DE10320382A1 - Work vehicle having a extending arm system, has sensors in the ground support plates to register load and movement conditions to a computer system to ensure stability - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine mobile Arbeitsmaschine mit einem Fahrgestell, mit mehreren, vorzugsweise vier beim Aufstellvorgang mittels teleskopierbarer Stützfüße auf einem Untergrund abstützbaren und dabei das Fahrgestell von dem Untergrund abhebenden Stützauslegern, mit im Bereich der Stützfüße angeordneten, jeweils einen Stützlastsensor aufweisenden Messeinrichtungen, und mit einer auf Ausgangssignale der Messeinrichtungen ansprechenden Auswerteeinheit.The The invention relates to a mobile work machine with a chassis, with several, preferably four during the installation process by means of telescopic Support feet on one Supportable underground and while doing so, lifting the chassis from the support booms, with arranged in the area of the support feet, one vertical load sensor each having measuring devices, and with one on output signals of the evaluation unit appealing.
Mobile Arbeitsmaschinen, wie z.B. Autokrane, Autobetonpumpen und Hubarbeitsbühnen, sind mit Stützauslegern versehen, die am Einsatzort die Standfestigkeit der Arbeitsmaschine verbessern sollen. Die Stützausleger haben dabei einerseits die Aufgabe, die Fahrzeugfederung zu eliminieren und die Räder zu entlasten. Zum anderen sollen die Stützausleger die Kippgefahr mindern, die sich ergibt, wenn über einen Arbeitsausleger hohe Kippmomente entstehen. Weiter unterliegt der Untergrund aufgrund des über die aufstehenden Stützfüße erzeugten Bodendrucks einer Setzung. Bisher wird die Größe der Aufstandsflächen der Stützfüße anhand von Tabellen, welche in den Bedienungsanleitungen von Maschinenherstellern angegeben sind, abgeschätzt. In den Tabellen werden die Stützlasten der einzelnen Stützfüße und der zulässige Bodendruck des in Betracht kommenden Untergrundes zur Bestimmung der Abstützfläche verwendet. Die Einschätzung des Untergrundes ist jedoch für einen Laien recht schwierig, so dass es immer wieder zu Fehleinschätzungen der Untergrundeigenschaften kommt. Ein Versagen des Untergrunds unter den Stützfüßen kann zu einem Umstürzen der mobilen Arbeitsmaschine führen.mobile Working machines, e.g. Truck cranes, truck-mounted concrete pumps and aerial work platforms are with outriggers provided the stability of the machine at the place of use should improve. The outrigger have on the one hand the task of eliminating the vehicle suspension and the wheels to relieve. On the other hand, the outriggers should reduce the risk of tipping, which arises when over high tilting moments occur on a work boom. Further subject to the underground due to the over the standing support feet produced Ground pressure of a settlement. So far, the size of the contact patches Support feet based on of tables in the operating instructions of machine manufacturers are indicated. The support loads are shown in the tables of the individual support feet and the permissible Soil pressure of the substrate in question for determination the support surface used. The assessment of the subsurface is for a layperson quite difficult, so it always leads to misjudgments of the underground properties comes. A failure of the underground under the support feet to overturn the mobile machine.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten mobilen Arbeitsmaschinen der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass bereits bei ihrer Aufstellung eine zuverlässige Vorhersage über die Tragfähigkeit des Untergrundes gemacht werden kann. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens und einer Anordnung zur Prognostizierung der Bodentragfähigkeit in der Arbeitsphase durch Messungen im Zuge des Aufstellvorgangs der mobilen Arbeitsmaschine.The The invention is based, the known mobile work the task of the type specified at the outset to improve that already when making a reliable prediction about the Load capacity of the underground can be made. There is another task in specifying a procedure and an order for forecasting the floor load capacity in the working phase through measurements in the course of the installation process the mobile machine.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentansprüchen 1 und ... angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.to solution this task are specified in claims 1 and ... Features suggested. Advantageous refinements and developments the invention result from the dependent claims.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, dass das Aufsetzen der Stützfüße nach Art eines Plattendruckversuches erfolgt, bei dem aus der Last-Setzungskurve die Tragfähigkeit des Bodens unter Zuhilfenahme eines Expertensystems abgeschätzt wird. Beim Plattendruckversuch wird die Setzung in Bezug auf einen Punkt gemessen, der vom Lasteinleitungsbereich hinreichend weit entfernt ist. Solche Messungen sind beim Aufstellvorgang von Arbeitsmaschinen aber nicht praktikabel. Ziel der Erfindung ist es daher, die Setzung mit bezugspunktunabhängigen Sensoren zu bestimmen. