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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich grundsätzlich auf ein Traglaststeuersystem und insbesondere auf ein System zum Bestimmen eines Abschnitts eines Arbeitszyklus für einen Traglastschätzprozess.
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Hintergrund
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Viele unterschiedliche Maschinentypen verwenden Arbeitsgeräte oder Werkzeuge zum Transportieren von Material von einer Baustelle zu einem anderen Ort, wie beispielsweise Halden- oder Transportfahrzeuge. Beispiele für diese Maschinen sind Bagger, Baggerlader, Lader und verschiedene andere Maschinen zum Transportieren von Schmutz, Kies, Stein oder anderem Material. Beim Beladen eines Halden- oder Transportfahrzeugs kann es wünschenswert sein, die Menge des auf das Fahrzeug geladenen Materials zu überwachen und aufzuzeichnen. Die Überwachung der Traglast kann die Wahrscheinlichkeit des Überladens des Fahrzeugs verringern.
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Ein Weg zum Bestimmen des Gesamtgewichts des auf ein Haldenfahrzeug geladenen Materials ist das automatische Berechnen oder Schätzen der Gesamttraglast, die zu dem Haldenfahrzeug durch das Arbeitsgerät einer Maschine, wie beispielsweise einem Bagger oder eine andere Materialtransportmaschine, befördert wird. Eine Schwierigkeit einiger Traglastschätzprozesse ist, dass diese einen Bediener zum Bewegen des Arbeitsgeräts oder Gestänges der Materialtransportmaschine auf eine spezielle Weise erfordern. In einigen Situationen kann dies von dem Bediener erfordern, sich auf das Verhalten, mit dem das Arbeitsgerät oder Gestänge bewegt wird, zu konzentrieren, anstatt auf die Aufgabe, Material von einem Ort zu einem anderen zu transportieren.
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Das
US-Patent Nr. 7,912,612 offenbart ein Traglastberechnungssystem zum Verwenden mit einem Arbeitsgerät. Das offenbarte Traglastberechnungssystem misst einen Zustand eines Arbeitsgeräts und verwendet eine Verarbeitungsvorrichtung zum Berechnen einer Traglastmasse, die durch das Arbeitsgerät bewegt wird.
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Die vorangegangene Erörterung des Hintergrundes ist nur dazu gedacht, dem Leser zu helfen. Sie ist weder dazu gedacht, die hier beschriebenen Innovationen zu beschränken, noch den besprochenen Stand der Technik zu beschränken oder zu erweitern. Somit sollte die vorangegangene Erörterung weder dazu hergenommen werden, um darauf hinzuweisen, dass irgendein bestimmtes Element eines früheren Systems zum Verwenden mit den hier beschriebenen Innovationen ungeeignet ist, noch ist es beabsichtigt, darauf hinzuweisen, dass irgendein Element essentiell beim Implementieren der hier beschriebenen Innovationen ist. Die Implementierungen und Anwendung der hier beschriebenen Innovationen werden durch die angehängten Ansprüche definiert.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt weist ein Traglastüberwachungssystem ein Werkzeugpositionssensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Werkzeugpositionssignal, dass auf eine Position eines Werkzeugs hinweist, bereitzustellen, ein Auslegerhubsensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Auslegerhubsignal, das auf eine Auslegerhubgeschwindigkeit hinweist, bereitzustellen, und ein Auslegerschwenksensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Auslegerschwenksignal, das auf eine Auslegerschwenkgeschwindigkeit hinweist, bereitzustellen, auf. Eine Steuerung kann dazu ausgebildet sein, das Werkzeugpositionssignal zu empfangen, das Auslegerhubsignal zu empfangen und das Auslegerschwenksignal zu empfangen. Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, einen Abschnitt eines Arbeitszyklus eines Werkzeugs basierend mindestens teilweise auf dem Werkzeugpositionssignal, dem Auslegerhubsignal und dem Auslegerschwenksignal zu bestimmen und eine Traglast zu bestimmen, die durch das Werkzeug während des Abschnitts des Arbeitszyklus bewegt wurde.
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Gemäß einem anderen Aspekt weist ein Verfahren zur Implementierung in eine Steuerung zum Bestimmen einer Traglast das Erfassen einer Position eines Werkzeugs, das Erfassen einer Auslegerhubgeschwindigkeit und das Erfassen einer Auslegerschwenkgeschwindigkeit auf. Das Verfahren weist ferner das Bestimmen eines Abschnitts eines Arbeitszyklus des Werkzeugs basierend mindestens teilweise auf der Position des Werkzeugs, der Auslegerhubgeschwindigkeit und der Auslegerschwenkgeschwindigkeit und das Bestimmen einer Traglast, die durch das Werkzeug während des Abschnitts des Arbeitszyklus bewegt wurde, auf.
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Gemäß einem weiteren anderen Aspekt weist eine Maschine ein Werkzeug, ein Gestänge, das schwenkbar mit dem Werkzeug verbunden ist, wobei das Gestänge einen Ausleger aufweist, auf. Die Maschine weist ferner ein Werkzeugpositionssensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Werkzeugpositionssignal, das auf eine Position des Werkzeugs hinweist, bereitzustellen, ein Auslegerhubsensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Auslegerhubsignal, das auf eine Auslegerhubgeschwindigkeit hinweist, bereitzustellen, und ein Auslegerschwenksensorsystem, das dazu ausgebildet ist, ein Auslegerschwenksignal, das auf eine Auslegerschwenkgeschwindigkeit hinweist, bereitzustellen, auf. Eine Steuerung kann dazu ausgebildet sein, das Werkzeugpositionssignal zu empfangen, das Auslegerhubsignal zu empfangen, und das Auslegerschwenksignal zu empfangen. Die Steuerung kann ferner dazu ausgebildet sein, einen Abschnitt eines Arbeitszyklus des Werkzeugs basierend mindestens teilweise auf dem Werkzeugpositionssignal, dem Auslegerhubsignal und dem Auslegerschwenksignal zu bestimmen und eine Traglast, die durch das Werkzeug während des Abschnitts des Arbeitszyklus bewegt wurde, zu bestimmen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Seitenansicht eines Baggers mit einem Traglastzyklusermittlungssystem gemäß der Offenbarung und mit einem nebenstehenden Zielfahrzeug,
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2 ist ein vereinfachtes Schemata eines Steuersystems in dem Bagger der 1, und
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3 ist ein Flussdiagramm, das einen Traglastschätzprozess gemäß der Offenbarung darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt eine beispielhafte Maschine 10, wie beispielsweise einen Bagger mit mehreren Systemen und Komponenten, die zum Durchführen einer Aufgabe zusammenwirken, wie beispielsweise das Bagger von Erde aus einer Baggerstelle 24 und Laden derselben auf ein nahes Ziel, wie beispielsweise ein Haldenfahrzeug 12, dar. Die Maschine 10 kann eine Plattform 13, ein Fahrwerk 14, eine Antriebsmaschine 15 und ein Gerätesystem 16 mit einem Arbeitsgerät oder Werkzeug, wie zum Beispiel eine Schaufel 17, aufweisen. Andere Typen von Arbeitsgeräten können auch verwendet werden.
