DE10212389A1

DE10212389A1 - Geschwindigkeitssteuersystem für eine Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE10212389A1
Application number: DE10212389A
Authority: DE
Inventors: Greg B Staffenhagen; Tom J Suelflow
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: US20020172556A1; US6558072B2; DE10212389B4

Abstract

Eine Arbeitsmaschine zur Vergrößerung der Dichte des zu verdichtenden Materials weist mindestens eine Verdichtungswalze auf, die von einer Antriebsanordnung mit zwei Geschwindigkeiten angetrieben wird. Die Verdichtungswalze weist auch einen Schwingungsmechanismus auf, der von einem Hydraulikmotor mit Leistung versorgt wird. Eine erste Eingabevorrichtung wird verwendet, um die Frequenz des Schwingungsmechanismus auszuwählen. Eine zweite Eingabevorrichtung wird verwendet, um die Ausgangsdrehzahl der Antriebsanordnung mit zwei Gängen auszuwählen. Eine dritte Eingabevorrichtung wird verwendet, um eine erwünschte Stoßbeabstandung des Schwingungsmechanismus relativ zur Ausgangsdrehzahl der Antriebsanordnung mit zwei Gängen auszuwählen. Eine Steuervorrichtung nimmt Signale von den Eingabevorrichtungen auf und steuert darauf ansprechend die Ausgangsgröße einer Pumpe, die automatisch die Arbeitsmaschine mit einer Geschwindigkeit antreibt, bei der die erwünschte Stoßbeabstandung erreicht wird.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Geschwindigkeitssteuersystem für eine Arbeitsmaschine und insbesondere auf ein Geschwindigkeitssteuersystem für eine Verdichtungsarbeitsmaschine, die es dem Bediener gestattet, leicht eine erwünschte Stoßbeabstandung einzustellen.

Hintergrund

Große Verdichtungsarbeitsmaschinen weisen drehbare Walzen mit inneren Exzentergewichten/Schwingungsmechanismen auf, die gedreht werden, um Stoßkräfte auf eine zu verdichtende Oberfläche aufzubringen, über die man fährt, wie beispielsweise auf Erdboden, Straßengrundstoffe oder Asphalt pflastermaterial. Der Bediener steuert drei funktionelle Einstellungen der Verdichtungsarbeitsmaschine, um einen maximalen Aufwand für die Verdichtung und einen maximalen Wirkungsgrad für die Produktion für einen gegebenen Verdichtungsvorgang zu erreichen. Diese Einstellungen sind die Frequenz der Stoßkräfte (Anzahl der Stöße pro Zeiteinheit, beispielsweise Schwingungen pro Minute), die Fahrgeschwindigkeit der Verdichtungsar beitsmaschine (gefahrene Distanz pro Zeiteinheit, beispielsweise Meter pro Minute) und die Stoßbeabstandung (Anzahl der Stöße pro gefahrener Dis tanz, beispielsweise Schwingungen pro Meter).

Faktoren, die die Steuerung der drei Variablen beeinflussen, sind die Erfah rung des Bedieners und die Einfachheit oder Wirksamkeit der Maschinen steuersysteme. Unterschiedliche Verfahren und Maschinensteuersysteme sind verwendet worden, um die Beziehung dieser drei Variablen zu optimie ren. Ein solches System wird offenbart im US-Patent 5 719 338, ausgegeben am 8. Februar 1998 an Edward Magalski und der Ingersoll-Rand Company zueigen. Dieses System verwendet Sensoren zur Messung der Drehzahl der Hydraulikmotoren, die zum Antrieb der Maschine und zur Drehung der Schwingungsmechanismen verwendet werden. Ein Signal wird an eine Steuervorrichtung gesandt, die das Signal von den Sensoren vergleicht und ein Signal erzeugt, das die Stoßbeabstandung anzeigt. Während eines Ver dichtungsvorgangs wird das Stoßbeabstandungssignal auf einem Messgerät angezeigt. Während es in Betrieb ist, sorgt das System dafür, daß der Be diener die Anzeige bzw. das Meßgerät überwacht und die Fahrgeschwindig keit steuert, um sicherzustellen, daß die ordnungsgemäße Stoßbeabstan dung aufrecht erhalten wird, während die Verdichtungsarbeitsmaschine ge lenkt wird. Somit wird bewirkt, daß der Bediener mehrere Funktionen der Verdichtungsarbeitsmaschine gleichzeitig überwacht und steuert.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Geschwindig keits- bzw. Drehzahlsteuersystem für eine Arbeitsmaschine vorgesehen. Das Drehzahlsteuersystem weist eine erste Eingabevorrichtung auf, die geeignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors anzeigt. Eine zweite Eingabevorrichtung ist geeignet, um ein zweites Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Fahrgeschwindig keit anzeigt. Eine dritte Eingabevorrichtung ist geeignet, um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt. Eine Steuer vorrichtung nimmt das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal auf, vergleicht die ersten und zweiten Signale mit dem dritten Signal und er zeugt darauf ansprechend ein Ausgangssignal.

Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfah ren zur Steuerung der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl einer Verdichtungsar beitsmaschine vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf, eine Fre quenzeinstellung von einer ersten Eingabevorrichtung auszuwählen, die ge eignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors anzeigt. Dann die Auswahl einer Fahrge schwindigkeit durch eine zweite Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein zweites Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Fahrgeschwindigkeit an zeigen soll. Als nächstes die Auswahl einer erwünschten Stoßbeabstandung aus einer dritten Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt. Dann den Vergleich der Frequenzeinstellung und der Fahrgeschwindigkeitseinstellung mit der Stoßbeabstandungseinstellung. Zuletzt die darauf ansprechende Er zeugung eines Ausgangssignals.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Verdichtungsarbeitsmaschine, die die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ist eine vergrößerte aufgeschnittene Ansicht einer einzigen Schwingungswalze; und

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Geschwindigkeits- bzw. Drehzahl steuersystems für die Verdichtungsarbeitsmaschine in Fig. 1.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 ist eine Arbeitsmaschine 10 zur Vergröße rung der Dichte eines zu verdichtenden Materials 12 gezeigt, wie beispiels weise von Erdboden, Straßengrundstoffen oder von Asphaltpflastermaterial. Die Arbeitsmaschine 10 ist beispielsweise eine Schwingungsverdichtungs vorrichtung bzw. Vibrationswalze mit doppelter Walze mit einer ersten Ver dichtungswalze 14 und einer zweiten Verdichtungswalze 16, die drehbar auf einem Hauptrahmen 18 montiert sind. Der Hauptrahmen 18 trägt auch einen Motor 20, der erste und zweite Strömungsmittelpumpen 22, 24 besitzt, die in herkömmlicher Weise betriebsmäßig damit verbunden sind.

Die erste Verdichtungswalze 14 weist einen ersten Schwingungsmechanis mus 26 auf, der betriebsmäßig mit einem ersten Hydraulikmotor 28 verbun den ist. Die zweite Verdichtungswalze 16 weist einen zweiten Schwingungs mechanismus 30 auf, der betriebsmäßig mit einem zweiten Hydraulikmotor 32 verbunden ist. Es sei bemerkt, daß die ersten und zweiten Verdichtungs walzen 14, 16 mehr als einen Schwingungsmechanismus pro Walze haben könnten, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Insofern, als die erste Verdichtungswalze 14 und die zweite Verdichtungs walze 16 strukturell und betriebsmäßig ähnlich sind, sind die Beschreibung, die Konstruktion und die Elemente, die die erste Verdichtungswalze 14 auf weist, wie in Fig. 2 gezeigt, gleichfalls auf die zweite Verdichtungswalze 16 anwendbar. Daher wird keine weitere Beschreibung der zweiten Verdich tungswalze 16 dargelegt.

Mit Bezug auf Fig. 2 isolieren Gummibefestigungen 36 schwingungsmäßig die Verdichtungswalze 14 vom Hauptrahmen 18. Die Verdichtungswalze 14 weist eine Antriebsanordnung 40 mit zwei Gängen auf. Die Antriebsanord nung 40 mit zwei Gängen ist ein Strömungsmittelantriebsmotor 42, und zwar mit einer (nicht gezeigten) Planetenreduktionseinheit, die betriebsmäßig durch (nicht gezeigte) Schläuche oder Leitungen mit der Pumpe 22 verbun den ist. Der Strömungsmittelmotor 42 ist mit dem Hauptrahmen 18 verbun den und ist betriebsmäßig mit der ersten Verdichtungswalze 14 verbunden. Die Pumpe 22 liefert unter Druck gesetztes Betriebsströmungsmittel, wie beispielsweise Öl, zum Strömungsmittelmotor 42, um die Arbeitsmaschine 10 anzutreiben.