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Messeinrichtungen zusätzlich einen am jeweiligen Stützfuß angeordneten Bewegungssensor zur Erfassung der Stützfußbewegung beim Aufstellvorgang aufweisen, und dass die Auswerteeinheit eine Auswertesoftware zur Erfassung und Verknüpfung der Ausgangssignale der stützfußbezogenen Bewegungssensoren und Stützlastsensoren und zu deren Extrapolation zur Ermittlung der stützfußbezogenen Untergrundtragfähigkeit in der Arbeitsphase aufweist.The solution according to the invention based on the idea that the support feet were put on like a plate printing test takes place, with the load-bearing capacity from the load-settlement curve the soil is estimated with the help of an expert system. In the plate printing test, the settlement is related to a point measured, which is sufficiently far from the load introduction area is. Such measurements are in the process of setting up work machines but not practical. The aim of the invention is therefore the settlement with reference point independent To determine sensors. To make this possible, according to the invention proposed that the measuring devices additionally have one at the respective Support foot arranged motion sensor to record the support foot movement have during the installation process, and that the evaluation unit a Evaluation software for recording and linking the output signals of the support foot Motion sensors and vertical load sensors and for their extrapolation to determine the support foot-related subsurface load-bearing capacity in the work phase.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die stützfußbezogenen Bewegungssensoren als Geschwindigkeitssensoren oder Beschleunigungssensoren ausgebildet sind, während die stützfußbezogenen Stützlastsensoren als Drucksensoren in den Stützzylindern der hydraulisch teleskopierbaren Stützfüße ausgebildet sind. Mit diesen Maßnahmen können die für die Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit notwendigen Messungen ohne Zutun des Maschinenführers automatisch beim Aufstellvorgang der mobilen Arbeitsmaschine durchgeführt werden. Dadurch werden Fehleinschätzungen bei der Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit vermieden und die daraus resultierende Unfallgefahr reduziert.A preferred embodiment of the invention provides that the support foot-related Motion sensors as speed sensors or acceleration sensors are trained while the support foot related Support load sensors as pressure sensors in the support cylinders the hydraulically telescopic support feet are designed. With these activities can the for the determination of the necessary subsurface carrying capacity without the operator's intervention be carried out automatically when the mobile machine is set up. This will make misjudgments avoided when determining the subsurface carrying capacity and the resulting resulting risk of accident reduced.
Da auch die Neigung der Krafteinleitung in den Untergrund bei der Bestimmung der Untergrundtragfähigkeit eine Rolle spielt, wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Messeinrichtungen zusätzlich jeweils einen Neigungssensor zur Erfassung der Stützfußneigung aufweisen, und dass die Auswertesoftware beim Aufstellvorgang zusätzlich mit den Ausgangsdaten der Neigungssensoren versorgt wird.There also the inclination of the application of force to the surface when determining the underground load-bearing capacity plays a role, according to one preferred development of the invention proposed that the measuring devices additionally one inclination sensor each for recording the support leg inclination have, and that the evaluation software additionally with the installation process the output data of the inclination sensors is supplied.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit Datenspeicher zur Aufnahme der beim Aufstellvorgang in Abhängigkeit von der Zeit über die Stützlastsensoren, die Bewegungssensoren und gegebenenfalls die Neigungssensoren erfassten, stützfußbezogenen Daten aufweist, die von der Auswertesoftware zeitkorreliert abrufbar und auswertbar sind. Die Auswertesoftware weist zu diesem Zweck eine Softwareroutine zur Erzeugung von miteinander zeitkorrelierten Datensätzen aus den Ausgangssignalen der verschiedenen Sensoren auf. Um zu dem gewünschten Ergebnis zu gelangen, wird gemäß der Erfindung weiter vorgeschlagen,
- – dass die Auswertesoftware eine Softwareroutine zur Aufbereitung, insbesondere Normierung, Filterung und/oder Glättung der einzelnen Datensätze in Abhängigkeit von der Zeit aufweist,
- – dass die Auswertesoftware eine Softwareroutine zur Reduzierung, insbesondere zur zeitbezogenen Integration oder Differenzierung der auf bereiteten Datensätze unter Bildung und Abspeicherung entsprechend reduzierter Datensätze aufweist,
