DE102009025683A1 - Mobile work machine with damping device of vibrations of a working arm and method for damping the vibrations - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine (1) mit Dämpfungseinrichtung (2) von Schwingungen eines Arbeitsarms (3), wobei der Arbeitsarm (3) der Arbeitsmaschine (1) mit einem Ende (4) an einem Oberwagen (5) gelenkig angeordnet ist. Mindestens ein Hydraulikzylinder (6) ist zwischen dem Oberwagen (5) und dem Arbeitsarm (3) angeordnet und definiert einen Neigungswinkel (a) zwischen Oberwagen (5) und Arbeitsarm (3). Mindestens ein Lasterfassungssensor (7) ist mit dem Hydraulikzylinder (6) über eine Druckleitung (8) verbunden. Der Lasterfassungssensor (7) erfasst Druckänderungen aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms (3). Dazu ist eine Signalleitung (9) zwischen dem Lasterfassungssensor (7) und einem Steuergerät (10) angeordnet, welche Drucksignale an das Steuergerät (10) überträgt. Ein Hydraulikventil (12) ist in einer Zu- und einer Ableitung (12, 13) des Hydraulikzylinders (6) angeordnet, wobei das Hydraulikventil (11) und die Hydraulikpumpe (14) mit dem Steuergerät (10) über Steuerleitungen (15, 16) verbunden sind. Die Hydraulikpumpe (14) und das Hydraulikventil (11) regeln mittels eines Reglers (20) im Steuergerät (10) beim Auftreten von Nickschwingungen zur Dämpfung derselben den Hydraulikfluss entgegen dem Auftreten der Druckänderungen.The invention relates to a mobile machine (1) with damping device (2) of vibrations of a working arm (3), wherein the working arm (3) of the working machine (1) with one end (4) on an uppercarriage (5) is articulated. At least one hydraulic cylinder (6) is arranged between the uppercarriage (5) and the working arm (3) and defines an angle of inclination (a) between the uppercarriage (5) and the working arm (3). At least one load detection sensor (7) is connected to the hydraulic cylinder (6) via a pressure line (8). The load detection sensor (7) detects pressure changes due to pitch oscillations of the working arm (3). For this purpose, a signal line (9) is arranged between the load detection sensor (7) and a control unit (10) which transmits pressure signals to the control unit (10). A hydraulic valve (12) is arranged in an inlet and a discharge line (12, 13) of the hydraulic cylinder (6), the hydraulic valve (11) and the hydraulic pump (14) being connected to the control unit (10) via control lines (15, 16). are connected. The hydraulic pump (14) and the hydraulic valve (11) control by means of a regulator (20) in the control unit (10) at the occurrence of pitching oscillations for damping the same hydraulic flow against the occurrence of pressure changes.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine mit Dämpfungseinrichtung von Schwingungen eines Arbeitsarms, wobei der Arbeitsarm der Arbeitsmaschine mit einem ersten Ende an einem Oberwagen gelenkig angeordnet ist. Mindestens ein Hydraulikzylinder ist zwischen dem Oberwagen und dem Arbeitsarm angeordnet und definiert einen Neigungswinkel zwischen Oberwagen und Arbeitsarm.The The invention relates to a mobile work machine with damping device of vibrations of a working arm, the working arm of the working machine is arranged articulated with a first end to a superstructure. At least one hydraulic cylinder is between the superstructure and arranged the working arm and defines a tilt angle between Uppercarriage and working arm.

Aus der Druckschrift DE 10 2005 025 536 A1 ist eine mobile Arbeitsmaschine, insbesondere eine hydraulisch angetriebene Erdbaumaschine und ein Verfahren zur Erd- und Schüttgutbewegung bekannt. Dazu wird die mobile Arbeitsmaschine mit einer vollständigen oder mindestens anteiligen Automatisierung der Arbeitszyklen bei Erd- und Schüttgutbewegungen unter Berücksichtigung der dabei auftretenden Schwingungen und/oder Kontaktkräfte ausgestattet. Diese Automatisierung beruht auf einer Trajektorien-Folgeregelung mit einer aktiven Schwingungsdämpfung und/oder einer unterlagerten Kontaktkraftregelung, wobei für die Kontaktkraftregelung eine maximale Kontaktkraft definiert wird und bei Überschreiten dieses Schwellenwertes der betreffende Arbeitszyklus unterbrochen wird.From the publication DE 10 2005 025 536 A1 is a mobile machine, in particular a hydraulically powered excavator and a method of earth and bulk material movement known. For this purpose, the mobile work machine is equipped with a complete or at least proportionate automation of the work cycles in earth and bulk material movements, taking into account the vibrations and / or contact forces occurring. This automation is based on a trajectory follow-up control with an active vibration damping and / or a subordinate contact force control, wherein for the contact force control a maximum contact force is defined and when exceeding this threshold value of the relevant work cycle is interrupted.

Bei derartig automatisierten bzw. teilautomatisierten mobilen Arbeitsmaschinen treten unvorhergesehene und von der Automatik nicht ausregelbare Schwingungen des Arbeitsarms beim Senken und Heben unter Last auf, die auch Nick schwingungen genannt werden. Diese Nickschwingungen sind besonders gefährlich, da sie sich beim automatischen Betrieb aufschwingen können und Eigenschwingungen des Gesamtsystems der mobilen Arbeitsmaschine anregen können, so dass ein automatischer Betrieb nicht mehr gewährleistet ist.at Such automated or semi-automated mobile machines occur unforeseen and not adjustable by the automatic vibrations of the working arm when lowering and lifting under load, which also called Nick oscillations become. These pitching vibrations are particularly dangerous because they can swing up during automatic operation and natural vibrations of the entire system of the mobile work machine can stimulate, so that automatic operation is not more is guaranteed.