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Die Plattform 13 kann rotierbar auf dem Fahrwerk 14 angeordnet sein und eine Bedienerstation 18 aufweisen, von der ein Bediener den Betrieb der Maschine 10 steuern kann. Die Rotation der Plattform 13 relativ zu dem Fahrwerk 14 kann durch einen Schwenkmotor 19 bewirkt werden.
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Das Fahrwerk 14 kann ein struktureller Träger für eines oder mehrere Fortbewegungsvorrichtungen 20 sein. Die Fortbewegungsvorrichtungen 20 können einen oder mehrere Ketten aufweisen, die dazu ausgebildet sind, eine translatorische Bewegung der Maschine 10 über eine Arbeitsfläche 21 zu ermöglichen. Die Fortbewegungsvorrichtungen 20 können alternativ Räder, Bänder oder andere im Stand der Technik bekannte Fortbewegungsvorrichtungen aufweisen.
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Eine Antriebsmaschine 15 kann Leistung für den Betrieb der Maschine 10 bereitstellen. Die Antriebsmaschine 15 kann als ein Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein gaskraftstoffbetriebener Motor (z. B. ein Erdgasmotor) oder ein anderer im Stand der Technik bekannter Verbrennungsmotor, ausgebildet sein. Die Antriebsmaschine 15 kann alternativ als eine verbrennungslose Leistungsquelle, wie beispielsweise eine Kraftstoffzelle oder eine Leistungsspeichervorrichtung, wie beispielsweise eine mit einem Motor verbundene Batterie, ausgebildet sein. Die Antriebsmaschine 15 kann eine rotatorische Ausgabe zum Antreiben der Fortbewegungsvorrichtungen 20 bereitstellen, wodurch die Maschine 10 angetrieben wird. Die Antriebsmaschine 15 kann auch Leistung zu anderen Systemen und Komponenten der Maschine 10 bereitstellen.
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Das Gerätesystem 16 kann eine oder mehrere Gestängebauteile (Verbindungsbauteile), die zum Bewegen einer Last ausgebildet sind, aufweisen. Gemäß einem Beispiel kann das Gerätesystem ein Auslegerbauteil 22 und ein Stielbauteil 23 und ein Arbeitsgerät oder Werkzeug aufweisen. Ein erstes Ende des Auslegerbauteils 22 kann schwenkbar mit der Plattform 13 verbunden sein und ein zweites Ende des Auslegerbauteils 22 kann schwenkbar mit einem ersten Ende des Stielbauteils 23 verbunden sein. Das Arbeitsgerät oder Werkzeug, wie beispielsweise die Schaufel 17, kann schwenkbar mit einem zweiten Ende des Stielbauteils 23 verbunden sein.
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Jedes Gestängebauteil kann einen oder mehrere Aktuatoren, wie beispielsweise Hydraulikzylinder, aufweisen und mit diesen betreibbar verbunden seien. Insbesondere kann das Auslegerbauteil 22 angetrieben oder entlang eines Pfades durch einen oder mehrere Auslegerhydraulikzylinder 26 (nur einer wird in 1 gezeigt) bewegt werden. Das Stielbauteil 23 kann durch einen Stielhydraulikzylinder 27 angetrieben werden. Die Rotation der Schaufel 17 relativ zu dem Stielbauteil 23 kann durch ein Arbeitsgeräthydraulikzylinder 28 bewirkt werden. Die Gestängebauteile können in einer Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der Arbeitsfläche 21 ist, verschieben oder rotieren.
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Sowohl die Auslegerhydraulikzylinder 26, der Stielhydraulikzylinder 27 als auch der Arbeitsgeräthydraulikzylinder 28 können als ein Linearaktuator, wie in 2 dargestellt, ausgebildet sein, die einen rohrförmigen oder zylindrischen Körper 51 und eine Kolben- und Pleuelbaugruppe 57, die darin angeordnet ist, um zwei unterschiedliche Druckkammern auszubilden, ausgebildet sein. Die Druckkammern können selektiv mit einem druckbeaufschlagten Fluid versorgt und von dem druckbeaufschlagten Fluid entleert werden, um die Kolben- und Pleuelbaugruppe 57 innerhalb des zylindrischen Körpers 51 zu verschieben und dabei die effektive Länge des Hydraulikzylinders zu verändern. Die Fluiddruchflussrate in die und aus den Druckkammern kann mit der Geschwindigkeit der Erweiterung oder Rückstellung der Hydraulikzylinder 26, 27, 28 zusammenhängen, während eine Druckdifferenz zwischen den zwei Druckkammern mit der Kraft, die durch die Hydraulikzylinder zu deren zugeordneten Gestängebauteile weitergegeben wird, zusammenhängt. Die Erweiterung und Rückstellung der Hydraulikzylinder bewirkt die Bewegung der Schaufel 17. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Aktuatoren alternativ als Elektromotoren, Pneumatikmotoren oder andere Betätigungsvorrichtungen ausgebildet sein können.
