DE4205506A1 - Vorrichtung und verfahren zur automatischen steuerung der relativen betriebsgeschwindigkeit von antriebselementen einer baumaschine - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur automatischen steuerung der relativen betriebsgeschwindigkeit von antriebselementen einer baumaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur automa
tischen Steuerung der relativen Betriebsgeschwindigkeiten von
Antriebselementen einer Baumaschine.
Bekannte Baumaschinen, wie z. B. Bagger, sind im allgemeinen
mit einer Vielzahl von Betriebsteilen ausgestattet, die er
wünschte Tätigkeiten ausführen, verschiedenen Antriebselemen
ten zum Betätigen der Betriebsteile, einer Antriebsmaschine
zur Bereitstellung der Antriebsleistung, Hydraulikpumpen, die
ihre Antriebsleistung von der Antriebsmaschine beziehen, zur
Bereitstellung von Hydraulikflüssigkeit unter Druck für die
Antriebselemente, Wegeventilen zur Steuerung der Taumelwinkel
von Taumelscheiben der Hydraulikpumpen, Wegeventilen, die je
weils eingerichtet sind, um den Volumenstrom und die Flußrich
tung der Hydraulikflüssigkeit zu steuern, einer Vielzahl von
Lagesensoren zur Erfassung der Lageänderungen der Antriebsele
mente, Steuerhebel/-pedale, die von einem Bediener betätigt
werden, um eine gewünschte Tätigkeit auszulösen, und einem
elektronischen Controller zur Steuerung des Betriebes der An
triebselemente auf Erhalt von Betätigungssignalen der Steuer
hebel/-pedale.
Die Antriebselemente von Baumaschinen werden durch die Betäti
gung der Steuerhebel/-pedale durch einen Bediener gesteuert,
so daß die Antriebselemente wirksam die Betriebsteile betäti
gen, um verschiedene Tätigkeiten, wie Baggern, Oberflächenbe
arbeitung, Ladetätigkeiten u. ä., auszuführen.
Während des Betriebes der Baumaschine müssen im allgemeinen
mehrere Antriebselemente durch den Bediener gleichzeitig betä
tigt werden. Hierzu werden durch jeden Steuerhebel im allge
meinen zwei Antriebselemente gesteuert. Wird z. B. eine Ladetä
tigkeit mit einem Bagger durchgeführt, müssen zwei von vier
Antriebselementen gleichzeitig betrieben werden, das sind ein
Schwenkmotor und ein Auslegerzylinder oder ein Schaufelzylin
der und ein Stielzylinder. Ferner muß jedes der zwei Antriebs
elemente gleichzeitig durch Betätigen eines Steuerhebels be
dient werden. Dazu hat der Bediener zwei Steuerhebel gleich
zeitig unter Verwendung beider Hände zu betätigen, um die bei
den Antriebselemente anzusteuern. Daher weisen bekannte Bauma
schinen den Nachteil auf, daß die Betätigung eines Steuerhe
bels mit der Betätigung eines anderen Steuerhebels synchron
isiert werden muß, so daß die Synchronisation der Betätigungen
der Steuerhebel den Bediener belastet, ungeachtet seiner Ge
schicklichkeit, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit der Bauma
schine gering ist, was die Wirksamkeit des Betriebes der Bau
maschine herabsetzt.
Zur Lösung des oben beschriebenen Problemes wurden Baumaschi
nen vorgeschlagen, die mit einer Einrichtung zur Einstellung
der Betriebsgeschwindigkeit ausgestattet ist, die elektrisch
mit dem Controller verbunden ist, um ein Verhältnis der rela
tiven Betriebsgeschwindigkeit zwischen zwei Antriebselementen
einzustellen und ein elektrisches Signal entsprechend des ein
gestellten Geschwindigkeitsverhältnisses an den Controller
aus zugeben.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho. 63-93 936 of
fenbart z. B. ein repräsentatives Beispiel für den oben er
wähnten Typ einer Baumaschine, d. h. einen Bagger, der mit ei
ner Geschwindigkeitseinstellvorrichtung ausgestattet ist, die
ein relatives Betriebsgeschwindigkeitsverhältnis zwischen zwei
Antriebselementen automatisch steuert, wie in Fig. 1 darge
stellt.
In Fig. 1 ist schematisch die Verbindung zwischen einem hy
draulischen Kreis und einem elektronischen Steuerschaltkreis,
einschließlich einer Einrichtung zur Einstellung eines Ver
hältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen dem
Schwenkmotor und dem Auslegerzylinder des Baggers entspre
chend dem Stand der Technik dargestellt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Bagger mit einer An
triebsmaschine 1 ausgestattet, die mit einem Paar Hydraulik
pumpen, einer ersten und einer zweiten Haupthydraulikpumpe 2
und 3, verbunden ist. Die erste Haupthydraulikpumpe 2 ist mit
einem Wegeventil 4 verbunden, das eingerichtet ist, um den Volumenstrom
und die Flußrichtung der Hydraulikflüssigkeit für
den Schwenkmotor 6 zu steuern, während die zweite Haupthydrau
likpumpe 3 mit einem Wegeventil 5 verbunden ist, das zur Steu
erung des Volumenstromes und der Flußrichtung der Hydraulik
flüssigkeit für den Auslegerzylinder 7 eingerichtet ist. Fer
ner sind die Wegeventile 4 und 5 jeweils elektrisch mit einem
Ausgangsport eines elektronischen Controllers 8 verbunden. Die
Eingangsports des Controllers 8 sind elektrisch mit einem
Steuerhebel 9 für den Auslegerzylinder, einem Steuerhebel 10
für den Schwenkmotor, einem Automatik-Auswahlschalter 11 und
einer Betriebsgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung 12 verbun
den.
