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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Dies betrifft eine Steuerung für einen Bagger der Bauart, bei welcher ein Baggerführer manuell Joystickventile betätigt, um hydraulischen Steuerventilen Hydraulikflüssigkeit zuzuführen. Die hydraulischen Steuerventile wiederum führen dann den Hydraulikzylindern oder -motoren Hydraulikflüssigkeit zu, um die verschiedenen Baggerkomponenten zu bewegen. Bei einem typischen Bagger erstreckt sich ein Ausleger vom Baggerchassis aus und ist verdrehbar mit einem Löffelarm verbunden. Der Löffelarm ist verdrehbar mit einem Baggerlöffel oder einer anderen Aushubeinrichtung verbunden. Das Baggerchassis kann, typischerweise durch einen Hydraulikmotor, verschwenkbar am Baggerfahrwerk angebracht sein. Die Hydraulikzylinder verschwenken den Ausleger gegenüber dem Baggerchassis, den Löffelarm gegenüber dem Ausleger und den Baggerlöffel oder eine andere Aushubeinrichtung gegenüber dem Löffelarm. Eine andere allgemein bekannte Baggergestaltung schließt eine zweite Auslegerkomponente ein, die es gestattet, den Ausleger abzuknicken. Dies wird oft als Ausleger mit veränderbarem Winkel oder als VA-(variable angle)-Ausleger bezeichnet und ermöglicht das Arbeiten in geschlossenen Räumen oder in Bereichen mit begrenztem Profil, wie etwa unter Hochspannungsleitungen.
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Der Führer eines solchen Baggers bedient die Joystick-Steuerhebel, die die Joystick-Ventile betätigen, um das Bagger mit dem Baggerlöffel zu bewirken. Der Baggerführer kann dabei durch ein Display in der Baggerkabine unterstützt werden, das die aktuelle Höhenposition des Baggerlöffels und die gewünschte Höhenlage des Arbeitsbereichs anzeigt. Es wurden verschiedene Sensoren benutzt, um die aktuelle Höhenposition des Baggerlöffels festzustellen, einschließlich Lasersensoren, die einen Bezugsstrahl von Laserlicht abfühlen, der von einem in einer Entfernung vom Bagger positionierten Laser-Transmitter ausgegeben wird. Es wurden auch GPS-Empfänger benutzt, um die Höhenposition des Baggerlöffels festzustellen. Weil die Laser-Empfänger und die GPS-Empfänger normalerweise nicht direkt auf dem Baggerlöffel angebracht sind, wurden diese Empfänger normalerweise benutzt, um die Position eines Bezugspunkts auf dem Bagger festzustellen, und dann wurden die Ausgangssignale von zusätzlichen Sensoren, wie Winkelencoder und Neigungsmesser, benutzt, um die Position des Baggerlöffels relativ zum Bezugspunkt festzustellen. Ein Plan des gewünschten Profils der Arbeitsstelle wird normalerweise in einem der Baggersteuerung zugeordneten Speicher gespeichert, so daß dem Baggerführer eine kontinuierliche Anzeige zur Verfügung gestellt werden kann, die den Umfang der noch zum Erreichen des gewünschten Niveaus erforderlichen Baggerarbeit anzeigt.
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Die Geschicklichkeit und Erfahrung der Baggerführer schwankt beträchtlich, wobei die geschicktesten Baggerführer in der Lage sind, das Endniveau weit schneller zu erreichen als die weniger geschickten. Bei früheren Versuchen, eine Baggersteuerung zu schaffen, wurden durch das System ein Element oder mehrere Elemente des Baggers gesteuert, während der Baggerführer die anderen steuerte. Es war für den Baggerführer schwierig, Bewegungen mit den automatischen Systemen zu koordinieren, die langsamer waren als die des Baggerführers, und tatsächlich war das Ergebnis nicht so effektiv wie das eines Baggerführers, der ohne die automatische Steuerung arbeitete. Ein gewünschtes Profil oder eine Gerade zu baggern, erfordert eine koordinierte und konstant geänderte Einstellung der verschiedenen Elemente durch den Baggerführer, um die Schneidkante tangential zur gewünschten Bahn zu halten. Weniger erfahrene Baggerführer haben Schwierigkeiten, die Bewegungen der Elemente gleichzeitig adäquat zu koordinieren und können in einigen Abschnitten der Arbeitsstelle zu tief baggern, so daß es erforderlich wird, später diese Abschnitte wieder mit Füllmaterial aufzufüllen. Es ist verständlich, daß die Rückführung von Füllmaterial in die zu tiefen Abschnitte der Arbeitsstelle zeitraubend sein kann. Außerdem kann es in einigen Fällen erforderlich werden, das Füllmaterial zu verdichten, was zu den Kosten der Baggerarbeit hinzukommt. Es sind eine Baggersteuerung und ein Verfahren erforderlich, die den Wirkungsgrad des Betriebs der Maschine verbessern.