Derartige Nickschwingungen wurden insbesondere bei der Erprobung von einem hochdynamischen EFM-Bagger (electronic flow matching) beim Betätigen des Arbeitsarms bzw. Auslegers spür- und messbar. Durch einfache, aus dem Stand der Technik bekannte Steuerungsmaßnahmen konnte jedoch keine wesentliche Verbesserung bzw. Dämpfung derartiger Nickschwingungen erreicht werden. Die Gefahr von Nickschwingungen ist jedoch nicht nur auf Bagger begrenzt, sondern kann bei einer Vielzahl von hydraulischen Baumaschinen, von land- und forstwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen sowie von LKW-Ladekranen auftreten.such Nick oscillations were particularly in the testing of a highly dynamic EFM excavator (electronic flow matching) when pressed of the working arm or cantilever can be felt and measured. By simple, known from the prior art control measures However, no significant improvement or damping could Such pitch oscillations can be achieved. The danger of pitching vibrations However, it is not limited to excavators, but can be used at one Variety of hydraulic construction machinery, agricultural and forestry Work machines as well as truck loading cranes occur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine mobile Arbeitsmaschine mit Dämpfungseinrichtung von Schwingungen eines Arbeitsarms und ein Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen zu schaffen, so dass durch eine verminderte Schwingungsanregung eine Verbesserung der Steuerbarkeit, der Arbeitssicherheit, der Energieeffizienz und des Komforts derartiger mobiler Arbeitsmaschinen erreicht wird.task The invention is a mobile work machine with damping device of vibrations of a working arm and a method of damping of vibrations, so that by a reduced vibration excitation a Improvement of controllability, occupational safety, energy efficiency and the comfort of such mobile work machines is achieved.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved with the subject matter of the independent claims solved. Advantageous developments of the invention result from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird eine mobile Arbeitsmaschine mit Dämpfungseinrichtung von Schwingungen eines Arbeitsarms und ein Verfahren zur Dämpfung der Schwingungen geschaffen, wobei der Arbeitsarm der Arbeitsmaschine mit einem ersten Ende an einem Oberwagen gelenkig angeordnet ist. Mindestens ein Hydraulikzylinder ist zwischen dem Oberwagen und dem Arbeitsarm angeordnet und definiert einen Neigungswinkel zwischen Oberwagen und Arbeitsarm. Mindestens ein Lasterfassungssensor ist mit dem Hydraulikzylinder über eine Druckleitung verbunden. Der Lasterfassungssensor erfasst Druckänderungen aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms.According to the invention a mobile work machine with damping device of Vibrations of a working arm and a method of damping created the vibrations, the working arm of the working machine is arranged articulated with a first end to a superstructure. At least a hydraulic cylinder is between the uppercarriage and the working arm arranged and defines a tilt angle between the superstructure and Working arm. At least one load detection sensor is connected to the hydraulic cylinder via connected to a pressure line. The load detection sensor detects pressure changes due to pitching vibrations of the working arm.

Dazu ist eine Signalleitung zwischen dem Lasterfassungssensor und einem Steuergerät angeordnet, welche Drucksignale an das Steuergerät überträgt. Ein Hydraulikventil ist in einer Zu- und einer Ableitung des Hydraulikzylinders angeordnet, wobei das Hydraulikventil und die Hydraulikpumpe mit dem Steuergerät über Steuerleitungen verbunden sind. Die Hydraulikpumpe und das Hydraulikventil regeln mittels eines Reglers im Steuergerät beim Auftreten von Nickschwingungen zur Dämpfung derselben den Hydraulikzu- bzw. -abfluss entgegen dem Auftreten der Druckschwankungen.To is a signal line between the load detection sensor and a Control unit arranged, which transmits pressure signals to the control unit. A hydraulic valve is in an inlet and a discharge of the hydraulic cylinder arranged, wherein the hydraulic valve and the hydraulic pump with the control unit connected via control lines are. The hydraulic pump and the hydraulic valve regulate by means of a controller in the control unit when pitching occurs To counteract the same hydraulic inflow or outflow the occurrence of pressure fluctuations.

Ein Vorteil einer derartige Arbeitsmaschine besteht darin, dass Schwingungsanregungen durch den Arbeitsarm und die Ausrüstung bei einem Betätigen des Arbeitsarms, beispielsweise durch Beschleunigung und Verzögerung der Ausrüstung, vermieden werden. Die Last des Verbrauchers wird z. B. mit dem Lasterfassungssensor erfasst und mit Hilfe einer elektronischen Regelung werden Sollwerte für das Hydraulikventil und die Hydraulikpumpe so verändert, dass die Beschleunigungskräfte bei betätigtem Arbeitsarm den Druckänderungen und damit der Schwingungsanregung für Nickschwingungen entgegenwirken.One Advantage of such a machine is that vibration excitations through the working arm and the equipment when pressed the working arm, for example by acceleration and deceleration the equipment, be avoided. The burden of the consumer is z. B. detected with the load detection sensor and using a Electronic control become setpoints for the hydraulic valve and the hydraulic pump changed so that the acceleration forces with actuated working arm the pressure changes and thus the vibration excitation for pitching vibrations counteract.

Dabei kann eine Kombination mit einer passiven oder einer aktiven Schwingungstilgung für den nicht betätigten Zustand des Arbeitsarms, z. B. bei Fahrbetrieb, die Sicherheit der mobilen Arbeitsmaschine erhöhen. Schließlich ist es möglich, durch ein Erfassen der Hydraulikzylinder bzw. der Ausrichtungspositionen derselben und/oder durch eine Kombination mit einer Lageregelung eine weitere Verbesserung der mobilen Arbeitsmaschine zu erreichen.there can be a combination with a passive or an active vibration damping for the non-actuated state of the working arm, z. B. when driving, the safety of the mobile machine increase. Finally, it is possible by detecting the hydraulic cylinders or the alignment positions same and / or by a combination with a position control to achieve a further improvement of the mobile work machine.