Im Betrieb steuert der Controller 8 die Wegeventile 4 und 5,
um den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 entsprechend
dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zu steuern, das
durch die Geschwindigkeits-Einstellvorrichtung 12 vorgegeben
ist, sobald die gewünschten Betriebsgeschwindigkeiten für den
Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 unter Verwendung der
Betriebsgeschwindigkeit-Einstellvorrichtung 12 ausgewählt
sind, um ein gewünschtes Verhältnis der Betriebsgeschwindig
keiten zwischen ihnen festzulegen. Daher gibt der Controller 8
elektrische Steuersignale an die Wegeventile 4 und 5 aus, um
den Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 7 automatisch im
Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zu betätigen, wenn
der Bediener die Steuerhebel 9 für den Auslegerzylinder und
den Steuerhebel 10 für den Schwenkmotor einfach maximal betä
tigt. Während des Betriebes, wie einer Baggertätigkeit, kann
der Bediener so die Steuerhebel 9 und 10 für die Antriebsele
mente einfach bedienen, indem er die Steuerhebel 9 und 10 zur
Steuerung des Stielzylinders und des Schaufelzylinders betäti
gen kann, unabhängig von der Betätigung der Steuerhebel 9 und
10 zur Steuerung des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzy
linders 7.
Bei dem oben erwähnten Bagger, der mit einer Geschwindigkeits-
Einstellvorrichtung 12 ausgestattet ist, muß der Bediener das
Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen zwei An
triebselementen aufgrund seiner Erfahrung einstellen, was zu
dem Nachteil führt, daß der Bediener ausreichend sachkundig
sein sollte, um das Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten
zuverlässig einzustellen. Ferner muß der Bediener das Verhält
nis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen zwei Antriebsele
menten stets neu einstellen, wenn sich die Betriebsbedingungen
ändern, was zu dem weiteren Nachteil führt, daß der Bediener
durch die wiederholte Einstellung des Geschwindigkeitsverhält
nisses belastet wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile
bekannter Baumaschinen bei der Steuerung der Betriebsgeschwin
digkeiten der Antriebselemente zu überwinden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Vorrichtungen
und Verfahren zur Steuerung der Antriebselemente einer Bauma
schine, durch die das Verhältnis der relativen Betriebsge
schwindigkeiten zwischen den Antriebselementen anhand der La
geänderungen der Antriebselemente berechnet wird, anschließend
elektrische Steuerströme zur Steuerung der Antriebselemente
anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten berech
net und die elektrischen Steuerströme während eines halben Zy
klus einer Tätigkeit der Baumaschine gespeichert werden, dann
automatisch in der zweiten Zyklushälfte der Volumenstrom und
die Flußrichtung der Hydraulikflüssigkeit von den Haupthydrau
likpumpen unter Verwendung der elektrischen Steuerströme, die
anhand des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeit berechnet
wurden, gesteuert wird.
Dazu liefert die Erfindung eine Vorrichtung zur automatischen
Steuerung von Antriebselementen einer Baumaschine enthaltend:
Steuereinrichtungen zur automatischen Steuerung des Betriebes
der Antriebselemente der Baumaschine, Automatik-Auswahlein
richtungen zur Auswahl der automatischen Steuerung der An
triebselemente, wenn gewünscht, und zur Ausgabe eines Signales
über den Auswahlzustand an die Steuereinrichtungen, Steuerhe
beleinrichtungen zur Betätigung durch einen Bediener, um die
Steuereinrichtungen entsprechend dem gewünschten Betrieb der
Antriebselemente anzusteuern, und Sensoreinrichtungen zur Er
fassung der jeweiligen Positionen der Antriebselemente und
Ausgabe von Signalen entsprechend den Positionen der Antriebs
elemente an die Steuereinrichtungen, wobei die Sensoreinrich
tungen jeweils an einem Antriebselement angebracht sind, wo
durch bei wiederholten Tätigkeiten der Baumaschine die An
triebselemente automatisch so gesteuert werden, daß sie wäh
rend einer ersten Tätigkeit durch die Betätigung der Steuerhe
beleinrichtungen durch den Bediener und anschließend während
jeder folgenden Tätigkeit automatisch durch die Steuereinrich
tungen anhand von elektrischen Steuerströmen, die automatisch
nach dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen den
Antriebselementen während der vorhergehenden Tätigkeit berech
net wurden, gesteuert werden.
