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Verfahren zur automatischen Leistungsregelung von Baggern
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Leistungsregelung
von Bagg(#rn, insbesondere von Eimerketten-und Schaufelradbaggernt welche als Einzelgeräte
im Zug-oder Bandbetrieb, im För.derbrUckenverband sowie als Absetzer arbeiten.
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Es -sind Verfahren und Einrichtungen zur automatischen Leistungsregelung
bekannt, bei denen eine unstetige Änderung der Fahrgeschwindigkeit'des Baggers in
Abhängigkeit von der Stromaufnahme des -Zimerkettenantriebes erfolgt. Hierfür sind
Grenzwertschaltungen mittels Stromrelais oder sogenannte unstetige oder auch Schri'ttregler
eingesetzt worden. Es sind auch stetige Leistungsregelungen bekannt, bei denen die
Stromaufnahme des Eimerkettenantriebes.bzw. die mittels- eines Induktionsgebers,
erfaLte momentane Bandbelastung in den Rilckkoppelungswicklungen einer Amplidyne
mit einem Sollwert verg lichz--n und entsprechend der Regelabweichung das Feld eines
leonardgenerators von der Amplidyne beaufschlagt werden.
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Schließlich sind Steuerungen, insbesondere für vorschublose Schaufelredbagger
bekannt, welche die die Spanbreite und gegebenenfalls die Spanstärke verändernden
Antriebe und Einrichtungen des Baggers.nach einem vorgegebenen Programm beeinflusseng
um so die Fördermenge konstant zu halten.
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Die bekannten Verfahre n und Einrichtungen haben den. Nachteilg daß
eine automatische Korrektur der'Spanstärke durch Betätigung der Windwerke oder Antriebe
fUr Vorschub bzw. Raupenfahrwerke nicht durchführbar ist.
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Deshalb kann die Förderleistung-beL-größeren Unebenheiten in der Bag#-erbdschung
oder im Flanum sowie bei keilförmii; gerUckten Stronsengleisen nicht konstant gehalten
werden*
Die Steuerung-des Baggers nach einem vorgegebenen Programm
hat für den praktischen Betriebsfall den wesentlichen Nachteily daß Störgrößen,
wie zum Beispiel Böschungsbewegun(-gen, nicht erfaLt werden können.
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Zweck der Erfindung-ist eine Leistungssteig--rung durch gleichmäßige
Förderung bei schonender und---energiesparender Fahrweise und gleichzeitig eine
physische ßntlastung des Bagge'rfahrers zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zu Grundeg ein Verfahrenzu entwieielny durch welches alle im baggerbetrieb.insbesondere
bei Eimerketten- und Schaufelradbaggerng auftretende Sitörgrößen innerhalb kürzester
Zeit erfalit und ausgere gelt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelösty indem
die Stromaufnahme des Antriebes des Graborganes des Baggers, welche der Förd--rleistung
bzw. dem Fördervolumen für definierte Betriebsbedingungen proportional ist, nach
einem vom Baggerfahrer vorgewählten Sollwert mittels eines vermaschten Regelkreises
durch stetige Beeinflussung der die Spanbreite bestimmenden Geschwindigkeitkomponente
des Baggers automatisch konstant gehalten wird.
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Eine gute Regeldynamik wird erreichtl indem durch entsprechende Dimensionierung
der 2I-RückfUhrungen an einem Feldstrom- und/oder einem Drehzahlregler eine möglichst
gradlinige.Veränderung dieser Geschwindigkeitkomponenteunter ßinhaltung der für
die Baggerkonstruktion zulässigen Werte erzwungen wird* Reicht die Einflußgröße
Spanbreite fUr das Konstanthalten der Förderleistung nicht auä, wird zusätzlich
die Spanbreite verändert9 d.h. die dafür vorgesehemi Ste llglieder-dew Baggers werden
in den Regelkre-is einbezogen.
Je nach dem dynamischen Verhalten
des Regelkreises erfolgt die Betätigung der für die Verändtrung der Sparist4rke
vorgesehenen Stellglieder stetig oder schrittüeise.
