Результат интеллектуальной деятельности: Способ контроля поступательного перемещения звеньев механизма с помощью инклинометров

Изобретение относится к области теории механизмов и машин и может быть использовано для контроля с помощью инклинометров поступательного перемещения звеньев малоскоростных рычажных механизмов с одной степенью свободы, для которых непосредственный контроль перемещения этих звеньев невозможен либо нецелесообразен.

Во многих из используемых в машиностроении механизмах, работающих преимущественно от гидравлических приводов, а это различные подъемные механизмы, дорожные машины, механизмы навесного оборудования и т.п., контроль промежуточных положений звеньев в требуемом направлении (например, вертикальная установка отвала бульдозера) осуществляют визуально, а этого бывает недостаточно. Проводить в процессе эксплуатации непосредственный контроль поступательного перемещения звеньев с помощью, к примеру, дальномерных датчиков, по техническим причинам бывает и нецелесообразно, и не всегда возможно. Между тем, если механизм с одной степенью свободы содержит звено с угловым перемещением, а между углом и контролируемым поступательным перемещением (что является обычным для большинства таких механизмов) существует однозначное соответствие, можно осуществлять косвенный контроль перемещения по результатам измерения угла.

В качестве датчиков угла могут быть использованы акселерометры либо сделанные на их основе промышленные инклинометры, фиксирующие линейные ускорения и тем самым позволяющие в статике (либо в близком к статике состоянии) определять положение датчика по отношению к вертикали (вектору ускорения свободного падения). Современные MEMS инклинометры удобны, малогабаритны и достаточно точны (compel.ru>lib/141720 Точное измерение наклона объекта с помощью специализированных MEMS - датчиков ST). В составе платы, включающей маломощный передатчик, инклинометры достаточно легко могут быть размещены даже на небольших звеньях механизма. Контролирующее устройство должно принимать показанья инклинометров и определять по ним положение контролируемых звеньев.

Известны методы определения положения звеньев механизмов с низшими парами (Н.И. Левитский. Теория механизмов и машин. М. «Наука», 1990 г., стр. 50-56), при которых устанавливается функция положения - аналитическая зависимость между положением входного (входных) и выходного звена.

Если за входное звено механизма с одной степенью свободы принять ось установленного на качающееся звено инклинометра и выбрать систему координат, при которой одна из координатных осей совмещается с контролируемым перемещением выходного звена, то найденная функция положения позволит связать угол инклинометра λ с искомым перемещением X.

Функцию положения можно представить в виде:

где:

X - контролируемое перемещение,

λ - показание угла инклинометра,

a_i - параметры механизма, входящие в аналитическую зависимость, в число которых входит и угол установки инклинометра на качающемся звене с учетом постоянной погрешности показаний прибора.

При фиксированных значениях параметров а_i, функция положения точными либо приближенными методами позволяет каждому значению λ поставить в соответствие перемещение X. Недостатком практического использования этого метода является то, что в реальных механизмах каждый из параметров а_i, включая и погрешность установки инклинометра и его постоянную погрешность показаний, имеет разброс. Более того, и разброс параметров механизма может быть дан не непосредственно, а должен быть определен через размерную цепь, что еще более понизит точность позиционирования конечного звена. Все эти факторы способствуют тому, что точность определения перемещения X может оказаться слишком низкой. Непосредственное же измерение параметров a_i на конкретном механизме по большей части невозможно технически.

За наиболее близкий способ контроля поступательного перемещения звена рычажного механизма с одной степенью свободы в зависимости от показаний установленного на его качающемся звене инклинометра, с использованием фактических замеров поступательного перемещения контролируемого звена (прототип) можно принять получение зависимости Х(λ) методом интерполяции, на основе определенного числа предварительно осуществленных замеров (Н.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. Справочник по математике. М. «Наука», 1986 г., стр. 502-505). Но кривые, получаемые с помощью интерполяционных многочленов либо с использованием сплайн-интерполяции, могут существенно отличаться от реальной функции положения. Добиться требуемой точности даже при большом числе замеров бывает практически невозможно. Кроме того, метод становится очень трудоемким, особенно при контроле звеньев с большим перемещением, а после замены и повторных калибровок инклинометра всю процедуру получения замеров приходится повторять заново.