Ferner liefert die Erfindung ein Verfahren zur automatischen
Steuerung von Antriebselementen einer Baumaschine unter Ver
wendung der oben beschriebenen Vorrichtung, das folgende
Schritte umfaßt:
Auf Erhalt von Signalen von den Automatik-Auswahleinrichtun
gen, den Steuerhebeleinrichtungen und den Sensoreinrichtungen
sowie der Feststellung, ob die Automatik-Auswahleinrichtung
eingeschaltet ist, Feststellen, ob die Steuerhebeleinrichtun
gen für die Antriebselemente entweder an den Maximal- oder den
Minimalanschlag betätigt sind; sind die Steuerhebeleinrichtun
gen für die Antriebselemente entweder an den Maximal- oder den
Minimalanschlag betätigt, Erhalt der Betätigungsrichtung der
Steuerhebeleinrichtungen und Speichern der ersten tatsächli
chen absoluten Positionen der Antriebselemente, wobei diese
ersten Positionen im vorher beschriebenen Schritt erhalten
wurden, dann Feststellen, ob die derzeitige Betätigungsrich
tung der Steuerhebeleinrichtungen gegenüber der vorhergehenden
Betätigungsrichtung entgegengesetzt ist; ist die derzeitige
Betätigungsrichtung der Steuerhebeleinrichtungen gleich der
vorhergehenden Betätigungsrichtung, Berechnen elektrischer
Steuerströme zur Steuerung der Antriebselemente entsprechend
den Betätigungen der Steuerhebeleinrichtungen durch den Bedie
ner, dann Ausgabe der elektrischen Steuerströme an die Wege
ventile der Antriebselemente; sind die Steuerhebeleinrichtun
gen für die Antriebselemente weder an den Maximal- noch an den
Minimalanschlag betätigt, Feststellen, ob sich die Steuerhe
beleinrichtungen für die Antriebselemente in ihren Neutral
stellungen befinden; befinden sich die Steuerhebeleinrichtun
gen für die Antriebselemente in ihren Neutralstellungen, Er
halt zweiter derzeitiger absoluter Positionen der Antriebsele
mente und Speichern der zweiten derzeitigen absoluten Positi
onswerte, Berechnen entsprechender absoluter Positionswerte
der Antriebselemente durch Subtraktion der ersten absoluten
Positionen der Antriebselemente von den zweiten absoluten Po
sitionen, Berechnen eines relativen Betriebsgeschwindigkeits-
Verhältnisses zwischen den Antriebselementen anhand der abso
luten Positionswerte, dann Berechnen elektrischer Steuerströme
zur Steuerung der Antriebselemente anhand des Verhältnisses
der Betriebsgeschwindigkeiten zwischen den Antriebselementen
und Speichern der elektrischen Steuerströme; und, falls fest
gestellt ist, daß die Richtung der Steuerhebeleinrichtungen in
eine, gegenüber der vorhergehenden Betätigungsrichtung entge
gengesetzte, gewechselt hat, Ausgabe der elektrischen Steuer
ströme an die Wegeventile der Antriebselemente, die im vorher
gehenden Schritt anhand des Verhältnisses der Betriebsge
schwindigkeiten berechnet wurden.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verbindung des
hydraulischen Kreises und des elektronischen
Steuerschaltkreises einschließlich einer Einrich
tung zur Einstellung eines Verhältnisses der Be
triebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors und des
Auslegerzylinders eines Baggers entsprechend dem
Stand der Technik;
Fig. 2 Darstellung wie in Fig. 1, jedoch mit einem Ge
rät zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeiten
von Antriebselementen eines Baggers nach der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung
des Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten
zwischen dem Schwenkmotor und dem Auslegerzylin
der eines Baggers, das von dem Gerät in Fig. 2,
durchgeführt wird;
Fig. 4 ein Diagramm mit einer charakteristischen Kurve
eines Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten
Ib/Ia zwischen dem Auslegerzylinder und dem
Schwenkmotor in Abhängigkeit von einem Verhältnis
L/R der absoluten Lageänderungswerte des Ausle
gerzylinders und des Schwenkmotors; und
Fig. 5 ein Diagramm mit charakteristischen Kurven von
elektrischen Steuerströmen Ib′ und Ia′ für den
Auslegerzylinder und den Schwenkmotor in Abhän
gigkeit von der Betätigung des Auslegerzylinder-
Steuerhebels und des Schwenkmotor-Steuerhebels.
In den folgenden Beschreibungen wird die vorliegende Erfindung
anhand eines Baggers als repräsentativem Vertreter von Bauma
schinen beschrieben. Die Beschreibung für einen Bagger dient
nur zur Erläuterung, der Fachmann erkennt, daß die vorliegende
Erfindung bei jeder Art Baumaschine eingesetzt werden kann.
In Fig. 2 ist die Verbindung zwischen einem hydraulischen
Kreis und einem elektronischen Steuerschaltkreis einschließ
lich eines Gerätes zur Steuerung der relativen Geschwindigkei
ten zwischen einem Auslegerzylinder und einem Schwenkmotor ei
nes Baggers dargestellt. Der Bagger ist mit einer Antriebsma
schine 1 ausgestattet, die mit einem Paar Hydraulikpumpen ver
bunden ist, d. h., einer ersten und einer zweiten Haupthydrau
likpumpe 2 und 3. Die erste Haupthydraulikpumpe 2 ist mit ei
nem Wegeventil 4 verbunden, das zur Steuerung eines Volumenstromes
und der Flußrichtung von Hydraulikflüssigkeit zum
Schwenkmotor 6 eingerichtet ist, während die zweite Haupthy
draulikpumpe 3 mit einem Wegeventil 5 verbunden ist, das zur
Steuerung eines Volumenstromes und einer Flußrichtung von Hy
draulikflüssigkeit zum Auslegerzylinder 7 eingerichtet ist.
Ferner sind die Wegeventile 4 und 5 jeweils elektrisch mit ei
nem Ausgangsport eines elektronischen Controllers 8 verbunden,
der z. B. einen üblichen Microcomputer enthält. Die Eingangs
ports des Controllers 8 sind elektrisch mit einem Auslegerzy
linder-Steuerhebel 9, einem Schwenkmotor-Steuerhebel 10 und
einem Automatik-Auswahlschalter 11 verbunden.