Besonders effektiv kann die Erfindung für das System mit einer EFM-Regelung (electronic flow matching) für mobile Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, was durch die hohe mögliche Dynamik unter Vermeidung von Nickschwingungen be dingt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei vorhandener Elektrohydraulik lediglich ein zusätzlicher Lasterfassungssensor angebaut werden muss, der z. B. auch für eine Wiegeeinrichtung genutzt werden kann, so dass lediglich das Steuergerät um eine Regeleinheit in der Software-Ausstattung ergänzt werden muss. Für das Dämpfen der Nickschwingungen sind keine zusätzlichen Lagesensoren erforderlich, so dass eine kostengünstige Realisierung für mobile Arbeitsmaschinen unter Vermeidung von zusätzlichem Wartungsaufwand möglich ist.Especially effectively, the invention for the system with an EFM control (electronic flow matching) for mobile machines be used, which is due to the high potential dynamics while avoiding pitching vibrations is required. Another The advantage is that with existing electrohydraulics only an additional load detection sensor must be installed, the z. B. also be used for a weighing device can, so that only the control unit to a control unit in the software equipment must be supplemented. For the damping of pitching vibrations are not additional Position sensors required, making a cost-effective Realization for mobile machines under avoidance additional maintenance is possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Lasterfassungssensor ein Sensorelement auf, das über eine Hydraulikleitung mit dem Hydraulikzylinder in Verbindung steht und über eine Signalleitung die Drucksignale in dem Hydraulikzylinder an ein Steuergerät als elektrische Signale weitergibt.In a preferred embodiment of the invention, the Load detection sensor on a sensor element on a Hydraulic line communicates with the hydraulic cylinder and via a Signal line, the pressure signals in the hydraulic cylinder to a control unit as electrical signals.

Darüber hinaus kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Arbeitsmaschine einen Handsteuergeber aufweisen, der einen Sollwert für eine Änderung des Hubs des Hydraulikzylinders, sowie die Neigungsgeschwindigkeit des Arbeitsarms vorgibt, und damit ein Senken oder Heben des Arbeitsarms auslöst.About that In addition, in a preferred embodiment of the invention the work machine having a manual control transmitter which has a setpoint for a change in the stroke of the hydraulic cylinder, and the rate of inclination of the working arm pretends, and thus causes a lowering or lifting of the working arm.

Derartige Handsteuergeber sind insbesondere von Vorteil, wenn eine mobile Arbeitsmaschine nur teilautomatisch arbeiten soll und nicht wie in der Druckschrift DE 10 2005 025 536 A1 für einen vollautomatischen Betrieb für Erdbewegungen und Planier- oder Grabungsaufgaben vorgesehen ist.Such manual control are particularly advantageous if a mobile machine should only work semi-automatically and not as in the document DE 10 2005 025 536 A1 is intended for fully automatic operation for earthmoving and grading or excavation tasks.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass dem Sollwert des Handsteuergebers in dem Steuergerät Druckregelsignale überlagert sind, wobei die Druckregelsignale Sollwerte für die Hydraulikventilstellung und Sollwerte für den Hydraulikfluss der Hydraulikpumpe und des Hydraulikventils generieren, und die Sollwerte den gemessenen Druckschwankungen aufgrund von Nickschwingungen entgegenwirken. Dabei beziehen sich diese Sollwerte sowohl des Handsteuergebers als auch der Hydraulikpumpe und des Hydraulikventils auf Hydraulikflüsse und werden in Menge pro Zeiteinheit vorgeben.About that In addition, it is provided that the setpoint of the manual control superimposed in the control unit pressure control signals are, wherein the pressure control signals setpoints for the hydraulic valve position and Setpoints for the hydraulic flow of the hydraulic pump and generate the hydraulic valve, and the setpoints the measured Counteract pressure fluctuations due to pitching vibrations. there These setpoints refer to both the manual control transmitter and the hydraulic pump and the hydraulic valve on hydraulic flows and will specify in quantity per unit of time.

Das Steuergerät weist neben dem oben erwähnten Regler zur Dämpfung der Nickschwingungen ein Tiefpassfilter auf, das langsame Druckänderungen aufgrund des Hebens und Senkens des Arbeitsarms aus den Druckschwankungen, die durch den Lasterfassungssensor an das Steuergerät übermittelt werden, herausfiltert. Dazu weist das Steuergerät bzw. der Regler im Steuergerät einen Subtraktionsknoten zur Subtraktion der herausgefilterten langsamen Druckschwankungen im Hydraulikzylinder von den gesamten Druckschwankungen unter Erfassen der Nickschwingungen des Arbeitsarms auf. Im Prinzip ergibt die Kombination aus Tiefpassfilter und Subtraktionsknoten ein Hochpassfilter, das lediglich höher frequente Druckschwankungen aufgrund von Nickschwingungen durchlässt und nicht die normalen Hydraulikzu- und -abflussänderungen durch Heben und Senken des Arbeitsarms für die Druckregelsignale berücksichtigt.The Control unit points next to the above-mentioned controller for damping the pitching vibrations on a low-pass filter, the slow pressure changes due to lifting and lowering of the working arm from the pressure fluctuations caused by the load detection sensor are transmitted to the control unit, filters out. For this purpose, the controller or the controller in the control unit a subtraction node for subtracting the filtered-out slow ones Pressure fluctuations in the hydraulic cylinder from the total pressure fluctuations detecting the pitching vibrations of the working arm. Basically gives the combination of low pass filter and subtraction node a high-pass filter, the only higher-frequency pressure fluctuations lets through pitching and not the pitch normal hydraulic inlet and outlet changes by lifting and lowering the working arm for the pressure control signals considered.