Цель изобретения - повышение точности определения поступательного перемещения звена, упрощение подготовки исходных данных на предварительном этапе и при переустановке и повторной калибровке инклинометров за счет использования функции положения с уточненными параметрами, полученными на основе замеров положения контролируемого звена.

Для достижения цели предложен способ контроля поступательного перемещения звена рычажного механизма с одной степенью свободы в зависимости от показаний установленного на его качающемся звене инклинометра, с использованием фактических замеров поступательного перемещения контролируемого звена, заключающийся в том, что поступательное перемещение в процессе эксплуатации определяют с помощью функции положения, параметры которой уточняют с использованием фактических замеров.

Реализация способа предполагает следующий порядок действий на предварительном этапе и в процессе эксплуатации.

а) На предварительном этапе:

1. С помощью известных методов (Н.И. Левитский. Теория механизмов и машин. М. «Наука», 1990 г., стр. 50-56) определяют в явном либо неявном виде функцию положения, связывающую угол инклинометра λ, с искомым перемещением X.

2. С помощью точных дальномерных датчиков либо специализированных измерительных приспособлений или приборов, делают n замеров по числу входящих в функцию положения уточняемых параметров и фиксируют в контролирующем устройстве поступательное перемещение звена Х₁, … Х_n и соответствующие им значения инклинометра λ₁,… λ_n.

3. Точными либо приближенными методами решают систему уравнений относительно входящих в функцию положения независимых параметров a_i:

Найденные фактические значения параметров а_{ запоминают.

б) В процессе эксплуатации механизма считывают текущее показание инклинометра λ и, используя соотношение (1) с найденными фактическими значениями а_i, определяют текущее значение X, контролируя тем самым искомое перемещение.

с) При переустановке, повторной калибровке либо замене инклинометра делают только один замер Х_н, соответствующий показанию λ_н, и, с помощью соотношения (1), определяют для дальнейшего использования новый угол установки инклинометра.

Пример

Рассмотрим механизм погрузчика на основе подъемного гидравлического стола с одной парой используемых рычагов (ножниц) (Фиг. 1).

1. Искомую высоту перемещениях можно найти по формуле:

где:

a1, а2 - постоянные составляющие высоты, которые с точки зрения кинематики механизма можно рассматривать как единое звено,

d - длина рычага ножниц,

λ - показанья инклинометра,

δ - угол установки инклинометра по отношению к рычагу ножниц.

В формулу (3) входят три требующих уточнения параметра: d, δ и совместно рассматриваемые (a1+а2). В соответствии с этим необходимо получить не менее 3-х условий, связывающих эти параметры.

2. На реальном механизме в 3-х положениях делаем замеры высот X₁, Х₂, Х₃ и фиксируем соответствующие им показания углов инклинометра λ₁, λ₂, λ₃.

3. Используя формулу (3) для каждого из 3-х положений записываем:

В (4) искомыми неизвестными будут параметры: (a1+a2), d, δ.

Решая относительно них систему находим:

где:

Найденные по формулам (5) - (8) параметры: (a1+a2), d, δ - это те фактические значения, которые характерны именно для данного конкретного механизма. В дальнейшем, используя полученные значения на основе показаний инклинометра λ по формуле (3), определяют высоту X, контролируя тем самым высоту в подъемном механизме.

В случае смены, калибровки либо переустановки инклинометра делаем единственный замер Х₄, соответствующий показанию λ₄, на основе которого определяем с использованием (3) модифицированный параметр 3:

Подставляем в формулу (3) модифицированный параметр δ и на основе показаний инклинометра λ определяем высоту X, контролируя тем самым высоту в подъемном механизме.

Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа контроля поступательного перемещения звеньев механизма с помощью инклинометров является повышение точности определения поступательного перемещения звена, упрощение подготовки исходных данных на предварительном этапе и при переустановке и повторной калибровке инклинометров.