Das Gerät zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeiten des
Auslegers und des Schwenkmotores ist mit einem Paar Lagesenso
ren 13 und 14 ausgestattet, die am Schwenkmotor 6 und am Aus
legerzylinder 7 angebracht sind. Die Sensoren 13 und 14 sind
elektrisch mit den Eingangsports des Controllers 8 verbunden
und ausgelegt, um die Betriebspositionen des Schwenkmotors 6
und des Auslegerzylinders 7 zu erfassen und anschließend elek
trische Signale entsprechend den Betriebspositionen an den
Controller 8 auszugeben, damit der Controller 8 die Lageände
rungen des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzylinders 7 berech
nen kann, die entsprechend den Betätigungen der Steuerhebel 9
und 10 durch den Bediener erfolgen. Im Gegensatz zum Stand der
Technik weist das Gerät zur Steuerung der Bewegungsgeschwin
digkeiten des Auslegezylinders 7 und des Schwenkmotors 6 in
Fig. 2 keine Einstellvorrichtung 12 für die Betriebsgeschwin
digkeiten auf.
Das Verfahren zur automatischen Steuerung des Verhältnisses
der Betriebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors 6 und des Aus
legerzylinders 7, das durch das Gerät zur Steuerung der Be
triebsgeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 7 und des
Schwenkmotors 6 des Baggers in Fig. 2 ausgeführt wird, wird
im folgenden unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben.
Wie in dem Flußdiagramm dargestellt, führt der Controller 8 zu
Beginn einen Schritt 16 durch, bei dem verschiedene elektri
sche Signale erhalten werden, wobei die elektrischen Signale
von den Steuerhebeln 9 und 10 den Betätigungen Rs und Rb der
Steuerhebel 9 und 10 durch den Bediener entsprechen, die von
den Lagensensoren 13 und 14 den aktuellen Positionen Ri und Li
der Antriebselemente 6 und 7 entsprechen und eines dem Schalt
zustand Rsw des Automatik-Auswahlschalters 11 entspricht. An
schließend wird in einem Schritt 17 anhand des Signales von
dem Auswahlschalter 11 festgestellt, ob der Auswahlschalter 11
eingeschaltet ist.
Ist der Auswahlschalter 11 eingeschaltet, bedeutet dies, daß
der Schwenkmotor 6 und der Auslegerzylinder 7 des Baggers au
tomatisch durch das Gerät zur Steuerung der Betriebsgeschwin
digkeiten gesteuert werden. In diesem Falle führt der Control
ler 8 einen nächsten Schritt 18 durch, bei dem festgestellt
wird, ob die Steuerhebel 9 und 10 entweder an den Maximal-
oder den Minimalanschlag bewegt sind. Die Betätigung der Steu
erhebel 9 und 10 an den Maximalanschlag bedeutet, daß die
Steuerhebel 9 und 10 so betätigt wurden, daß der Ausleger ma
ximal gehoben und der Schwenkmotor in die maximale Schwenkpo
sition nach rechts bewegt werden soll. Die Betätigung der
Steuerhebel 9 und 10 an dem Minimalanschlag bedeutet, daß die
se so betätigt wurden, daß der Ausleger maximal abgesenkt und
der Schwenkmotor seine maximale linke Schwenkstellung errei
chen soll.
Wurde im Schritt 17 festgestellt, daß der Wahlschalter 11 aus
geschaltet ist, bedeutet dies, daß der Schwenkmotor 6 und der
Auslegerzylinder 7 des Baggers manuell durch den Bediener ge
steuert werden, ohne das System zur Steuerung der Betriebsge
schwindigkeiten zu benutzen. Daher führt der Controller 8 ei
nen Schritt 29 durch, um elektrische Steuerströme Is′ und Ib′
zu berechnen, um die Wegeventile 4 und 5 entsprechend den Be
tätigungen Rs und Rb der Steuerhebel 9 und 10 des Bedieners zu
steuern. Anschließend gibt der Controller 8 in einem Schritt
30 die elektrischen Steuersignale Is′ und Ib′ an die Wegeventi
le 4 und 5 aus. Anschließend wird das Verfahren mit dem Start
schritt fortgesetzt.
Wurde im Schritt 18 festgestellt, daß die Steuerhebel 9 und 10
an den Maximal- oder Minimalanschlag betätigt wurden, erhält
der Controller in einem Schritt 19 die Betätigungsrichtungen
der Steuerhebel 9 und 10. Der Controller 8 erhält in einem an
schließenden Schritt 20 gleichzeitig die absoluten Positions
werte Ri des Schwenkmotors 6 und den Positionswert Li des Aus
legerzylinders 7 und speichert die Positionswerte Ri und Li in
einem (nicht dargestellten) RAM, wobei die Werte Ri und Li von
den Lagesensoren 13 und 14 an den Controller 8 ausgegeben wur
den. Der Controller 8 stellt dann in einem Schritt 21 fest, ob
die tatsächlichen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und
10 entgegen der vorherigen Betätigungsrichtungen der Steuerhe
bel 9 und 10 verändert worden.
Sind die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9
und 10 gleich den vorhergehenden, bedeutet dies, daß der Bag
ger nach Beendigung einer Baggerarbeit kontinuierlich eine Be
wegung durchführt, wobei die Bewegung ausgeführt wird, um den
Bagger aus einer Baggerstellung in eine Ladestellung zu brin
gen. Dazu führt der Controller 8 die Schritte 29 und 30 durch,
um die Antriebselemente 6 und 7 entsprechend den Betätigungen
Rs und Rb der Steuerhebel 9 und 10 durch den Bediener zu steu
ern.