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Der Schwenkmotor 19 kann auch durch ein Differenzfluiddruck angetrieben werden. Insbesondere kann der Schwenkmotor 19 ein rotatorischer Aktuator mit erster und zweiter Kammer (nicht gezeigt), die auf gegenüberliegenden Seiten eines Antriebsrads (nicht gezeigt) angeordnet sind, sein. Beim Füllen der ersten Kammer mit druckbeaufschlagtem Fluid und Entleeren der zweiten Kammer von Fluid wird das Antriebsrad zum Rotieren in eine erste Richtung veranlasst. Umgekehrt wird, wenn die erste Kammer vom Fluid entleert und die zweite Kammer mit druckbeaufschlagtem Fluid gefüllt wird, das Antriebsrad zum Rotieren in eine entgegengesetzte Richtung veranlasst. Die Fluiddurchflussrate in die und aus der ersten und zweiten Kammer wirkt sich auf die Rotationsgeschwindigkeit des Schwenkmotors 19 aus, während eine Druckdifferenz über dem Laufrad sich auf dessen Ausgangsdrehmoment auswirkt.
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Die Maschine 10 kann mit einer Mehrzahl von Sensoren ausgestattet sein, die Daten bereitstellen, die direkt oder indirekt mit der Leistung oder Bedingungen verschiedener Aspekte (Bauteile) der Maschine zusammenhängen. Winkelsensoren 30 (2) können nahe einem oder mehrerer Gelenke der Gestängebauteile (z. B. das Gelenk zwischen der Plattform 13 und dem Auslegerbauteil 22, das Gelenk zwischen dem Auslegerbauteil 22 und dem Stielbauteil 23, das Gelenk zwischen dem Arbeitsgerät und dem Stielbauteil 23) und zwischen der Plattform 13 und dem Fahrwerk 14 angeordnet sein. Die Winkelsensoren 30 können Drehgeber, Potentiometer oder andere Winkel- oder Erfassungsvorrichtungen zum Messen der relativen Winkelposition der Komponenten aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform können die Winkelsensoren 30 die Verschiebung eines Aktuators messen und die Gelenkwinkel können basierend auf der Position der Aktuatoren und der Abmessungen der Gestängebauteile berechnet werden. Die Ausgangssignale der Winkelsensoren 30 können zum Bestimmen des Zustands von Aspekten der Maschine 10 einschließlich des Arbeitsgerätesystems 16, wie beispielsweise die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, der Winkel, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung jedes Gestängebauteils und der Winkel, die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung der Plattform 13 relativ zu dem Fahrwerk 14, verwendet werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform können Sensoren (nicht gezeigt) zum Bestimmen der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung der Komponenten (z. B. ein Winkelmaßsensor) substituiert werden durch oder zusätzlich vorgesehen werden zu den Winkelsensoren 30.
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Kraftsensoren 31 können zum Ausgeben eines Signals, das zum Bestimmen einer Kraft verwendbar ist, die durch die Aktuatoren und/oder die Gestängebauteile erzeugt wird oder auf diese einwirkt, ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein Kraftsensor als ein Drucksensorsystem mit Drucksensoren, die zum Messen des Drucks des druckbeaufschlagten Fluids in oder zugeführt zu einer oder beiden der Druckkammern der Auslegerhydraulikzylinder 26 angeordnet und ausgebildet sind. Die gemessenen Drücke können zum Bestimmen der durch jeden Aktuator erzeugten Kraft verwendet werden. Die Kräfte zusammen mit den physikalischen Abmessungen der Aktuatoren und Gestängebauteile können zum Bestimmen der Gelenkdrehmomente der Gestängebauteile verwendet werden. Die Kraftsensoren 31 können alternativ als Dehnmessstreifen, piezoelektrische Messfühler oder andere Krafterfassungsvorrichtungen, die an Gestängegelenken, Aktuatorgelenken oder anderen geeigneten Stellen angeordnet sind, ausgebildet sein.
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Ein Lagesensor 33 kann das Nicken und Rollen der Maschine 10 messen. Der Lagesensor 33 kann an irgendeiner geeigneten Stelle auf der Maschine 10 angeordnet sein, wie beispielsweise bei der Bedienerstation 18. Der Lagesensor 33 kann als einer oder mehrere Gyroskope, Beschleunigungsaufnehmer, Erdbeschleunigungsabweichungsmesser oder irgendeine Kombination davon ausgebildet sein.
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Ein Steuersystem 35 kann zum Steuern des Betriebs der Maschine mit dem Traglastberechnungssystem der Maschine 10 vorgesehen sein. Das Steuersystem 35, wie allgemein in 2 gezeigt, kann ein elektronisches Steuermodul, wie beispielsweise eine Steuerung 36, aufweisen. Die Steuerung 36 kann Bedienereingabebefehlssignale empfangen und den Betrieb der verschiedenen Systeme der Maschine 10 steuern. Das Steuersystem 35 kann eines oder mehrere Bedienereingabevorrichtungen 34, wie beispielsweise einen Joystick, zum Steuern der Maschine 10 und einen oder mehrere Sensoren aufweisen. Der Ausdruck ”Sensor” wird seinem weitesten Sinn nach dahingehend verwendet, einen oder mehrere Sensoren und zugehörige Komponenten aufzuweisen, die mit der Maschine 10 verbunden sein können und die miteinander zusammenwirken, um verschiedene Funktionen, Betriebe und Betriebscharakteristika der Maschine zu erfassen. Die Sensoren der Maschine 10 können eine Mehrzahl von Winkelsensoren 30, Kraftsensoren 31 und Lagesensoren 33 (wovon jeder allgemein in 2 gezeigt ist) zum Bereitstellen von Daten und anderen Signalen, die verschiedene Betriebsparameter der Maschine 10 darstellen, aufweisen. Die Steuerung 36 kann mit dem einen oder den mehreren Sensoren und der einen oder den mehreren Bedienereingabevorrichtungen 34 über Kommunikationsleitungen 38 oder drahtlos kommunizieren.