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Bagger besitzt ein verschwenkbar auf einem Baggerfahrgestell gelagertes Bagger-Chassis, einen verschwenkbar am Bagger-Chassis gelagerten Ausleger, einen verschwenkbar am Ausleger gelagerten Löffelarm, und ein verschwenkbar am Löffelarm angebrachtes Baggergerät, wie einen Baggerlöffel. Der Bagger besitzt weiter eine erste hydraulische Vorrichtung zur Bewegung dieses Geräts gegenüber dem Löffelarm, ein erstes hydraulisches Steuerventil zur Steuerung der Beaufschlagung der ersten hydraulischen Vorrichtung mit Hydraulikflüssigkeit, eine zweite hydraulischen Vorrichtung zur Bewegung des Löffelarms gegenüber dem Ausleger, ein zweites hydraulisches Steuerventil zur Steuerung der Beaufschlagung der zweiten hydraulischen Vorrichtung mit Hydraulikflüssigkeit, eine dritte hydraulische Vorrichtung zur Bewegung des Auslegers gegenüber dem Bagger-Chassis, ein drittes hydraulisches Steuerventil zur Steuerung der Beaufschlagung der dritten hydraulischen Vorrichtung mit Hydraulikflüssigkeit, eine vierte hydraulischen Vorrichtung zur Drehung des Chassis gegenüber dem Fahrgestell, ein viertes hydraulisches Steuerventil zur Steuerung der Beaufschlagung der vierten hydraulischen Vorrichtung mit Hydraulikflüssigkeit. Zudem besitzt der Bagger manuell betätigte Joystickventile zur Beaufschlagung des ersten, zweiten, dritten und vierten hydraulischen Steuerventils mit dem Druck der Hydraulikflüssigkeit, um jeweils die Bewegung der ersten, zweiten, dritten und vierten hydraulischen Vorrichtung zu steuern. Der Bagger schließt eine Mehrzahl von Sensoren zur Positionsfeststellung und einen Speicher zur Speicherung des gewünschten Niveaus des Arbeitsplatzes an der Stelle des Baggereinsatzes und einen auf diese Sensoren und den Speicher ansprechenden Prozessor zur Feststellung der Position des Löffeleins. Der Prozessor vergleicht die Löffelposition mit dem gewünschten Niveau am Arbeitsplatz und gibt die Bewegung verzögernde Signale aus, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau annähert. Ein Verteiler beaufschlagt das erste, zweite, dritte und vierte hydraulische Steuerventil mit dem Druck der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, um das erste, zweite, dritte und vierte hydraulische Steuerventil zu betätigen. Der Verteiler beaufschlagt weiter das erste, zweite, dritte und vierte hydraulische Steuerventil entgegen deren Betätigung mit einem Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, ansprechend auf die die Bewegung verzögernden Signale vom Prozessor, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau nähert. Durch diese Anordnung wird der Bewegung des Löffels unterhalb des gewünschten Niveaus entgegengewirkt.
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Der Verteiler kann ein erstes, auf die die Bewegung verzögernden Signale ansprechendes Ventil zur Bewegungsverzögerung besitzen, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen umzuleiten, um der Betätigung des ersten hydraulischen Steuerventils entgegenzuwirken, ein zweites, auf die die Bewegung verzögernden Signale ansprechendes Ventil zur Bewegungsverzögerung, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen umzuleiten, um der Betätigung des zweiten hydraulischen Steuerventils entgegenzuwirken, ein drittes, auf die die Bewegung verzögernden Signale ansprechendes Ventil zur Bewegungsverzögerung, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen umzuleiten, um der Betätigung des dritten hydraulischen Steuerventils entgegenzuwirken, und ein viertes, auf die die Bewegung verzögernden Signale ansprechendes Ventil zur Bewegungsverzögerung, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen umzuleiten, um der Betätigung des vierten hydraulischen Steuerventils entgegenzuwirken. Das erste, zweite, dritte und vierte Ventil zur Bewegungsverzögerung kann jeweils ein elektrisch betätigtes Proportionalventil enthalten. Der Teil des Drucks, der verwendet wird, um eine Bewegung zu verzögern, wird durch die Strommenge bestimmt, die dem elektrischen Ventil zugeleitet wird und kann durch Festlegung eines maximelen Stromgrenzwerts im Prozessor begrenzt werden.
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Das erste, zweite, dritte und vierte Ventil zur Bewegungsverzögerung kann einen Teil des Drucks der hydraulischen Flüssigkeit bzw. Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen derart umleiten, daß die Bewegung der hydraulischen Vorrichtungen verlangsamt aber nicht notwendigerweise gestoppt wird, wenn das Gerät sich dem gewünschten Niveau annähert. Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit, der durch die Bewegungsverzögerungsventile umgeleitet wird, kann entsprechend der Auswertung der Sensordaten zunehmen oder abnehmen, wenn sich der Löffel dem gewünschten Niveau nähert.