Wurde festgestellt, daß die derzeitigen Betätigungsrichtungen
der Steuerhebel 9 und 10 entgegengesetzt zu den vorherigen
sind, bedeutet dies, daß der Bagger eine Rückkehrbewegung
durchführt, um nach einer Ladetätigkeit eine Position zur
Durchführung einer neuen Baggerarbeit zu erreichen. Dazu führt
der Controller 8 einen Schritt 22 aus, bei dem er elektrische
Steuersignale in Form von elektrischen Steuerströmen Is und Ib
an die Wegeventile 4 und 5 ausgibt. Das Verfahren zur Bestim
mung der elektrischen Steuerströme Is und Ib wird an anderer
Stelle im einzelnen beschrieben.
Nach Durchführung der Steuerung für die Antriebselemente 6 und
7 durch die elektrischen Steuerströme Is′ und Ib′ zur Ansteue
rung der Wegeventile 4 und 5 entsprechend den Betätigungen Rs
und Rb durch den Bediener führt der Controller 8 die Schritte
16 bis 18 wiederum durch. Nun führt der Bagger eine Ladetätig
keit unter Verwendung eines Stielzylinders und eines Schaufel
zylinders durch, so daß die Steuerhebel 9 und 10 für den
Schwenkmotor 6 und den Auslegerzylinder 10 sich in ihren Neu
tralstellungen befinden.
Wurde im Schritt 18 festgestellt, daß die Steuerhebel 9 und 10
weder in die Maximal- noch in die Minimalstellung betätigt
wurden, führt der Controller 8 einen Schritt 24 durch, bei dem
festgestellt wird, ob sich die Steuerhebel 9 und 10 in ihren
Neutralstellungen befinden. Wird im Schritt 24 festgestellt,
daß sich die Steuerhebel 9 und 10 nicht in ihren Neutralstel
lungen befinden, führt der Controller 8 die bereits oben be
schriebenen Schritte 29 und 30 durch. Befinden sich die Steu
erhebel 9 und 10 in ihren Neutralstellungen, führt der Con
troller 8 die Schritte 25 bis 28 durch. Im Schritt 25 erhält
der Controller 8 gleichzeitig einen absoluten Positionswert Rf
des Schwenkmotors 6 und einen Positionswert Lf des Auslegerzy
linders 7.
Anschließend berechnet der Controller 8 in einem Schritt 26
die entsprechenden Absolutwerte R und L, d. h. die Lageände
rungen des Schwenkmotors 6 und des Auslegerzylinders 7, in dem
die absoluten Positionswerte Ri und Li, die im Schritt 20 von
dem Controller 8 in dem RAM gespeichert wurden, von den abso
luten Positionswerten Rf und Lf abgezogen werden, die im
Schritt 25 erhalten wurden. Im folgenden Schritt 27 berechnet
der Controller 8 ein Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten
Ib/Is des Auslegerzylinders 7 und des Schwenkmotors 6 anhand
der entsprechenden absoluten Werte R und L, die im Schritt 26
berechnet wurden. Gleichzeitig berechnet der Controller 8 mit
dem Verhältnis der Betriebsgeschwindigkeiten das Verhältnis
Ib/Is der elektrischen Steuerströme Ib zur Steuerung des Ausle
gerzylinders 7 und Is zur Steuerung des Schwenkmotors 6 anhand
einer charakteristischen Kurve, wie sie beispielsweise im Dia
gramm in Fig. 4 gezeigt ist, wo die charakteristische Kurve
eines Verhältnisses der Betriebsgeschwindigkeiten Ib/Is des
Auslegerzylinders und des Schwenkmotors über das Verhältnis
L/R der absoluten Lageänderungswerte des Auslegerzylinders des
Schwenkmotors aufgetragen ist.
Der Controller 8 berechnet dann in einem Schritt 28 die elek
trischen Steuerströme Is und Ib anhand des Verhältnisses der
Betriebsgeschwindigkeiten Ib/Is des Auslegerzylinders 7 und des
Schwenkmotors 6 und speichert die elektrischen Steuerströme Is
und Ib anschließend in dem RAM. Der verhältnismäßig größere
Wert der Ströme Ib und Ia kann entsprechend dem Diagramm in
Fig. 5 erhalten werden, in dem die charakteristischen Kurven
der elektrischen Steuerströme Ib′ und Is′ für den Auslegerzy
linder 7 und den Schwenkmotor 6 über den Betätigungen Rb und Rs
für den Auslegerzylinder-Steuerhebel 9 und den Schwenkmotor-
Steuerhebel 10 dargestellt sind, während der verhältnismäßig
geringere der Ströme Ib und Is aus dem Verhältnis der Betriebs
geschwindigkeiten Ib/Is erhalten werden kann. Als Ergebnis be
werkstelligt der Controller 8 die Steuerung der Antriebsele
mente des Baggers für eine Ladetätigkeit.
Soll der Bagger anschließend eine weitere Baggerarbeit ausfüh
ren, muß ein Rückkehrbetrieb zur Rückkehr von der Ladeposition
in die Baggerposition erfolgen. Dazu betätigt der Bediener die
Steuerhebel 9 und 10 entgegen der Richtung für die vorherge
hende Bewegung. Als Ergebnis führt der Controller 8 das Ver
fahren wiederum durch, beginnend mit dem Schritt 28.
Nach dem Speichern der elektrischen Steuerströme Is und Ib
führt der Controller 8 die Schritte 16 und 17 durch. Wird im
Schritt 17 festgestellt, daß der Auswahlschalter 11 einge
schaltet ist, bedeutet dies, daß der Schwenkmotor 6 und der
Auslegerzylinder 7 des Baggers automatisch durch das Gerät zur
Steuerung der Betriebsgeschwindigkeiten gesteuert werden soll.
Dazu führt der Controller 8 nacheinander die Schritte 18 bis
21 durch. Gleichzeitig werden die Steuerhebel 9 und 10 in ent
gegengesetzter Richtung betätigt, wie oben bereits beschrieben.
