DD208958A5 - Vorrichtung zur parallelachsigen kinematischen steuerung eines hebemaschinen-auslegers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dynamischen Steuerung eines senkrecht zur drehbaren Plattform einer Hebemaschine schwenkbaren Auslegers. Ihr Ziel ist eine solche Verbesserung der Hebemaschinen-Ausleger-Steuerung, dass ein schnellerer Entleerungsvorgang des Arbeitsgeraetes ermoeglicht, ein Materialueberwurf auf das Fahrerhaus ausgeschlossen und damit ein Rueckwandueberwurfschutz unnoetig wird. Sie hat die Aufgabe, eine waehlbar vorgegebene Drehmomentenkurve des Auslegers ueber seinen Schwenkbereich sowie eine waehlbar bestimmte Bewegungsfuehrung des Arbeitsgeraetes zu realisieren. Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens eine drehbar am Ausleger gelagerte, aus einer starren Verbindung mehrerer Kraftangriffspunkte bestehende Koppel-Schwinge vorgesehen ist, wobei zwei Kraftangriffspunkte mit der Plattform der Hebemaschine verbunden sind. Als Verbindungsglieder dienen eine laengenunveraenderliche Verbindung und eine laengenveraenderbares Stellglied. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung vom laengenveraenderbaren Stellglied eine aktive Kraft eingefuehrt und damit von der laengenunveraenderlichen Verbindung zwischen Koppel-Schwinge und eine Plattform eine Reaktionskraft erzeugt wird.
Description
1 ~ 09. 09. 1982
AP B 66 C/236 825/7 60 205/25 Ii
Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Hebemaschinen-Auslegers
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur dynamischen Steuerung eines senkrecht zur drehbaren Plattform einer mobilen Hebemaschine schwenkbaren Auslegers. Die Erfindung findet bei Baumaschinen, insbesondere Erdbewegungsmaschinen Anwendung.
Durch die DE-Offenlegungsschrift 2 551 120 ist bereits ein hydraulisch betätigter, selbstfahrender Bagger mit einem um eine senkrechte Achse schwenkbaren Oberwagen und einem an diesem um eine horizontale Achse drehbar angelenkten, aus Grundausleger und Stiel bestehenden Ausleger mit einer an dessen freiem Ende schwenkbaren Schaufel bekanntgeworden. Im vorderen Drittel des Grundauslegers (vgl. Figur 4) dieses Baggers ist in einem Schenkpunkt eine zweiarmige Schwinge schwenkbar gelagert, an deren dem Oberwägen zugewandten Ende in einem Schwenkpunkt eine Stange angelenkt ist, die in fester Verbindung zum Oberwagen steht.
Eine weitere vergleichbare Vorrichtung ist auch in der DE-Auslegeschrift 1 207 279 beschrieben.
Nachteilig an diesen vorbekannten Anordnungen wirkt sich jedoch aus, daß deren Ausleger nicht vorgebbar drehmomentsteuernd regelbar sind.
Es ist damit keine automatische winkelkonstante Schaufelsteuerung beim Heben und Senken des Auslegers möglich. Bei Bedienungsfehlern kann es zum Materialüberwurf auf bzw. in Richtung des Fahrerhauses kommen, es ist ein hoher und verhältnismäßig schwerer Riickwandüberwurfschutz erforderlich. Der Entleerungsvorgang durch Abkippen des Arbeitsgerätes
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nimmt verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch. Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist eine solche Verbesserung der par a 1-1 e 1-achaigen kinetischen Steuerung eines Hebemaschinen-Auslegers, welche einen schnellen Entleerungsvorgang des Arbeitsgerätes ermöglicht, einen besonderen Rückwandüberwurfschutz an der Hebemaschine unnötig macht sowie einen Materialüberwurf auf bzw. in Richtung des Fahrerhauses ausschließt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drehmomentsteuerung sowie ein Verfahren zur Drehmomentsteuerung des Auslegers einer Hebemaschine zu entwickeln, wonach der Ausleger mit einer wählbar vorgegebenen, z. B. konstanten Drehmomentenkurve über seinen Schwenkbereich steuerbar ist. Weiterhin soll dem Arbeitsgerät eine wählbar bestimmte Bewegungsführung vorgegeben werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens eine drehbar am Ausleger gelagerte Koppel-Schwinge vorgesehen ißt, die aus einer starren Verbindung mehrerer Kraftangriffspunkte besteht, wobei zwei Kraftangriffspunkte mit der Plattform der Hebemaschine verbunden sind.
