книги из ГПНТБ / Хайзерук Е.М. Кабелеукладчики. Вопросы теории и расчета

§ 2. АППАРАТУРА НАВЕДЕНИЯ

Работа аппаратуры наведения основана на использовании индукционного преобразования напряженности магнитного поля кабеля с током в э. д. с. магнитоприемника антенного датчика.

Извлекаемый кабель подключается к генератору по схеме «кабель — земля». Ток, протекающий в кабеле, создает вокруг него электромагнитное поле, магнитная составляющая которого воспринимается магннтоприемником. Составной частью магнито­ приемника является катушка на ферритовом сердечнике (рамка), к которой параллельно подключен конденсатор. Образованный контур настраивается на частоту сигнала генератора для обеспе­ чения требуемой помехозащищенности приемного устройства. С целью защиты катушки от влияния электрической составляю­

лярно или параллельно поверхности земли (рис. 89, / ) . В первом случае катушку называют вертикальной, во втором — горизон­ тальной. Э. д. с. катушек зависит от их положения относительно кабеля, по которому проходит сигнальный ток, и определяется модулями вертикальной и горизонтальной составляющих вектора напряженности Н магнитного поля сигнального тока.

Изменение э. д. с. у вертикальной катушки происходит более резко, чем у горизонтальной (рис. 89, / / ) , при смещениях их в горизонтальном направлении вдоль оси х. Если вертикальная катушка находится над кабелем (х — 0), то ее э. д. с. Е равна нулю., У горизонтальной катушки в аналогичных условиях Е имеет максимум, причем вблизи х = 0 э. д. с. изменяется мало. По указанным причинам вертикальная катушка оказывается более чувствительной к горизонтальным перемещениям, чем горизонтальная катушка. Поэтому вертикальная катушка нахо­ дит применение в некоторых системах наведения тягача по курсу и вскрывающего корпуса — по горизонтали.

150

Однако э. д. с. вертикальной катушки при х = О резко изме­ няется, если магнитная ось ее поворачивается на некоторый угол а' относительно оси у. При этом направленная вдоль магнит-

Рис. 89. Вертикальный (а) и горизонтальный (б) датчики:

ной оси катушки составляющая Я ' вектора напряженности Я магнитного поля

Я ' = Я sin а' =ь Я sin а.

Такие повороты магнитной оси вертикальной катушки возни­ кают, например, при кренах тягача. Напряженность Я ' индук­ тирует в катушке э. д. с , не соответствующую боковому смещению катушки, что приводит к формированию неправильного упра­ вляющего сигнала системы.

Горизонтальная катушка лишена этого недостатка, и при углах поворота ее во время кренов на угол ±15° у нее практически

151

сохраняется постоянное значение наводимой э. д. с. Поэтому в системах курса горизонтального и вертикального наведения целесообразно применять горизонтальные катушки. Датчики первых двух систем состоят из двух катушек с равномерной на­ моткой, расположенных на одной горизонтали и раздельно вклю­ ченных на вход соответствующих усилительно-преобразующих блоков. Блоки всех систем однотипны.

Рассмотрим работу аппаратуры наведения на примере системы вертикального наведения вскрывающего корпуса. Эта система содержит датчик глубины с горизонтальной катушкой, разме­ щенной во вскрывающем корпусе, и датчик опорного напряжения. Последний установлен на фиксированном расстоянии от кабеля, поэтому величина наводимой в нем э. д. с. остается постоянной при одинаковой силе тока в кабеле.

Необходимым условием надежной работы этой системы является независимость в заданных пределах величины э. д. с , наводимой в датчике глубины, от величины его горизонтального перемещения относительно извлекаемого кабеля. Выполнение этого условия обеспечивается неравномерной намоткой катушки датчика глу­ бины с увеличивающимся числом витков у концов катушки

Сигналы от датчика глубины 1 (рис. 90) и датчика опорного напряжения 2 через резонансные усилители 3 и 4 поступают на сумматоры 5 и 6. На вых"оде сумматора 5 сигнал равен сумме входных сигналов, а на выходе сумматора 6 — их разности. Этот эффект достигается соответственно согласным и встречным включением обмоток трансформаторов. Суммарный сигнал усили­ вается усилителем 8, после чего часть сигнала подается через усилитель-ограничитель 11 на вход фазового детектора 12 в ка­ честве опорного сигнала, а другая — через фазовращатель 9 на вход сумматора 10, На второй вход сумматора 10 подается разностный сигнал, усиленный усилителем 7.