Daher stellt der Controller 8 in einem Schritt 21 fest, daß
sich die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel 9 und 10 entge
gen der Richtung der vorherigen Betätigung zur Ausführung der
vorhergehenden Bewegung geändert haben. Daher führt der Con
troller 8 einen Schritt 22 durch, bei dem elektrischen Steuer
ströme Is und Ib vom Controller 8 an die Wegeventile 4 und 5
ausgegeben werden, um die Antriebselemente 6 und 7 automatisch
zu steuern.
Dadurch führt der Bagger die Rückkehr in die Baggerposition
zur Ausführung einer weiteren Baggerarbeit aus.
In dem folgenden Baggerbetrieb des Baggers unter Verwendung
des Stielzylinders und des Schaufelzylinders befinden sich die
Steuerhebel 9 und 10 für den Schwenkmotor 6 und den Ausleger
zylinder 7 in ihren Neutralstellungen. Gleichzeitig führt der
Controller 8 das Verfahren wiederum durch, beginnend mit dem
Schritt 16. Dazu stellt der Controller 8 im Schritt 17 fest,
daß sich die Steuerhebel 9 und 10 weder am Maximal- noch am
Minimalanschlag befinden, so daß der Controller 8 die Schritte
24 bis 28 ausführt, und dabei andere elektrische Steuerströme
Ib und Is nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt.
Nach Beendigung der Baggerarbeit muß der Bagger in eine Lade
position gebracht werden, indem der Bediener die Steuerhebel 9
und 10 in entgegengesetzter Richtung zu der vorherigen betä
tigt, d. h. der letzten vorherigen Rückkehr. Daher führt der
Controller 8 das Verfahren wiederum durch, beginnend mit dem
Schritt 28.
Nach dem Speichern der elektrischen Steuerströme Is und Ib
führt der Controller 8 die Schritte 16 und 17 durch. Anschlie
ßend führt der Controller 8 die Schritte 18 bis 21 der Reihe
nach durch. Gleichzeitig werden die Steuerhebel 9 und 10 wie
zuvor beschrieben betätigt. Daher stellt der Controller 8 in
einem Schritt 21 fest, daß die Betätigungsrichtungen der Steu
erhebel 9 und 10 gegenüber der vorherigen Betätigung geändert
wurden. Daher führt der Controller 8 einen Schritt 22 durch,
bei dem elektrische Steuerströme Is und Ib von dem Controller 8
an die Wegeventile 4 und 5 ausgegeben werden, um die Antriebs
elemente 6 und 7 automatisch zu steuern und damit den Bagger
in die Ladeposition zu bewegen.
Kurz: Das System zur automatischen Steuerung der relativen Be
triebsgeschwindigkeiten zwischen den Antriebselementen des
Baggers steuert erfindungsgemäß die Antriebselemente, z. B.
einen Schwenkmotor und einen Auslegerzylinder des Baggers bei
Bagger- und bei Ladetätigkeiten, so daß sie während eines er
sten Bewegungsbetriebes zur Bewegung aus einer Baggerstellung
in eine Ladestellung durch die Betätigungen der Steuerhebel
durch den Bediener betätigt werden. Nach Beendigung der Bewe
gung berechnet das System während der Ladetätigkeit ein rela
tives Bewegungsgeschwindigkeits-Verhältnis zwischen dem
Schwenkmotor und dem Auslegerzylinder unter Verwendung der
Lageänderungswerte der Antriebselemente, berechnet anschlie
ßend anhand des Verhältnisses der Bewegungsgeschwindigkeiten
die elektrischen Steuerströme Is und Ib zur Steuerung des
Schwenkmotors und des Auslegerzylinders und speichert diese
elektrischen Steuerströme, wenn sich die Steuerhebel für den
Schwenkmotor und den Auslegerzylinder in ihren Neutralstellun
gen befinden.
Anschließend steuert das System den Schwenkmotor und den Aus
legerzylinder unter Verwendung der während der vorhergehenden
Ladetätigkeit gespeicherten elektrischen Steuerströme Is und Ib
während der Rückkehr des Baggers aus der Ladestellung in die
Baggerstellung. Nach Beendigung des Rückkehrbetriebes berech
net das System während der Baggerarbeit ein neues Verhältnis
der Betriebsgeschwindigkeiten des Schwenkmotors und des Ausle
gerzylinders unter Verwendung der Lageänderungen des Schwenk
motors und des Auslegerzylinders, anschließend die elektri
schen Steuerströme Is und Ib zur Steuerung des Schwenkmotors
und des Auslegerzylinders anhand des neuen Verhältnisses der
Betriebsgeschwindigkeiten und speichert danach die elektri
schen Steuerströme Is und Ib, wenn sich die Steuerhebel in ih
ren Neutralstellungen befinden.
Zunächst steuert das System den Schwenkmotor und den Ausleger
zylinder unter Verwendung der während der vorhergehenden Bag
gertätigkeit gespeicherten elektrischen Steuerströme Is und Ib
während eines neuen Bewegungsbetriebes des Baggers zur Bewe
gung aus der Baggerstellung in die Ladestellung. Anschließend
berechnet das System während der Ladetätigkeit nach Beendigung
des Bewegungsbetriebes neue elektrische Steuerströme Is und Ib
auf die gleiche Art und Weise, wie es zuvor für die erste La
detätigkeit beschrieben wurde.
