CN103061238B - 自行进的施工机械和用来调节自行进的施工机械的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自行进的施工机械，它具有移动机构(1)，其具有轮子或链式行走机构(1A、1B)。按本发明的施工机械的特征在于，用来把驱动功率从驱动单元(5)(其具有至少一个内燃机(5A))传递到工作单元(4)(其具有至少一个工作组件(4A))的传动机构系统(6)不具有传统的操纵离合器(借助它可接通工作单元)，而是具有流体动力学的传动机构(10)，该传动机构具有驱动轴(10A)和从动轴(10B)。该施工机械具有控制装置(16)，它这样构成，即通过第一功率传输系(I)从驱动单元(5)传递到轮子或链式行走机构上的驱动功率这样来调节，即第二功率传输系(II)的流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。

Description

自行进的施工机械和用来调节自行进的施工机械的方法
技术领域
本发明涉及一种自行进的施工机械，其具有移动机构，该移动机构具有轮子或链式行走机构。
背景技术
在道路工程中应用了不同类型的自行进的施工机械。已知的道路铣刨机、道路再生机或路拌机都属于这种机械。借助已知的道路铣刨机，可铲除道路上部建筑物的现有道路层，并借助已知的再生机重新制造现有的道路覆层。已知的路拌机用来为道路工程提供路基。此外，自行进的施工机械已知为所谓的露天采煤机，其例如用来开采煤炭或岩石。
上述自行进的施工机械具有旋转的铣刨或切割辊，借助它可去除材料。
铣刨或切割辊的驱动需要相当高的发动机功率。如果铣刨或切割辊碰到尤其硬的材料，则驱动辊所需的功率如此之高，以致使驱动马达超负荷运转。除了驱动马达的超负荷运转之外，还存在的问题是，当铣刨或切割辊碰到尤其硬的材料时，驱动元件以及施工机械的结构都由于冲击应力而超负荷运转。这一问题尤其出现在露天采煤机上。
在已知的自行进的施工机械中，驱动马达是内燃机，尤其是柴油发动机，它的电机特性通过表示特征的转矩-转速-特征曲线来描述。内燃机借助一定的转速来驱动，其中危险是，内燃机在超负荷运转时会停机。
第一功率传输系用来把驱动功率从内燃机传递到轮子或链式行走机构上，第二功率传输系用来把驱动功率从内燃机传递到铣刨或切割辊上。这两个功率传输系分别具有传动机构系统。
已知自行进的施工机械，其中功率传输系的传动机构系统为了把驱动功率传递到轮子上具有可调节的流体静力学的传动机构。为了避免内燃机的超负荷运转，为可调节的流体静力学的传动机构设置有用来调节极限负载的控制装置。
EP0497293A1描述了一种方法，用来调节施工机械的流体静力学的驱动装置的极限负载。该流体静力学的驱动装置包含由内燃机驱动的、输送容积可调节的液压泵，它通过相连的液压回路来驱动液压马达。当内燃机处于危险的超负荷运转时，液压泵的输送量会减少。根据内燃机的实际转速来进行调节，该实际转速借助电机从动轴上的转速传感器来测量。
例如还从EP0736708B1和EP0558958B1已知一种调节设备，用于施工机械的流体静力学的驱动装置。
发明内容
本发明的目的是，改善自行进施工机械在高负载情况下的运转。
按本发明，此目的借助独立的装置权利要求或方法权利要求得以实现。本发明的有利实施例是从属权利要求的内容。
按本发明的自行进施工机械的特征在于，用来把驱动功率从具有至少一个内燃机的驱动单元传递到具有至少一个工作组件的工作单元的传动机构系统不具有传统的操纵离合器，借助它可接通工作单元，而是具有流体动力学的传动机构，该传动机构具有驱动轴和从动轴。该流体动力学的传动机构的优点是，它在很大程度上是无磨损地工作，并且缓冲冲击和敲打。
机动车和机车中的流体动力学的传动机构对专业人员来说通常是已知的。该流体动力学的传动机构与流体静力学的传动机构的区别在于，功率传递可在较高的流动速度和较低的压力下进行。
基于液压力传递的原理下工作的涡轮机离合器的特征在于，在驱动轴和从动轴之间存在着转速差(转差率)。在假设转矩恒定的情况下，该转差率随着轴转速的增加而下降，并在假设转速恒定的情况下，该转差率随着转矩的增大而增大。