Die Pumpe 24 ist betriebsmäßig mit dem ersten Hydraulikmotor 28 durch nicht gezeigte Schläuche oder Leitungen verbunden. Eine Welle 44 verbin det den ersten Schwingungsmechanismus 26 mit dem ersten Hydraulikmotor 28. Der erste Schwingungsmechanismus 26 weist eine Exzentermasse 46 auf, die von dem ersten Hydraulikmotor 28 mit Leistung versorgt wird, wo durch eine Schwingungskraft auf die Verdichtungswalze 14 aufgeprägt wird. Es sei auch bemerkt, daß die Pumpe 24 einstellbar ist zwischen einer gro ßen Ausgabe und einer kleinen Ausgabe um die Exzentermasse 46 mit einer hohen Frequenz und einer niedrigen Frequenz zu drehen.

Mit Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuer system 50 für die Arbeitsmaschine 10 gezeigt. Das Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem 50 weist eine Steuervorrichtung 52 auf, die betriebs mäßig mit den ersten und zweiten Strömungsmittelpumpen 22, 24 in bekannter Weise verbunden ist. Eine erste Eingabevorrichtung 54 ist mit der Steuervorrichtung 52 beispielsweise durch einen Draht verbunden. Die erste Eingabevorrichtung 54 ist ein Frequenzauswahlschalter 56, der einstellbar ist zwischen Einstellungen für hohe und niedrige Frequenz (Schwingungen pro Minute) und zwar zum Betrieb der zweiten Strömungsmittelpumpe 24 mit dem erwünschten Ausgangsniveau. Der Frequenzauswahlschalter 56 kann ein Umschaltschalter sein, eine Eingabevorrichtung mit berührungsempfind lichem Bildschirm oder irgend eine Anzahl von bekannten Eingabevorrich tungen.

Eine zweite Eingabevorrichtung 60 ist mit der Steuervorrichtung 52 bei spielsweise durch einen Draht verbunden. Die zweite Eingabevorrichtung 60 ist ein Fahrgeschwindigkeitsauswahlschalter 62, der betriebsmäßig mit der Antriebsanordnung 40 für zwei Geschwindigkeiten verbunden ist. Der An triebsgeschwindigkeitsauswahlschalter 62 steuert die Ausgangsgröße des Strömungsmittelmotors 42 zur Auswahl der Umschaltung zwischen hohen und niedrigen Fahrgeschwindigkeiten (Meter pro Minute). Der Fahrge schwindigkeitsauswahlschalter 62 kann genauso ein Umschaltschalter, eine Eingabevorrichtung mit berührungsempfindlichem Bildschirm oder irgendei ner von einer Anzahl von bekannten Eingabevorrichtungen sein.

Eine dritte Eingabevorrichtung 66 ist zusätzlich mit der Steuervorrichtung 52 beispielsweise durch einen Draht verbunden. Die dritte Eingabevorrichtung 66 ist ein Stoßbeabstandungsauswahlschalter 68, der verwendet wird, um eine erwünschte Stoßbeabstandungseinstellung (Stöße pro Meter) ein zugeben. Der Stoßbeabstandungsauswahlschalter 68 ist eine stufenlos vari able Eingabevorrichtung, wie beispielsweise ein Potentiometer, eine Einga bevorrichtung mit berührungsempfindlichem Bildschirm oder irgendeine von einer Anzahl von bekannten stufenlos variablen Eingabevorrichtungen. Wie alternativ in den Fig. 2 und 3 gezeigt, können die Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsensoren 70, 72 auch mit der Steuervorrichtung 52 verbunden werden. Die Geschwindigkeitssensoren 70, 72 sind positioniert, um die Aus gangsgeschwindigkeit bzw. Ausgangsdrehzahl des Strömungsmittelmotors 28 bzw. des Strömungsmittelmotors 42 zu messen. Die Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsensoren 70, 72 sehen eine Rückkoppelungsschleife zur Steuervorrichtung 52 in typischer Weise vor.