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Eine Steuerung für einen Bagger der Bauart, die eine Mehrzahl von hydraulischen Zylindern besitzt, zur Bewegung von Baggerkomponenten derart, daß an einer Arbeitsstelle Bagger oder andere Aktionen mit einem Baggergerät, wie einem Baggerlöffel, ausgeführt werden können, sowie eine Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen, deren jedes jeweils einem der hydraulischen Zylinder zugeordnet ist, um die Beaufschlagung dieses jeweils einen der hydraulischen Zylinder mit Hydraulikflüssigkeit zu steuern, und eine Mehrzahl von manuell betätigten Joystickventilen für die Zuleitung von Druck der Hydraulikflüssigkeit zu den entsprechenden hydraulischen Steuerventilen zur Steuerung der Bewegung der hydraulischen Zylinder, schließt eine Sensoranordnung ein zur Feststellung der Position von einer oder mehreren Komponenten des Baggers, derart, daß das Niveau des Baggerlöffels am Arbeitsplatz festgestellt werden kann. Ein Speicher speichert das gewünschte Niveau am Arbeitsplatz und ein auf die Sensoranordnung und den Speicher ansprechender Prozessor stellt das Niveau des Baggerlöffels fest. Der Prozessor vergleicht das Niveau des Baggergeräts mit dem gewünschten Niveau am Arbeitsplatz und gibt bewegungsverzögernde Signale aus, wenn der Baggerlöffel sich dem gewünschten Niveau annähert. Ein Verteiler beaufschlagt die Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen mit dem Druck der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, um jene zu betätigen, und beaufschlagt mit einem Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen die hydraulischen Steuerventile entgegen deren Betätigung ansprechend auf die bewegungsverzögernden Signale vom Prozessor, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau annähert. Dadurch wird der Bewegung des Löffels unter das gewünschte Niveau entgegengewirkt, diese aber nicht verhindert.
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Der Verteiler kann eine Mehrzahl von auf die bewegungsverzögernden Signale ansprechenden, bewegungsverzögernden Ventilen einschließen zum Umleiten eines Teils des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, um der Betätigung dieser Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen entgegenzuwirken. Jedes der Mehrzahl von bewegungsverzögernden Ventilen kann ein elektrisch betätigtes Proportionalventil umfassen. Die Mehrzahl der bewegungsverzögernden Ventile leitet einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen derart um, daß die Bewegung der hydraulischen Vorrichtungen verlangsamt aber nicht gestoppt wird, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau annähert. Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit, der durch die bewegungsverzögernden Ventile umgeleitet wird, kann verändert werden, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau nähert, um die Geschwindigkeit eines jeden Zylinders so zu optimieren, daß der Löffel nicht das gewünschte Niveau unterschreitet.
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Ein Verfahren zum Steuern eines Baggers der Bauart mit einer Mehrzahl von Hydraulikzylindern zur derartigen Bewegung von Baggerkomponenten, daß an einer Arbeitsstelle mit einem Baggerlöffel oder einem anderen Baggergerät Bagger oder eine andere Baggeraktion ausgeführt wird, einer Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen, deren jedes jeweils einem der hydraulischen Zylinder zugeordnet ist, um die Beaufschlagung dieses jeweils einen der hydraulischen Zylinder mit Hydraulikflüssigkeit zu steuern, und einer Mehrzahl von manuell betätigten Joystickventilen für die Zuleitung von Druck der Hydraulikflüssigkeit zu den entsprechenden hydraulischen Steuerventilen zur Steuerung der Bewegung der hydraulischen Zylinder, kann umfassen: die Ermittlung der Position von einer oder mehreren Komponenten des Baggers derart, daß das Niveau des Baggerlöffels am Arbeitsplatz festgestellt werden kann, wobei das Niveau des Baggerlöffels ermittelt und das Niveaus des Baggerlöffels mit dem gewünschten Niveau des Arbeitsplatzes verglichen wird, Bewegungsverzögerungssignale ausgegeben werden, wenn der Baggerlöffel sich dem gewünschten Niveau nähert, Druck der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen die Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen beaufschlagt, um diese zu betätigen, und Beaufschlagung der Mehrzahl von hydraulischen Steuerventilen entgegen deren Betätigungsrichtung mit einem Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, ansprechend auf die Bewegungsverzögerungssignale, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau nähert, wodurch der Bewegung des Löffels unterhalb des gewünschten Niveaus entgegengewirkt, aber diese nicht verhindert wird.