在按本发明的施工机械中，该控制装置这样构成，使得通过第一功率传输系从驱动单元传递到轮子或链式行走机构上的驱动功率这样来调节，即第二功率传输系的流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差相当于预先设定的值。因此一方面确保，驱动单元的内燃机在极限负荷范围内不会超负荷运转，另一方面确保，自行进施工机械不会由于冲击应力而经历驱动元件以及施工机械的结构的超负荷运转。
如果自行进施工机械的铣刨辊或切割辊碰到特别硬的岩石，则施工机械的驱动功率或推进速度会降低，因此内燃机不会超负荷运转。在此，流体动力学的传动机构以恒定的转差率来运转。
对于按本发明的施工机械来说不重要的是，如何进行调节传递到轮子或链式行走机构上的驱动功率。在优选的实施例中，第一功率传输系具有传动机构系统，它具有可调节的流体静力学的传动机构，该可调节的流体静力学的传动机构是这样调节的，即流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差(转差率)Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。在例如具有发电机和电动机的驱动装置中，驱动功率例如借助变频器来调节。
本发明的优选实施例规定了一种装置，借助它可预先设定不同的运行状态，尤其是第一和第二运行状态。可手动地借助输入单元或自动地由操控单元来进行所述的预先设定。用来预先设定两个运行状态的装置是这样构成的，即该控制单元在第一运行状态中失效，并在第二运行状态中激活。因此，可接通和停止按本发明的调节动作。也可以仅当驱动单元面临超负荷运转的危险时，在功率传输系的流体动力学的传动机构中以一定的转差率来运行机器，以驱动工作单元。
在控制装置失效的第一运行状态中，可进行传统的极限负荷调节。如果由于岩石更硬，施工机械的推进速度应该降低一定的程度，则可转换到控制装置激活的第二运行状态中。该转换可自动地进行，如果推进速度与预先设定的极限值进行比较。在低于极限值时，则由第一运行状态转换到第二运行状态。因此，可从极限负荷调节转换到局部负荷调节。
对于按本发明的调节来说不重要的是，流体动力学的传动机构具有哪种构造方式。重要的只有，该传动机构具有转差率，该转差率与转速或转矩有关。即，可使用所有专业人员已知的流体动力学的传动机构。在本发明的尤其优选的实施例中，流体动力学的传动机构是涡轮机离合器。
用来把驱动功率从驱动单元传递到轮子或链式行走机构上的功率传输系的传动机构系统优选具有至少一个液压泵，其具有可调节的输送容积，该液压泵通过液压管线与至少一个用来驱动轮子或链式行走机构的驱动装置相连。在此实施例中，液压泵的输送容积这样来调节，使得用来把驱动功率从驱动单元传递到工作单元上的流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差相当于预先设定的值。
对于本发明来说不重要的是，用来驱动轮子或行走机构的驱动系的可调节的流体静力学的传动机构是如何构成的。重要的只有，该传动机构是可调节的，因此施工机械的驱动功率是可改变的。除了流体动力学的传动机构，用来把驱动功率从驱动单元传递到工作单元上的功率传输系的传动机构系统还具有其它传动机构。该功率传输系优选还具有牵引工具传动机构，它的驱动元件与流体动力学的传动机构的从动轴相连，并且它的从动元件与工作单元的工作组件相连。
用来把驱动功率从驱动单元传递到轮子或链式行走机构上的功率传输系的传动机构系统可同样具有其它传动机构，尤其是泵分动箱，以便能驱动施工机械的其它机组、尤其是用于高度调节的抬升柱、用于转向的局部驱动装置或水泵。
附图说明
下面参照附图详细地阐述了本发明的实施例。
在附图中：
图1在侧视图中示出了大型铣刀，作为自行进施工机械的实例；
图2在简化的示意图中示出了用来驱动轮子或链式行走机构的两个功率传输系，并示出了自行进施工机械的工作单元；
图3示出了由流体静力学的传动机构传递的转矩与流体静力学的传动机构的驱动轴和从属轴之间的转速差之间的关系；以及
图4示出了转矩与内燃机的转速的关系。
具体实施方式
图1示出了所谓的大型铣刀，作为自行进施工机械的实例，用来铲除由沥青、水泥或类似物质构成的道路覆层。大型铣刀具有由移动机构1承载的机器框架2，该机器框架具有操纵台2A。该铣刨机的移动机构1包含例如四个链式行走机构1A、1B，它们在前侧和背侧上设置于汽车框架的两侧上。也可设置轮子，来代替链式行走机构。链式行走机构1A、1B固定在高度可调节的抬升柱3上，该抬升柱设置在机器框架2上。