В сумматоре 10 осуществляется преобразование амплитудных изменений сигнала датчика глубины в фазомодулированиый сигнал рассогласования, имеющий сдвиг по фазе с опорным сиг­ налом. Величина сдвига фаз определяется расстоянием между датчиком глубины и кабелем. Такой способ формирования сигнала позволяет значительно повысить помехозащищенность системы и обеспечить независимость появления выходного сигнала аппа­ ратуры от величины тока в кабеле при изменении последнего на ± 3 0 % .

Сигнал с сумматора 10 через усилитель-ограничитель 13 подается на второй вход фазового детектора 12. Наличие усилите­ лей-ограничителей позволяет устранить остатки паразитной ампли­ тудной модуляции сигнала и обеспечить в пределах нужной обла-

1 Смирнов В. И., Малахова В. М., Лугвин В. Г., Хайзерук Е. М. Авторское свидетельство № 249437. «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1969, № 25.

152

сти ограничения независимость выходного сигнала фазового детектора от изменения усиления усилителей 3, 4, 7 и 8.

С выхода фазового детектора сигнал подается на световой индикатор 14 и через усилитель постоянного тока 15 — на один из электромагнитов 16 распределительного золотника. Напряже­ ние на выходе фазового детектора 12 пропорционально измене­ нию расстояния между датчиком глубины и кабелем.

Номинальное расстояние между датчиком и кабелем (поло­ жение нейтрали) определяется заданной величиной защитного слоя грунта, оставляемого над-кабелем. При размещении датчика глубины на нейтрали напряжения на нем и на опорном датчике

Рис. 90. Структурная схема приемного устройства системы вертикального наведения вскрывающего корпуса

равны и разностный сигнал на выходе сумматора 6 равен нулю. При этом сигналы на входе фазового детектора окажутся сдвину­ тыми относительно друг друга по фазе на угол 90° и выходной сигнал на фазовом детекторе будет равен нулю. Если расстояние между датчиком глубины и кабелем относительно нейтрали изме­ нится, то напряжение на датчике глубины будет отличаться от напряжения на датчике опорного напряжения. Изменение сиг­ нала датчика глубины по величине относительно сигнала датчика опорного напряжения вызывает появление на выходе фазового детектора сигналов одной или другой полярности.

Отклонения датчиков аппаратуры наведения (курсового и установленных во вскрывающем корпусе) от нейтрального поло­ жения вызывают появление управляющих сигналов на выходе приемных устройств только в том случае, если эти отклонения превосходят величины, определяемые положениями границ зон нечувствительности. Положения этих границ различны для кур­ совой системы наведения тягача и для систем горизонтального и вертикального наведения вскрывающего корпуса.

153

Исследования показали, что ток в извлекаемом кабеле может изменяться в широких пределах. Для ограничения этих пределов до ± 3 0 % от установленного значения генератор аппаратуры наведения имеет глубокую автоматическую регулировку усиле­ ния, обеспечивающую постоянство тока в кабеле при изменении нагрузки от 0 до 5 кОм.

При конструировании кабелеизвлекающих машин важное

указанной цепи и цепи корпус тягача—земля не сохраняется постоянным вследствие запыленности шарниров гусениц. Кроме того, сопротивление этой цепи может стать большим, чем контакт­

корпус и наводит в датчиках последнего э. д. с. большую или соизмеримую с э. д. с. от сигнального тока, протекающего по кабелю, вызывая этим ложные срабатывания систем горизонталь­ ного и вертикального наведения. Для устранения этого дефекта генератор на сухих грунтах должен заземляться через элемент,

собой совокупность поступательных перемещений и поворотов вокруг мгновенных центров, положение которых определяется воздействиями водителя на механизмы поворота тягача, степенью буксования гусеничного движителя и координатами центра пово­ рота относительно середины опорной поверхности гусениц.