- – dass die Auswertesoftware eine Softwareroutine zur Auswahl relevanter Datenbereiche nach Maßgabe vorgegebener Auswahlkriterien aufweist,
- – dass die Auswertesoftware eine Softwareroutine zur analytischen Verknüpfung der Datensätze aus den ausgewählten Datenbereichen und Bestimmung der stabilitätsbegründenden Parameter eines vorgegebenen theoretischen Stützdruck-Setzungs-Modells des Untergrunds aufweist,
- – dass die Auswertesoftware eine Softwareroutine zur Bewertung der stabilitätsbegründenden Parameter durch eine auf das verwendete Stützdruck-Setzungs-Modell bezogene Extrapolation nach Maßgabe von vorgegebenen stützfußbezogenen Maximalbelastungen in der Arbeitsphase aufweist,
- – dass die Bewertungssoftware eine Softwareroutine zur Bestimmung einer für den jeweiligen Untergrund notwendigen minimalen Aufstellfläche und/oder zu deren Vergleich mit der bei der Aufstellung verwendeten Stützfußfläche aufweist.
- That the evaluation software has a software routine for the preparation, in particular standardization, filtering and / or smoothing of the individual data records depending on the time,
- That the evaluation software has a software routine for the reduction, in particular for the time-related integration or differentiation of the data records prepared, with the formation and storage of correspondingly reduced data records,
- That the evaluation software has a software routine for selecting relevant data areas according to specified selection criteria,
- The evaluation software has a software routine for analytically linking the data records from the selected data areas and determining the stability-based parameters of a predetermined theoretical support pressure setting model of the subsurface,
- That the evaluation software has a software routine for evaluating the stability-based parameters by means of an extrapolation based on the supporting pressure setting model used, in accordance with predetermined maximum foot-related loads in the working phase,
- - That the evaluation software has a software routine for determining a minimum footprint required for the respective subsurface and / or for comparing it with the support foot surface used in the installation.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise bei der Bestimmung der Tragfähigkeit eines Untergrundes sieht folgende Verfahrensschritte vor:
- – Im Zuge des Aufstellvorgangs, bei welchem die Arbeitsmaschine durch die teleskopierbaren Stützfüße vom Untergrund abgehoben wird, wird der Zeitverlauf des Stützdrucks sowie der Bewegungsgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung der auf dem Untergrund aufstehenden Stützfüße gemessen,
- – daraus wird jeweils der reale Stützdruck-Setzungs-Verlauf des Untergrunds ermittelt
- – und mit einem theoretischen Stützdruck-Setzungs-Modell unter Bestimmung der zugehörigen Modellparameter verglichen,
- – anhand des theoretischen Stützdruck-Setzungs-Modells und der ermittelten Modellparameter wird unter zusätzlicher Berücksichtigung maschinenspezifischer Lastverteilungen in der Arbeitsphase, die aus den Bewegungen eines Arbeitsauslegers resultieren, die stützfußbezogene Untergrundtragfähigkeit in der Arbeitsphase bestimmt.
- - In the course of the installation process, in which the working machine is lifted from the ground by the telescopic support feet, the time course of the support pressure and the movement speed and / or acceleration of the support feet standing on the base are measured,
- - The real support pressure-settlement curve of the subsoil is determined from this
- - and compared with a theoretical support pressure setting model, determining the associated model parameters,
- - on the basis of the theoretical support pressure setting model and the determined model parameters, with additional consideration of machine-specific load distributions in the work phase, which result from the movements of a jib, the support foot-related subsurface capacity is determined in the work phase.
Insbesondere wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die bei gegebener Untergrundtragfähigkeit erforderliche stützfußbezogene Abstützfläche bestimmt und/oder mit der beim Aufstellvorgang verwendeten Stützfußfläche verglichen und gegebenenfalls angezeigt.In particular is according to one preferred embodiment of the invention which for a given underground load-bearing capacity required column-related Support surface determined and / or compared with the support foot surface used in the installation process and displayed if necessary.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als theoretisches Stützdruck-Setzungs-Modell ein hyperbolisches Modell verwendet wird, das durch die beiden Parameter an E0 (Anfangsverformungsmodul) und p0 (Grenzdruck) bestimmt ist.A preferred embodiment of the invention provides that a hyperbolic model is used as the theoretical support pressure setting model, which is determined by the two parameters at E 0 (initial deformation module) and p 0 (limit pressure).