Der eine Kraftangriffspunkt ist dabei über eine längenveränderliche Verbindung und der andere Kraftangriffspunkt über ein längenveränderbares Stellglied mit der Plattform verbunden. Die senkrechte Projektion der Drehachse der Koppel-Schwinge liegt auf einer Verbindungslinie zwischen den beiden Kraftangriffspunkten, die Drehachse selbst befindet sich in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungslinie der zwei Kraftangriffspunkte.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt die senkrechte Projektion der Anlenkachse der längenunveränderlichen Verbindung an der Plattform auf einer Verbindungsebene swischen der Auslegerachse und der Anlenkdrehachse des längenveränderbaren Stellgliedes an der Plattform. Die Anlenkachse befindet sich oberhalb der oben genannten Verbindungsebene zwischen der Auslegerachse und der Anlenkdrehachse. Die Anlenkachse liegt der Drehachse der Plattform erfindungsgemäß räumlich näher als die Anlenkdrehachse, wobei sich die Mittellinien der lSngenunveränderlichen Verbindung und des längenveränderbaren Stellgliedes im Bereich zwischen der Koppelschwinge und der Plattform nicht kreuzen. Die Koppel-Schwinge ist ein einteiliges, bevorzugt nur in einer Ebene ausgebildetes Bauteil. Als längenveränderbares Stellglied wird vorteilhafterweise ein Hydraulikzylinder und als längenunveränderliche Verbindung eine Stange verwendet»
Schließlich ist es auch denkbar, den einen Kraftangriffspunkt Über einen kurzhubigen Zylinder und den anderen Kraftangriffspunkt Über ein längenveränderbares Stellglied mit der Plattform der Hebemaschine zu verbinden.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist der Drehmomentenverlauf des Auslegers über seinen Schwenkbereich in wählbar vorgegebenen Kurven steuerbar. Insbesondere kann er als konstanter Verlauf vorgegeben werden» Damit ist die Sicherheit gegeben, daß eine einmal ergriffene Last auch Über den ~ vollen Schwenkbereich des Auslegers bei konstanter Ausladung in jede kinematisch mögliche Höhe gehoben werden kann. Ein möglicherweiser kleineres Drehmoment des- Auslegers innerhalb seines Ausschwenkjbereiches braucht nicht mehr berUcksichtigt zu werden. Ein Abspritzen von Drucköl der Zylinder und damit das Entstehen von Verlusten wird vermieden.
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Als Folge der konstanten Drehmomentsteuerung wird eine Bewegung des Auslegers mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erreicht, was sich besonders vorteilhaft für ein präzises Arbeiten mit einem Arbeitsgerät, z. B« einem Lasthaken erweist»
Eine Weiterbildung der Erfindung mit einem am Ausleger-Oberteil drehbar gelagerten Anbauteil, einem daran angelenkten Arbeitsgerät und einem zwischen dem Ausleger und Anbauteil angelenkten Schwenkzylinder erlaubt mit zusätzlicher Anordnung eines Bewegungsführungspunktes an der Kraftwegekopplungi wählbar bestimmte Bewegungsführungen für ein Arbeitsgerät vorzugeben. Der zusätzliche Bewegungsführungspunkt ist über ein Arbeitsstellglied mit dem Arbeitsgerät verbunden. Als Arbeitsstellglied wirkt ein Hydraulikzylinder.
Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der zusätzliche Bewegungsführungspunkt einen Eckpunkt eines angenäherten, in Anbauteillängsrichtung orientierten Parallelogramms, das durch die Verbindung zu bzw. zwischen dem gemeinsamen Drehpunkt von Ausleger und Anbauteil, dem gemeinsamen Drehpunkt von Anbauteil und Arbeitsgerät sowie dem gemeinsamen Drehpunkt von Arbeitsgerät und Arbeitsstellglied bestimmt ist. Der zusätzliche Bewegungsführungspunkt befindet sich an der Koppel-Schwinge, oberhalb deren Drehachse in Auslegerlängsrichtung.
Bei maximaler Länge des Arbeitsstellgliedes, bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes und größter Länge des Schwenßzylinders zwischen Ausleger und Anbauteil führt das schwenkbare Arbeitsgerät erfindungsgemäß in seine Endausschwenkstellung an einen ober sei tig^n Anschlag des Anbauteils. Bei minimaler Länge des Arbeitsstellgliedes, bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes und
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größter Länge des Schwenkzylinders zwischen Ausleger und Anbauteil führt das schwenkbare Arbeitsgerät in seine Endausschwenkstellung an einen unterseitigen Anschlag des Anbauteils. Das Arbeitsstellglied ist über eine Koppel und eine Schwinge mit einer Kippschaufel verbunden.