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Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, der die hydraulischen Steuerventile entgegen ihrer Betätigung beaufschlagt, kann zunehmen, wenn sich der Löffel dem gewünschten Niveau annähert. Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen, der die hydraulischen Steuerventile entgegen ihrer Betätigung beaufschlagt, kann linear zunehmen, wenn sich der Löffel dem gewünschten Niveau annähert. Ein Teil, typischerweise weniger als die Hälfte, des maximalen Drucks der Hydraulikflüssigkeit von den manuell betätigten Joystickventilen kann derart umgeleitet werden, daß die Bewegung der hydraulischen Zylinder verlangsamt, aber nicht gestoppt wird, wenn der Löffel sich dem gewünschten Niveau nähert. Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit, der durch die die Bewegung verzögernden Ventile können auch im wesentlichen konstant bleiben, wenn sich der Löffel dem gewünschten Niveau nähert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht eines Baggers, die eine Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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2 ist ein Schaltschema eines Steuersystems des in 1 gezeigten Baggers.
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3 ist ein Schaltschema des Verteilers im Schaltschema der 2 in größerem Detail.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bagger benutzen im Allgemeinen eine Vielfalt von Sensoren, um die Positionen verschiedener Maschinenelemente zu überwachen und zur Unterstützung des Baggerführers jene Positionen anzuzeigen. Bei einer typischen Anordnung sendet ein Laser-Transmitter auf der Arbeitsstelle einen dünnen Laserstrahl aus, der schnell um eine im Allgemeinen vertikale Achse rotierend bewegt wird, um eine Bezugsebene aus Laserlicht zu bilden. Falls die Ebene aus Laserlicht horizontal ist und falls der Bagger einen Laser-Empfänger trägt, der den Lichtstrahl und seine Position relativ zum Bagger feststellt, ist es für die Baggersteuerung möglich, das Niveau des Empfängers festzustellen. Durch Bezugnahme auf andere Sensoren auf dem Bagger, die Neigungswinkel von Baggerkomponenten oder die zwischen verschiedenen Baggerkomponenten, wie dem Ausleger und dem Löffelarm, eingeschlossenen Winkel wahrnehmen, ist es möglich, das Niveau der Grabzähne des Baggerlöffels und des vom Baggerlöffel erzeugten Schnitts zu bestimmen. Falls das gewünschte Niveau nicht über die gesamte Arbeitsstelle hinweg gleich ist, ist es erforderlich, die Position des Baggerlöffels in drei Dimensionen zu kennen, um festzustellen, ob sich der Löffel über oder unter dem gewünschten Profil der Arbeitsstelle befindet, und in welchem Ausmaß. Dies kann auf jedem einer Anzahl von Wegen geschehen, einschließlich dreidimensionaler Positionierung durch auf dem Bagger angebrachter GPS-Empfänger. Alternativ kann dies durch präzise positionierte, robotergesteuerte Totalstationen geschehen, die die Baggerbewegung verfolgen, oder mit präzise positionierten Laser-Transmittern, die schräge, fächerförmige, mehrfache Strahlen aussenden, und mit Detektoren auf dem Bagger. In Systemen können zur Verbesserung der Systemgenauigkeit auch gyroskopische Sensoren und Magnetkompaßsensoren benutzt werden.
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Die 1 stellt einen Bagger 10 dar, der eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt. Der Bagger schließt ein Chassis 11, einen an einem ersten Gelenkpunkt 14 verschwenkbar am Chassis 11 angebrachten Ausleger 12, einen an einem zweiten Gelenkpunkt 18 verschwenkbar am Ausleger 12 angebrachten Löffelarm 16 und einen an einem dritten Gelenkpunkt 22 verschwenkbar am Löffelarm 16 angebrachten Löffel 20 ein. Erste, zweite und dritte Hydraulikvorrichtungen, die einen ersten, zweiten und dritten Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 umfassen, sind vorgesehen, um den Ausleger 12, den Löffelarm 16 und den Löffel 20 zu bewegen. Der Löffel 20 schließt eine Schneidkante 30 ein, die gezackte Zähne aufweist, um das Baggern zu unterstützen. Das Chassis 11 trägt eine Führerkabine 31. Die Kabine 31 wird von einem tragenden und transportierenden Fahrwerk 32 getragen, das Gleisketten bzw. Rampenketten einschließen kann, um die Bewegung des Baggers 10 über die Arbeitsstelle zu erleichtern. Das Chassis 11 und die von ihm getragenen Komponenten können durch eine vierte hydraulische Vorrichtung, wie einen Hydraulikmotor 33, um eine im Allgemeinen vertikale Achse gegenüber dem tragenden und transportierenden Fahrwerk 32 verschwenkt werden, um den Löffel 20 in die präzise Position zu bringen, die für das Bagger erforderlich ist. Es ist zu beachten, daß, obwohl die Ausführungsform mit einem einstückigen Ausleger gezeigt ist, sie auch bei Baggern mit Auslegern verwendbar ist, die einen veränderlichen Winkel aufweisen. Des weiteren kann, obwohl der Bagger mit einem Baggerlöffel gezeigt ist, anders Baggerzubehör, wie Erdbohrer, Kabellöffel und Verdichter oder Rüttler, verwendet werden.