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Beim Eimerkettenbagger muß der Baggerfahrer unter Beachtung der Schnittverhältnisse
mittels eines Wahlschalters bestimmeng ob die Eimerleiter- und/oder Hochbaggerplanierstück-'
winde betätigt werden-soll. Damit der Verstellweg dieser Winden beim Heben und Senken
möglichst gleich isty wird im Fall der schrittweisen Betätigung di e Verstellzeit
geändert, um den gleichen Verstellweg zu erhalten* Um die automatische Leistungsregelung
bei #,;imerkettenschwenkbage-ern -auch beim Ausbaggern -der Strossenenden
nutzen zu .können, werden die Glieder des vermaschtens erweiterten Reg-lkreises
mittels einer einfachen Umschalteinrichtung wahlweise vor das Stellg-lied für die
Fahr- oder Schwenkgeschwindigkeit gelegt.
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Die seitlichen Schubkräfte auf die Eimerleiterkonstraktion werden
mittels einer bekannten Gebereinrichtung erfakt. Bei Erreichen des eingest---llten
Grenzwertes weraen ein weiteres Absenken der Eimerleite:ü und damit Sicherheitsabschaltungen
Verhindert. -
Wenn im Schaufelradbaggerbetrieb eine größere Böschungsbewegung
auftritt, die Schwenkgeschwindigkeit auf den Minimalwert heruntergeregelt wurde
und eine Verringerung der Spanstärke durch Betätigen des Vorschabwerkeg bzw. Raupenfahrwerkes
innerhalb einer durch-die-Regeldynamik bestimmten Zeit nicht wirksam wurdet wird
automatisch zusätzlich der Schaufelraäausleger gehoben. Um einen möglichst verlustarmen
Schnittwechsel bei gleichzeitiger physischer Entlastung des Baggerfahrers durchführen
zu. können wirdv wenn die Schwenkgeschwindigkeit ihren Maximalwert erreicht hat
und eine-Betätigung des Vorschub-bzw* Raupenfahrwerkes innerhalb einer eingestellten
Zeit
wirkungslos bleibtg automatisch die Schwenkrichtung des Schaufelradauslegers
geändert* Arbeit en zwei Bagger am i#uerförderer eines Förderbrückenverbandes, wird
vom Leistungsregler des einen Baggers gleichzeitig die Geschwindigkeit des BrUckeilfahrwerkes
der Baggerseite beeinflußty damit für den gesonderten Leistungsregelungsbetrieb
des zweiten Baggers der gesamte Weg am Querförderer zur Verfüggung steht. Dadurch
werden Sicherheitabschaltungen infolge Wegbegrenzungen vermieden.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In, den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1:
Blockschaltbild-des
erweiterten, Regelkreises für einen L,imerkettenbagger Fig. 2: Blockschaltbild des
erweiterten degelkreises fÜr einen Schaufelradbagger_ Am Potentiometer
39 welches im Baggerfahrerstand montiert .istg wird-der Sollwert für die
Leistungsaufnahme des Eimerkettenantriebes 2 entsprechend den Betriebsverhältnisseneingestellt
und über einen Wahlschalter 4 einem Leistungsregler 5 aufgegeben. Als Ist-Wert
wird dem LeiBtungsregler 5
die mittels Stromwandler gemes sene Stromaufnahme
des -2 rkettenantriebes 29 welche die Förderleistung bzw. Eime dem Fördervolumen
für definierte Betriebsverhältnisse proportidnal iot, über einen Anpassungstrafo
Und einen Gleichrichter zugeführ ' t. Wird beim Soll-Istwert-Vergleich eine
Regelabweichu-ng festgestellty so gibt der Leistungsregler 5 Uber den Wshlschalter
4 einen entsprechenden Sollwert für den Drehzahlregler 6 aus. Den Istwert
erhält
der Drehzahlregler 6 von einem Tachogenerator
7 am Pa hrmotor 8 über eine zur Beseitigung der Richtungsabhängigkeit
erforderliche Gleichrichterschaltung-Der Ausgang des Drehzahlreglers 6 bildet
den Sollwert für einen Feldstromregler 9. Dieser beaufschlagt über einen
Leistungsverstärker lo die Feldwicklung 11 des Leonardgenerators 12.-Bei
Änderung des Stromes in der Feldwicklung 11 des Leonardgenerators.12 ändert
sich propotional die dem Fahrmotor 8 zugeführte Gleichspannung und damit
die Fahrgeschwindigkeit des Baggers 1. Da sich-diese Geschwindigkeitsänderung
auf die Stromaufnahme des Eimerkettenantriebes 2 auswirktg ist der Regelkreie geschlossen.
