DE102005003065A1 - Vibration controller for agricultural and construction machines has electronically accessed hydraulic valve, which shifts towards vibrating assembly through repeated switching of oil flow - Google Patents

Vibration controller for agricultural and construction machines has electronically accessed hydraulic valve, which shifts towards vibrating assembly through repeated switching of oil flow Download PDF

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Abstract

Vibration controller has electronically accessed hydraulic valve, e.g. a distribution valve, which shifts towards vibrating assembly through repeated switching of oil flow. The oil flow controls the drive cylinder or cylinders of the assembly in vibrating motion as a result of pulsation of oil flow in the drive cylinder or cylinders.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen.The This invention relates to a shaker control for agricultural and construction machinery.

Bei Land- und Baumaschinen, beispielsweise einem Frontlader in der Landwirtschaft, hat man, nicht immer, aber häufig das Problem anhaftenden Transportguts, beispielsweise das Haften bleiben von Silage bei einem Frontlader. Hier wünscht sich der Bediener, dass das anhaftende Gut möglichst rasch abgelöst wird. Mechanische Einrichtungen hierzu sind bekannt und werden in der Beschreibung des technischen Standes angegeben.at Agricultural and construction machinery, for example a front loader in agriculture, you have, not always, but often the problem of adhering cargo, such as sticking stay by silage at a front loader. Here the operator wishes that the attached material as soon as possible superseded becomes. Mechanical devices for this purpose are known and are in the description of the technical state indicated.

Selbsttätig wirkende Rüttelsteuerungen für Land- und Baumaschinen oder Bergwerksmaschinen sind aus der Patentliteratur bekannt.Self-acting Rüttelsteuerungen for land and construction machines or mining machines are from the patent literature known.

So wird in der Patentschrift DE 3631079 eine Rüttelsteuerung für eine Bergwerksmaschine angegeben. Hier wird der Hydraulikzylinder einer Schiebekappe durch eine selbsttätig wirkende Hydrauliksteuerung mit einem schwellenden Druck bzw. regelmäßigen Druckstößen beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit dem schwellenden Druck bzw. den regelmäßigen Druckstößen erfolgt dadurch, dass bei Erreichen eines voreingestellten Drucks im Kolbenraum des Zylinders der mit gleichem Druck beaufschlagte Steuerschieber eines Wegeventil gegen eine Feder öffnet und die Zuleitung zum Kolbenraum des Zylinders mit einer zweiten, bisher drucklosen Zuleitung verknüpft.So in the patent DE 3631079 a jolting control specified for a mining machine. Here, the hydraulic cylinder of a sliding cap is acted upon by a self-acting hydraulic control with a swelling pressure or regular pressure surges. The application of the swelling pressure or the regular pressure surges takes place in that upon reaching a preset pressure in the piston chamber of the cylinder is acted upon by the same pressure spool of a directional valve opens against a spring and the supply line to the piston chamber of the cylinder with a second, previously unpressurized supply line connected.

Durch den nun in die zweite Zuleitung einschießenden Druck aus der ersten Zuleitung findet ein Druckabfall im Kolbenraum des Zylinders statt infolge des Druckabbaus in der ersten Zuleitung, verbunden mit einem sich erneut aufbauenden, aus der Pumpe gespeisten Druck in beiden Zuleitungen.By the now in the second supply einschießenden pressure from the first Supply line takes place a pressure drop in the piston chamber of the cylinder due to the pressure reduction in the first supply line, connected to a again building up, fed from the pump pressure in both Leads.

Der nun wieder vergrößerte Druck wirkt auf den Zylinder und gleichzeitig auf eine zweite Fläche des Wegeventils, wodurch das Wegeventil wieder schließt und die zweite Zuleitung zum Kolbenraum wieder entlastet. Die volle Funktion des Systems wird sichergestellt durch zusätzliche Rückschlagventile, einer Drossel vor der zweiten Steuerfläche des Wegeventils, unterschiedlich großer Steuerflächen des Wegeventils sowie einer Schließfeder am Wegeventil.Of the now again increased pressure acts on the cylinder and at the same time on a second surface of the cylinder Directional valve, whereby the directional valve closes again and the second supply to the piston chamber again relieved. The full function of the system is ensured by additional check valves, a throttle in front of the second control surface the directional control valve, different sized control surfaces of the directional control valve as well as a closing spring at the directional valve.