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Beim gezeigten Bagger werden Informationen bezüglich der Position und Ausrichtung der Maschine unter Verwendung eines GPS-Ortungssystems und eines Magnetkompasses 35 ermittelt. Das System schließt weiter einen Laser-Empfänger 36 ein, der einen Laserlicht-Bezugsstrahl 37 von einem Laser-Transmitter 38 empfangt. Die Relativpositionen des Auslegers 12, des Löffelarms 16 und des Löffels 20 können durch Winkelencoder 39 festgestellt werden. Alternativ können diese Informationen durch Bezugnahme auf schwerkraftbasierte, auf den Elementen 12, 16 und 20 montierte Neigungsmesser, oder andere, den Gelenkpunkten 14, 18 und 22 zugeordnete Sensoren, oder durch den Zylindern 24, 26 und 28 zugeordnete Zeichenkettenencoder, oder durch einige Kombinationen solcher Sensoren gewonnen werden. Die Orientierung des Baggers 10 gegenüber der echten Vertikalen kann durch einen Neigungsmesser 40 festgestellt werden, der auf dem Chassis 11 montiert ist. Der Neigungsmesser 40 (2) arbeitet mit zwei Achsen und liefert eine Anzeige des Rollwinkels und des Nickwinkels des Chassis 11. Das System schließt eine Prozessorschaltung 50 mit einem zugeordneten Speicher 52 (2) ein, die auf alle Sensoren 34, 35, 36, 39 und 40 anspricht, um die Höhenlage des Löffels 20 während des Baggers festzustellen. Der Prozessor 50 stellt auch die Differenz zwischen der Höhenlage des Löffels 20 und der gewünschten Höhenlage des Baggerpunkts auf der Arbeitsstelle unter Bezugnahme auf die im Speicher 52 gespeicherten, die gewünschte Topologie der Arbeitsstelle definierenden Daten fest.
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Es wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen, die die Steuerung des Baggers 10 darstellen. Wie man bemerkt, wird die erste, zweite, dritte und vierte hydraulische Vorrichtung 24, 26, 28 und 33 durch entsprechende erste, zweite, dritte und vierte hydraulische Steuerventile 60, 62, 64 und 66 gesteuert. Die Steuerventile 60, 62, 64 und 66 sind durch Federn in eine Mittelposition vorgespannt und werden durch einen Pilotdruck betätigt, um jeder Ausgangsleitung Hydraulikflüssigkeit auf einem dem aufgebrachten Pilotdruck entsprechenden Niveau zuzuführen. Der Pilotdruck wird bei den Hydraulikventilen 60, 62, 64 und 66 mittels entsprechend zugeordneter, manuell betätigter Joystickventile 70, 72, 74 und 76 aufgebracht, die typischerweise jeweils als Paar pro Joystick angebracht sind, um die Bewegung der jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten hydraulischen Vorrichtung zu steuern.
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Wie in 2 zu sehen ist, sehen die Mehrzahl der Sensoren, einschließlich des GPS-Empfängers 34, des Magnetkompasses 35, des Laserempfängers 36, der Winkelencoder 39 und des Neigungsmessers 40 Ausgänge zum Prozessor 50 vor. Der Prozessor 50 spricht auch auf den Speicher 52 an. Der Prozessor 50 stellt die Position des Löffels 20 und der Zähne 30 bei Beendigung des Schürfvorgangs fest. Der Prozessor 50 vergleicht die Position des Löffels mit dem gewünschten Niveau der Arbeitsstelle und liefert die Daten an das Display 78. Der Baggerführer steuert den Bagger unter Nutzung der Steuereinrichtungen in der Kabine 31 einschließlich eines Paars von Joysticks, die Joystickventile 70, 72, 74 und 76 betätigen. Eine Bewegung eines ersten Joysticks vor und zurück betätigt das Ventil 70 derart, daß es abhängig von der Bewegungsrichtung des Joysticks die Leitung 78 oder 80 mit dem Druck der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Dieser wird durch einen Verteiler 81 als Pilotdruck auf die eine oder andere Seite des Ventils 60 aufgebracht. Wie ersichtlich ist, wird der auf die eine Seite des Ventils 60 aufgebrachte Pilotdruck eine hydraulische Strömung in eine der Leitungen 82 und 84 veranlassen, während ein auf die andere Seite des Ventils 60 aufgebrachter Pilotdruck eine hydraulische Strömung in die andere der Leitungen 82 und 84 verursachen wird. Demzufolge kann die in 1 als Hydraulikzylinder dargestellte hydraulische Vorrichtung 24 betätigt werden, um sich abhängig von der Seite des Ventils 60, auf das der Pilotdruck ausgeübt wird, auszudehnen oder zusammenzuziehen. Außerdem ist das Ausmaß der dem Zylinder 24 zugeführten hydraulischen Strömung und deshalb die Geschwindigkeit der Bewegung des Zylinders 24 abhängig vom Grad, bis zu dem das Ventil 60 betätigt wird, und deshalb vom Niveau des vom Joystickventil 70 dem Ventil 60 zugeführten Pilotdrucks. Die hydraulische Vorrichtung 24 wird auf diese Weise während eines Großteils der Aktion des Baggers betätigt.