Industrielle Anwendbarkeit

Im Betrieb wirkt das Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem 50 in der folgenden Weise. Der Bediener wählt eine Frequenzeinstellung mit der ers ten Eingabevorrichtung 54. Ein erstes elektrisches Signal wird zur Steuervor richtung 52 gesandt, welches die erwünschte Drehzahl oder Ausgangsgröße des Strömungsmittelmotors 28 anzeigt. Das erste elektrische Signal steuert die Drehzahl des Schwingungsmechanismusses 26 oder die Frequenz. Der Bediener wählt dann eine Antriebsgeschwindigkeitseinstellung von der zwei ten Eingabevorrichtung 60 aus. Ein zweites elektrisches Signal wird zur Steuervorrichtung 52 gesandt, die die erwünschte Ausgangsgeschwindigkeit bzw. Ausgangsdrehzahl des Strömungsmittelmotors 42 anzeigt. Das zweite elektrische Signal steuert die Ausgangsgröße der Antriebsanordnung 40 mit zwei Gängen und die Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10. Der nächste Schritt des Bedieners ist es, eine Stoßabstandseinstellung aus der dritten Eingabevorrichtung 66 auszuwählen. Ein drittes elektrisches Signal wird zur Steuervorrichtung 52 gesandt, welches die erwünschte Stoß beabstandung anzeigt.

Die Steuervorrichtung 52 vergleicht die ersten und zweiten elektrischen Sig nale mit dem dritten Signal und erzeugt darauf ansprechend ein Ausgangs signal. Wenn der Bediener einen Antriebsbefehl entweder von einem Steu erhebel oder einem (nicht gezeigten) hydrostatischen Hebel eingibt, weist das Ausgangssignal von der Steuervorrichtung 52 eine entsprechende Aus gabe aus der Strömungsmittelantriebspumpe 22 an. Somit wird automatisch die Antriebsgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 basierend auf der Stoß beabstandungseinstellung des Stoßbeabstandungsauswahlschalters 68 ge steuert. Dies läßt dem Bediener die Freiheit, die Arbeitsmaschine 10 zu len ken, ohne irgendwelche anderen Betriebsvorgänge der Maschine zu über wachen und zu steuern.

Claims

1. Geschwindigkeitssteuersystem für eine Verdichtungsarbeitsmaschine, das folgendes aufweist:
eine erste Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittel motors anzeigt;
eine zweite Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein zweites Ein gangssignal zu erzeugen, das eine erwünschte Antriebsgeschwindig keit anzeigt;
eine dritte Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt; und
eine Steuervorrichtung, die geeignet ist, um das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal aufzunehmen, die ersten und zwei ten Signale mit dem dritten Signal zu vergleichen und darauf anspre chend ein Signal zu erzeugen und auszugeben.

2. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 1, wo bei der Strömungsmittelmotor einen Schwingungsmechanismus an treibt.

3. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 1, wo bei die erste Eingabevorrichtung auswählbar ist zwischen zwei Fre quenzeinstellungen.

4. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 1, wo bei die erwünschte Stoßbeabstandung stufenlos variabel ist.

5. Geschwindigkeitssteuersystem nach Anspruch 1, wobei die erwünsch te Antriebsdrehzahl durch eine Antriebsanordnung mit zwei Gängen gesteuert wird.

6. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 5, wo bei die Antriebsanordnung mit zwei Drehzahlen durch eine Pumpe mit variabler Verdrängung angetrieben wird.

7. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 6, wo bei das Ausgangssignal die Pumpe mit variabler Verdrängung steuert.

8. Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem nach Anspruch 1, das folgendes aufweist:
einen ersten Drehzahlsensor, der geeignet ist, um ein erstes Rück koppelungssignal zu liefern, das die Drehzahl des Strömungsmittelmotors anzeigt;
einen zweiten Drehzahlsensor, der geeignet ist, um ein zweites Rück koppelungssignal zu liefern, das die Drehzahl des Strömungsmittelmotors anzeigt; und
wobei die ersten und zweiten Drehzahlsensoren eine Rückkoppe lungsschleife zur Steuervorrichtung vorsehen.

9. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Verdichtungsarbeitsma schine, die folgende Schritte aufweist:
Auswahl einer Frequenzeinstellung von einer ersten Eingabevorrich tung, die geeignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine er wünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors anzeigt;
Auswahl einer Antriebsgeschwindigkeit durch eine zweite Eingabevor richtung, die geeignet ist, um ein zweites Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Antriebs- bzw. Fahrgeschwindigkeit anzeigt;
Auswahl einer erwünschten Stoßbeabstandung durch eine dritte Ein gabevorrichtung 66, die geeignet ist, um ein drittes Signal zu erzeu gen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt; und
Vergleich der Frequenzeinstellung und der Fahrgeschwindigkeitsein stellung mit der Stoßbeabstandungseinstellung und darauf anspre chende Erzeugung eines Ausgangssignals.