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Die Steuerung 36 kann eine elektronische Steuerung sein, die auf eine logische Weise zum Durchführen von Operationen, Ausführen von Steueralgorithmen, Speichern und Abrufen von Daten und anderen gewünschten Operationen betrieben wird. Die Steuerung 36 kann Speicher, Zweitspeichervorrichtungen, Prozessoren und andere Vorrichtungen zum Ausführen einer Anwendung aufweisen oder auf diese zugreifen. Der Speicher und die Zweitspeichervorrichtungen können in der Form von Nur-Lese-Speicher (Festwertspeicher) (ROM) oder Schreib-Lese-Speicher (Arbeitsspeicher) (RAM) oder integrierter Schaltkreis vorliegen, auf die die Steuerung zugreifen kann. Verschiedene andere Schaltungen können der Steuerung zugeordnet sein, wie beispielsweise Leistungsversorgungsschaltkreis, Signalbearbeitungsschaltkreis, Antriebschaltkreis (Treiberschaltkreis) und andere Schaltkreistypen.
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Die Steuerung 36 kann eine einzelne Steuerung sein oder mehr als eine Steuerung aufweisen, die zum Steuern verschiedener Funktionen und/oder Merkmalen der Maschine 10 angeordnet ist/sind. Der Ausdruck ”Steuerung” wird seinem weitesten Sinn nach dahingehend verwendet, eine oder mehrere Steuerungen und/oder Mikroprozessoren aufzuweisen, die der Maschine 10 zugeordnet sind und die miteinander beim Steuern verschiedener Funktionen und Betriebe der Maschine zusammenwirken. Die Funktionalität der Steuerung 36 kann durch Hardware und/oder Software ohne Rücksicht auf die Funktionalität implementiert werden. Die Steuerung 36 kann sich auf eine oder mehrere Datentafeln beziehen, die mit den Betriebsbedingungen der Maschine 10 zusammenhängen, die in dem Speicher der Steuerung gespeichert sind. Jede dieser Tafeln kann eine Sammlung von Daten in der Form von Tabellen, Diagrammen und/oder Gleichungen aufweisen. Die Steuerung 36 kann die Datentafeln zum Maximieren der Leistungsfähigkeit und Effizienz der Maschine 10 verwenden.
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Die Auslegerhydraulikzylinder 26, der Stielhydraulikzylinder 27, der Arbeitsgeräthydraulikzylinder 28 und der Schwenkmotor 19 können zusammen mit anderen Fluidkomponenten zum Bewegen der Schaufel 17 in Reaktion auf eine Eingabe zusammenwirken, die von der Bedienereingabevorrichtung 34 empfangen wird. Insbesondere kann das Steuersystem 35 eine oder mehrere Fluidschaltungen (nicht gezeigt) aufweisen, die zum Erzeugen und Verteilen von Strömen von druckbeaufschlagtem Fluid ausgebildet sind. Ein Auslegersteuerventil 65, ein Stielsteuerventil 66, ein Schaufelsteuerventil 67 und ein Schwenksteuerventil 68 können zum Empfangen der Ströme von druckbeaufschlagtem Fluid und selektivem Dosieren des Fluids zu und von dem Auslegerhydraulikzylinder 26, dem Stielhydraulikzylinder 27, dem Arbeitsgeräthydraulikzylinder 28 bzw. dem Schwenkmotor 19 zum Regeln derer Bewegungen angeordnet sein.
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Die Steuerung 36 kann zum Empfangen von Eingaben von der Bedienereingabevorrichtung 34 und zum Steuern (Befehlen) des Betriebs des Auslegersteuerventils 65, des Stielsteuerventils 66, des Schaufelsteuerventils 67 und des Schwenksteuerventils 68 in Reaktion auf die Eingabe und basierend auf den oben beschriebenen Datentabellen ausgebildet sein. Insbesondere kann die Steuerung 36 das Eingabevorrichtungspositionssignal empfangen, das auf eine gewünschte Geschwindigkeit und/oder Kraft der Schaufel 17 in eine bestimmte Richtung hinweist, und auf die ausgewählten und/oder modifizierten Datentabellen, die in dem Speicher der Steuerung 36 gespeichert sind, zum Bestimmen von Flussratenwerten und/oder zugeordneten Positionen für jedes der Versorgungs- und Ablasselemente in dem Auslegersteuerventil 65, dem Stielsteuerventil 66, dem Schaufelsteuerventil 67 und dem Schwenksteuerventil 68 referenzieren. Die Flussraten oder Positionen können dann auf die Raten der entsprechenden Versorgungs- und Abflusselemente zum Bewirken der Befüllung und/oder Entleerung der Kammern der Aktuatoren gesteuert werden, die zu der gewünschten Bewegung der Schaufel 17 führen.
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Während des Betriebs kann ein typischer Arbeitszyklus für die Maschine 10 in vier relativ verschiedene Abschnitte eingeteilt werden. In einem ersten Abschnitt oder Baggerabschnitt bewegt ein Bediener das Gerätesystem 16 mit der Schaufel 17 an der Baggerstelle 24 zum Beladen der Schaufel. Während eines solchen Betriebs kann der Bediener die Schaufel 17 zum Verändern des Materials zum Optimieren des Baggerbetriebs verwenden. In einem zweiten Abschnitt oder Schwenken-zum-Abladen-Abschnitt wird das Gerätesystem 16 mit einer beladenen Schaufel 17 von der Baggerstelle 24 bewegt, um zu einer gewünschten Abladestelle ausgerichtet zu werden. Gemäß einem Beispiel kann eine solche Abladestelle ein Haldenfahrzeug 12 (1) sein. In einem dritten Abschnitt oder Abladeabschnitt wird das Gerätesystem 16 mit der Schaufel 17 zum Entleeren oder Abladen der Schaufel bewegt. In einem vierten oder Schwenken-zum-Baggern-Abschnitt wird das Gerätesystem 16 mit der Schaufel 17 zurück zu der Baggerstelle 24 bewegt, an der ein weiterer Baggervorgang oder Arbeitszyklus beginnen kann.