На рис. 91 показана схема движения гусеничного тягача кабелеизвлекающей машины по трассе линии. На схеме штрихпунктирной линией показана трасса кабельной линии, а штрихо­ выми линиями — границы полосы, при достижении которых водитель (или гидроцилиндр автоводителя) включает соответ­ ствующий механизм поворота тягача и поддерживает его в таком состоянии до тех пор, пока центр носовой части тягача не распо­

кин В. П. Авторское свидетельство № 251039. «Открытия, изобретения, промыш­ ленные образцы, товарные знаки», 1969, № 27.

154

ности автоводителя. Отрезок 1' 1 показывает положение про­ дольной оси тягача в начальный момент движения.

Из положения VI продольная ось тягача приходит в положе­ ние 2'2 путем поворота влево вокруг центра С х . Далее тягач движется поступательно вдоль прямой 2'2, пока центр носовой части не достигнет точки 3', а центр кормовой части—точки 3. Затем следует поворот вправо вокруг центра С3 в положение 4'4.

Рис. 91. Схема движения гусеничного тягача кабелеизвлекагощей ма­ шины по трассе

В следующие периоды процесс движения, как и ранее, состоит из совокупности поворотов вокруг центров С5 , С7 и поступатель­ ных перемещений.

Уравнение оси трассы в плане для системы координат

У = F (*),

а уравнения границ зоны нечувствительности

Если границы полосы зоны нечувствительности удалены от оси трассы на одинаковое расстояние а, отсчитываемое по нор­

155

тягача, дает возможность найти уравнение траектории тягача. Однако, если неизвестен конкретный вид функции F {х), реше­ ние получается громоздким.

Практический интерес при определении траектории машины представляют такие случаи движения, когда форма трассы—пря­ мая линия или кривая, состоящая из дуг окружности различной кривизны.

J 56

£Аф(. — алгебраическая сумма приращений этого угла

до этапа 2п — 1.

157

Координаты точки Л 2,!+1 носовой части машины после пово­ рота определяются как координаты точки пересечения дуги окруж­

как угол между двумя пересекающимися прямыми А2 „С2 „. и

•^2/1+11-'2//+1-

N2»+1 Qa/l+l _ ^21 — Qo/1+l

кой тягача границы зоны нечувствительности, которая в рассма­

так как движение происходит в положительном направлении оси у.

Дальнейший этап движения — поворот вокруг центра С2 „+ 3 . Последующие этапы движения тягача по прямолинейному участку трассы определяются по формулам, подобным (58)—(62); входящие в них координаты должны быть заменены величинами,

соответствующими определяемому этапу движения.

158

Пользуясь вышеизложенной методикой, можно вывести фор­ мулы для определения траектории машины, движущейся по трассе криволинейной формы.

Траектория движения тягача по трассе извлекаемого из грунта кабеля может быть построена графически. С целью уменьшения трудоемкости графического построения можно воспользоваться прозрачным шаблоном с отверстиями, соответствующими взаим­ ному расположению носовой и кормовой точек тягача и центра его поворота, и с линией продольной оси тягача. Такой шаблон позволяет легко намечать положения носовой и кормовой точек тягача и имитировать его поворот вращением шаблона вокруг иглы, вставленной в отверстие, соответствующее центру поворота.

Рис. 94. Схема движения тягача кабелеизвлекающей машины по прямолинейному участку трассы:

При таком построении принимается допущение о том, что тягач совершает повороты только по окружности с фиксированным радиусом. Это допущение несущественно снижает точности резуль­ татов, хотя поворот гусеничного тягача (трактора) в действитель­ ности происходит в начальный и завершающий моменты по ква­ зиклотоиде. Установившееся движение по окружности имеет

некоторый угол с направлением трассы. По мере движения тягача поперечные отклонения кормовой точки от трассы быстро умень­ шаются и становятся близкими друг к другу: движение приобре­ тает регулярный характер.

На рис. 94, б показана траектория движения тягача с анало­ гичными начальными условиями,, .но при управлении тягачом

159