Damit wird eine automatische winkelkonstante Schaufelsteuerung beim Heben und Senken des Auslegers erreicht·
Es ist eine automatische Ankippbegrenzung der Schaufel bei weit- bzw. relativ weitausgefahrenem Schwenkzylinder gegeben, und damit
- der Materialüberwurf zum Fahrerhaus hin bei Bedienungsfehlern zwangsläufig verhindert,
- kann auf hohen und somit schweren Rückwandüberwurfschutz verzichtet v/erden, was zu einer leichteren Konstruktion des Arbeitsgerätes führt,
- kann der Baggerführer den Füllvorgang des Arbeitsgerätes und auch seinen Bewegungsvorgang besser beobachten.
Ein Entleerungsvorgang durch Abkippen des Arbeitsgerätes erfolgt schneller, da es bereits durch die Winkelkonstanz eine Vorsteuerung in Abkipprichtung erhalten hat.
Das Verfahren zur Drehmomentensteuerung des Auslegers ist dadurch gekennzeichnet, daß in das durch die Vorrichtung dargestellte System vom längenveränderbaren Stellglied eine aktive Kraft eingeführt wird. Damit wird von der längenunveränderlichen Verbindung zwischen Koppel-Schwinge und Plattform eine Reaktionskraft erzeugt, die eine Funktion der aktiven Kraft dea längenveränderbaren Stellgliedes darstellt.
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Die Reaktionskraft ist bestimmt durch die Große der aktiven Kraft des längenveränderbaren Stellgliedes mal ihrem kürzesten Abstand zur Drehachse der Koppel-Schwinge, dividiert durch den kürzesten Abstand der Richtungslinie der längen-» unveränderlichen Verbindung und der Drehachse der Koppel-Schwinge ♦
Das an der Auslegerachse wirkende Drehmoment setzt sich aus der Summe der Momente, Kraft des längenveränderbaren Stellgliedes mal ihrem kürzesten Abstand zur Auslegeraohse und Reaktionskraft der längenunveränderlichen Verbindung mal ihrem kürzesten Abstand zur Auslegerachse zusammen.
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ausgehend von vorgegebenen Orten für die Ausleger-, die Anlenk- und die Anlenkdrehachse an der Plattform durch die Lagen der Kraftangriffspunkte in ihrem Verhältnis zur· Drehachse der Koppel-Schwinge der Drehmomentenverlauf des Auslegers über seinen Schwenkbereich in wählbar vorgegebenen Kurven steuerbar. Das Moment an der Auslegerachse wird in teilweisen oder auch ganzen Schwenkbereich des Auslegers konstant gesteuert.
Erfindungsgemäß wird ein angenommenes Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes bei einer Arbeitslängenveränderung nur des Schwenkzylinders gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes winkeIkonstant verschoben· Bei einer Arbeitslängenveränderung des Schwenkzylinders erfolgt eine aktive Nachsteuerung des längenveränderbareja Stellgliedes derart, daß das Schwerpunkt-Koordinatensystem gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes nur in Richtung einer Koordinate verschoben wird. Ein Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes wird bei einer
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Arbeitslängenveränderung nur des längenveränderbaren Stellgliedes gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse bis zur Schwen,endsteilung des Arbeitsgerätes winkelkonstant verschoben· Schließlich wird bei einer Arbeitslängenveränderung des längenveränderbaren Stellgliedes die Arbeitslänge des Schwenkzylinders aktiv derart nachgesteuert, daß sich das Schwerpunkt-Koordinatensystem gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerdrehachse bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes nur in Richtung einer Koordinate verschiebt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen ζ ei gen ι
Fig. 1: die parallelachsig kinetische Steuerung eines Hebemaschinen-Auslegers mittels einer zweiachsigen Koppel-Schwinge,
Fig. 2 j eine Weiterbildung der Erfindung mit einer dreiachsigen Koppel-Schwinge,
Fig. 3» einen für das Arbeitsgerät winkelkonstanten Hubvorgang,
Fig· 4: parallel kinematische Bewegungsvorgänge des Arbeitsgerätes, f
Fig· 5t den Einsatz eines weiteren Arbeitsgerätes,
Fig· 6: die Entstehung eines Zusatzmomentes an der Auslegerachse·
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In Figur 1 ist die Vorrichtung zur parallelachsigen kinetischen Steuerung eines senkrecht zur drehbaren Plattform einer mobilen Hebemaschine schwenkbaren Auslegers als Bagger mit Lasthaken veranschaulicht. Parallelachsig deshalb, weil alle Drehachsen der kinetischen Steuerung parallel zueinander liegen.