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In einigen Situationen ist es gewünscht, die Materialmenge, die durch die Maschine während jedes Arbeitszyklus bewegt wird, zu messen oder zu berechnen. Das Steuersystem 35 kann ein Traglaststeuersystem 37 zum Berechnen oder Schätzen der mit der Schaufel 17 während jedes Arbeitszyklus bewegten Traglast aufweisen. Das Traglaststeuersystem 37 kann verschiedene Betriebsbedingungen oder den Zustand der Maschine 10 zusammen mit verschiedenen Parametern der Maschine zum Berechnen der Traglast verwenden. Solche Betriebsbedingungen können die Positionen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Orientierungen der Gestängebauteile des Gerätesystems 16 und der Plattform 13 aufweisen. Die Parameter können die Massen und Trägheiten der Gestängebauteile des Gerätesystems 16 und der Plattform 13 aufweisen. Basierend auf der Komplexität des Traglaststeuersystems 37 können mehr oder weniger Betriebsbedingungen und Parameter verwendet werden, wenn die Traglast berechnet wird.
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Das Traglaststeuersystem 37 kann ein System zum automatischen Steuern des Traglastberechnungsprozesses aufweisen. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines solchen automatischen Traglastberechnungsprozesses. Bei Schritt 40 empfängt die Steuerung 36 Daten von verschiedenen Sensoren, die zum Bestimmen des Zustands des Gerätesystems 16 verwendet werden. Insbesondere kann die Steuerung 36 Daten von den verschiedenen Winkelsensoren 30, die jedem der Gelenke der Gestängebauteile zugeordnet sind, sowie Daten von dem Lagesensor 33, der Daten bereitstellt, die auf das Nicken und Rollen der Maschine 10 hinweisen, empfangen. Zusätzlich kann die Steuerung 36 ebenfalls Daten von den Kraftsensoren 31 empfangen, die zum Bestimmen der Kraft, die von den Aktuatoren und/oder den Gestängebauteile erzeugt werden oder auf diese einwirken, verwendet werden können. Die Daten von den Sensoren können als Eingabe für unterschiedliche Aspekte (Bestandteile) des Traglaststeuersystems verwendet werden. Wie untenstehend detaillierter beschrieben ist, können einige Aspekte der Signale von den Sensoren als Eingabe oder Daten zum Bestimmen, wann der automatische Traglastberechnungsprozess beginnt und gestoppt wird, verwendet werden und andere Aspekte der Signale können als Eingabe oder Datenmuster (Datenauswahl) durch das Traglaststeuersystem zum Berechnen der geschätzten Traglast verwendet werden.
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Bei Entscheidungsschritt 41 kann die Steuerung 36 die Daten von den Winkelsensoren 30 und dem Lagesensor 33 zum Bestimmen, ob die Schaufel 17 in einer Werkzeugtrageposition (d. h., eine Position, in welcher Material in der Schaufel 17 nicht sofort ausgeschüttet wird) ist. Diese Sensoren und, in einigen Ausführungsformen, andere Sensoren arbeiten als ein Werkzeugpositionssensorsystem, das ein Werkzeugpositionssignal, das auf die Werkzeugposition hinweist, bereitstellt. Die Steuerung 36 kann durch Vergleichen der Datentafeln der Steuerung 36 mit Positionen der Gestängebauteile und der Lage der Maschine 10 bestimmen, ob die Schaufel 17 in einer Werkzeugtrageposition ist. Insbesondere definieren die Position des Auslegerbauteils 22 relativ zu der Plattform 13, die Position des Stielbauteils 23 relativ zu dem Auslegerbauteil 22 und die Schaufel 17 relativ zu dem Stielbauteil 23 eine Position und Orientierung der Schaufel relativ zu der Plattform 13. Das Nicken und Rollen der Maschine 10 zusammen mit der Position der Schaufel 17 relativ zu der Plattform 13 kann durch die Steuerung 36 zum Bestimmen der Position der Schaufel relativ zu einem Schwerebezugssystem verwendet werden. Die Position der Schaufel relativ zu einem Schwerebezugssystem wird manchmal als die „Weltposition” der Schaufel 17 bezeichnet. Wenn die Schaufel nicht in einer Werkzeugtrageposition bei dem Entscheidungsschritt 41 ist, wird die Steuerung 36 bei Schritt 40 mit dem Empfangen von Daten von den Sensoren fortfahren und der automatische Traglastberechnungsprozess wird nicht beginnen.
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Wenn die Schaufel 17 in einer Schaufeltrageposition ist, kann die Steuerung 36 bei Entscheidungsschritt 42 bestimmen, ob das Auslegerbauteil 22 sich nach oben bewegt. Ein Auslegerhubsensorsystem, das die Winkelsensoren 30 und andere Sensortypen aufweisen kann, kann ein Auslegerhubsignal bereitstellen, das auf das Verhalten des Auslegerbauteils 22 hinweist. Zum Beispiel kann das Auslegerhubsensorsystem ein Auslegerhubgeschwindigkeitssignal bereitstellen. Die Steuerung 36 kann Daten, die von dem Auslegerhubsensorsystem mit den Winkelsensoren 30 empfangen wurden, verwenden, um die Daten mit Datentafeln in der Steuerung 36 zu vergleichen, um zu bestimmen, ob sich das Auslegerbauteil 22 nach oben bewegt. In einem alternativen Prozess kann die Steuerung 36 verlangen, dass sich das Auslegerbauteil 22 mit einer Rate (Geschwindigkeit) nach oben bewegt, die größer ist als eine vorbestimmte Rate oder Wert, anstatt sich lediglich nach oben zu bewegen. Wenn sich das Auslegerbauteil 22 nicht nach oben bewegt, kann die Steuerung 36 fortfahren, Daten bei Schritt 40 von den Sensoren zu empfangen.