Der Rüttelvorgang wird also selbsttätig bei Erreichen eines bestimmten Drucks im Kolbenraum eingeleitet. Die Aufgabe eines vom Maschinenbediener vorgebbaren Rüttelns bei Land- und Baumaschinen, um beispielsweise anklebendes Transportgut vollständig von der Schaufel eines Vorderladers zu lösen, lässt sich mit einer derartigen Einrichtung nicht realisieren, da hier das Rütteln völlig unabhängig vom Druck in den Hydraulikzylindern zur Abstreifung anhaftenden Restguts stattfinden muss.Of the the shaking becomes self-sufficient initiated upon reaching a certain pressure in the piston chamber. The task of a predeterminable by the operator shaking at Agricultural and construction machinery, for example, adhering cargo completely from To solve the blade of a muzzle loader can be with such a Device not realize, since here the shaking completely independent of the pressure in the hydraulic cylinders for scraping adhering residual material must take place.

In der Patentschrift DD 286 999 wird eine Rütteleinrichtung beschrieben, wie sie beispielsweise bei Kippaufsätzen auf LKW eingesetzt werden kann. Hier wird ähnlich wie in der bereits aufgeführten Patentschrift DE 3631079 ein Hydraulikventil angesteuert, das seinerseits über wechselnde Drücke im Zylinder für eine Rüttelbewegung sorgt. Im Unterschied zur Patentschrift DE 3631079 erfolgt die Ansteuerung hier über ein Seil, das sich bei Erreichen der Endlage des Kippaufsatzes spannt, ein Ventil betätigt das seinerseits die Ölsäule im Zylinder entspannt, wodurch der Kippaufsatz leicht absinkt und das ventilbetätigende Seil sich wieder entspannt.In the patent DD 286 999 a jogging device is described, as it can be used for example in tipping towers on trucks. Here is similar to the patent specification already mentioned DE 3631079 a hydraulic valve is controlled, which in turn ensures changing pressures in the cylinder for a shaking movement. In contrast to the patent DE 3631079 the control is here via a rope that spans when reaching the end position of the tilting attachment, actuates a valve which in turn relaxes the oil column in the cylinder, causing the tilting attachment drops slightly and the valve-actuating cable relaxes again.

Die Aufgabe eines vom Maschinenbediener vorgebbaren Rüttelns bei Land- und Baumaschinen ist auch mit einer derartigen Rütteleinrichtung nur begrenzt lösbar. Dazu müsste erstens die Rütteleinrichtung so verändert werden, dass das Rütteln, das hier in der Endlage selbsttätig und vom Bediener nicht steuerbar ausgelöst wird, sich über das Einfügen einer zusätzlichen technischen Einrichtung abschalten lässt, denn nicht in jedem Falle wird Restgut haften bleiben. Zweitens müsste die Lage, bei der das Rütteln einsetzen soll, flexibel vorgegeben werden können, da das Rütteln nicht in jedem Falle in der Endlage stattfinden muss. Dazu müsste erheblicher technischer Aufwand betrieben werden.The Task of a predetermined by the machine operator shaking at Land and construction machinery is also with such a vibrating device only limited solvable. This would have to first, the vibrator so changed be that shaking, this automatically in the end position and is triggered by the operator uncontrollable, about the Insert an additional one switch off the technical equipment, because not in every case Restgut will stick. Second, the situation in which the Shake should use, can be given flexibly, since the shaking is not in any case must take place in the final position. This would have to be more significant technical effort to be operated.

Ein Vorteil der beschriebenen Einrichtungen, insbesondere der Lösung nach Patentschrift DD 286 999 besteht darin, dass das Rütteln sich selbsttätig mit der Eigenfrequenz des Systems einstellt. Allerdings ist das hier lediglich als ein sich zufällig einstellender Nebeneffekt der selbsttätigen Auslösung des Wiederholvorgangs bei Erreichen einer Schwingungsendlage zu betrachten. Ziel und Aufgabe der dargestellten Erfindungen war die selbsttätige Auslösung der Rüttelwiederholung, während die Erreichung einer bestimmten Frequenz nicht explizit als Zielstellung oder auch nur als Heraushebung eines technischen Vorteils angegeben wurde.An advantage of the described devices, in particular the solution according to the patent DD 286 999 is that shaking automatically adjusts itself to the natural frequency of the system. However, this is only to be regarded as a randomly occurring side effect of the automatic triggering of the repetition process when a vibration end position is reached. The aim and task of the inventions presented was the automatic triggering of the Rüttelwiederholung, while the achievement of a certain frequency was not explicitly stated as an objective or even as a highlight of a technical advantage.