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Eine Betätigung einer jeden der anderen hydraulischen Vorrichtungen 26, 28 und 33 wird in ähnlicher Weise bewirkt. Eine Bewegung des ersten Joysticks von Seite zu Seite betätigt das Ventil 72 derart, daß es abhängig von der Bewegungsrichtung des Joysticks die Leitung 86 oder 88 mit dem Druck der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt. Dieser wird als Pilotdruck über den Verteiler 81 der einen oder anderen Seite des Ventils 62 zugeführt. Der einer Seite des Ventils 62 zugeführte Pilotdruck wird eine hydraulische Strömung in eine der Leitungen 90 und 92 veranlassen, während ein der anderen Seite des Ventils 62 zugeführter Pilotdruck eine hydraulische Strömung in die andere der Leitungen 90 und 92 veranlassen wird. Demzufolge kann die in 1 als Hydraulikzylinder dargestellte hydraulische Vorrichtung 26 so betätigt werden, daß sie sich, abhängig davon, auf welche Seite des Ventils 62 der Pilotdruck einwirkt, ausdehnt oder zusammenzieht. Des weiteren ist das Ausmaß der dem Zylinder 26 zugeführten hydraulischen Strömung und deshalb die Geschwindigkeit der Bewegung des Zylinders 26 mit dem Grad der Betätigung des Ventils 62 verknüpft, und deshalb mit dem Ausmaß, mit dem der Pilotdruck vom Joystickventil 72 dem Ventil 62 zugeführt wird. Die hydraulische Vorrichtung 26 wird auf diese Weise während eines Großteils der Aktion des Baggers betätigt. In ähnlicher Weise betätigt eine Bewegung eines zweiten Joysticks vor und zurück und eine Bewegung des zweiten Joysticks von einer Seite zur anderen Ventile 74 und 76, um die Leitungen 94 oder 96 und 98 oder 100 mit Hydraulikdruck zu beaufschlagen. Die Ventile 74 und 76 beaufschlagen über den Verteiler 81 die eine oder die andere Seite der Ventile 64 und 66 mit Hydraulikdruck als Pilotdruck. Der auf die eine Seite des Ventils 64 einwirkende Pilotdruck wird eine Hydraulikströmung in eine der Leitungen 102 und 104 veranlassen, während der auf die andere Seite des Ventils 64 einwirkende Pilotdruck eine Hydraulikströmung in die andere der Leitungen 102 und 104 veranlassen wird. In ähnlicher Weise wird ein auf die eine Seite des Ventils 66 einwirkender Pilotdruck eine Hydraulikströmung in eine der Leitungen 106 oder 108 veranlassen, während der auf die andere Seite des Ventils 66 einwirkende Pilotdruck eine Hydraulikströmung in die andere der Leitungen 106 und 108 veranlassen wird. Demzufolge können die hydraulischen Vorrichtungen 28 und 33, ein Zylinder bzw. ein Motor, in jeder Richtung betätigt werden. Des weiteren ist das Ausmaß der dem Zylinder 28 und dem Motor 33 zugeführten hydraulischen Strömung und deshalb die Geschwindigkeit der Bewegung des Zylinders 26 und des Motors 33 mit dem Grad der Betätigung der Ventile 64 und 66 verknüpft, und deshalb mit dem Ausmaß, mit dem der Pilotdruck von den Joystickventilen 74 und 76 den Ventilen 64 und 66 zugeführt wird. Die hydraulischen Vorrichtungen 28 und 33 werden auf diese Weise während eines Großteils der Aktion des Baggers betätigt.
