой намагничивания ферромагнитных материалов.

Для уяснения принципа действия магнитного усилителя рассмотрим сердечник, который подвергается одновременному намагничиванию постоянным и переменным магнитными полями.

Для различных значений постоянной составляющей магнитной индукции можно построить пренебрегая явлением гистерезиса, кривую изменения напряженности магнитного поля Н.

Рисунок 5.2 График работы магнитного усилителя.

Переменная составляющая напряженности магнитного поля (Н) прямо пропорциональна переменному току (№) протекающую через обмотку переменного тока (W)/

На рисунке 5.2 видно, что с увеличением постоянной составляющей магнитной индукции Во, обусловленной подмагничиванием постоянным током, растет величина переменной составляющей Н, следовательно растет величина переменного тока.

Это равносильно тому, что с увеличением подмагничивающего постоянного тока магнитная проницаемость материала сердечника для переменной составляющей магнитного потока уменьшается, а следовательно, уменьшается и реактивное сопротивление обмотки переменного тока W.

Данный магнитный усилитель является мостовым усилителем напряжения и представляет собой два сдвоенных торроидальных сердечника. На сдвоенных сердечниках намотаны обмотки постоянного тока: сигнальные обмотки и обмотка подмагничивания. На одиночных сердечниках намотаны обмотки переменного тока.

Рис5.3

Схема соединения обмоток показана на рисунке 5.3

При отсутствии сигнала и при протекании постоянного тока подмагничивания Jи через обмотки Wn1 и Wn2 в сердечниках возникают магнитные потоки Фn1 и Фn2 направлены по стрелке, как указано на рисунке

В результате этого магнитные проницаемости обоих сердечников одинаковы, а следовательно реактивные сопротивления обмоток W1, W2, W3, W4, равны.

Рисунок 5.3.1

Из принципиальной схемы соединения обмоток переменного тока видно, что при равенстве сопротивлений этих обмоток Ивых=0.

Обмотки Wс1, Wс2 включены на встречу друг другу так, что при протекании через них постоянного тока Jc в указанном на схеме направлении, магнитный поток Фс2, возникающий в результате этого в сердечнике II, складывается с потоком подмагничивания Фn2, а магнитный поток Фn1 в сердечнике I вычитается из потока подмагничивания Фn1.

В результате изменения магнитной проницаемости реактивное сопротивление обмоток W3 и W4 уменьшается, а обмоток W1 и W2 возрастает, мост расбалансируется, и между точками c и d моста появляется разность потенциалов.

При изменении направления тока Jс потоки будут складывается в сердечнике I, а вычитаться в сердечнике II, и между точками c и d моста появится напряжение обратной фазы.

Если на средних стержнях дросселя имеется несколько сигнальных обмоток, то результирующий управляющий поток равен алгебраической сумме потоков, усилений и преобразование сигналов постоянного тока в сигналах переменного тока.

5.4.3 Усилитель

Усилитель предназначен для усиления сигналов переменного тока, поступающих с выхода магнитного усилителя, до величины и преобразования с последующим усилением сигналов до мощности, достаточной для управления поляризованным реле агрегата исполнения.

5.4.4 Агрегат исполнения

А) Источник питания гидросистемы малогабаритной горной машины.

Б) Рабочее давление в гидросистеме 50- 220 кг/с.

В) Допустимый расход рабочей жидкости при неподвижном исполнительном штоке до 1,5л./мин., при максимальной скорости перемещения штока не более 5,5 л/мин.

Г) Ход исполнительного штока 40 мм.

Д) Усилия развиваемое исполнительным агрегатом 150 кг.

Е) Рабочее напряжение питания цепи обмоток подмагничивания поляризованного реле и электромагнитного клапана 24 В.

Ж) Максимальная скорость движения исполнительного штока 50 мм/с.

Агрегат исполнения предназначен для включения гидрораспределителя силового гидроцилиндра малогабаритной горной машины для изменения угла наклона кабины оператора. Общий вид агрегата исполнения представлен на рисунке 5.7.

Работа агрегата исполнения основана на электрогидравлическом принципе. Сигнал поступающий с лампового усилителя, принимает электрической частью агрегата исполнения, который представляет собой поляризованное реле 7. Реле через соответствующие узлы и детали воздействуют на гидравлическую часть агрегата, которая приводит в движение дополнительный шток 1 связанный с гидрораспределителем.

Электрический сигнал получаемый от усилительного устройства воздействует на поляризованное реле 7.

Якорь реле 15, отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от знака сигнала, через рычаг 16 приводит в движение иглу 17 клапана управления 10. В след за иглой перемещается сам золотник, так как перемещение иглы нарушает равновесие гидравлических сил, действующих на торцы золотника.

Клапан управления, являясь распределительным устройством открывает доступ к жидкости, находящейся под давлением в одну из полостей гидроусилителя 18, соединяя одновременно вторую со сливом. Гидравлическую систему агрегата рабочая жидкость под давалением поступает из магистрали горной машины через входной штуцер. Проходя через фильтр 4, жидкость подает в редукционный клапан 3, который понижает давление рабочей жидкости до 40 атмосфер.