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Wenn sich das Auslegerbauteil 22 nach oben bewegt, kann die Steuerung 36 bei Entscheidungsschritt 43 durch Vergleichen der von den Sensoren empfangenen Daten mit Datentafeln in der Steuerung 36 bestimmen, ob die Schaufel 17 geschwenkt (geschwungen) wird. Dabei kann die Steuerung 36 Daten von einem Winkelsensor 30 empfangen, der die relative Position zwischen der Plattform 13 und dem Fahrwerk 14 misst. Die Winkelsensoren 30 und, in bestimmten Ausführungsformen, andere Sensoren können ein Auslegerschwenksensorsystem ausbilden, dass ein Auslegerschwenksignal bereitstellt, das auf das Verhalten des Auslegerbauteils 22 hinweist. Zum Beispiel kann das Auslegerschwenksensorsystem ein Signal bereitstellen, das auf eine Auslegerschwenkgeschwindigkeit hinweist. In einem alternativen Prozess kann die Steuerung 36 erfordern, dass die Schaufel 17 mit einer Rate geschwenkt wird, die größer als eine vorbestimmte Rate oder Wert ist, anstatt lediglich geschwenkt zu werden. Wenn die Schaufel 17 nicht geschwenkt wird, kann die Steuerung 36 fortfahren, Daten bei Schritt 40 von den Sensoren zu empfangen. Somit wird, wenn die Schaufel 17 in der Werkzeugtrageposition (Schritt 41) ist, sich das Auslegerbauteil 22 nach oben bewegt (Schritt 42) und geschwenkt wird (Schritt 43), die Steuerung 36 damit beginnen, automatisch die Traglast in der Schaufel 17 zu berechnen. Dabei fährt die Steuerung mit dem Empfangen von Daten von den Sensoren bei Schritt 44 fort.
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Bei Entscheidungsschritt 45 kann die Steuerung 36 dazu ausgebildet sein, die Daten von den verschiedenen Sensoren zu analysieren, um zu bestimmen, ob die Betriebscharakteristika der Maschine 10 derart sind, dass eine genaue Bestimmung der Traglast in der Schaufel 17 bestimmt werden kann. Gemäß einem Beispiel kann die Steuerung 36 dazu ausgebildet sein, eine Auslegerhubbeschleunigung zu bestimmen, die auf die Hubbeschleunigung des Auslegerbauteils 22 hinweist. Die Auslegerhubgeschwindigkeit kann durch einen Winkelsensor 30, der dem Gelenk zwischen der Plattform 13 und dem Auslegerbauteil 22 zugeordnet ist, bestimmt werden. Wenn die Auslegerhubbeschleunigung größer als eine vorbestimmte Rate ist, kann die Steuerung 36 bestimmen, dass eine Berechnung der Traglast in der Schaufel 17 nicht genügend genau sein wird und bei Schritt 46 das Datenmuster, dass bei Schritt 40 empfangen wurde, verwerfen (ablegen).
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Gemäß einem anderen Beispiel kann die Steuerung 36 zum Bestimmen, ob eine Auslegerschwenkbeschleunigung, die auf die Schwenkbeschleunigung des Auslegerbauteils 22 hinweist, eine vorbestimmte Rate überschreitet, ausgebildet sein. Die Auslegerschwenkbeschleunigung kann durch einen Winkelsensor 30 bestimmt werden, der zum Bestimmen der Position der Plattform 13 relativ zu dem Fahrwerk 14 ausgebildet ist. Wenn die Auslegerschwenkbeschleunigung eine vorbestimmte Rate überschreitet, kann die Steuerung die Datenmuster bei Schritt 46 verwerfen. Gemäß einem weiteren anderen Beispiel kann die Steuerung 36 zum Bestimmen eines Auslegerwinkels, der auf einen Winkel des Auslegerbauteils 22 hinweist, ausgebildet sein. Die Steuerung 36 kann den Auslegerwinkel mit einer Datentafel in der Steuerung vergleichen, um zu bestimmen, ob der Auslegerwinkel einen vorbestimmten Winkel überschreitet. Wenn der Auslegerwinkel den vorbestimmten Winkel überschreitet, kann die Steuerung 36 das Datenmuster bei Schritt 46 verwerfen. Zusätzliche Betriebscharakteristika der Maschine 10 können alternativ oder zusätzlich bei Schritt 45 analysiert werden, um zu bestimmen, ob die Daten genügend Sicherheit zum Berechnen der Traglast bereitstellen.
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Wenn das Datenmuster bei Schritt 46 verworfen wurde, fährt die Steuerung 36 mit dem Empfangen von Daten bei Schritt 44 von den Sensoren fort. Die Betriebscharakteristika der Maschine 10 können fortwährend bei Entscheidungsschritt 45 überwacht werden, bis die Betriebsbedingungen der Maschine 10 darauf hinweisen, dass die Daten höchstwahrscheinlich zum Bereitstellen einer genauen Traglastschätzung genügen.
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Wenn das Datenmuster wahrscheinlich zum Bereitstellen einer genauen Traglastschätzung bei Entscheidungsschritt 45 genügt, kann die Steuerung 36 zum Bestimmen eines Grads an Sicherheit (Vertrauen) in die Traglastschätzung bei Schritt 47 ausgebildet sein. Gemäß einem Beispiel kann der Bediener des Gerätesystems 16 auf eine Weise bedienen, die die Genauigkeit des Traglastberechnungsprozesses negativ beeinflusst (z. B. Bewegen der Schaufel 17 auf eine „ruckartige” Weise). Folglich kann die Steuerung 36 die Beschleunigung des Auslegerbauteils 22 relativ zu der Plattform 13, die Bewegung des Stielbauteils 23 relativ zu dem Auslegerbauteil 22 und die Schaufel 17 relativ zu dem Stielbauteil 23 überwachen. Wenn irgendeine dieser Komponenten mit einer Rate beschleunigt wird, die größer als gewünscht ist, kann die Steuerung 36 bei Schritt 48 eine Genauigkeitssicherheitsfunktion in der Steuerung aktualisieren. Die Genauigkeitssicherheitsfunktion kann eine Aufzeichnung (ein Protokoll) von Vorkommnissen, bei welchen Bewegungen des Arbeitsgerätesystems 16 oder andere Aspekte der Maschine 10 die Sicherheit in die Genauigkeit des Traglastberechnungsprozesses reduziert hat, führen. Wenn die Anzahl von Vorkommnissen mit verringerter Sicherheit (d. h., solche, bei welchen die Genauigkeit des Traglastberechnungsprozesses verringert sein kann) eine vorbestimmte Anzahl überschreitet, kann die Steuerung 36 eine Warnung bei Schritt 53 erzeugen, um den Bediener auf die Verringerung der Sicherheit der Traglastberechnung warnend hinzuweisen.