Der Ausleger 1 des Baggers ist an der Plattform 2 durch die Auslegerachse 3 befestigt. Drehbar am Ausleger 1 gelagert erkennt man eine Koppel-Schwinge 4, ein hebelschwingenähnliches Bauteil zur Kopplung von Kräften und Bewegungen, welches aus einer starren Verbindung mehrerer Kraftangriffspunkte 5} 6 gebildet ist· Der eine Kraftangriffspunkt 5 der Koppel-Schwinge 4 ist über eine längenunveränderliche Verbindung 11 und der andere Kraftangriffspunkt 6 über ein längenveränderbares Stellglied 7 iait der Plattform 2 der Hebemaschine verbunden. Die Lage der Drehachse 8 der Koppel-Schwinge 4 ist so gewählt, daß ihre senkrecht auf einer Verbindungslinie 9 der zwei Kraftangriffspunkte 5; 6 vorgenommene Projektion zwischen diese Punkte fällt. Sie ist in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungslinie 9 angeordnet. In vergleichbarer Weise fällt die senkrechte Projektion der Anlenkachse 10 der längenunveränderlichen Verbindung 11 auf eine Verbindungsebene 12 zwischen der Auslegerachse 3 und der Anlenkdrehachse 13 des längenveränderbaren Stellgliedes 7» Auch die Anlenkachse 10 liegt vergleichbar in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungsebene 12. Die Anordnung ist dabei so gewählt, daß die Anlenlcachse 10 der Drehachse 14 der Plattform 2 räumlich näher liegt als die Anlenkdrehachse 13· Die Mittellinien der längenunveränderlichen Verbindung 11 und des längenveränderbaren Stellgliedes 7 kreuzen sich nicht im Bereich zwischen der Koppel-Schwinge 4 und der Plattform 2. Die Koppel-Schwinge 4 ist als ein einteiliges, bevorzugt in einer Ebene gestaltetes Bauteil ausgebildet, das längenveränderbare Stellglied 7 als Hydraulikzylinder und die längen-
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unveränderliche Verbindung 11 als Stange»
Die längenunveränderliche Verbindung 11 kann in Sonderausbildung der Erfindung dann, wenn für eine Hebemaschine zusätzliche große Losreißkräfte erforderlich sind, durch einen kurzhubigen Zylinder ersetzt werden.
In einem Verfahren zum Betrieb der dargestellten Vorrichtung läßt sich nun eine Drehmomentensteuerung in wählbar vorgegebenen Kurven für den Ausleger 1 verwirklichen. D^azu wird von dem längenveränderbaren Stellglied 7 eine aktive Kraft F in das dargestellte System eingeführt. Dies führt über die Koppel-Schwinge 4 in der längenunveränderlichen Verbindung 11 zu einer Reaktionskraft, die eine Punktion der aktiven Kraft P darstellt. Im Näheren ist die Reaktionskraft bestimmt durch die Größe der aktiven Kraft P des längenveränderbaren Stellgliedes 7 mal ihrem kürzesten Abstand b zur Drehachse 8 der Koppel-Schwinge 4, dividiert durch den kürzesten Abstand c der Richtungslinie der längenunveränderlichen Verbindung 11 und der Drehachse 8.
Die Reaktionskraft bestimmt sich also nach folgender Formel. Reaktionskraft =
Das Moment an der Auslegerachse 3 stellt sich als Summe aus dem Moment der aktiven Kraft P des längenveränderbaren Stellgliedes 7 mal ihrem kürzesten Abstand a zur Auslegerachse 3 und aus d«m Moment der Reaktionskraft der lähgenunveränderlichen Verbindung 11 mal ihrem kürzesten Abstand d zur Auslegerachse 3 dar
Es gilt also für das Moment:
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Ausgehend von vorgegebenen konstruktiven Orten für die Ausleger-, die Anlenk- und die Anlenkdrehachse 3} 1Of 13 an der Plattform 2 ist durch die Lage der Kraftangriffspunkte 5; 6 in ihrem Verhältnis zur Drehachse 8 der Koppel-Schwingel der Drehmomentenverlauf des Auslegers 1 über seinen Schwenkbereich in wählbar vorgegebenen Kurven steuerbar. Insbesondere kann es in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung durch Wahl der vorgenannten Punkte in ihrer Lage zueinander erreicht werden, daß das Moment an der Auslegerachse 3 entweder im teilweisen oder im ganzen Schwenkbereich des Auslegers 1 konstant ist.