Die Aufgabe der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung besteht nun darin, eine Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen so auszuführen, dass sie folgende Anforderungen erfüllt:

  • • Einfachste, kostengünstige Steuerung
  • • Zuverlässiger Aufbau mit möglichst wenigen, mechanisch bewegten Teilen
  • • Hoher Bedienkomfort durch vielfältige Möglichkeiten der Einflussnahme seitens des Bedieners
The object of the invention specified in the claims is to carry out a vibration control for agricultural and construction machinery in such a way that it fulfills the following requirements:
  • • Simplest, cost-effective control
  • • Reliable construction with as few mechanically moving parts as possible
  • • High ease of use due to many possibilities of influence on the part of the operator

Die Verknüpfung des Vorteils des Schwingens mit Eigenfrequenz mechanischer Rütteleinrichtungen aus der aufgeführten Patentliteratur mit den Möglichkeiten einer komfortablen Beeinflussung des Rüttelvorgangs über elektronische Steuerungsmöglichkeiten wird realisiert mittels eines elektrisch steuerbaren Ventils, das über eine geeignete elektronische Steuerung das zu rüttelnde Bauteil in Schwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen, versetzt gemäß der Patentansprüche.The shortcut the advantage of oscillating with natural frequency mechanical vibrators from the listed Patent literature with the possibilities a comfortable influencing the Rüttelvorgangs via electronic control options is realized by means of an electrically controllable valve, which has a suitable electronic control vibrates the component to be shaken, in particular resonance vibrations, offset according to the claims.

Aus der Schwingungslehre ist bekannt, dass die Amplitude fremderregter Schwingungen bei Resonanz an größten wird. Mithin sind bei gleichbleibender Frequenz die Beschleunigungen am größten, wenn die Amplitude maximal wird. Die Beschleunigung anhaftenden Schüttguts und damit die Ablösekraft für das Schüttgut wird damit maximal, wenn die Schwingungsbewegung am intensivsten ist.Out The vibrational theory is known that the amplitude of other excited Vibrations at resonance becomes largest. Thus, with constant frequency, the accelerations on biggest, though the amplitude becomes maximum. The acceleration adhering bulk material and so that the detachment force for the bulk becomes maximum when the vibrational motion is most intense is.

Ziel ist es daher, die Schwingungsbewegung möglichst intensiv zu gestalten, aber gleichzeitig den Aufwand hierfür geringstmöglich zu halten. Die Lösung des technischen Problems erfolgt gemäß den in den Patentansprüchen angegebenen Lösungen.aim It is therefore to make the vibrational motion as intense as possible, but at the same time keep the effort as low as possible. The solution of technical problem occurs in accordance with the claims specified solutions.

Unterstützend zur Umsetzung eines optimalen Rüttelvorgangs wird die zu rüttelnde Baugruppe so gestaltet, dass ihre schwingungsrelevanten Parameter, insbesondere die Steife der Aufhängung, optimal mit dem erregenden Ventil zusammenwirken. Insbesondere kann die relativ hohe Steife der Ölsäule auf der Stangenseite in Endlagennähe vermindert werden durch Verbinden der Stangenseite mit zusätzlicher Speicherkapazität für komprimiertes Öl, insbesondere bekannten hydraulischen Speichen wie beispielsweise Blasenspeichern. Es kann jedoch auch der Zylinder so ausgeführt werden, dass die zusätzliche Speichermöglichkeit für komprimiertes Öl im Zylinder integriert ist, beispielsweise mittels einem verlängerten Zylinderrohr mit Anschlag für die Endlage auf der Stangenseite.Supportive to Implementation of an optimal shaking process will be the one to shake Assembly designed so that its vibration-relevant parameters, especially the stiffness of the suspension, optimally interact with the exciting valve. In particular, can the relatively high stiffness of the oil column the rod side near the end be reduced by connecting the rod side with additional storage capacity for compressed oil, in particular known hydraulic spokes such as bladder accumulators. However, the cylinder can also be designed so that the additional memory option for compressed oil in the cylinder is integrated, for example by means of an extended Cylinder tube with stop for the end position on the rod side.