Ein Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen eines Arbeitsarms weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst werden Sollwerte für den Hydraulikfluss in Litern pro Minute für einen Hydraulikzylinder festgelegt, mit denen ein Heben und Senken eines Arbeitsarms vorgegeben wird. Beim Betrieb des Arbeitsarms werden dann Hydraulikdruckschwankungen in dem Hydraulikzylinder aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms erfasst. Daraufhin wird der Sollwert eines Hydraulikflusses einer Hydraulikpumpe und der Sollwert für einen Hydraulikfluss durch ein Hydraulikventil zur Versorgung des Hydraulikzylinders derart verändert, dass Beschleunigungskräfte am Hydraulikkolben des Hydraulikzylinders auftreten, die den Hydraulikdruckschwankungen entgegenwirken. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Nickschwingungen des Arbeitsarms gedämpft werden und ein gleichmäßiges Heben und Senken des Arbeitsarms auch bei hoher Dynamik der mobilen Arbeitsmaschine gewährleistet ist.One Method for damping vibrations of a working arm has the following process steps. First, be Setpoints for hydraulic flow in liters per minute for a hydraulic cylinder set with which a lifting and lowering a working arm is specified. When operating the working arm then hydraulic pressure fluctuations in the hydraulic cylinder due to pitching vibrations of the working arm. thereupon is the setpoint of a hydraulic flow of a hydraulic pump and the setpoint for hydraulic flow through a hydraulic valve to supply the hydraulic cylinder changed so that acceleration forces on the hydraulic piston of the hydraulic cylinder occur, which counteract the hydraulic pressure fluctuations. This Method has the advantage that the pitching vibrations of the working arm be damped and a steady lifting and lowering the working arm even with high dynamics of the mobile machine is guaranteed.

Dabei werden vorzugsweise die Hydraulikdruckschwankungen durch einen Lasterfassungssensor ermittelt, der ein Sensorelement aufweist, das die Drucksignale in Spannungsänderungen überträgt und einer Reglereinheit in dem Steuergerät über eine Signalleitung zuführt. Mit Hilfe eines Handsteuergebers wird vorzugsweise der Arbeitsmaschine der Sollwert für den Hydraulikfluss in dem Hydraulikzylinder zum Ändern des Neigungswinkels des Arbeitsarms vorgegeben, wodurch ein Senken oder ein Heben des Arbeitsarms ausgelöst wird.there Preferably, the hydraulic pressure fluctuations by a load detection sensor determined, which has a sensor element, the pressure signals transfers into voltage changes and a regulator unit in the control unit via a signal line supplies. With the aid of a manual control transmitter is preferably the working machine, the setpoint for the hydraulic flow in the hydraulic cylinder for changing the inclination angle given the working arm, thereby lowering or lifting the Working arm is triggered.

Diesem Sollwert des Handsteuergebers werden in dem Steuergerät Druckregelsignale eines Reglers überlagert, die Sollwerte für die Hydraulikventilstellung sowie Sollwerte für den Hydraulikfluss durch das Hydraulikventil und Sollwerte für den Hydraulikfluss der Hydraulikpumpe generieren. Dabei werden die Sollwerte für den Handsteuergeber und für die Hydraulikpumpe sowie für das Hydraulikventil in Menge pro Zeiteinheit (l/min) für einen Hydraulikfluss vorgegeben.this Setpoint of the manual control transmitter are in the control unit Pressure control signals of a controller superimposed, the setpoints for the hydraulic valve position and setpoints for the hydraulic flow through the hydraulic valve and setpoints for generate the hydraulic flow of the hydraulic pump. Here are the Setpoints for the manual control transmitter and for the Hydraulic pump as well as for the hydraulic valve in quantity pro Time unit (l / min) specified for a hydraulic flow.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be more apparent from the accompanying drawings explained.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer mobilen Arbeitsmaschine in Form eines Schaufelbaggers mit Last; 1 shows a schematic representation of a mobile work machine in the form of a shovel with load;

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Arbeitsarms einer mobilen Arbeitsmaschine mit Dämpfungseinrichtung gegen Nickschwingungen; 2 shows a schematic representation of a working arm of a mobile machine with damping device against pitching vibrations;

3 zeigt ein schematisches Funktionsschaltbild einer Sollwerteinstellung eines Steuergeräts für eine mobile Arbeitsmaschine. 3 shows a schematic functional diagram of a setpoint adjustment of a control unit for a mobile machine.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer mobilen Arbeitsmaschine 1 in Form eines Schaufelbaggers 25 mit einer Last 22. Die Last 22 ist von einer Baggerschaufel 23 an einem Arbeitsarm 3 des Baggers 25 aufgenommen, wobei der Arbeitsarm 3 der Arbeitsmaschine 1 mit einem ersten Ende 4 an einem Oberwagen 5 des Baggers 25 gelenkig angeordnet ist. Mindestens ein Hydraulikzylinder 6 ist zwischen dem Oberwagen 5 und dem Arbeitsarm 3 angeordnet und definiert einen Neigungswinkel a zwischen Oberwagen 5 und Arbeitsarm 3. Mit dem Hyd raulikzylinder 6 ist über eine hier nicht gezeigte Druckleitung ein Lasterfassungssensor verbunden. Dieser Lasterfassungssensor erfasst Druckschwankungen aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms 3. 1 shows a schematic representation of a mobile machine 1 in the form of a shovel 25 with a load 22 , Weight 22 is from an excavator bucket 23 on a working arm 3 of the excavator 25 taken, with the working arm 3 the working machine 1 with a first end 4 on a superstructure 5 of the excavator 25 is arranged articulated. At least one hydraulic cylinder 6 is between the superstructure 5 and the working arm 3 arranged and defines an angle of inclination a between the superstructure 5 and working arm 3 , With the hydraulic raulikzylinder 6 is connected via a pressure line, not shown here, a load detection sensor. This load detection sensor detects pressure fluctuations due to pitch oscillations of the working arm 3 ,

Diese Nickschwingungen entstehen, wenn mit hoher Dynamik der Arbeitsarm 3 gehoben und/oder gesenkt wird. Während der Nickschwingungen variiert der Neigungswinkel α um ±Δα und ein zweites Ende 24 des Arbeitsarms 3, das die Baggerschaufel 23 mit der Last 22 trägt, kann dabei in einem Abstand a von der Erdoberfläche 26 um ±Δa während der Nickschwingungen variieren. Diese Nickschwingungen, verursacht durch das schnelle Anheben oder Absenken der Baggerschaufel 23 mit der Last 22, bewirken in dem Hydraulikzylinder 6 Druckschwankungen.These pitching vibrations occur when the working arm is highly dynamic 3 lifted and / or lowered. During the pitching oscillations, the angle of inclination α varies by ± Δα and a second end 24 of the working arm 3 that the excavator bucket 23 with the load 22 carries, can at a distance a from the earth's surface 26 vary by ± Δa during pitching oscillations. These pitching vibrations caused by the rapid lifting or lowering of the bucket 23 with the load 22 , effect in the hydraulic cylinder 6 Pressure fluctuations.