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Die Art und Weise der Aktion ändert sich jedoch, wenn sich das Niveau, auf welchem der Bagger arbeitet, dem gewünschten Niveau an dieser Position der Arbeitsstelle nähert. Der Prozessor 50 spricht auf die Sensoren 34, 35, 36, 39 und 40 an und auf den Speicher 52, um die Position des Löffels 20 mit dem gewünschten Niveau der Arbeitsstelle zu vergleichen und, falls erforderlich, die Bewegung verzögernde Signale auf den Leitungen 110, 112 und 114 der Verteiler 81 zuzuführen, wenn der Löffel 10 das gewünschte Niveau erreicht. Wie oben beschrieben, führt der Verteiler 81 hydraulischen Flüssigkeitsdruck von den manuell betätigten Joystickventilen 70, 72 und 74 jeweils zum ersten, zweiten bzw. dritten Steuerventil 60, 62 und 64, um diese Steuerventile zu betätigen. Wenn der Löffel 20 die gewünschte Höhenlage erreicht und der Verteiler 81 bewegungsverzögernde Signale auf jeder Leitung oder allen Leitungen 110, 112 und 114 empfängt, liefert der Verteiler 81 auch einen Teil des hydraulischen Flüssigkeitsdrucks von jenen manuell betätigten Joystickventilen zu jedem oder allen des ersten, zweiten und dritten hydraulischen Steuerventils 60, 62 und 64 entgegen der Betätigung der Ventile. Als eine Folge wird die Strömung der den hydraulischen Vorrichtungen 24, 26 und 28 zugeführten Hydraulikflüssigkeit etwas reduziert und es wird die Geschwindigkeit der Bewegung der hydraulischen Vorrichtungen reduziert. Es ist jedoch wichtig, zu beachten, daß die hydraulischen Vorrichtungen sich weiterhin in den Richtungen bewegen, die die durch die Betätigung der Joystickventile vorgegeben ist. Diese Verlangsamung der Bewegung der Hydraulikzylinder 24, 26 und 28 ermöglicht es dem Baggerführer, den Baggerlöffel schnell umherzubewegen, hilft ihm dann aber, die durch die Zylinder bewegten, entsprechenden Elemente derart zu verzögern, daß die Löffelbewegung, wenn sich der Baggervorgang dem gewünschten Niveau nähert, optimiert wird und nicht durch die zu schnelle Bewegung eines Elements in Kombination mit den anderen das erwünschte Ziel überschreitet. Die Aktion der Verteiler 81 hindert den Löffel nicht daran, in jede gewünschte Position oberhalb oder unterhalb des gewünschten Niveaus der Arbeitsstelle bewegt zu werden, weil der Baggerführer mehr Pilotdruck ausüben kann als der Verteiler 81 bei der Verzögerung eines speziellen Signals. Der Baggerführer bzw. Bediener muß aktiv die Joysticks derart bewegen, daß ihre Positionen deutlich weiter von ihrer Mittelstellung entfernt sind als ohne den durch den Verteiler 81 ausgeübten Gegendruck. Der Abschnitt des Ventilsystems, der den Joystick 76, über die Leitungen 98 und 100 zum Kolbenschieber 66 und zum Steuermotor 33 umfaßt, kann durch ein EH-Ventil 126 (EH valve) derart beeinflußt werden, daß der Motor 33 verlangsamt wird, um zu verhindern, daß die Maschine durch Drehung in einen Bereich gelangt, der im Planungsmodell (design model) aus verschiedenen Gründen ausgewiesen ist, von dem aber angenommen wird, daß er zur Sicherheit oder zur Ausrichtung während des Entladens oder zur Positionierung über ein Ausrichtungsmerkmal im Plan enthalten ist. Außerdem kann der Verteiler nicht unbeabsichtigt eine Betätigung eines Steuerventils 50, 62, 64 oder 66 in Abwesenheit einer Betätigung eines oder mehrerer Joystickventile 70, 72, 74 und 76 veranlassen, weil die Verzögerung der Bewegung der Vorrichtungen 24, 26, 28 und 33 durch Abzweigung von etwas Hydraulikflüssigkeitsdruck aus den Joystickventilen bewerkstelligt wird.