Anschließend berechnet das erfindungsgemäße System automatisch
neue elektrische Steuerströme Is und Ib wie zuvor beschrieben
und steuert die Antriebselemente unter Verwendung der elektri
schen Steuerströme Is und Ib während der aufeinander folgenden
Bagger- und Ladetätigkeiten und des Bewegungs- und Rückkehrbe
triebes des Baggers.
Dazu werden die Antriebselemente so automatisch gesteuert, daß
sie während des ersten Bewegungsbetriebes zur Bewegung aus der
Baggerstellung in die Ladestellung durch die Tätigkeit des Be
dieners und anschließend während des darauffolgenden Rückkehr-
und Bewegungsbetriebes automatisch gesteuert werden unter Verwendung
der jeweiligen elektrischen Steuerströme Is und Ib, die
jeweils während der vorhergehenden Tätigkeit neu berechnet
wurden.
Wie oben beschrieben, liefert die Erfindung ein System zur au
tomatischen Steuerung der Antriebselemente einer Baumaschine,
bei der die Antriebselemente automatisch so gesteuert werden,
daß sie während einer ersten Ladetätigkeit durch die Betäti
gung eines Bedieners und anschließend während der folgenden
Lade- und Baggertätigkeiten automatisch unter Verwendung ent
sprechender elektrischer Steuerströme, die während der vorher
gehenden Tätigkeit neu berechnet wurden, gesteuert werden. Ein
Vorzug des erfindungsgemäßen Systems liegt darin, daß ein Ver
hältnis der relativen Bewegungsgeschwindigkeiten nicht durch
den Bediener vorgegeben werden muß, sondern automatisch ermit
telt wird, so daß der Bagger nicht mit einer Einstellvorrich
tung für das Verhältnis der relativen Betriebsgeschwindigkei
ten ausgestattet sein muß und der Bediener eine störende wie
derholte Einstellung des Geschwindigkeitsverhältnisses aus Er
fahrung unterlassen kann, wodurch die Wirksamkeit des Baggers
verbessert wird.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur automatischen Steuerung von Antriebs
elementen einer Baumaschine, die einen Schwenkmotor, der
mit einer ersten Haupthydraulikpumpe verbunden ist und
von einem Wegeventil angesteuert wird, einen Auslegerzy
linder, der mit einer zweiten Haupthydraulikpumpe verbun
den ist und von einem weiteren Wegeventil angesteuert
wird, einen Controller, dessen Ausgangsports elektrisch
mit den Wegeventilen verbunden sind, Steuerhebel und ei
nen Automatik-Auswahlschalter, die mit Eingangsports des
Controllers elektrisch verbunden sind, enthält, wobei die
Vorrichtung ferner umfaßt:
einen Ausleger-Lagesensor zur Erfassung von Lageänderun gen des Auslegerzylinders und Ausgabe eines der Lageän derung des Auslegerzylinders entsprechenden Signales an den Controller und einen Schwenkänderungssensor zur Er fassung des Drehwinkels des Schwenkmotors und Ausgabe ei nes dem Drehwinkel des Schwenkmotors entsprechenden Signales an den Controller, wobei die Sensoren jeweils am Auslegerzylinder und dem Schwenkmotor angeordnet und mit den Eingangsports des Controllers elektrisch verbunden sind,
bei der während wiederholter Tätigkeiten, die von der Baumaschine ausgeführt werden, der Auslegerzylinder und der Schwenkmotor automatisch so gesteuert werden, daß sie während einer ersten Tätigkeit durch die Betätigung der Steuerhebel durch einen Bediener gesteuert werden und an schließend während jeder folgenden Tätigkeit automatisch durch den Controller mittels elektrischer Steuerströme, die während der vorhergehenden Tätigkeit automatisch an hand eines Lageänderungsverhältnisses zwischen den Ausle gerzylindern und dem Schwenkmotor berechnet wurden, ge steuert werden.
einen Ausleger-Lagesensor zur Erfassung von Lageänderun gen des Auslegerzylinders und Ausgabe eines der Lageän derung des Auslegerzylinders entsprechenden Signales an den Controller und einen Schwenkänderungssensor zur Er fassung des Drehwinkels des Schwenkmotors und Ausgabe ei nes dem Drehwinkel des Schwenkmotors entsprechenden Signales an den Controller, wobei die Sensoren jeweils am Auslegerzylinder und dem Schwenkmotor angeordnet und mit den Eingangsports des Controllers elektrisch verbunden sind,
bei der während wiederholter Tätigkeiten, die von der Baumaschine ausgeführt werden, der Auslegerzylinder und der Schwenkmotor automatisch so gesteuert werden, daß sie während einer ersten Tätigkeit durch die Betätigung der Steuerhebel durch einen Bediener gesteuert werden und an schließend während jeder folgenden Tätigkeit automatisch durch den Controller mittels elektrischer Steuerströme, die während der vorhergehenden Tätigkeit automatisch an hand eines Lageänderungsverhältnisses zwischen den Ausle gerzylindern und dem Schwenkmotor berechnet wurden, ge steuert werden.
2. Verfahren zur automatischen Steuerung von Antriebselemen
ten einer Baumaschine unter Verwendung einer Vorrichtung
nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfaßt:
Berechnung eines optimalen Verhältnisses von Betriebsge schwindigkeiten des Auslegerzylinders und des Schwenkmo tors während einer Tätigkeit, anschließend Steuern des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors während einer folgenden Tätigkeit entsprechend der berechneten optima len Betriebsgeschwindigkeit.
Berechnung eines optimalen Verhältnisses von Betriebsge schwindigkeiten des Auslegerzylinders und des Schwenkmo tors während einer Tätigkeit, anschließend Steuern des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors während einer folgenden Tätigkeit entsprechend der berechneten optima len Betriebsgeschwindigkeit.