道路铣刨机具有工作单元4，该工作单元具有工作组件4A。该工作组件指铣刨辊4A，它装配了铣刨刀具。该铣刨辊4A在机器框架2设置在前方和后方的链式行走机构1A、1B之间。
为了驱动铣刨辊4A，铣刨机具有驱动单元5，该驱动单元具有内燃机5A。该内燃机5A除了驱动铣刨辊4A以外，还驱动铣刨机的链式行走机构1A、1B以及其它机组。
图2示出了两个功率传输系，它们用来把驱动单元5的驱动功率传递到轮子或链式行走机构1A、1B和铣刨辊4A上。在图2中，只以示意的方式示出轮子或链式行走机构。
内燃机5A的转速能以已知的方式由机动车驾驶员借助油门踏板17来预先设定。在施工机械运转时，机动车驾驶员借助油门踏板17来预先设定转速，内燃机能以该转速以经济的视角来最佳地运转。但也可设置调整杆，来代替油门踏板17。
第一功率传输系I用来把驱动单元15的驱动功率传递到链式行走机构1A、1B上，而第二功率传输系II用来把驱动单元5的驱动功率传递到铣刨辊4上。这两个功率传输系I和II分别包含传动机构系统，它们在下面进行详细描述。
内燃机5A的从动轴8通过泵分动箱9与流体动力学的传动机构10(尤其是涡轮传动机构)的驱动轴10相连。该涡轮传动机构10的从动轴10B与牵引工具传动机构11的驱动元件11A相连，它的从动元件11B与铣刨辊4A的驱动轴4AB相连。因此，铣刨辊4A被内燃机5A通过流体动力学的传动机构10和牵引工具传动机构11机械地驱动。在牵引工具传动机构11和铣刨辊4A之间还可设置行星齿轮传动机构21。
在铣刨机中，行驶驱动装置是液压的驱动装置。泵分动箱9通过轴12与液压泵13相连，它的体积流可根据控制信号来调节。液压泵13又通过液压管线14与液压马达15相连，该液压马达驱动着链式行走机构1A、1B。可一个液压泵和一个液压马达的是，也可设置多个液压泵和/或多个液压马达，它们从属于单个的链式行走机构。这种驱动系统对专业人员来说是已知的。
用来调节液压泵13的输送容积的调整机构没有详细示出。根据控制装置16的控制信号，来调节液压泵13的输送容积。该控制装置16通过导线16A与传感器17A相连，该传感器探查油门踏板17的位置。此外，控制装置16通过导线16B与转速传感器18相连，该转速传感器设置在流体动力学的传动机构10的驱动轴10A上。控制装置16通过导线16C与转速传感器19相连，该转速传感器18设置在流体动力学的传动机构10从动轴10B上。转速传感器18测量驱动轴10A上的转速n1，而转速传感器19测量流体动力学的传动机构10的从动轴10B上的转速n2。控制装置16从转速n1和n2中计算出转速差Δ＝n1-n2，它相当于流体动力学的传动机构10的转差率。
控制装置16通过导线16D与用来预先设定两个运行状态的装置20相连。如果机动车驾驶员例如预先设定了第一运行状态，则不会激活按本发明的调节动作(它在下面还将详细描述)，而在第二运行状态下则会激活该调节动作。如果内燃机存在着超负荷运转的危险，则机动车驾驶员总是激活按本发明的调节。
如果铣刨辊碰到特别硬的材料，并且道路铣刨机的轮子或链式行走机构1A、1B以全部功率进行驱动时，则原则上可能存在内燃机超负荷运转甚至停止的危险。
如果激活了所述调节，则液压泵13的容积流由控制装置16这样调节，即转速差(转差率)Δ＝n1-n2等于预先设定的值。该值可由机动车驾驶员预先设定。例如可在未示出的输入单元上预先设定该值。例如，用于转差率的值可在键盘或类似物品上输入。该输入单元也可为该转差率预先设定不同的值，机动车驾驶员可在这些值之间选出一个值来。在最简单的情况下，该输入单元是具有多个换档位置的开关，该开关由机动车驾驶员操纵，用来选择一定的转差率。但还可能的是，转差率的固定值由控制装置预先设定，机动车驾驶员不能改变该固定值。
图3示出了由流体动力学的传动机构10传递的转矩与用于内燃机的三个不同转速的转差率Δ＝n1-n2之间的依赖关系(2100[1/min]、1800[1/min]、1500[1/min])。在X轴上示出了转差率[％]，并在Y轴上示出了转矩[Nm]。示出了，在一定的转速下通过预先设定的转差率可传递流体动力学的传动机构的一定的转矩。如果内燃机例如以2100/min运转，则当转差率预先设定为约1.6％时可传递3000Nm的转矩。如果为内燃机选择更小的转速，例如1800/min或1500/min，则在相同的转差率(约1.6％)时可传递更小的、约为2000Nm或1300Nm的转矩。