Im Zuge der Auswertung werden die gemessenen Stützlast- und Bewegungsdatensätze einer Datenaufbereitung sowie einer anschließenden Datenreduzierung unterzogen, wobei aus den so ermittelten reduzierten Datensätzen eine Auswahl nach einem vorgegebenen Auswahlkriterium getroffen wird, bevor sie mit dem theoretischen Stützdruck-Setzungs-Modell verglichen werden. Vorteilhafterweise ist für die der Auswertung zuzuführenden Daten die Bedingung ṗ > ṗkrit als Auswertekriterium erfüllt, wobei ṗ die Druckänderung während des Aufstellvorgangs und ṗkrit ein vorgegebener kritischer Mindestwert der Druckänderung bedeuten. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die stabilitätsbestimmenden Parameter mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate zum ausgewählten Datensatz unter Berücksichtigung des theoretischen Modells ermittelt werden, wobei zusätzlich anhand der Lastverteilungsvorgabe der Arbeitsmaschine in der Arbeitsphase unter Berücksichtigung des theoretischen Modells und der ermittelten stabilitätsbestimmenden Parameter die stützfußbezogene Untergrundtragfähigkeit bewertet wird.In the course of the evaluation, the measured vertical load and movement data records are subjected to data preparation and subsequent data reduction, whereby a selection is made from the reduced data records thus determined according to a predetermined selection criterion before they are compared with the theoretical vertical pressure setting model. The condition ṗ> ṗ crit as the evaluation criterion is advantageously fulfilled for the data to be supplied to the evaluation, where ṗ the pressure change during the installation process and ṗ crit mean a predetermined critical minimum value of the pressure change. A preferred embodiment of the invention provides that the stability-determining parameters are determined using the method of the least squares for the selected data set, taking into account the theoretical model, and in addition, based on the load distribution specification of the working machine in the work phase, taking into account the theoretical model and the determined stability-determining parameters support foot-related underground load-bearing capacity is assessed.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels einer Autobetonpumpe näher erläutert. Es zeigenin the The invention is based on a schematic in the drawing Exemplary embodiment shown closer to a truck-mounted concrete pump explained. Show it
Die
in
Wie
insbesondere aus der Detaildarstellung nach
Die
aus den Sensoren
Während des
Aufstellvorgangs werden die Lasten z.B. über den Hydraulikdruck p mit
den Lastsensoren
Durch
entsprechende Differenzierung und Integration der gemessenen Daten
können
der zu bestimmende Setzungsverlauf
Es
wird davon ausgegangen, dass eine eineindeutige analytische Beziehung
zur Bestimmung des Stützdrucks p
in Abhängigkeit
von der Setzung s existiert.The settlement process to be determined can be determined by appropriate differentiation and integration of the measured data
It is assumed that there is a clear analytical relationship for determining the support pressure p as a function of the setting s.
Die Parameter p0 und E0 sind der Grenzdruck und der Anfangsverformungsmodul. Im Folgenden wird von einer hyperbolischen Stützdruck-Setzungsbeziehung ausgegangen: bzw.The parameters p 0 and E 0 are the limit pressure and the initial deformation module. In the following, a hyperbolic pressure-settlement relationship is assumed: respectively.
Aus Gl. (3) werden die zeitlichen Ableitungen wie folgt erhalten: From Eq. (3) the time derivatives are obtained as follows:
Zur
Bestimmung der Bodenkennwerte p0 und E0 wird zunächst bei einem realen Aufstellvorgang
der Druck p und die Beschleunigung a am Stützfuß gemessen. Nach Beendigung
des Aufstellvorganges zum Zeitpunkt tend liegen
Datensätze
p(t) und a(t) vor. Da das Verformungsverhalten bei Entlastungsvorgängen durch bleibende
Setzungen gekennzeichnet ist, werden aus den gemessenen Druck- und
Beschleunigungsdaten nur diejenigen Teildaten berücksichtigt,
bei denen der Druck ansteigt, und die Druckänderungsrate größer als
ein kritischer Wert ṗkrit ist.