In Figur 2 ist eine Weiterbildung der Erfindung an einem Bagger mit Schaufelausrüstung dargestellt. Hier ist im Auslegeroberteil das drehbar gelagerte Anbauteil 15 mit einem daran angelenkten Arbeitsgerät 16 zu er-Jcennen. Befestigt am Ausleger 1 und dem Anbauteil 15 ist ein Schwenkzylinder 17 eingebaut. Bei dieser Ausführung weist] die Koppel-Schwinge 4 einen zusätzlichen Bewegungsführungspunkt 18 auf, der über ein Arbeitsstellglied 19» beispielsweise einen Hydraulikzylinder, mit dem Arbeitsgerät 16 verbunden ist. Der zusätzliche Bewegungsführungspunkt 18 bildet einen Eckpunkt eines angenäherten, in Anbauteillängsrichtung orientierten Parallelogramms, das durch die Verbindung zu bzw. zwischen weiteren Punkten, nämlich dem gemeinsamen Drehpunkt 20 vom Ausleger 1 und dem Anbauteil 15, dem gemeinsamen Drehpunkt 21 vom Anbauteil 15 und dem Arbeitsgerät 16 sowie dem gemeinsamen Drehpunkt 11 vom Arbeitsgerät 16 und dem Arbeitsstellglied 19 bestimmt ist.
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Der zusätzliche BewegungsfUhrungspunkt 18 ist an der Koppel-Schwinge 4 oberhalb deren Drehachse 8 in Auslegerlängsrichtung vorgesehen.
Aus Figur 3 ist in der Stellung A des Auslegers 1 und des Anbauteiles 15 zu erkennen, daß die maximale Länge des Arbeitsstellgliedes 19 so bemessen ist, daß bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes 7 und größter Länge des Schwenkzylinders 17 das schwenkbare Arbeitsgerät 16 in seiner Endausschwenkstellung an einen oberseitigen Anschlag 23 des Anbauteils 15 anschlägt. Wicht dargestellt, aber im übertragenen Sinne leicht erkennbar ist es, daß die festgelegte minimale Länge des Arbeitsstellgliedes 19 bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes 7 und größter Länge des Schwenkzylinders 17 das schwenkbare Arbeitsgerät in seine Endausschwenkstellung an einen unterseitigen Anschlag des Anbauteils 15 führt·
Aus den Stellungen B und C des Auslegers 1 in Pig· 3 ist zu erkennen, daß ein angenommenes Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes 16 bei einer Arbeitslängenveränderung nur des längenveränderbaren Stellgliedes 7 gegenüber einem ebenfalls gedachten koordinatenparallelen System in der Auslegerachse 3>bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes 16 winkelkonstant verschoben wird·
Davon abhebend ist in die Stellungen B und C jeweils gestrichelt auch eingetragen, wie bei Anordnungen des Standes der Technik das Arbeitsgerät am oberseitigen Anschlag 23 des Anbauteils 15 verbleibt. Es bestand so die Gefahr, daß das Ladegut auf das Dach des Baggers geschüttet wird, wenn das Arbeitsstellglied 19 nicht vom Baggerbedienenden oder automatisch nachgestellt wird. Vor allem beim automatischen Nachstellen ist durch eine Fehlbedienung des Arbeitsstell-
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gliedee 19 der Schadensfall nicht ausgeschlossen· Aufgrund der erfindungsgemäß bestimmten maximalen längsten Bemessung des Arbeitsstellgliedes 19 ist der Nachteil beim Anmeldungsgegenstand sicher vermieden. Es wird vielmehr ohne jede Verstellung des Arbeitsstellgliedes 19 das Arbeitsgerät 16 in einer bestimmten konstanten Winkellage in die Höhe gehoben· Dies hat seine Ursache in der Bewegung des zusätzlichen Bewegungsfiihrungspunktes 18, der in diesem Fall dreiachsigen Koppel-Schwinge 4·
In Figur 4 ist der parallel-kinematische Betrieb des Arbeitsgerätes eines Baggers unter Einsatz der erfindungsgemäßen Koppel-Schwinge 4 veranschaulicht» Es handelt sich zum einen um die häufige Arbeitsweise eines zum Planum parallelen Vorschubes des Arbeitsgerätes 16 und zum anderen um den Fall des Anhebens des Arbeitsgerätes 16 senkrecht zum Planum.