Da die Kolbenstange 27, die in dieser Position um den Hub h zwischen einem Ende 30 des Hydraulikzylinders 6 und einem Gelenkpunkt 28 am Arbeitsarm 3 ausgefahren ist, würde der Hub h um den Wert ±Δh variieren, wenn nicht das Hydraulikmedium praktisch inkompressibel ist. Aufgrund der Elastizität des Hydraulikmediums, der Ausrüstung, der Fahrzeugstruktur und ggf. der Reifen und des Bodens ergeben sich Nickschwingungen, die am zweiten Ende des Arbeitsarms mit ±Δa auftreten, und als Druckschwankungen in dem Hydraulikzylinder 6 erfassbar sind. Diese Druckschwankungen können von dem Lasterfassungssensor aufgenommen werden und durch die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung, wie sie 2 zeigt, weitestgehend kompensiert werden.Because the piston rod 27 that is in this position by the stroke h between one end 30 of the hydraulic cylinder 6 and a pivot point 28 at the working arm 3 is extended, the stroke h would vary by the value ± Δh, unless the hydraulic medium is virtually incompressible. Due to the elasticity of the hydraulic medium, the equipment, the vehicle structure and possibly the tires and the ground, pitching oscillations occur at the second end of the working arm with ± Δa, and as pressure fluctuations in the hydraulic cylinder 6 are detectable. These pressure fluctuations can be absorbed by the load detection sensor and by the damping device according to the invention, as they 2 shows are compensated as far as possible.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Arbeitsarms 3 einer mobilen Arbeitsmaschine. Der Arbeitsarm 3 ist an seinem ersten Ende 4 gelenkig fixiert und bewegt an seinem zweiten Ende 24 eine Last aufwärts oder abwärts, wobei Nickschwingungen in Pfeilrichtungen A, B auftreten können, die mit gestrichelten Linien auf einer Zeitachse t schematisch in 2 dargestellt sind. Derartige Nickschwingungen, die beim Heben und Senken des Arbeitsarms 3 auftreten können, verursachen Druckschwankungen in dem Hydraulikzylinder 6. Diese Druck schwankungen werden über eine Druckleitung 8 einem Lasterfassungssensor 7 zugeführt und von diesem über eine Signalleitung 9 als Spannungsschwankungen einem Regler 20 im Steuergerät 10 zugeführt. 2 shows a schematic representation of a working arm 3 a mobile work machine. The working arm 3 is at its first end 4 articulated and moved at its second end 24 a load upwards or downwards, wherein pitching oscillations can occur in arrow directions A, B, which in dashed lines on a time axis t schematically in 2 are shown. Such pitching vibrations when lifting and lowering the working arm 3 can occur, causing pressure fluctuations in the hydraulic cylinder 6 , These pressure fluctuations are via a pressure line 8th a load detection sensor 7 supplied and from this via a signal line 9 as voltage fluctuations a controller 20 in the control unit 10 fed.

Dabei werden die Druckschwankungen in einer Zuleitung 12 zu dem Hydraulikzylinder 6 gemessen bzw. erfasst. Dieser Hydraulikzylinder 6 ist mit einem ersten Ende 29 gelenkig fixiert, während aus seinem zweiten Ende 30 eine Kolbenstange 27 herausragt, die mit einem Kolben 21 in dem Hydraulikzylinder zusammenwirkt. Diese Kolbenstange 27 ist über einen Gelenkpunkt 28 mit dem Arbeitsarm 3 verbunden. Erfolgt somit eine Nickschwingung in Pfeilrichtung B, wie sie auf der Zeitachse t zunächst während einer ersten Halbperiode auftritt, so wird der Druck in der Zuleitung 12 zum Hydraulikzylinder 6 erhöht.The pressure fluctuations in a supply line 12 to the hydraulic cylinder 6 measured or recorded. This hydraulic cylinder 6 is with a first end 29 articulated while out of its second end 30 a piston rod 27 sticking out with a piston 21 cooperates in the hydraulic cylinder. This piston rod 27 is about a pivot point 28 with the working arm 3 connected. Thus, if a pitching oscillation occurs in the direction of arrow B, as it first occurs on the time axis t during a first half-period, the pressure in the supply line becomes 12 to the hydraulic cylinder 6 elevated.

Dieser Druckerhöhung kann die Schwingungsdämpfungseinrichtung 2 dadurch entgegenwirken, dass der Hydraulikfluss f in Litern pro Minute (l/min) der Hydraulikpumpe 14 erhöht wird und/oder der Durchfluss durch das Hydraulikventil 11 in der Zuleitung 12 zum Hydraulikzylinder 6 vergrößert wird. Damit wird der Nickschwingung in der ersten Halbperiode, wie sie in dem zeitabhängigen Diagramm gezeigt wird, entgegengewirkt, so dass sich eine gedämpfte Nickschwingung, wie sie mit der durchgezogenen Linie auf der Zeitachse t beispielhaft gekennzeichnet wird, ergibt.This pressure increase, the vibration damping device 2 counteract that the hydraulic flow f in liters per minute (l / min) of the hydraulic pump 14 is increased and / or the flow through the hydraulic valve 11 in the supply line 12 to the hydraulic cylinder 6 is enlarged. Thus, the pitching vibration in the first half-period as shown in the time-dependent diagram is counteracted, so that a damped pitching vibration, as exemplified by the solid line on the time axis t, results.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der Durchfluss durch das Hydraulikventil 11 für die Abflussleitung in dieser ersten Halbperiode der Nickschwingung vergrößert wird, so dass der Kolben 21 ebenfalls eine Beschleunigung in Richtung auf den Gelenkpunkt 28 erfährt und somit eine Dämpfung der Nickschwingung in der ersten Halbperiode erreicht wird. Die Änderungen der Hydraulikflüsse in der Hydraulikzuleitung 12 und der Hydraulikableitung 13 werden von dem Regler 20 über entsprechende Steuerleitungen 15 zu dem Hydraulikventil bzw. 16 zu der Hydraulikpumpe in Form von Sollwerten signalisiert, die den Druckschwankungen in dem Hydraulikzylinder entgegenwirken.Another possibility is that the flow through the hydraulic valve 11 for the outflow line in this first half period the pitching oscillation is increased, so that the piston 21 also an acceleration in the direction of the hinge point 28 experiences and thus an attenuation of the pitching oscillation is achieved in the first half-period. The changes in the hydraulic flows in the hydraulic supply line 12 and hydraulic drainage 13 be from the regulator 20 via appropriate control lines 15 to the hydraulic valve or 16 signaled to the hydraulic pump in the form of set values, which counteract the pressure fluctuations in the hydraulic cylinder.