3. Verfahren zur automatischen Steuerung von Antriebselemen
ten einer Baumaschine unter Verwendung einer Vorrichtung
nach Anspruch 1, das folgende Schritte umfaßt:
Empfang von Signalen der Steuerhebel, des Automatik-Aus wahlschalters und der Lagesensoren, Feststellen, ob der Automatik-Auswahlschalter eingeschaltet ist, dann Feststellen, ob die Steuerhebel entweder an den Maximal- oder Minimalanschlag betätigt sind;
wird festgestellt, daß der Automatik-Auswahlschalter ein geschaltet ist und die Steuerhebel entweder an den Maxi mal- oder den Minimalanschlag betätigt sind, Erhalt der Betätigungsrichtungen der Steuerhebel und Speichern von ersten derzeitigen absoluten Positionen des Auslegerzy linders und des Schwenkmotors, die im vorhergehenden Schritt erhalten wurden, dann Feststellen, ob die derzei tigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegen gesetzte Richtungen der vorhergehenden Betätigungsrich tungen geändert sind;
sind die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhe bel gleich den vorhergehenden Betätigungsrichtungen, Be rechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Aus legerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend den Be tätigungen der Steuerhebel durch den Bediener, dann Aus gabe der elektrischen Steuerströme an die Wegeventile;
Feststellen, ob die Steuerhebel in die Neutralstellung gebracht sind, wenn die Steuerhebel weder an den Maximal - noch an den Minimalanschlag betätigt sind;
Empfang zweiter derzeitiger absoluter Positionen des Aus legerzylinders und des Schwenkmotors von den Lagesensoren und Speichern der zweiten derzeitigen absoluten Positio nen, Berechnen entsprechender absoluter Positionswerte des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors durch Sub traktion der ersten absoluten Positionen von den zweiten absoluten Positionen, Berechnen eines relativen Betriebs geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Auslegerzylin der und dem Schwenkmotor anhand der absoluten Positions werte, dann Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steu erung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors anhand des Betriebsgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Antriebselementen und Speichern der elektrischen Steuer ströme, wenn die Steuerhebel in die Neutralstellung ge bracht sind;
wenn festgestellt ist, daß die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegengesetzte Richtungen zu den vorhe rigen Betätigungsrichtungen geändert sind, Ausgeben der elektrischen Steuerströme, die anhand des Lageänderungs verhältnisses im obigen Schritt berechnet worden sind, an die Wegeventile der Antriebselemente, dann Rückkehr zum ersten Schritt; und
wenn der Automatik-Auswahlschalter ausgeschaltet ist oder die Steuerhebel nicht in die Neutralstellung gebracht sind, Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend der Betätigung der Steuerhebel durch den Bediener, dann Ausgeben der elektrischen Steuerströme an die Wegeven tile.
Empfang von Signalen der Steuerhebel, des Automatik-Aus wahlschalters und der Lagesensoren, Feststellen, ob der Automatik-Auswahlschalter eingeschaltet ist, dann Feststellen, ob die Steuerhebel entweder an den Maximal- oder Minimalanschlag betätigt sind;
wird festgestellt, daß der Automatik-Auswahlschalter ein geschaltet ist und die Steuerhebel entweder an den Maxi mal- oder den Minimalanschlag betätigt sind, Erhalt der Betätigungsrichtungen der Steuerhebel und Speichern von ersten derzeitigen absoluten Positionen des Auslegerzy linders und des Schwenkmotors, die im vorhergehenden Schritt erhalten wurden, dann Feststellen, ob die derzei tigen Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegen gesetzte Richtungen der vorhergehenden Betätigungsrich tungen geändert sind;
sind die derzeitigen Betätigungsrichtungen der Steuerhe bel gleich den vorhergehenden Betätigungsrichtungen, Be rechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Aus legerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend den Be tätigungen der Steuerhebel durch den Bediener, dann Aus gabe der elektrischen Steuerströme an die Wegeventile;
Feststellen, ob die Steuerhebel in die Neutralstellung gebracht sind, wenn die Steuerhebel weder an den Maximal - noch an den Minimalanschlag betätigt sind;
Empfang zweiter derzeitiger absoluter Positionen des Aus legerzylinders und des Schwenkmotors von den Lagesensoren und Speichern der zweiten derzeitigen absoluten Positio nen, Berechnen entsprechender absoluter Positionswerte des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors durch Sub traktion der ersten absoluten Positionen von den zweiten absoluten Positionen, Berechnen eines relativen Betriebs geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Auslegerzylin der und dem Schwenkmotor anhand der absoluten Positions werte, dann Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steu erung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors anhand des Betriebsgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen den Antriebselementen und Speichern der elektrischen Steuer ströme, wenn die Steuerhebel in die Neutralstellung ge bracht sind;
wenn festgestellt ist, daß die Betätigungsrichtungen der Steuerhebel in entgegengesetzte Richtungen zu den vorhe rigen Betätigungsrichtungen geändert sind, Ausgeben der elektrischen Steuerströme, die anhand des Lageänderungs verhältnisses im obigen Schritt berechnet worden sind, an die Wegeventile der Antriebselemente, dann Rückkehr zum ersten Schritt; und
wenn der Automatik-Auswahlschalter ausgeschaltet ist oder die Steuerhebel nicht in die Neutralstellung gebracht sind, Berechnen elektrischer Steuerströme zur Steuerung des Auslegerzylinders und des Schwenkmotors entsprechend der Betätigung der Steuerhebel durch den Bediener, dann Ausgeben der elektrischen Steuerströme an die Wegeven tile.
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