Es gibt Betriebsbedingungeng bei denen mit Drehzahlregelung gefahren werden muß;
hierbei wird das Potentiometer 3
mittels eines Wahlschalters 4 als Sollwerteinsteller
direkt vor den Drehzahlregler 6 gelegt und'der Leistangsregler
5
abgeschaltet. Die.PI-Riic#fUhrungen 14 und 15 am Drehzahlregler
6 und am Feldstromregler 9 gewährleisten» daß der Bagger innürhalb
kürzester Zeit mit fUr seine Konstruktion zulässige Beschleunigung bzw. V-rzögerung
hoch-- oder abgefahren werden kann. Die Inbetrielbnahme der Fahrwerke
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des Baggers-1 sowie der Fahrtrichtungswechsel erfolgen wie üblich über
Richtungsschützen 16 und die zugehörigen Steuereinrichtungen. Der Befehl
fLir da.s Zinlegen der Haltebremsen an den Fahrwerken 17 wird durch die Drehbremswächter-Nachbildung
13 erteilt* Kriterium fUr die Festlegung des Schaltpunktes der Drehbremswächter-Nachbildung
13 ist der Feldstrom «eis Leonardgenerators 129 welcher der Fahrgeschwindigkeit
proportional ist. Sobald Unebenheiten in der Böschung oder im Planum eindv die Strosseiagltiee
keilförmig gerückt werden usw-q
wird zusätzlich die Spanstärke durch
Verstellen der Eimerleiterwinde 18 und/oder der Hochbaggk#rplanierstück"
winde 19 korrigiert. Das Verstellen der Winden 18 u-nd 19
darf
ab er zur Vermeidung von Unebenheiten in der Böschung erst erfolgeng wenn die Einflußgröße
Spanbreite nicht mehr wirksam ist. Letzteres wird festgestellty indem mittels der
am Tachogene rator 7 abgegrifieuen, den Istwert der Fahrgischwindigkeit proportionalen
Spannung die Johivellwertschalter 2o und 21 betätigt werden# Der Schwellwertschalter
2o spricht ang wenn der obere Grenzwe.-t der Fahrgeschwindigkeit erreicht ist. Bei
Erreichen des unteren Grenzwertes der Fahrgeschwindigkeit spricht der Schwellwertschalter
21 an.
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Die von den Schwellwertschaltern 2o und 21 abgegebenen binären Signale
"Senken und Heben" werden zur Ansteuerungder Eimerleiterwinde 18 und der
Hochbaggerplanierstückwinde 19 benutzt.
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Mittels eines Wahlschalters 24 ist vom Baggerfahrer unter --Berücksichtigung
der Schnittverhältnisse featzulegeng ab
beim Uber- oder Unterschreiten des-
begrenzten Fahrgeschwindigkeitsbereiches die Eimerleiterwinde 18 und/oderdie
Hochbaggerplanierstückwinde 19 zu verstellen Ist.-Das Betätigen der Winden
maß zur Beherrschung der großen Totzeiten im Regelkreis impuleförmig erfolgen.
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i,Vie lange und in Welchem Zeitabstand die Eimerleiterwinde
18
und die HochbaggerplanierstUckwinde 19 betätigt werden sollen, wird
mittels der Impulsgeber 22 und 23 festgelegt. Damit der Verstellweg der Winden
18 und 19 beim Heben und -Senken möglichst gleich ist, wird durch
entsprechende Umstellung der Impulsdauer an den Impulagebern 22 und 23
korrigiert.