与常规的极限负荷调节相反，按本发明的调节动作允许机动车驾驶员通过调节一定的转差率在一定的转速(机动车驾驶员同样也可选择该转速)下来预先设定一定的转矩，内燃机借助该转矩来运转，而不会使内燃机超负荷运转。机动车驾驶员可相互独立地预先设定转差率和转速，以便最佳地驱动施工机械。这一点在下面进行详细阐述。
机动车驾驶员首先通过操纵油门踏板17或调整杆来为内燃机5A预先设定一定的转速。在施工机械的正常运转过程中，内燃机5A的电机控制器5B使由机动车驾驶员预先设定的转速保持恒定，只要电机的功率允许这一点。
通过预先设定用于内燃机的一定的转速，机动车驾驶员也可以预先设定切割速度，铣刨辊的铣刨刀具以该切割速度进行旋转，该铣刨刀具由内燃机驱动。机动车驾驶员可根据待铣刨的材料来预先设定内燃机的转速。例如，机动车驾驶员可在岩石较软时预先设定更高的转速，而在岩石较硬时选择更低的转速，因此铣刨辊在岩石较硬时转得比岩石较软时慢。
如果铣刨辊的铣刨刀具突然碰到非常硬的岩石，则具有传统的极限负荷调节的施工机械在实践中会出现问题。假设，机动车驾驶员为一定硬度的岩石预先设定了内燃机的转速，并因此为铣刨刀具预先设定了切割速度。如果铣刨辊的铣刨刀具突然碰到了比该岩石更硬的岩石，机动车驾驶员为该较硬的岩石已预先设定了一定的转速，则施工机械的推进速度会相应地降低，以使内燃机的转速能保持恒定。
图4示出了用于内燃机的转矩和转速的特性方面的依赖关系。在X轴上示出了转速[1/min]，并在Y轴上示出了转矩[Nm]。传统的极限负荷调节中，内燃机的驱动点在极限负荷范围内通过转矩-转速-特征曲线(顶曲线)来预先设定。该极限负荷调节是这样进行的，即内燃机的驱动点在极限负荷范围内位于顶曲线200上。虽然机动车驾驶员可预先设定不同的转速。但是通过预先设定转速，机动车驾驶员还可预先设定转矩，该转矩从顶曲线中得出。
如果内燃机的转速以及铣刨刀具的切割速度在极限负荷范围内保持恒定，则铣刨刀具是以过高的切割速度进行铣刨，因此存在着损坏铣刨刀具的危险。
在传统的极限负荷调节中，对于机动车驾驶员来说原则上存在着这样的可能性，即在极限负荷范围内以更低的转速(即铣刨刀具以更低的切割速度)来驱动内燃机。如果机动车驾驶员为内燃机调到了更低的转速，则由于用于内燃机的转矩和转速的特性方面的关系，会提高内燃机的转矩。但在实践中，在转矩过高时，通过冲击应力会使驱动元件以及施工机械的结构超负荷运转。因为转矩提高的前提条件是，施工机械还能借助自重施加足够的垂直力，该垂直力相当于很高的转矩。
与传统的极限负荷调节相反，按本发明的控制装置16规定，可调节的流体动力学的传动机构10这样进行调节，即施工机械的推进速度这样来调节，即转差率Δ＝n1-n2采用预先设定的值。机动车驾驶员可为转差率预先设定一定的值。在此，机动车驾驶员也可改变内燃机的转速。
通过预先设定转差率并通过改变转速，机动车驾驶员可在不同的驱动点驱动施工机械的内燃机，这些驱动点位于顶曲线的下方。即，不进行传统的极限负荷调节，其中运转点在极限负荷范围内位于顶曲线上。即，转矩的提高不与转速的降低有关。
在实践中，机动车驾驶员在岩石较硬时选择较小的转速，并在岩石较软时选择较高的转速。通过预先设定一定的转差率，机动车驾驶员可选择最佳的驱动点，该驱动点位于顶曲线(Dachkurve)之下，该转差率可由机动车驾驶员调节并与预先设定的转速无关。
假设，预先设定的转速为1800[1/min]。机动车驾驶员可通过为内燃机调节一定的转差率来选择驱动点，该驱动点位于图4所示的线100上。在此，在预先设定了转速和预先设定了转差率的情况下调节的转矩从图3中得出。
如果机动车驾驶员调到了更高和更低的转速，则他可在位于图4的线100的左边和右边的驱动点上驱动马达。转速、转矩、转差率之间的关系在此也从图3和4中得出。因此，机动车驾驶员可调节所有的驱动点，这些驱动点在一定的转速范围内位于顶曲线之下。
作为按本发明的调节的实例，假设，铣刨辊的铣刨刀具碰到更硬的岩石。然后，按本发明的调节动作这样控制驱动功率，即转差率Δ＝n1-n2采用预先设定的值，即保持恒定。在保持转速的情况下(图3)，这一点用来减少转矩。因此，铣刨刀具虽然以相同的速度驱动，但是转矩却更低。

Claims (11)

1.一种自行进的施工机械，具有
移动机构(1)，其具有轮子或链式行走机构(1A、1B)；
