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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung einer in mindestens einem Freiheitsgrad bis zu sämtlichen Freiheitsgraden beweglich auf einer Unterlage gelagerten trägen Masse mit einer Regeleinrichtung, die Stellgrössen abgibt, deren Anzahl mit derjenigen der Freiheitsgrade übereinstimmt, wobei jede Stellgrösse durch Krafteinwirkung, insbesondere durch Reibkräfte, zwischen mindestens einem an der trägen Masse angeordneten ersten Teil und mindestens einem an der Unterlage angeordneten relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil in oder gegen dessen Bewegungsrichtung erzeugt wird, insbesondere durch Anpressen der Teile gegeneinander.
Mit einer solchen Vorrichtung sollen eine schnelle und genaue Positionierung und Lagestabi-
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bewegungen der Unterlage ermöglicht werden.
Wenn eine auf einem Gleiskettenfahrzeug angeordnete Rohrwaffe auf ein Ziel ausgerichtet werden soll, muss die Rohrwaffe zunächst aus einer z. B. blockierten Ausgangslage grob auf das Ziel ausgerichtet werden, wobei eine verhältnismässig grobe Richtungsabweichung auszugleichen ist. Danach muss die Rohrwaffe zum Ausgleichen der Störbewegungen beispielsweise des auf unebenem Untergrund fahrenden Gleiskettenfahrzeuges und/oder des ebenfalls bewegten Zieles bei kleiner Richtungsabweichung hochgenau nachgeführt werden. Als Richtungssollwert kann in beiden Fällen ein durch ein optisches Zielerfassungsgerät vorgegebener Richtstrahl zwischen dem Gleiskettenfahrzeug und dem Ziel dienen. Soll die Rohrwaffe wieder in die Ausgangslage zurückgebracht werden, so dient als Sollwert zweckmässig die Ausgangslage, z.
B. die Verriegelungsstellung der Rohrwaffe an dem Gleiskettenfahrzeug. Hiebei ist gewöhnlich auch eine grosse Richtungsänderung zurückzulegen, bis die Rohrwaffe wieder ihre Ausgangsstellung erreicht hat.
Um die Vorrichtung angepasst an diese unterschiedlichen Betriebszustände betreiben zu können, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass zum Ausgleichen grosser Richtungsabweichungen (Richten) der trägen Masse von einer Sollrichtung ein aus der Richtungsabweichung, deren Geschwindigkeit, deren Geschwindigkeitsquadrat oder eine zu dem Geschwindigkeitsquadrat äquivalente Funktion der Richtungsabweichung zusammengesetztes Signal und zum Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) ein der Richtungsabweichung und deren Integral sowie deren Geschwindigkeit proportionales Signal gebildet werden.
Die Erfindung unterscheidet also zwischen den zwei Hauptbetriebszuständen, nämlich dem Ausgleichen grosser Richtungsabweichungen mit hoher Geschwindigkeit in verhältnismässig grober Annäherung und dem hochgenauen Ausrichten bei kleinen Richtungsabweichungen. Sie schlägt für diese beiden Hauptbetriebszustände vor, dass unterschiedliche Signale gebildet werden, vorzugsweise in der Regeleinrichtung. Hieraus resultiert für den Betriebszustand I (schnelles Ausgleichen grosser Richtungsabweichungen mit grober Annäherung an den Sollwert) eine geschwindigkeitsopti-
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Integral und deren Geschwindigkeitsquadrat bzw. die dazu äquivalente Funktion je mit einem Faktor multipliziert und summiert.
Beim Übergehen vom Betriebszustand I zu Betriebszustand II ist die Anordnung dann vorzugsweise so getroffen, dass die Faktoren variierbar sind und dass der Faktor, welcher zum Geschwindigkeitsquadrat der Richtungsabweichung oder zu der äquivalenten Funktion gehören, beim Ausgleichen kleiner Richtungsabweichungen (Stabilisieren) klein oder zu Null gemacht wird, während beim Ausgleichen grosser Richtungsabweichungen (Richten) der zur Geschwindigkeit der Richtungsabweichung und/oder der zum Integral der Richtungsabweichung gehörende Faktor klein oder zu Null gemacht werden. An Stelle der Geschwindigkeit der Richtungsabweichung kann auch die absolute Geschwindigkeit der trägen Masse verwendet werden.
Zweckmässig weist die Vorrichtung eine Verriegelungsvorrichtung auf, mit der die träge Masse, z. B. eine Rohrwaffe, in einer Ruhelage blockierbar ist.
Wenn die beiden relativ zueinander bewegbaren Teile der Vorrichtung mittels einer Druckflüssigkeit gegeneinander pressbar sind, weist die Verriegelungsvorrichtung in dem einen Teil einen in den Druckflüssigkeitskreislauf eingeschalteten Verriegelungszylinder mit einem darin gleitenden Kolben auf, dessen eines Ende aus dem Verriegelungszylinder herausragt und in vor-
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geschobener Stellung des Kolbens mit einer Aussparung in der Unterlage zusammenwirken kann.
Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein Schema einer Vorrichtung zur Positionierung und Lagestabilisierung, in der eine Verriegelungsvorrichtung nicht dargestellt ist ; Fig. 2 eine gemäss der Erfindung abgewandelte Regeleinrichtung der Vorrichtung nach Fig. l ; Fig. 3 einen Druckflüssigkeitskreislauf mit einer Stellvorrichtung zum Anpressen der relativ zueinander beweglichen Teile und einer Verriegelungsvorrichtung zu deren Verriegeln und Fig. 4 den Betriebsablauf der Vorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen-l-eine Rohrwaffe-l-bezeichnet, die über Lager - 2 und 3-- an der nicht gezeigten Wanne eines Gleiskettenfahrzeuges um den Winkel t schwenkbar gelagert ist. Jedes Lager hat zwei konzentrische Lagerschalen, von denen eines ständig angetrieben ist, u. zw. entgegengesetzt zu der angetriebenen Lagerschale des andern Lagers. Hie-
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oderlaufgebiet und weitgehend unabhängig von der Schwenkgeschwindigkeit ist. Mit der Schwenkwelle - 4-- der Rohrwaffe --1-- ist ein Bremssattel --5-- fest verbunden. Der Bremssattel --5-- hat in jedem Schenkel einen Zylinder --6, 7-- mit einem darin gelagerten Kolben --8, 9--, von denen jeder ein Reibkissen --10, 11-- betätigen kann.
Die Reibkissen --10, 11-- wirken auf Bremsscheiben --12, 13--, die an der nicht gezeigten Wanne bei --14, 15-- drehbar abgestützt sind. Die Bremsscheiben --12, 13-- sind über ein insgesamt mit dem Bezugszeichen --16-- bezeichnetes Kegelradgetriebe von einem insgesamt mit dem Bezugszeichen --17-- bezeichneten Antrieb, z. B. einem hydraulischen Antrieb, ständig gegenläufig angetrieben.
Über die Reibkissen --10, 11-- können definierte Richtmomente auf die Schwenkwelle der Rohrwaffe-l-dadurch aufgebracht werden, dass entweder der Kolben --8-- oder der Kolben - unter einen Druck p ; bzw. unter einen Druck p gesetzt wird. Eine Stellvorrichtung --25-betätigt eines der Reibkissen --10, 11-- auf Befehl der in Fig. 1 mit dem Kasten --20-- angedeuteten und in Fig. 2 im einzelnen dargestellten Regeleinrichtung dann, wenn die Rohrwaffe - eine von der Sollrichtung abweichende Richtung hat.
Der Sollwert der Regeleinrichtung --20-- wird z.B. durch ein optisches Zielerfassungsgerät - vorgegeben, das einen Richtwinkel e soll vorgibt. Dieser Richtwinkel e Soll wird mit dem an der Regelstrecke gemessenen momentanen Richtwinkel #Ist der Rohrwaffe --1-- verglichen. Aus dem Vergleich wird die Regelabweichung A t abgeleitet, die in die Regeleinrichtung --20-- eingegeben wird.
Gemäss Fig. 2 wird in einem Baustein --22-- der Regeleinrichtung --20-- die Geschwindigkeit ## und das Integral J'A < j) dt der Richtungsabweichung sowie die Grösse A t ! A t ! gebildet, welche dem Betrage nach das Quadrat der Geschwindigkeit darstellt und nach der Richtung der Geschwindig-
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te k# in Abhängigkeit von der Grösse der Lageabweichung A t variiert und bei grossen Lageabweichungen, wie bei Stellvorgängen, zu Null gemacht werden.
Das von dem Summierglied --23-- abgegebene Ausgangssignal ist eine dem Sollmoment
MSoll funktionell verknüpfte Grösse, die einem weiteren Summierglied --24-- zugeführt wird. Als zweite Eingangsgrösse kann dieses Summierglied --24-- ein von einer Kraftmessdose --27-- ge- messenes, dem Istmoment MIst proportionales Signal erhalten, das vorher noch in einem Baustein - mit einem Faktor k, multipliziert wird. Das Ausgangssignal des Summiergliedes --24-- wird der Stellvorrichtung --25-- zugeführt, die im folgenden an Hand der Fig. 3 beschrieben ist.