3 zeigt ein schematisches Funktionsschaltbild einer Sollwerteinstellung eines Steuergeräts für eine mobile Arbeitsmaschine zur Vermeidung von Nickschwingungen des Arbeitsarms der Arbeitsmaschine. Dazu stehen an den Eingängen a und b Eingangsgrößen zur Verfügung, aus denen am Ausgang c die Sollwerte für den Hydraulikfluss durch das Hydraulikventil und die Hydraulikpumpe in Litern pro Minute ausgegeben werden. Am Eingang a steht der Sollwert für den Hydraulikfluss, der von einem Handsteuergeber 17 in l/min vorgegeben wird. 3 shows a schematic functional diagram of a setpoint adjustment of a Steuerge device for a mobile machine to avoid pitching vibrations of the working arm of the machine. For this purpose, input variables are available at inputs a and b, from which the setpoints for the hydraulic flow through the hydraulic valve and the hydraulic pump are output at output c in liters per minute. At input a is the setpoint for the hydraulic flow coming from a manual control transmitter 17 in l / min is given.

Dieser Sollwert kann in zwei Richtungen wirken, einmal zum Senken des Arbeitsarms und einmal zum Heben des Arbeitsarms, je nach Stellung des Hydraulikventils, was von den Signalblöcke 31 und 32 vorgegeben wird. Für ein Heben des Arbeitsarms fließt Hydraulikmedium in den Hydraulikzylinder unterhalb des Hydraulikkolbens. Für ein Senken des Arbeitsarms fließt Hydraulikmedium in den Hydraulikzylinder oberhalb des Hydraulikkolbens. Die von dem Handsteuergeber vorgegebenen Sollwerte dieser Hydraulikflüsse werden überlagert in den Modulationsblocken 33 und 34 zur Kompensation von Nickschwingungen. Dazu werden in den Kompensationsblöcken 33 und 34 über unterschiedliche Signalpfade 35 und 36 variierende Sollwerte für die Hydraulikflüsse beim Senken bzw. beim Heben zugeführt.This set point can operate in two directions, one time to lower the working arm and the other to raise the working arm, depending on the position of the hydraulic valve, and the signal blocks 31 and 32 is given. For lifting the working arm, hydraulic fluid flows into the hydraulic cylinder below the hydraulic piston. To lower the working arm, hydraulic fluid flows into the hydraulic cylinder above the hydraulic piston. The setpoint values of these hydraulic flows predetermined by the manual control transmitter are superimposed in the modulation blocks 33 and 34 for compensation of pitching vibrations. These are in the compensation blocks 33 and 34 over different signal paths 35 and 36 supplied varying setpoints for the hydraulic flows during lowering or lifting.

Der Eingang b nimmt dazu den von dem Lasterfassungssensor ermittelten Lastdruck im Hydraulikzylinder auf und zweigt von diesem Signal über ein Tiefpassfilter 19 die langsam ablaufenden Zunahmen oder Abnahmen des Hydraulikdruckes ab und führt sie einem Subtraktionsknoten 18 zu, bei dem diese langsamen Vorgänge von den gesamten Druckinformationen des Lasterfassungssensors subtrahiert werden.For this purpose, the input b receives the load pressure in the hydraulic cylinder determined by the load detection sensor and branches from this signal via a low-pass filter 19 the slow increases or decreases of the hydraulic pressure and leads them to a subtraction node 18 in which these slow processes are subtracted from the total pressure information of the load detection sensor.

Dieses derart bereinigte Signal, das nur noch die schneller ablaufenden Nickbewegungen als Druckschwankungen aufweist, wird in einem Multiplikator 37 oder einem PID-Reglerblock für den Signalpfad 35 verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird im Signalpfad 35 in einem Additionsblock 41 mit einem Referenzsignal des Referenzblockes 39 addiert und über den Signalblock 43 dem Modulationsblock 33 zugeführt. Im Signalpfad 36 wird in einem Subtraktionsblock 42 das Signal des Operationsverstärkers 38 von einem Referenzsignal des Referenzsignalblockes 40 subtrahiert und dem Signalblock 44 zum Aufmodulieren auf den Sollwert für das Heben des Arbeitsarms zugeführt.This thus cleaned-up signal, which has only the faster running pitch movements as pressure fluctuations, is in a multiplier 37 or a PID controller block for the signal path 35 strengthened. This amplified signal becomes in the signal path 35 in an addition block 41 with a reference signal of the reference block 39 added and over the signal block 43 the modulation block 33 fed. In the signal path 36 is in a subtraction block 42 the signal of the operational amplifier 38 from a reference signal of the reference signal block 40 subtracted and the signal block 44 supplied to the setpoint for lifting the working arm for modulating.