Stellte man sich ein Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes 16 vor und setzt dies in Beziehung zu einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse, so erkennt man, daß, ausgehend von der Arbeitsstellung des Arbeitsgerätes 16 aufgesetzt auf das Planum in größtmöglicher Annäherung zum Bagger, bei einer Arbeitslängenveränderung nur des Schwenkzylinders 17 das Arbeitsgerät 16 einer Linie 24 folgen würde, und zwar unter gleichbleibendem Winkel der beiden Koordinatensystem zueinander und letzlicher Begrenzung dessen bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes an dem oberen bzw· unteren Anschlag des Anbauteiles 15«
Um ein Verbleiben des Arbeitsgerätes 16 auf dem Niveau des Planums sicherzustellen, ist es erforderlich, das längenveränderbare Stellglied 7 aktiv nachzusteuern. Es bewegt ~ sich das Arbeitsgerät 16 dann nicht nur unter Wahrung der Winkelkonstanz der beiden vorerwähnten Koordinatensysteme
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zueinander, sondern auch in Richtung nur einer Koordinate beider Systeme· Eine derart aktive Steuerung des längenveränderbaren Stellgliedes 7 läßt sich mit elektronischen Mitteln leicht durchführen.
Eine vergleichsweise Betrachtung gilt für das Anheben des Arbeitsgerätes 16 senkrecht zur Ebene des Plenums· Wie bereit* aus Figur 3 deutlich erkennbar wurde, würde ein Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes 16 bei einer Arbeitslängenveränderung nur des längenveränderbaren Stellgliedes 7 seinen Winkel gegenüber einem Koordinatensystem in der Auslegerachse 3 konstant halten und das Arbeitsgerät folgte einem Verlauf, wie er durch die Kurve 25 angedeutet ist. Die Länge des Arbeitsstellgliedes 19 bleibt dabei konstant. Auch hier wäre die Winkelkonstanz der Koordinatensysteme zueinander erst durch die Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes 16 begrenzt. Soll die Bewegungsrichtung des Arbeitsgerätes nur senkrecht zur Ebene des Plenums erfolgen, so ist die Arbeitslänge des Schwenkzylinders 17 aktiv nachzusteuern, v/ob ei die Winkelkonstanz der beiden Koordinatensystem durch die erfindungsgemäße Koppel-Schwinge 4 in Zusammenarbeit mit dem Arbeitsstellglied 19 automatisch sichergestellt ist, die Bewegungsrichtung des Arbeitsgerätes. 1 6 Jedoch nur in Richtung einer Koordinate des Koordinatensystems erfolgt.
In der Figur 5 ist veranschaulicht, daß man das in den vorhergehenden Figuren dargestellte Arbeitsgerät 16, es war als Klappschaufel gezeichnet, auch Über eine Koppel 2.7 und eine Schwinge 26 durch eine Kippschaufel 28 ersetzen kann. Vorteilhafterweise ist es dann sogar möglich, mit den oben beschriebenen festgelegten Abmaßen des Arbeitsstellgliedes 19 einen größeren Kippschwenkbereich für diese Art des Arbeitsgerätes zur Verfügung zu haben.
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Die Figur 6 veranschaulicht die Entstehung eines Zusatzmomentes an der Auslegerachse 3·
Greift an das Arbeitsgerät 16 eine Kraft an, sei es begründet durch daa Füllgut oder aber durch einen Widerstand beim Arbeitsvorgang, so wirkt auf das Arbeitsstellglied 19» wie sinnbildlich veranschaulicht, eine Kraft PA· Geht man von folgenden Längenbezeichnungen aus: e gleich der kürzesten Verbindung der Mittelachse des Arbeitsstellgliedes 19 zur Drehachse 8 der Koppel-Schwinge 4 und f gleich der kürzesten Entfernung der Mittelachse der längenunveränderlichen Verbindung 11 zur Drehachse 8 sowie d gleich der kürzesten Verbindung der Mittelachse der längenunveränderlichen Verbindung 11 zur Auslegerachse, dann führt die vorgenannte Kraft FA zur Bildung eines Momentes MdA an der Auslegerachse 3f das sich wie folgt bestimmt:
MdA
Das Moment MdA kann entweder für das längenveränderbare Arbeitsstellglied 19 entlastend wirken, oder aber es steht aufgrund des Momentes an dem Arbeitsgerät 16 eine zusätzliche Kraft zur Verfügung·
Claims (20)
- Erfindung 3 ans pruch1. Vorrichtung zur dynamischen Steuerung eines senkrecht zur drehbaren Plattform einer mobilen Hebemaschine schwenkbaren Auslegers, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens eine drehbar am Ausleger (1) gelagerte Koppel-Schwinge (4) vorgesehen ist, die aus einer starren Verbindung mehrerer Kraftangriffspunkte besteht, wobei zwei Kraftangriffspunkte (5;6) mit der Plattform (2) der Hebemaschine verbunden sind.