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Gemäß einem anderen Beispiel kann die Steuerung 36 die Nickwinkelgeschwindigkeit und -beschleunigung sowie die Rollwinkelgeschwindigkeit und -beschleunigung der Maschine 10 überwachen. Wenn irgendeine dieser Raten einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann die Steuerung 36 die Genauigkeitssicherheitsfunktion bei Schritt 48 aktualisieren. Zudem kann die Steuerung 36 auch den Weltwinkel der Schaufel 17 überwachen und die Genauigkeitssicherheitsfunktion bei Schritt 48 aktualisieren, wenn der Weltschaufelwinkel einen vorbestimmten Winkel überschreitet. Alternativ können andere Betriebscharakteristika der Maschine 10 bei Schritt 47 überwacht werden, um zu bestimmen, ob die Sicherheit in die Traglastschätzung durch diese verbessert wurde.
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Wenn gewünscht, kann die Steuerung 36 zum Anzeigen eines Warnhinweises, wenn der Bediener das Gerätesystem 16 oder die Maschine 10 auf eine Weise bewegt, die die Genauigkeit des Traglastberechnungsprozesses negativ beeinflusst, ausgebildet sein. In einem solchen Fall kann der Bediener den Warnhinweis bemerken und nachfolgend die Weise, auf die das Gerätesystem 16 oder andere Aspekte der Maschine 10 gesteuert werden, verändern, um Traglastschätzungen mit höherer Sicherheit in die Genauigkeit zu erhalten.
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Bei Schritt 49 kann die Steuerung 36 das Datenmuster sichern oder aufzeichnen (protokollieren), das in dem Traglastberechnungsprozess verwendet wurde. Gemäß einer Konfiguration kann die Steuerung 36 nur eine vorbestimmte Anzahl an Datenmustern für einen bestimmten Schwenken-zum-Abladen-Abschnitt speichern. In einem solchen Fall kann, sobald eine genügende Anzahl von Datenmustern in der Steuerung 36 gespeichert wurde, die Steuerung die ältesten Datenmuster mit jedem neu empfangenen Datenmuster verwerfen. Gemäß einer anderen Konfiguration kann die Steuerung 36 alle Datenmuster, wie sie gesammelt werden, speichern.
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Bei Entscheidungsschritt 50 kann die Steuerung 36 bestimmen, ob die Schaufel 17 ihre Abladeposition erreicht hat oder ob die Schaufel sich noch innerhalb des ”Schwenken-zum-Abladen”-Abschnitts des Arbeitszyklus bewegt. Gemäß einem Beispiel kann die Steuerung 36 bestimmen, ob die Schaufel 17 durch Überwachen der Position der Schaufel 17 ihre Abladeposition erreicht hat und bestimmen, ob diese aus ihrer Werkzeugtrageposition bewegt wurde. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Steuerung 36 die Auslegerhubgeschwindigkeit und die Auslegerschwenkgeschwindigkeit zum Bestimmen der Bewegungsrate des Auslegerbauteils 22 überwachen. Wenn die Auslegerhubgeschwindigkeit geringer ist als eine vorbestimmte Rate für eine vorbestimmte Zeitdauer und die Auslegerschwenkgeschwindigkeit geringer ist als eine vorbestimmte Rate für eine vorbestimmte Zeitdauer, kann die Steuerung 36 bestimmen, dass die Schaufel 17 ihre Abladeposition erreicht hat. Mit anderen Worten gesagt, kann, wenn das Auslegerbauteil 22 für eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. eine Sekunde) nicht nach oben bewegt und nicht geschwungen wird, die Steuerung 36 bestimmen, dass die Schaufel 17 ihre Abladeposition erreicht hat.
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Wenn die Schaufel 17 ihre Abladeposition bei Entscheidungsschritt 50 nicht erreicht hat, kann die Steuerung 36 bei Schritt 44 fortfahren, Daten von den Sensoren zu empfangen und zusätzliche Datenmuster können erzeugt werden. Wenn die Schaufel 17 ihre Abladeposition bei Entscheidungsschritt 50 erreicht hat, kann die Steuerung 36 bei Entscheidungsschritt 51 bestimmen, ob eine Schwellwertanzahl von Datenmustern aufgezeichnet wurde. Die Schwellwertanzahl von Datenmustern kann basierend auf einer gewünschten Sicherheit des Traglastberechnungsprozesses festgelegt werden. Gemäß einem Beispiel kann die Steuerung 36 zum Speichern oder Aufzeichnen von Datenmustern bei Schritt 49 alle zwanzig Millisekunden ausgebildet sein. Mit anderen Worten gesagt, kann die Steuerung 36 die Schritte 44 bis 49 alle zwanzig Millisekunden ausführen. Wenn ein typischer Schwenken-zum-Abladen-Abschnitt ungefähr zwei bis drei Sekunden in Anspruch nimmt, kann die Steuerung 36 ungefähr so viel wie einhundert bis einhundertfünfzig mögliche Datenmuster haben. Bei Entscheidungsschritt 51 kann die Steuerung 36 dazu ausgebildet sein, mindestens fünfzig Datenmuster zu erfordern, bevor eine geschätzte Traglast bei Schritt 57 gespeichert werden kann.
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Wenn eine Schwellwertanzahl von Datenmustern bis Entscheidungsschritt 51 nicht aufgezeichnet wurde, kann die Steuerung 36 den automatischen Traglastberechnungsprozess beenden, da eine ungenügende Anzahl von Datenmustern aufgezeichnet wurde. Die Steuerung 36 kann fortfahren, Daten von den Sensoren bei Schritt 40 zu empfangen. Wenn eine Schwellwertanzahl von Datenmustern bei Entscheidungsschritt 51 aufgezeichnet wurde, kann die Steuerung 36 bei Entscheidungsschritt 52 bestimmen, ob die Genauigkeitssicherheitsfunktion mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Vorkommnissen mit verringerter Sicherheit aufgezeichnet hat. Wenn die Anzahl von Vorkommnissen mit verringerter Sicherheit einen vorbestimmten Schwellwert oder eine vorbestimmte Anzahl von Vorkommnissen überschreitet, kann die Steuerung 36 ein Datengenauigkeitswarnsignal erzeugen und ein Datengenauigkeitswarnhinweis bei Schritt 53 anzeigen.
