DE10212389B4

DE10212389B4 - Geschwindigkeitssteuersystem für eine Verdichtungsarbeitsmaschine und Verfahren zur Steuerung

Info

Publication number: DE10212389B4
Application number: DE10212389.6A
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: 2015-07-09
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: US6558072B2; DE10212389A1; US20020172556A1

Abstract

Geschwindigkeitssteuersystem (50) für eine Verdichtungsarbeitsmaschine (10), das folgendes aufweist: eine erste Eingabevorrichtung (54), die geeignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors (42) anzeigt; eine zweite Eingabevorrichtung (60), die geeignet ist, um ein zweites Eingangssignal zu erzeugen, das eine erwünschte Antriebsgeschwindigkeit anzeigt; eine dritte Eingabevorrichtung (66), die geeignet ist, um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt; und eine Steuervorrichtung (52), die geeignet ist, um das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal aufzunehmen, die ersten und zweiten Signale mit dem dritten Signal zu vergleichen und darauf ansprechend ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches automatisch die Antriebsgeschwindigkeit der Verdichtungsarbeitsmaschine (10) basierend auf dem dritten Signal steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Geschwindigkeitssteuersystem für eine Verdichtungsarbeitsmaschine gemäß Anspruch 1 sowie auf ein Verfahren zur Steuerung gemäß Anspruch 9.
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 Asphaltpflastermaterial. 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 Verdichtungsarbeitsmaschine (gefahrene Distanz pro Zeiteinheit, beispielsweise Meter pro Minute) und die Stoßbeabstandung (Anzahl der Stöße pro gefahrener Distanz, beispielsweise Schwingungen pro Meter).
Faktoren, die die Steuerung der drei Variablen beeinflussen, sind die Erfahrung des Bedieners und die Einfachheit oder Wirksamkeit der Maschinensteuersysteme. Unterschiedliche Verfahren und Maschinensteuersysteme sind verwendet worden, um die Beziehung dieser drei Variablen zu optimieren. Ein solches System wird offenbart im US-Patent 5 719 338 A . 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 Verdichtungsvorgangs wird das Stoßbeabstandungssignal auf einem Messgerät angezeigt. Während es in Betrieb ist, sorgt das System dafür, daß der Bediener die Anzeige bzw. das Meßgerät überwacht und die Fahrgeschwindigkeit steuert, um sicherzustellen, daß die ordnungsgemäße Stoßbeabstandung aufrecht erhalten wird, während die Verdichtungsarbeitsmaschine gelenkt wird. Somit wird bewirkt, daß der Bediener mehrere Funktionen der Verdichtungsarbeitsmaschine gleichzeitig überwacht und steuert. Mit zunehmender Erfahrung des Bedieners mit der Verdichtungsarbeitsmaschine und dem verdichteten Material kann der Bediener die richtige Fahrgeschwindigkeit für ein bestimmtes Ausmaß an Verdichtung abschätzen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden und insbesondere eine gleichmäßige Verdichtung zu erreichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Geschwindigkeitssteuersystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit einer Verdichtungsarbeitsmaschine nach Anspruch 9. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht einer Verdichtungsarbeitsmaschine, die die vorliegende Erfindung verkörpert;
2 ist eine vergrößerte aufgeschnittene Ansicht einer einzigen Schwingungswalze; und
3 ist ein Blockdiagramm eines Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystems für die Verdichtungsarbeitsmaschine in 1.
Detaillierte Beschreibung
Mit Bezug auf die 1 und 2 ist eine Arbeitsmaschine 10 zur Vergrößerung der Dichte eines zu verdichtenden Materials 12 gezeigt, wie beispielsweise von Erdboden, Straßengrundstoffen oder von Asphaltpflastermaterial. Die Arbeitsmaschine 10 ist beispielsweise eine Schwingungsverdichtungsvorrichtung bzw. Vibrationswalze mit doppelter Walze mit einer ersten Verdichtungswalze 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 Schwingungsmechanismus 26 auf, der betriebsmäßig mit einem ersten Hydraulikmotor 28 verbunden ist. Die zweite Verdichtungswalze 16 weist einen zweiten Schwingungsmechanismus 30 auf, der betriebsmäßig mit einem zweiten Hydraulikmotor 32 verbunden ist. Es sei bemerkt, daß die ersten und zweiten Verdichtungswalzen 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 Verdichtungswalze 16 strukturell und betriebsmäßig ähnlich sind, sind die Beschreibung, die Konstruktion und die Elemente, die die erste Verdichtungswalze 14 aufweist, wie in 2 gezeigt, gleichfalls auf die zweite Verdichtungswalze 16 anwendbar. Daher wird keine weitere Beschreibung der zweiten Verdichtungswalze 16 dargelegt.
Mit Bezug auf 2 isolieren Gummibefestigungen 36 schwingungsmäßig die Verdichtungswalze 14 vom Hauptrahmen 18. Die Verdichtungswalze 14 weist eine Antriebsanordnung 40 mit zwei Gängen auf. Die Antriebsanordnung 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 verbunden ist. Der Strömungsmittelmotor 42 ist mit dem Hauptrahmen 18 verbunden 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 verbindet 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, wodurch eine Schwingungskraft auf die Verdichtungswalze 14 aufgeprägt wird. Es sei auch bemerkt, daß die Pumpe 24 einstellbar ist zwischen einer großen Ausgabe und einer kleinen Ausgabe um die Exzentermasse 46 mit einer hohen Frequenz und einer niedrigen Frequenz zu drehen.
Mit Bezugnahme auf 3 ist ein Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem 50 für die Arbeitsmaschine 10 gezeigt. Das Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlsteuersystem 50 weist eine Steuervorrichtung 52 auf, die betriebsmäßig 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 berührungsempfindlichem Bildschirm oder irgend eine Anzahl von bekannten Eingabevorrichtungen.
Eine zweite Eingabevorrichtung 60 ist mit der Steuervorrichtung 52 beispielsweise durch einen Draht verbunden. Die zweite Eingabevorrichtung 60 ist ein Fahrgeschwindigkeitsauswahlschalter 62, der betriebsmäßig mit der Antriebsanordnung 40 für zwei Geschwindigkeiten verbunden ist. Der Antriebsgeschwindigkeitsauswahlschalter 62 steuert die Ausgangsgröße des Strömungsmittelmotors 42 zur Auswahl der Umschaltung zwischen hohen und niedrigen Fahrgeschwindigkeiten (Meter pro Minute). Der Fahrgeschwindigkeitsauswahlschalter 62 kann genauso ein Umschaltschalter, eine Eingabevorrichtung mit berührungsempfindlichem Bildschirm oder irgendeiner 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) einzugeben. Der Stoßbeabstandungsauswahlschalter 68 ist eine stufenlos variable Eingabevorrichtung, wie beispielsweise ein Potentiometer, eine Eingabevorrichtung mit berührungsempfindlichem Bildschirm oder irgendeine von einer Anzahl von bekannten stufenlos variablen Eingabevorrichtungen.
Wie alternativ in den 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 Ausgangsgeschwindigkeit 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 ersten Eingabevorrichtung 54. Ein erstes elektrisches Signal wird zur Steuervorrichtung 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 zweiten 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 Stoßbeabstandung anzeigt.
Die Steuervorrichtung 52 vergleicht die ersten und zweiten elektrischen Signale mit dem dritten Signal und erzeugt darauf ansprechend ein Ausgangssignal. Wenn der Bediener einen Antriebsbefehl entweder von einem Steuerhebel oder einem (nicht gezeigten) hydrostatischen Hebel eingibt, weist das Ausgangssignal von der Steuervorrichtung 52 eine entsprechende Ausgabe aus der Strömungsmittelantriebspumpe 22 an. Somit wird automatisch die Antriebsgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine 10 basierend auf der Stoßbeabstandungseinstellung des Stoßbeabstandungsauswahlschalters 68 gesteuert. Dies läßt dem Bediener die Freiheit, die Arbeitsmaschine 10 zu lenken, ohne irgendwelche anderen Betriebsvorgänge der Maschine zu überwachen und zu steuern.