工作单元(4)，其具有至少一个工作组件(4A)；
驱动单元(5)，其具有至少一个内燃机(5A)；
第一功率传输系(I)，其用来把所述驱动单元(5)的驱动功率传递到轮子或链式行走机构(1A、1B)上，其中，所述第一功率传输系(I)构造得可调节待传递的功率；
第二功率传输系(II)，其用来把驱动单元(5)的驱动功率传递到工作单元(4)上，该工作单元具有传动机构系统；以及
控制装置(16)，其用来调节通过第一功率传输系(I)传递的功率，
其特征在于，
所述第二功率传输系(II)的传动机构系统包含带驱动轴(10A)和从动轴(10B)的流体动力学的传动机构(10)，其中，设置有装置(18、19、16)，用来测量和计算驱动轴的转速n1和从动轴的转速n2之间的差；以及
所述控制装置(16)这样构成，使得通过第一功率传输系(I)传递的功率被这样调节，即，流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。
2.根据权利要求1所述的自行进的施工机械，其特征在于，第一功率传输系(I)具有传动机构系统，该传动机构系统具有可调节的流体静力学的传动机构(13、14、15)，其中，该可调节的流体静力学的传动机构(13、14、15)是这样调节的，使得流体动力学的传动机构的驱动轴和从动轴之间的转速差Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。
3.根据权利要求1或2所述的自行进的施工机械，其特征在于，设置有用来预先设定第一运行状态和第二运行状态的装置(20)，该装置是这样构成的，使得所述控制装置(16)在第一运行状态中失效，并在第二运行状态中激活。
4.根据权利要求3所述的自行进的施工机械，其特征在于，所述流体动力学的传动机构(10)是涡轮机离合器。
5.根据权利要求4所述的自行进的施工机械，其特征在于，所述第一功率传输系(I)的传动机构系统具有至少一个液压泵(13)，该液压泵具有可调节的输送容积，该液压泵通过液压管线(14)与至少一个用来驱动轮子或链式行走机构(1A、1B)的液压马达(15)相连。
6.根据权利要求5所述的自行进的施工机械，其特征在于，所述第二功率传输系(II)的传动机构系统具有牵引工具传动机构(11)，它的驱动元件(11A)与流体动力学的传动机构(10)的从动轴(10B)相连，并且它的从动元件(11B)与工作组件(4A)相连。
7.根据权利要求6所述的自行进的施工机械，其特征在于，工作单元(4)的工作组件(4A)是铣刨辊。
8.一种用来调节自行进的施工机械的方法，其中该施工机械具有：
移动机构(1)，其具有轮子或链式行走机构(1A、1B)；
工作单元(4)，其具有至少一个工作组件(4A)；
驱动单元(5)，其具有至少一个内燃机(5A)；
第一功率传输系(I)，其用来把驱动单元(5)的驱动功率传递到轮子或链式行走机构(1A、1B)上，其中所述第一功率传输系(I)构造为能调节待传递的功率；
第二功率传输系(II)，其用来把驱动单元(5)的驱动功率传递到工作单元(4)上，该工作单元具有传动机构系统，该传动机构系统具有带驱动轴(10A)和从动轴(10B)的流体动力学的传动机构(10)，
其特征在于，所述第一功率传输系(I)待传递的功率这样进行调节，使得所述流体动力学的传动机构(10)的驱动轴(10A)和从动轴(10B)之间的转速差Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一功率传输系(I)具有传动机构系统，该传动机构系统具有可调节的流体静力学的传动机构(13、14、15)，其中该可调节的流体静力学的传动机构(13、14、15)是这样调节的，使得流体动力学的传动机构(10)的驱动轴(10A)和从动轴(10B)之间的转速差Δ＝n1-n2相当于预先设定的值。
10.按照权利要求8或9所述的方法，其特征在于，规定了第一运行状态和第二运行状态，其中第一功率传输系(I)的待传递的功率的调节在第一运行状态中失效，并在第二运行状态中激活。
11.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，该施工机械是道路铣刨机、路拌机或道路再生机。
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