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Bei Schritt 54 kann die Steuerung 36 die aufgezeichneten Datenmuster zum Bestimmen oder Berechnen einer Schätzung der Traglast bei Schritt 54 verwenden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuerung 36 einen Optimierungsalgorithmus oder Routine, wie beispielsweise Methode der kleinsten Quadrate, zum Bestimmen einer Schätzung der Traglast basierend auf Betriebscharakteristika der Maschine 10 verwenden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 36 Datentafeln verwenden, die während eines Kalibrierungsprozesses basieren auf einer oder mehrerer Traglasten erzeugt wurden zum Bestimmen einer Schätzung der Traglast, die durch die Schaufel 17 bewegt wird. Die Steuerung 36 kann, wenn gewünscht, die Schätzung der Traglast in der Bedienerstation 18 anzeigen.
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Bei Entscheidungsschritt 55 kann ein Bediener ein Datenfreigabebefehlssignal zum Freigeben der Schätzung der Traglast von dem derzeitigen Schwenken-zum-Abladen-Abschnitt bereitstellen. Wenn der Bediener ein Datenfreigabebefehlssignal zum Freigeben der Schätzung der Traglast bereitstellt, kann die Datenaufzeichnung in der Steuerung 36 auch von allen Datenmustern bei Schritt 56 freigegeben werden. In einem solchen Fall kann das Traglaststeuersystem 37 wieder beginnen, Traglastdaten durch Empfangen von Daten von den Sensoren bei Schritt 40 zu sammeln.
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In einigen Beispielen kann der Bediener die Traglastschätzung aufgrund einer Warnung von der Genauigkeitssicherheitsfunktion freigeben. In anderen Beispielen kann ein Bediener versuchen, eine vorbestimmte Materialmenge in entweder einem oder einer Mehrzahl von Arbeitszyklen zu dem Ziel zu bewegen. In Beispielen, in denen die Materialmenge, die in der Schaufel 17 geladen ist, ein gewünschtes Gewicht oder Masse überschreitet, kann der Bediener entscheiden, das Material zu der Baggerstelle 24 zurückzuführen, die Traglastschätzung zu verwerfen und den Baggervorgang neu zu beginnen.
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Bei Schritt 57 kann die Steuerung 36 die berechneten oder geschätzten Traglasten in der Steuerung 36 speichern. Wenn gewünscht, kann die Traglast zusätzlich auch zu anderen Systemen, wie beispielsweise Systemen fern der Maschine 10, übertragen werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die gewerbliche Anwendbarkeit des Systems zur Traglastzyklusermittlung, das hier beschrieben ist, wird aus der vorangegangenen Erörterung ohne weiteres anerkannt werden. Die vorliegende Offenbarung ist auf viele Maschinen und Aufgaben, die durch Maschinen durchgeführt werden, anwendbar. Eine beispielhafte Maschine, für die das System für die Traglastzyklusermittlung geeignet ist, ist ein Bagger. Indes kann das System der Traglastzyklusermittlung auf anderen Maschinen und Materialhandhabungssystemen anwendbar sein, die von der Berechnung und Schätzung einer Traglast profitieren.
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Das offenbarte System für die Traglastzyklusermittlung stellt viele Vorteile während des Betriebs von Materialhandhabungsmaschinen bereit. Das offenbarte System kann automatisch den Beginn und das Ende eines Abschnitts eines Arbeitszyklus ermitteln, währenddessen ein Traglastschätzprozess durchgeführt werden kann. Insbesondere kann das offenbarte System die Betriebsparameter der Maschine 10 überwachen und automatisch bestimmen, wann der Traglastschätzprozess beginnen und enden kann. Zusätzlich kann, basierend auf den Betriebsparametern der Maschine 10, das System bestimmen, ob bestimmte Daten, die durch den Traglastschätzprozess erzeugt wurden, wahrscheinlich genau sind und solche ungenauen Daten verwerfen. Überdies kann das System Aktivitäten eines Bedieners identifizieren, die verändert werden können, um die Genauigkeit des Traglastschätzprozesses zu verbessern.
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Es wird anerkannt werden, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems und der Technik bereitstellt. Indes wird darauf hingewiesen, dass andere Implementierungen der Offenbarung sich im Detail von den vorangegangenen Beispielen unterscheiden können. Sämtliche Bezugnahmen der Offenbarung oder Beispiele davon sind dazu gedacht, sich auf das bestimmte Beispiel zu beziehen, das an dieser Stelle beschrieben wird, und sind nicht dazu gedacht, irgendeine Beschränkung des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen zu implizieren. Sämtliche Ausdrücke von Bestimmtheit und Herabsetzung bezüglich bestimmter Merkmale sind nur dazu gedacht, auf ein Fehlen von Bevorzugung für diese Merkmale hinzuweisen, aber nicht, solche vom Umfang der Offenbarung vollständig auszunehmen, wenn nicht anderweitig darauf hingewiesen wird.
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Eine Wiedergabe von Wertebereichen hierin ist nur dazu gedacht, als ein Kurzschreibverfahren zu dienen, um individuell auf jeden einzelnen Wert, der in den Bereich fällt, Bezug zu nehmen, wenn hier nicht anderweitig darauf hingewiesen wird, und jeder einzelne Wert ist in die Beschreibung mitaufgenommen, als wenn dieser einzeln hier geschrieben wäre. Sämtliche Verfahren, die hier beschrieben sind, können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, wenn hier nicht anderweitig darauf hingewiesen wird oder der Kontext diesem klar entgegenspricht.
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Demzufolge weist diese Offenbarung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstandes, der in den Ansprüchen angegeben ist, die hierzu angehängt sind, auf, wie durch das anwendbare Recht zugelassen wird. Überdies sind sämtliche Kombinationen der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon durch die Offenbarung miteingeschlossen, wenn nicht anderweitig darauf hingewiesen wird oder der Kontext diesem klar entgegenspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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