1 zeigt eine hydraulische Schaltung mit der das Rütteln, gemäß den in den Ansprüchen formulierten Lösungsmöglichkeiten, realisiert werden kann. Die Zylinder 1 betätigen hier eine nicht näher dargestellte Baugruppe, beispielsweise das Werkzeug 9 eines Frontladers. Das Steuerventil 2 betätigt mittels seiner Wege-Funktion das Ein- und Ausfahren des Zylinders 1. Das Lasthalteventil 3 stellt sicher, dass bei Auftreten einer Zugkraft an den Kolbenstangen 8, beispielsweise durch eine größere Last, keine Verschiebung der Kolbenstangen 8 möglich ist. Erst bei einer gezielten Druckbeaufschlagung der Kolbenräume der Zylinder 1 durch den Bediener wird das Lasthalteventil 3 über die Steuerleitung 3a geöffnet und eine Bewegung der Kolbenstangen 8 wird so möglich. Die Sicherheitsventile 4a und 4b sichern die Zylinder 1 gegen Maximaldruck ab. Bei Überschreiten eines maximalen Drucks öffnen die Sicherheitsventile 4a und 4b und verhindern Beschädigungen an den Zylindern oder dem Werkzeug 9. Die Eilgangsteuerventile 5a und 5b dienen der Umschaltung zwischen einer Eilgangbewegung und langsamer Bewegung des Werkzeugs durch gemeinsame bzw. getrennte Druckbeaufschlagung von Kolben- und Ringräumen der Zylinder 1. Mit dem Umschaltventil 6 kann eine weitere, nicht dargestellte Baugruppe betätigt werden und das Einschaltventil 7 dient als Einschalter für die gesamte Steuerbaugruppe. 1 shows a hydraulic circuit with the shaking, according to the formulated in the claims solution, can be realized. The cylinders 1 operate here a module, not shown, for example, the tool 9 a front loader. The control valve 2 actuates the retraction and extension of the cylinder by means of its path function 1 , The load-holding valve 3 Ensures that when traction occurs on the piston rods 8th For example, by a larger load, no displacement of the piston rods 8th is possible. Only with a targeted pressurization of the piston chambers of the cylinder 1 by the operator becomes the load-holding valve 3 over the control line 3a opened and a movement of the piston rods 8th becomes so possible. The safety valves 4a and 4b secure the cylinders 1 against maximum pressure. When a maximum pressure is exceeded, the safety valves open 4a and 4b and prevent damage to the cylinders or the tool 9 , The rapid traverse control valves 5a and 5b serve the switching between a rapid traverse movement and slow movement of the tool by common or separate pressurization of piston and annular spaces of the cylinder 1 , With the switching valve 6 a further, not shown assembly can be actuated and the on-off valve 7 serves as a power switch for the entire control board.

Stellt nun der Bediener fest, dass Transportgut am Werkzeug 9 haftet, initiiert er die elektronische Rüttelsteuerung gemäß der in den Ansprüchen angegebenen technischen Lösungen. Dabei werden zunächst die Kolbenstangen 8, falls sie sich in Endlage befinden, etwas eingefahren durch Betätigung des Steuerventils 2. Alsdann werden mit Hilfe des Steuerventils 2 Schwingungen in den Ölsäulen der Zylinder 1 erzeugt. Die elektronische Ansteuerung des Steuerventils 2 erfolgt dabei so, dass die in den Ansprüchen dargestellten Lösungen realisiert werden. Insbesondere erfolgt die Ansteuerung so, dass die Schwingungsfrequenzen des Werkzeugs 9, die sich wesentlich aus der Steife der Ölsäulen in den Zylindern 1, der Steife der mechanischen Aufhängung des Werkzeugs 9 sowie der Masse von Werkzeug 9 und Kolbenstangen 8 ergeben, in Resonanz zur Ansteuerfrequenz des Steuerventils 2 ergeben.Now the operator determines that goods to be transported on the tool 9 liable, he initiates the electronic Rüttelsteuerung according to the specified in the claims technical solutions. First, the piston rods 8th if they are in the end position, slightly retracted by actuation of the control valve 2 , Then be with the help of the control valve 2 Vibrations in the oil columns of the cylinders 1 generated. The electronic control of the control valve 2 takes place so that the solutions shown in the claims can be realized. In particular, the control is carried out so that the vibration frequencies of the tool 9 which is essentially due to the stiffness of the oil columns in the cylinders 1 , the stiffness of the mechanical suspension of the tool 9 as well as the mass of tools 9 and piston rods 8th result, in resonance to the drive frequency of the control valve 2 result.

2 zeigt den Schwingungsverlauf bei harmonischer Erregung eines schwingungsfähigen Systems mit verschiedenen Frequenzen. (Darstellung mit der Kreisfrequenz) Es wird der bekannte Zusammenhang deutlich, dass bei Erregung mit Frequenzen, die in der Nähe der Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems liegen, die Amplituden und damit auch die maximalen Beschleunigungen der erregten Schwingung maximal werden. 2 shows the waveform when harmonic excitation of a vibratory system with different frequencies. (Representation with the angular frequency) It is clear from the known context that when excited with frequencies that are close to the natural frequency of the oscillatory system, the amplitudes and thus also the maximum accelerations of the excited oscillation become maximum.