- 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der eine Kraftangriffspunkt (5) über eine längenunveränderliche Verbindung (11) und der andere Kraftangriffspunkt (6) über ein längenveränderbares Stellglied (7) mit der Plattform (2) der Hebemaschine verbunden sind.
- 3. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die senkrechte Projektion der Drehachse (8) der Koppel-Schwinge (4) auf einer Verbindungslinie (9) zwischen den beiden Kraftangriffspunkten (5; 6) liegt).
- 4. Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehachse (8) der Koppel-Schwinge (4) in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungslinie (9) der zwei Kraftangriffspunkte (5; 6) liegt.
- 5. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die . senkrechte Projektion der Anlenkachse (10) der längenunveränderlichen Verbindung (11) an der Plattform (2) auf eine Verbindungsebene (12) zwischen der Auslegerachse (3) und der Anlenkdrehachse (13) des längenveränderbaren Stell gliedes (7) an der Plattform (2) liegt.236825 7 -23·8.1982 60 205/25
- 6. Vorrichtung nach Punkt 5» gekennzeichnet dadurch, daß die Anlenkachse (10) oberhalb der Verbindungsebene (12) zwischen Auslegerachse (3) und Anlenkdrehachse (13) liegt.7· Vorrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurchj daß die Anlenkachse (10) der Drehachse (14) der Plattform (2) räumlich näher liegt als die Anlenkdrehachse (13), und daß sich die Mittellinien der längenunveränderlichen Verbindung (11) und des längenveränderbaren Stellgliedes (7) im Bereich zwischen der Koppel-Schwinge (4) und der Plattform (2) nicht kreuzen·8· Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Koppel-Schwinge (4) als einteiliges Bauteil ausgebildet isto9· Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Bauteil bevorzugt nur eine Ebene aufweist.
- 10. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß als längenveränderbares Stellglied (7) ein Hydraulikzylinder vorgesehen ist.
- 11. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß als längenunveränderliche Verbindung (11) eine Stange vorgesehen ist·
- 12. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der eine Kraftangriffspunkt (5) über einen kurzhubigen Zylinder und der andere Kraftangriffspunkt (6) über ein längenveränderbares Stellglied (7) mit der Plattform (2) der Hebemaschine verbunden sind·236825 7 -
- 23.8.1982 60 205/2513· Vorrichtung nach den Punkten 1 bis 7 mit einem am Ausleger-Oberteil drehbar gelagerten Anbauteil, einem daran angelenkten Arbeitsgerät und einem zwischen dem Ausleger (1) und dem Anbauteil (15) angelenkten Schwenkzylinder (17)» gekennzeichnet dadurch, daß die Koppel-Schwinge (4) einen zusätzlichen BewegungsfUhrungspunkt (18) aufweist, der über ein Arbeitsstellglied (19) mit dem Arbeitsgerät (16) verbunden ist·14· -Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß als Arbeitsstellglied (19) ein Hydraulikzylinder vorgesehen ist.15· Vorrichtung nach Punkt 13» gekennzeichnet dadurch, daß der zusätzliche Bewegungsführungspunkt (18) einen Eckpunkt eines angenäherten, in Anbauteillängsrichtung orientierten Parallelogramms bildet, das durch die Verbindung zu bzw· zwischen weiteren Punkten, nämlich dem gemeinsamen Drehpunkt (20) vom Ausleger (1) und dem Anbauteil (15),dem gemeinsamen Drehpunkt (21) vom Anbauteil (15) und.. dem Arbeitsgerät (16), sowiedem gemeinsamen Drehpunkt (22) vom Arbeitsgerät (16) und dem Arbeitsstellglied (19)
bestimmt ist· - 16. Vorrichtung nach Punkt 15, gekennzeichnet dadurch, daß der zusätzliche BewegungsfÜhrungspunkt (18) an der Koppel-Schwinge (4) oberhalb deren Drehachse (8) in Auslegerlängsrichtung vorgesehen ist·17· Vorrichtung nach Punkt 16 j gekennzeichnet dadurch, daß bei maximaler Länge des Arbeitsstellgliedes (19), bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes (7)236825 7 -
- 23.8.1982 60 205/25und größter länge des Schwenkzylinders (17) zwischen Ausleger (1) und Anbauteil (15), das schwenkbare Arbeitsgerät (16) in seine Endausschwenkstellung an einen oberseitigen Anschlag (23) des Anbauteils (15) führt.