Claims

Geschwindigkeitssteuersystem (50) für eine Verdichtungsarbeitsmaschine (10), das folgendes aufweist: eine erste Eingabevorrichtung (54), die geeignet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors (42) anzeigt; eine zweite Eingabevorrichtung (60), die geeignet ist, um ein zweites Eingangssignal zu erzeugen, das eine erwünschte Antriebsgeschwindigkeit anzeigt; eine dritte Eingabevorrichtung (66), die geeignet ist, um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt; und eine Steuervorrichtung (52), die geeignet ist, um das erste Signal, das zweite Signal und das dritte Signal aufzunehmen, die ersten und zweiten Signale mit dem dritten Signal zu vergleichen und darauf ansprechend ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches automatisch die Antriebsgeschwindigkeit der Verdichtungsarbeitsmaschine (10) basierend auf dem dritten Signal steuert.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 1, wobei der Strömungsmittelmotor (42) einen Schwingungsmechanismus (26) antreibt.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 1, wobei die erste Eingabevorrichtung (54) zwischen zwei Frequenzeinstellungen einstellbar ist.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Stoßbeabstandung stufenlos variabel ist.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Antriebsgeschwindigkeit durch eine Antriebsanordnung (40) mit zwei Gängen gesteuert wird.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 5, wobei die Antriebsanordnung (40) mit zwei Gängen durch eine Pumpe (22) mit Variabler Verdrängung angetrieben wird.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 6, wobei das Ausgangssignal die Pumpe (22) mit variabler Verdrängung steuert.
Geschwindigkeitssteuersystem (50) nach Anspruch 1, das folgendes aufweist: einen ersten Drehzahlsensor (70), der geeignet ist, um ein erstes Rückkoppelungssignal zu liefern, das die Drehzahl des Strömungsmittelmotors (28) anzeigt; einen zweiten Drehzahlsensor (72), der geeignet ist, um ein zweites Rückkoppelungssignal zu liefern, das die Drehzahl des Strömungsmittelmotors (42) anzeigt; und wobei die ersten und zweiten Drehzahlsensoren (70, 72) eine Rückkoppelungsschleife zur Steuervorrichtung (50) vorsehen.
Verfahren zur Steuerung der Geschwindigkeit einer Verdichtungsarbeitsmaschine (10), die folgende Schritte aufweist: Auswahl einer Frequenzeinstellung von einer ersten Eingabevorrichtung (54), um ein erstes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Drehzahl eines Strömungsmittelmotors (42) anzeigt; Auswahl einer Antriebsgeschwindigkeit durch eine zweite Eingabevorrichtung (60), um ein zweites Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Antriebsgeschwindigkeit anzeigt; Auswahl einer erwünschten Stoßbeabstandung durch eine dritte Eingabevorrichtung (66), um ein drittes Signal zu erzeugen, das eine erwünschte Stoßbeabstandung anzeigt; und Vergleich der Frequenzeinstellung und der Antriebsgeschwindigkeitseinstellung mit der Stoßbeabstandungseinstellung; und darauf ansprechende Erzeugung eines Ausgangssignals, welches automatisch die Antriebsgeschwindigkeit der Verdichtungsarbeitsmaschine (10) basierend auf dem dritten Signal steuert.