11
Zylindercylinder
22
Steuerventilcontrol valve
33
Lasthalteventil mit Steuerleitung 3a Load holding valve with control line 3a
44
Sicherheitsventilesafety valves
55
Eilgangsteuerventile 5a und 5b Eilgangsteuerventile 5a and 5b
66
Umschaltventil mit weiteren leitungen 6a Changeover valve with additional lines 6a
77
EinschaltventilOn-off valve
88th
Kolbenstangepiston rod
99
WerkzeugTool

Claims (10)

Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisch angesteuertes Hydraulikventil, insbesondere ein Wegeventil, die zu rüttelnde Baugruppe durch wiederholtes Umschalten des Ölstroms, der den oder die Antriebszylinder der Baugruppe steuert, in eine Rüttelbewegung infolge der Pulsation der Ölsäule in dem oder den Antriebszylindern versetzt.Rüttelsteuerung for agricultural and construction machinery, characterized in that an electronically controlled hydraulic valve, in particular a ways valve, the shaking assembly by repeatedly switching the flow of oil that controls the drive cylinder or the assembly in a shaking movement due to the pulsation of the oil column in the drive or the drive cylinders. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Umschaltung des elektronisch angesteuerten Hydraulikventils mit der oder den Schwingungseigenfrequenzen der Baugruppe so abgestimmt ist, dass an der Baugruppe Schwingungen mit anfangs ansteigender Amplitude, insbesondere Resonanzschwingungen auftreten.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 1, characterized in that the frequency the switching of the electronically controlled hydraulic valve matched with the or the natural vibration frequencies of the module so is that at the assembly vibrations with initially increasing Amplitude, in particular resonance vibrations occur. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Umschaltung des elektronisch angesteuerten Hydraulikventils vom Maschinenbediener eingestellt werden kann.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 2, characterized in that the frequency the switching of the electronically controlled hydraulic valve can be adjusted by the machine operator. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Sensorik und elektronischer Signalverarbeitung, insbesondere Drucksensoren, die Amplitudenmaxima ermittelt werden und davon ausgehend das Rüttelventil umgesteuert wird und auf diese Weise Resonanzschwingungen erzeugt werden.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 2, characterized in that by means of Sensor and electronic signal processing, in particular pressure sensors, the amplitude maxima are determined and starting from the shaker valve is reversed and generated in this way resonant vibrations become. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter von Antriebszylinder und Baugruppe so abgestimmt sind, dass die Baugruppe mit den bei Wegeventilen üblicherweise erreichbaren Frequenzen leicht in Schwingungen zu versetzten ist.Rüttelsteuerung for land and construction machines, characterized in that the parameters of drive cylinder and assembly are tuned so that the assembly with the Directional control valves usually achievable frequencies is easily vibrated. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum der Antriebszylinder mit zusätzlicher Speicherkapazität für komprimiertes Öl verbunden ist, insbesondere bekannten hydraulischen Speichen wie beispielsweise Blasenspeichern.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 5, characterized in that the annulus the drive cylinder with additional storage capacity connected for compressed oil is, in particular known hydraulic spokes such as Bubble memories. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zylinder der Baugruppe auf Federn abstützen, die so dimensioniert sind, dass optimale Schwingungsverhältnisse im Zusammenwirken mit der Masse der Baugruppe und der Frequenz des Rüttelventils erreicht wird.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 5, characterized in that support the cylinders of the assembly on springs that are dimensioned so are that optimal vibration conditions in interaction with the mass of the assembly and the frequency of the Rüttelventils is achieved. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer während der ein wiederholtes Umschalten des Hydraulikventils stattfindet, so begrenzt wird, dass an der zu rüttelnden Baugruppe keine Schäden auftreten können.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 2, characterized in that the period of time while the repeated switching of the hydraulic valve takes place, is limited so that no damage to the module to be shaken occur can. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Rüttelns ein Frequenzbereich in der Nähe der erforderlichen Frequenzen mit steigender bzw. fallender Frequenz durchfahren wird.Rüttelsteuerung for land Construction equipment according to claim 2, characterized in that during the shaking a frequency range nearby the required frequencies with increasing or decreasing frequency is passed through. Rüttelsteuerung für Land- und Baumaschinen, dadurch gekennzeichnet dass während des Rüttelvorgangs die Antriebszylinder der Baugruppe etwas ein- bzw. ausgefahren werden um ein freies Schwingen der Ölsäulen zu ermöglichen.Rüttelsteuerung for land and construction machines, characterized in that during the Rüttelvorgangs the drive cylinder the assembly slightly extended or retracted to a free swing the oil columns too enable.
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