Aus den Daten wird ein Zeitbereich t0, t1 ausgesucht, in dem die Bedingung
Die Bestimmung der Parameter p0 und E0 erfolgt mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Dabei werden die gemessenen Drücke und Beschleunigungen, bzw. die daraus integrierten Setzungsänderungen und Setzungen durch die analytische Beziehung (1) bzw. (2) ausgedrückt. Hierzu sind die Parameter p0 und E0 so anzupassen, das die Abweichungen minimalisiert werden. Das Fehlerfunktional wird je nach der gewählten Auswertemethode wie folgt berechnet: The parameters p 0 and E 0 are determined using the least squares method. The measured pressures and accelerations, or the settlement changes and settlements integrated therefrom, are expressed by the analytical relationship (1) or (2). To do this, the parameters p 0 and E 0 must be adjusted so that the deviations are minimized. The error functional is calculated as follows depending on the evaluation method selected:
Die
Koeffizienten a0, v0,
s0, sind die Offset-Beschleunigung im Zeitintervall
t0t1, die Anfangsrate
der Setzung und die Anfangssetzung zum Zeitpunkt t. Die Parameter
werden so bestimmt, dass die Bedingung
Methode I (Druck, 2-fache Integration der Beschleunigung): Method I (pressure, double integration of acceleration):
Aus
den linearen Gleichungen (10a–c)
werden die Koeffizienten a0, v0,
so und E0 in Abhängigkeit von p0 erhalten
und in das Funktional (
Methode II (Druckänderung, Integration der Beschleunigung): Method II (pressure change, integration of acceleration):
Methode III (2-fache Druckableitung, Beschleunigung):Method III (double pressure discharge, Acceleration):
Das lineare Gleichungssystem zur Bestimmung der Koeffizienten a0 undlautet in expliziter Schreibweise: The linear system of equations for determining the coefficients a 0 and reads explicitly:
Hierbei ist s ··a die normierte 2te Ableitung der Setzung: Here s ·· a is the standardized 2nd derivative of the settlement:
Der Parameter p0 wird wieder aus der nichtlinearen Beziehung bestimmt.The parameter p 0 is again from the non-linear relationship certainly.
Die Integrale werden zweckmäßig durch Summen angenähert. Die Lösung der nichtlinearen Gleichungen (10e, 11d, 12d) werden durch Gradientenmethoden bzw. durch "Probieren" erhalten, wobei die zuvor in Abhängigkeit von p0 ermittelten Parameter a0(p0), E0(p0), v0(p0) und s0(p0) in das Fehlerfunktional ψ eingesetzt werden.The integrals are appropriately approximated by sums. The solution of the nonlinear equations (10e, 11d, 12d) are obtained by gradient methods, or by "trial and error", the (0 p) above in dependence on p 0 determined parameters a 0, E 0 (p 0), v 0 ( p 0 ) and s 0 (p 0 ) can be used in the error functional ψ.
Der
Programmablauf
Die
Bewertung
Die
erfindungsgemäße Verfahrensweise
hat den Vorteil, dass die beschriebene Messeinrichtung keine zusätzlichen
Tätigkeiten
vom Maschinenführer
verlangt. Die Messvorgänge
erfolgen automatisch während
des Aufstellvorgangs. Wenn die Tragfähigkeit des Untergrunds ausreicht,
sind keine zusätzlichen
Handhabungen erforderlich. Nur wenn die Tragfähigkeit nicht ausreicht, muss
der Maschinenführer
aufgrund der signalisierten Warnhinweise
Ausführungsbeispielembodiment
Für den Fall
eines sandiges Untergrunds ist in den
Der
für die
Tragfähigkeitsbestimmung
relevante Zeitbereich ergibt sich aus
Hieraus ergeben sich die in den Diagrammen 5a bis c gezeigten Zeitverläufe der Beschleunigung a(t), der Geschwindigkeit v(t) und der Setzung s(t).From this result in the time profiles shown in the diagrams 5a to c Acceleration a (t), the speed v (t) and the settlement s (t).
Die
Datensätze
aus den
Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine
mobile Arbeitsmaschine, wie z.B. einen Autokran, eine Autobetonpumpe
oder eine Hubarbeitsbühne.
Mobile Arbeitsmaschinen sind mit teleskopierbaren Stützfüßen
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