Am Ausgang c ergeben sich somit variierende Sollwerte C1 für den Hydraulikfluss der Hydraulikpumpe sowie C2 und C3 für den Hydraulikfluss des Hydraulikventils in den beiden Stellungen für Heben und Senken, wobei die Hydraulikflüsse C1, C2 und C3 jeweils in l/min zur Dämpfung der Nickschwingungen zur Verfügung stehen.At the output c there are thus varying setpoint values C 1 for the hydraulic flow of the hydraulic pump and C 2 and C 3 for the hydraulic flow of the hydraulic valve in the two positions for lifting and lowering, wherein the hydraulic flows C 1 , C 2 and C 3 are respectively in l / min are available for damping the pitching vibrations.

11
Arbeitsmaschineworking machine
22
Dämpfungseinrichtungattenuator
33
Arbeitsarmworking arm
44
erstes Ende des Arbeitsarmsfirst End of the working arm
55
Oberwagensuperstructure
66
Hydraulikzylinderhydraulic cylinders
77
LasterfassungssensorLoad detection sensor
88th
Druckleitungpressure line
99
Signalleitungsignal line
1010
Steuergerätcontrol unit
1111
Hydraulikventilhydraulic valve
1212
Hydraulikzuleitunghydraulic supply line
1313
Hydraulikableitunghydraulic discharge
1414
Hydraulikpumpehydraulic pump
1515
Steuerleitungcontrol line
1616
Steuerleitungcontrol line
1717
HandsteuergeberControl Transmitter
1818
Subtraktionsknotensubtractive
1919
TiefpassfilterLow Pass Filter
2020
Regler im Steuergerätregulator in the control unit
2121
Hydraulikkolbenhydraulic pistons
2222
Lastload
2323
Baggerschaufelscoop
2424
zweites Ende des Arbeitsarmssecond End of the working arm
2525
Schaufelbaggershovel
2626
Erdoberflächeearth's surface
2727
Kolbenstangepiston rod
2828
Gelenkpunkt des Arbeitsarmsfulcrum of the working arm
2929
erstes Ende des Hydraulikzylindersfirst End of the hydraulic cylinder
3030
zweites Ende des Hydraulikzylinderssecond End of the hydraulic cylinder
3131
Signalblocksignal block
3232
Signalblocksignal block
3333
Modulationsblockmodulation block
3434
Modulationsblockmodulation block
3535
Signalpfadsignal path
3636
Signalpfadsignal path
3737
Multiplikatormultiplier
3838
Operationsverstärkeroperational amplifiers
3939
Referenzblockreference block
4040
Referenzblockreference block
4141
Additionsblockaddition block
4242
Subtraktionsblocksubtraction
4343
Signalblocksignal block
4444
Signalblocksignal block

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005025536 A1 [0002, 0014] - DE 102005025536 A1 [0002, 0014]

Claims (12)