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Der Verteiler 81 beinhaltet eine Mehrzahl von die Bewegung verzögernden Ventilen bzw. Bewegungsverzögerungsventile, deren jedes auf eines der die Bewegung verzögernden Signale auf den Leitungen 110, 112, 114 und 116 vom Prozessor 50 anspricht, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus den manuell betätigten Joystickventilen 70, 72, 74 und 76 abzuleiten, um einer Betätigung der Mehrzahl der hydraulischen Steuerventile 60, 62, 64 und 66 entgegenzuwirken. Insbesondere schließt der Verteiler 81 ein erstes Bewegungsverzögerungsventil 120 ein, das auf das Bewegungsverzögerungssignal auf der Leitung 110 anspricht, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus dem manuell betätigten Joystickventil 70 abzuleiten, um der Betätigung des ersten hydraulischen Steuerventils 60 entgegenzuwirken. Der Verteiler 81 schließt ein zweites Bewegungsverzögerungsventil 122 ein, das auf das Bewegungsverzögerungssignal auf der Leitung 112 anspricht, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus dem manuell betätigten Joystickventil 72 abzuleiten, um der Betätigung des zweiten hydraulischen Steuerventils 62 entgegenzuwirken. Der Verteiler 81 schließt ein drittes Bewegungsverzögerungsventil 124 ein, das auf das Bewegungsverzögerungssignal auf der Leitung 114 anspricht, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus dem manuell betätigten Joystickventil 74 abzuleiten, um der Betätigung des dritten hydraulischen Steuerventils 64 entgegenzuwirken. Schließlich schließt der Verteiler 81 ein viertes Bewegungsverzögerungsventil 126 ein, das auf das Bewegungsverzögerungssignal auf der Leitung 116 anspricht, um einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus dem manuell betätigten Joystickventil 76 abzuleiten, um der Betätigung des vierten hydraulischen Steuerventils 66 entgegenzuwirken. Jedes der Bewegungsverzögerungsventile 120, 122, 124 und 126 hat ein elektrisch betätigtes Proportionalventil. Jedes der Bewegungsverzögerungsventile 120, 122, 124 und 126 leitet einen Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit vom zugeordneten, manuell betätigten Joystickventil ab, so daß die Bewegung der hydraulischen Vorrichtungen verlangsamt wird, wenn sich der Löffel dem gewünschten Niveau oder der gewünschten Ausrichtung nähert. Der Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit, der durch die Bewegungsverzögerungsventile 120, 122, 124 und 126 abgeleitet wird, kann mit der Annäherung des Löffels an das gewünschte Niveau oder die gewünschte Ausrichtung zunehmen, wodurch die Geschwindigkeit der Bewegung der Vorrichtungen 24, 26, 28 und 33 mehr oder weniger linear abnimmt. Alternativ kann das Ausmaß, in dem die hydraulischen Vorrichtungen verlangsamt werden, konstant sein, wenn der Löffel 20 sich in einem gewissen, vorgegebenen Abstand vom gewünschten Niveau befindet. Als noch eine weitere Alternative kann sich das Ausmaß, in dem die hydraulischen Vorrichtungen verlangsamt werden, in einer Reihe von Schritten verändern, wenn sich der Löffel 20 dem gewünschten Niveau oder der gewünschten Ausrichtung gemäß dem besonderen Plan nähert.
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Bezugnehmend auf 3 kann bemerkt werden, daß die jedem der Bewegungsverzögerungsventile 120, 122, 124 und 126 zugeordneten Hydraulikleitungen und -ventile identisch sind, so daß eine Erläuterung der Aktion des Ventils 120 ausreicht, um die Aktion aller dieser Ventile zu erläutern. Es wird angenommen, daß das Joystickventil 70 so betätigt wird, daß die Leitung 78 mit Druck beaufschlagt wird. Das Zweiwegeventil 130 wird nach rechts vorgespannt und Druck der Hydraulikflüssigkeit wird der linken Seite des Steuerventils 60 über das Zweiwegeventil 132 zugeführt, mit dem Ergebnis, daß das Steuerventil 60 nach rechts gegen die Vorspannkraft der zentrierenden Feder verschoben wird. Das wiederum wird die Hydraulikflüssigkeit veranlassen, in die Leitung 82 zu strömen. Falls jedoch ein Signal auf der Leitung 110 das Ventil 120 betätigt, wird ein Teil des Drucks der Hydraulikflüssigkeit aus der Leitung 78 durch das Zweiwegeventil 130, durch das EH-Ventil 120 und das Zweiwegeventil 134 geleitet und der rechten Seite des Ventils 60 zugeführt. Dieser Druck der Hydraulikflüssigkeit wird der Betätigung des Ventils 60 durch den Druck in der Leitung 78 entgegengesetzt wirken, und diese verringern, jedoch nicht verhindern, sie aber nicht verhindern, wodurch die Strömung der der Hydraulikvorrichtung 24 über die Leitung 82 zugeführten Flüssigkeit reduziert wird. Wenn sich der Löffel 20 in der Weise bewegt, daß er sich nicht tiefer als bis zum gewünschten Niveau des Arbeitsplatzes bewegt, kann jedoch das Verzögerungssignal auf der Leitung 110 beendet werden mit dem Ergebnis, daß der Betätigung des Ventils 60 nicht länger entgegengewirkt wird, und die Hydraulikvorrichtung 24 die Bewegung mit einer höheren Geschwindigkeit wiederaufnimmt.
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Man sieht, daß diese Anordnung dem Baggerführer gestattet, den Bagger derart zu steuern, daß der Löffel schnell bewegt wird, beispielsweise wenn der Löffel in eine Position verschwenkt wird, in der eine Aushublast in einen Lastwagen entleert wird. Das System verlangsamt die Baggeraktion nur subtil, wenn der Baggerrführer den Löffel bewegt, um einen Baggereingriff bei oder nahe bei dem Planum oder eine Schwenkbewegung in Richtung auf ein Ausrichtungsmerkmal für die Arbeitsstelle auszuführen. Das verbessert die Arbeitsgeschwindigkeit und den Wirkungsgrad des Baggers.