Zur schnellen Beseitigung einer großen Regelabweichung werden die Winden
18 und 19 atetigt indem im Regler 26 der Soll- und Iatwert
der Stromaufnahme des-Eimerkeetenantrieb es 2 verglichen und bei einer bestimmten
Differenz
der Grenzwertsch---lter 27 angesteuert wirdv welcher die Impulsgeber 22 und
23 überbrückt.
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Um beim Senken d--#r #,imerleiter, d.h. Vergrößerungen der Spanstärkeg
eine für die Konstruktion der i#imerleiter unzulässige Erhöhung der seitlichen -Schubkräfte
zu vermeideng werden diese Kräfte mittels einer Gieb.reinrichtung 25
erfai.t.
Beim.Erreichen eines eingestellten Grenzwertes werden ein weiteres Absenken der
Eimerleiter und damit Sich.-rheitsabschaltungen v-rhindert.
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Anhand der böig. 29 in vielcher zum besseren Verständnis das gesamte
Blockschaltbild des erweitrrtan Regelkreises eines Schaufelradbagg---rs dargestellt
isty sollen nachstehend die Besonderheiten des Schaufelradbaggeibetriebes erläutert
werden.
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Da der Grundregelkreis der automatischen Leistungsregelung ED analcg
übertragbar ist, wurden für gleiche Bauelemente in den Blockschaltbildern gemäl,.
Fig. 1 und 2 gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Beim Scha.ufelradbagl-,#-r wird eine erforderliche Korrektur der Spanstärke,
infolge der geringen Totzeiten im Regelkreis, durch stetiges Verstellen des Vorschubwerkes
28
bzw. bei vorz-chublosen Baggern durch Beviegung des --qaupZ-nfahrwerkes
299 gemäß Fig. 29 vorgenommen.
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In bestimmten Betriebsfällen, bA7ispielsweise bei starkem Nachrutschen
der Böschung, läLt sich die entstandene große Differenz zwischen Soll- und-Istwert
der Stromaufnahme des Sch##ufelradantriebes 3o nicht allein durch Betätigen des
Vorschabwerkes 28 beseitigen. Deshalb wirdy wenn die Schwenkgeschwindigkeit-auf
den Ansprechwert des Schwellwertschalters 21 heruntergeregelt ist und eine Verringerung
der S]#anstärke durch Betätigen des Vorschubwerkes 28
innerhalb
einer durch das Zeitglied 33 festgelegten Zeit nicht wirksam wurdep automatisch
mittels des Habwerkes 32
der Schaufelradausleger angehoben. Hierdurch wird
eine _
--rhöhteg #fom Eingriff des Baggerfahrers unabhängige 3icherheit gegen
Deformierunl-,l--.n der Baggerkonstraktion-ei-reicht. Um einen möglichst verlustarmen
i3chnitt#,#iechsel bei gleichzeitiger physischer Entlastung des Baggerfahrers durchführen
zu können, wird die Schwenkrichtung geändert. Singeleitet wird das Wendemanöver,
wenn der SchwellwertschaltCr 2o angesprochen hat und die Betätigung des Vorschubwerkes
28
nach einer, entsprechend der Regeldynamik am Zeitrelais 34 eingestellten
Zeity nicht wirksam wird-'Mittels der Relaiskombination 35 wird der Sollwert
des Leistungsreglers 5-abgeschaltet undp wenn der '#j'chwenkwerksa'ntrieb
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ordnungsgemäß abgefahren wurdep was durch die Drehbremswächt---rnachbildu.ng
13 signalisiert wird, wieder eing--legt. Aui-erdem gibt die Helaiskombination
34 in Verbindung mit der Drehbremswächternachbildung 13 den Befehl fUr den
",'echsel der Riahtungsschützen 16 aus.
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Ist das iVendemanöver eingeleitety wird das Vorschubwerk
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entsprechend seiner Stellgeschwind-igkeit9 bereits über das Zeitglied
35 verzög---rt betätigty um möglichst schneil den eingestellten-SolLvert
der Förderleistung wieder zu e rre i c hen.