- 18. Vorrichtung nach Punkt 15» gekennzeichnet dadurch, daß bei minimaler Länge des Arbeitsstellgliedes (19), bei kürzester Länge des längenveränderbaren Stellgliedes (7) und größter Länge des Schwenkzylinders (17) zwischen Ausleger (1) und Anbauteil (15)» das schwenkbare Arbeitsgerät (16) in seine Endausschwenkstellung an einen unterseitigen Anschlag des Anbauteils (15) führt.
- 19. Vorrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß das Arbeitsstellglied (19) über eine Koppel (27) und eine Schwinge (26) mit einer Kippschaufel (28) verbunden ist.
- 20. Verfahren zur Drehmomentensteuerung des Auslegers, gekennzeichnet dadurch, daß in das durch die Vorrichtung dargestellte System von dem längenveränderbaren Stellglied (7) eine aktive Kraft (P) eingeführt wird.
- 21. Verfahren nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß in dem durch die Vorrichtung dargestellten System von der längenunveränderlichen Verbindung (11) zwischen Koppel-Schwitnge (4) und Plattform (2) eine Reaktionskraft erzeugt wird, die eine Punktion der aktiven Kraft (P) des längenveränderbaren Stellgliedes - (-7) darstellt.ο Verfahren nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktionskraft bestimmt ist durch die Größe der aktiven Kraft (P) des längenveränderbaren Stellgliedes (7)236825 7
- 23.8.1982 60 205/25mal ihrem kürzesten Abstand (b) zur Drehachse (8) der Koppel-Schwinge (4)» dividiert durch den kürzesten Abstand (c) der Richtungslinie der längenunveränderlichen Verbindung (11) und der Drehachse (8) der Koppel-Schwinge (4), so daß gilt: (P ,x b Reaktionskraft « c23· Verfahren nach Punkt 22, gekennzeichnet dadurch, daß das an der Auslegerachse (3) wirkende Drehmoment. M sich aus der Summe der Mo4ente Kraft (P) des längenveränderbaren Stellgliedes (7) mal ihrem kürzesten Abstand (a) zur Auslegerachse (3) und Reaktionskraft der längenunveränderlichen Verbindung (11) mal ihrem kürzesten Abstand (d) zur Auslegerachse (3) zusammensetzt,, so daß gilt:I=Px4+24· Verfahren nach Punkt 23,» gekennzeichnet dadurch, daß ausgehend von vorgegebenen Orten für die Ausleger- (3)» die Anlenk- (10) und die Anlenkdrehachse (13) an der Plattform (2) durch die Lagen der Kraftangriffspunkte (5; 6) in ihrtem Verhältnis zur Drehachse (8) der Koppel-Schwinge (4) der Drehmomentenverlauf des Auslegers (1) über seinen Schwenkbereich in wählbar vorgegebenen Kurven steuerbar ist.25· Verfahren nach Punkt 24, gekennzeichnet dadurch, daß das Moment an der Auslegerachse (3) im teilweisen oder ganzen Schwenkbereich des Auslegers (1) konstant gesteuert wird.236825 7
- 23.8.1982 60 205/25
- 26. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach den Punkten 13 bia 18, gekennzeichnet dadurch, daß ein angenommenes Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes (16) bei einer Arbeitslängenveränderung nur des Schwenkzylinders (17) gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse (3) bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes (16) winkelkonstant verschoben wird·27· Verfahren nach Punkt 26, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Arbeitslängenveränderung des Schwenkzylinders (17) das längenveränderbare Stellglied (7) derart aktiv nachgesteuert wird, daß das Schwerpunkt-Koordinatensystem gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse (3) bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes (16) nur in Richtung einer Koordinate verschoben wird*
- 28. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach den Punkten 13 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß ein Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitsgerätes (16) bei einer Arbeitslängenveränderung nur des längenveränderbaren Stellgliedes (7) gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerachse (3) bis zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes (16) winkelkonstant verschoben wird.29* Verfahren nach Punkt 28, gekennzeichnet dadurch, daß bei einer Arbeitslängenveränderung des längenveränderbaren Stellgliedes (7) die Arbeitslänge des Schwenkzylinders (17) aktiv derart nachgesteuert wird, daß das Schwerpunkt-Koordinatensystem gegenüber einem koordinatenparallelen System in der Auslegerdrehachse (3) bis_ zur Schwenkendstellung des Arbeitsgerätes (16) nur in Richtung einer Koordinate verschoben wird.Seilet^ Zeichnungen
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