Die Stellvorrichtung --25-- umfasst eine Ventilanordnung, welche je nach der Schwenkrichtung der zu erzeugenden Nachführbewegung der Rohrwaffe --1-- den Kolben --8 oder 9-- des
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Reibkissens-10 oder 11-mit Druckflüssigkeit beaufschlagt. Die Druckflüssigkeit wird von einer hydraulischen Konstantdruckanlage mit einem Motor --40-- und einer Pumpe --41-- über ein
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Dadurch wird das Reibkissen --10-- an die an der Unterlage gelagerte Bremsscheibe --12-- angepresst. Über eine Festdrossel -46-- wird die Druckflüssigkeit wieder zu dem Tank --47-- zurückgeführt. Das Rückschlagventil --43-- verhindert das Einsaugen von Luft in die Anlage. Das regelbare Durchflussventil kann als Drossel-Servo-Ventil mit elektrischer Ansteuerung ausgebildet sein.
Der Durchfluss ist dabei proportional dem Steuerstrom.
In den Druckflüssigkeitskreislauf ist über Leitungen --49 und 50-- ein doppelt wirkender Verriegelungszylinder --51-- eingeschaltet, der in einem mit der Rohrwaffe --4-- fest verbundenen Teil, z. B. in dem Sattel --5--, untergebracht ist. Die Achse der Rohrwaffe --4-- ist in Fig. 3 mit - bezeichnet. Die Leitungen-49, 50-münden in die bei den Arbeitsräumen --53, 54-- des Verriegelungszylinders-51-beidseitig eines darin gleitenden Kolbens --55--. Die Kolbenstange --56-- des Kolbens --55-- ragt durch den Raum --54-- hindurch und über eine Bohrung in dem Teil --5- nach aussen.
An der Wanne des Gleiskettenfahrzeuges ist eine zur Kolbenstange --56-passende Aussparung -57-- so angeordnet, dass der Kolben --56-- in einer bestimmten Drehstellung der Rohrwaffe -4-- in die Aussparung --57- einfahren kann. Das Schaltventil --42-- ist so gestaltet, dass Druckflüssigkeit entweder über die Leitung --49-- oder über die Leitung - eingespeist und jeweils über die andere Leitung in einen Tank --58-- abfliessen kann.
Die beschriebene Verriegelungsvorrichtung dient dazu, die Rohrwaffe --4-- in Ladeposition bzw. in einer Ruhelage zu blockieren.
An Hand des in Fig. 4 gezeigten Diagramms soll nun der Betriebsablauf der Vorrichtung erläutert werden. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen. Verschiedene hervorragende Betriebs-
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--4-- gegenübergetragen. Bei C ist die Richtungsabweichung äe R der Rohrwaffe gegenüber einer Verriegelungsstellung bzw. der Ladestellung der Rohrwaffe aufgetragen.
Der Betriebsablauf wird nun in der zeitlichen Reihenfolge beginnend bei A in Fig. 4 von links nach rechts beschrieben.
Bei A befindet sich die Vorrichtung in blockierter Stellung, bei der die Kolbenstange - in die Aussparung --57- ragt. Die Rohrwaffe soll nun auf ein Ziel ausgerichtet werden ; dazu wird die Verriegelung durch Beaufschlagen des Raumes --54- des Verriegelungszylinders - gelöst. Die Regeleinrichtung-20-wird im Betriebszustand I betrieben, bei dem die Faktoren k,, kl und k2 endlich sind. Dadurch wird die zunächst grosse Regelabweichung schnell aufgehoben, so dass die Rohrwaffe schnell in dem Zeitraum AB geschwenkt wird.
Hat der Sollwert eine vorgegebene Mindestgrösse e unterschritten, so wird die Regeleinrichtung automatisch von dem "weichen" Betrieb I auf "harten" Betrieb umgeschaltet, bei dem die Konstante k2 klein oder zu Null und die Konstanten k,, ki, k grösser gemacht werden. Hiedurch ist ein hochgenaues Nachführen der Rohrwaffe in Abhängigkeit von Störbewegungen des Gleiskettenfahrzeuges und/oder des Zieles möglich. Die "harte" Regelung wird bis zum Zeitpunkt C beibehalten. Zu diesem Zeitpunkt soll die Rohrwaffe in Verriegelungsstellung gebracht werden. Hiezu wird ein Verriegelungssignal ausgelöst, wodurch als neuer Sollwert die Verriegelungsstellung der Rohrwaffe, die mit der Ladeposition identisch sein kann, vorgegeben wird.
Die Abweichung Ae R von dieser Verriegelungsstellung wird im allgemeinen zunächst gross sein, wie in Fig. 4 mit dem Punkt 62 angedeutet ist. Die Regeleinrichtung wird nun wieder auf "weichen" Betrieb mit endlichen Konstanten k., kl, k2 geschaltet, bis die Verriegelungsposition nach dem Zeitintervall CD erreicht ist. Bei D wird ein Signal "verriegeln" auf das Schaltventil --42-- gegeben, das hiedurch in eine Stellung umgeschaltet wird, in der es über die Leitung --49-- Druckflüssigkeit zum Raum --53-des Verriegelungszylinders --51-- speist. Dadurch wird die Kolbenstange --56-- in die Ausspa-
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