Mobile Arbeitsmaschine mit Dämpfungseinrichtung (2) von Schwingungen eines Arbeitsarms (3), wobei der Arbeitsarm (3) der Arbeitsmaschine (1) mit einem ersten Ende (4) an einem Oberwagen (5) gelenkig angeordnet ist, und wobei mindestens ein Hydraulikzylinder (6) zwischen Oberwagen (5) und Arbeitsarm (3) angeordnet ist und einen Neigungswinkel (a) zwischen Oberwagen (5) und Arbeitsarm (3) definiert, und wobei mindestens ein Lasterfassungssensor (7) mit dem Hydraulikzylinder (6) über eine Druckleitung (8) verbunden ist und Druckänderungen aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms (3) erfasst, und wobei eine Signalleitung (9) zwischen dem Lasterfassungssensor (7) und einem Steuergerät (10) angeordnet ist, welche Drucksignale an das Steuergerät (10) überträgt, und wobei ein Hydraulikventil (11) in einer Hydraulikzu- und einer Hydraulikableitung (12, 13) des Hydraulikzylinders (6) angeordnet ist, wobei das Hydraulikventil (11) und eine Hydraulikpumpe (14) mit dem Steuergerät (10) über Steuerleitungen (15, 16) verbunden sind, und wobei die Hydraulikpumpe (14) und das Hydraulikventil (11) bei Auftreten von Nickschwingungen zur Dämpfung derselben den Hydraulikzu- bzw. -abfluss entgegen dem Auftreten der Druckänderungen mittels eines Reglers (20) im Steuergerät (10) regeln.Mobile work machine with damping device ( 2 ) of vibrations of a working arm ( 3 ), whereby the working arm ( 3 ) of the working machine ( 1 ) with a first end ( 4 ) on a superstructure ( 5 ) is arranged articulated, and wherein at least one hydraulic cylinder ( 6 ) between uppercarriage ( 5 ) and working arm ( 3 ) and an angle of inclination (a) between the superstructure ( 5 ) and working arm ( 3 ), and wherein at least one load detection sensor ( 7 ) with the hydraulic cylinder ( 6 ) via a pressure line ( 8th ) and pressure changes due to pitch oscillations of the working arm ( 3 ), and wherein a signal line ( 9 ) between the load detection sensor ( 7 ) and a control unit ( 10 ), which pressure signals to the control unit ( 10 ), and wherein a hydraulic valve ( 11 ) in a Hydraulikzu- and a hydraulic derivative ( 12 . 13 ) of the hydraulic cylinder ( 6 ) is arranged, wherein the hydraulic valve ( 11 ) and a hydraulic pump ( 14 ) with the control unit ( 10 ) via control lines ( 15 . 16 ), and wherein the hydraulic pump ( 14 ) and the hydraulic valve ( 11 ) at the occurrence of pitching oscillations for damping the same the hydraulic inflow and outflow against the occurrence of pressure changes by means of a regulator ( 20 ) in the control unit ( 10 ) regulate. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasterfassungssensor (7) ein Sensorelement aufweist, das Hydraulikdruckänderungen in Spannungsschwankungen wandelt.Work machine according to claim 1, characterized in that the load detection sensor ( 7 ) has a sensor element that converts hydraulic pressure changes into voltage fluctuations. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsmaschine (1) einen Handsteuergeber (17) aufweist, der einen Sollwert für den Hydraulikzylinder (6) und die Neigungsgeschwindigkeit des Arbeitsarms (3) vorgibt, sowie eine Senken oder Heben des Arbeitsarms (3) auslöst.Work machine according to claim 1 or claim 2, characterized in that the working machine ( 1 ) a manual control transmitter ( 17 ) having a setpoint for the hydraulic cylinder ( 6 ) and the inclination rate of the working arm ( 3 ) as well as a lowering or lifting of the working arm ( 3 ) triggers. Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sollwert des Handsteuergebers (17) in dem Steuergerät (10) Druckregelsignale überlagert sind, die Sollwerte für die Hydraulikventilstellung und Sollwerte für den Hydraulikfluss der Hydraulikpumpe und des Hydraulikventils generieren, wobei die Sollwerte den gemessenen Druckschwankungen aufgrund von Nickschwingungen entgegenwirken.Working machine according to claim 3, characterized in that the setpoint of the manual control transmitter ( 17 ) in the control unit ( 10 Are superimposed pressure control signals that generate setpoints for the hydraulic valve position and setpoints for the hydraulic flow of the hydraulic pump and the hydraulic valve, wherein the setpoints counteract the measured pressure fluctuations due to pitching oscillations. Arbeitsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte des Handsteuergebers (17) und der Hydraulikpumpe (14) Hydraulikflüsse in Litern pro Minute vorgeben.Working machine according to claim 4, characterized in that the nominal values of the manual control transmitter ( 17 ) and the hydraulic pump ( 14 ) Specify hydraulic flows in liters per minute. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) ein Tiefpassfilter (19) aufweist, das langsame Druckänderungen aus den Druckschwankungen herausfiltert.Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 10 ) a low-pass filter ( 19 ), which filters out slow pressure changes from the pressure fluctuations. Arbeitsmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) einen Subtraktionsknoten (18) zur Subtraktion der herausgefilterten langsamen Druckschwankungen im Hydraulikzylinder (6) von den gesamten Druckänderungen unter Erfassen der Nickschwingungen des Arbeitsarms (3) aufweist.Work machine according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 10 ) a subtraction node ( 18 ) for subtracting the filtered out slow pressure fluctuations in the hydraulic cylinder ( 6 ) of the total pressure changes while detecting the pitch oscillations of the working arm ( 3 ) having. Verfahren zur Dämpfung von Schwingungen eines Arbeitsarms (3), das folgende Verfahrensschritte aufweist: – Vorgeben von Sollwerten für den Hydraulikfluss in Litern pro Minute für einen Hydraulikzylinder (6), mit denen ein Heben und Senken eines Arbeitsarms (3) vorgegeben wird; – Erfassen von Hydraulikdruckänderungen in dem Hydraulikzylinders (6) aufgrund von Nickschwingungen des Arbeitsarms (3); – Ändern des Sollwertes eines Hydraulikflusses einer Hydraulikpumpe (14) und des Hydraulikflusses durch ein Hydraulikventil (11), zur Versorgung des Hydraulikzylinders (6) derart, dass Beschleunigungskräfte an einem Hydraulikkolben (21) des Hydraulikzylinders (6) auftreten, die den Hydraulikdruckschwankungen entgegenwirken.Method for damping vibrations of a working arm ( 3 ), comprising the following method steps: predetermining hydraulic flow setpoints in liters per minute for a hydraulic cylinder ( 6 ), with which a lifting and lowering of a working arm ( 3 ) is given; Detecting hydraulic pressure changes in the hydraulic cylinder ( 6 ) due to pitch oscillations of the working arm ( 3 ); Changing the setpoint value of a hydraulic flow of a hydraulic pump ( 14 ) and the hydraulic flow through a hydraulic valve ( 11 ), for supplying the hydraulic cylinder ( 6 ) such that acceleration forces on a hydraulic piston ( 21 ) of the hydraulic cylinder ( 6 ) occur, which counteract the hydraulic pressure fluctuations. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikdruckschwankungen durch einen Lasterfassungssensor (7) ermittelt und durch ein Sensorelement in Spannungsschwankungen über tragen und einem Steuergerät (10) über eine Signalleitung (9) zugeführt werden.A method according to claim 8, characterized in that the hydraulic pressure fluctuations by a load detection sensor ( 7 ) and transmitted through a sensor element in voltage fluctuations and a control unit ( 10 ) via a signal line ( 9 ). Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Hydraulikfluss in dem Hydraulikzylinder (6) zur Änderung des Neigungswinkels (a) des Arbeitsarms (3) von einem Handsteuergeber (17) der Arbeitsmaschine (1) vorgegeben wird, wodurch ein Senken oder ein Heben des Arbeitsarms (3) ausgelöst wird.Method according to claim 8 or claim 9, characterized in that the desired value for the hydraulic flow in the hydraulic cylinder ( 6 ) for changing the angle of inclination (a) of the working arm ( 3 ) from a manual control transmitter ( 17 ) of the working machine ( 1 ), whereby a lowering or lifting of the working arm ( 3 ) is triggered. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sollwert des Handsteuergebers (17) in dem Steuergerät (10) Druckregelsignale überlagert werden, die Sollwerte für die Hydraulikventilstellung und Sollwerte für den Hydraulikfluss der Hydraulikpumpe (14) generieren, wobei die Sollwerte den gemessenen Hydraulikdruckschwankungen aufgrund von Nickschwingungen entgegenwirken.Method according to claim 10, characterized in that the nominal value of the manual control transmitter ( 17 ) in the control unit ( 10 ) Pressure control signals are superimposed, the setpoints for the hydraulic valve position and setpoints for the hydraulic flow of the hydraulic pump ( 14 ), wherein the setpoints counteract the measured hydraulic pressure fluctuations due to pitch oscillations. Arbeitsmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte von dem Handsteuergeber (17) und für die Hydraulikpumpe (14) in Menge pro Zeiteinheit für einen Hydraulikfluss vorgegeben werden.Work machine according to claim 11, characterized in that the setpoint values of the manual control transmitter ( 17 ) and for the hydraulic pump ( 14 ) are specified in quantity per unit of time for a hydraulic flow.
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