DE2255715A1

DE2255715A1 - Vorrichtung zum messen der zugkraft bei einer zugmaschine

Info

Publication number: DE2255715A1
Application number: DE2255715A
Authority: DE
Inventors: Jean J Lasoen
Original assignee: Massey Ferguson Services NV
Current assignee: Massey Ferguson Services NV
Priority date: 1971-11-22
Filing date: 1972-11-14
Publication date: 1973-05-24
Also published as: DD103058A5; SU503550A3; FI60076B; AR195398A1; YU34940B; FI60076C; ES408880A1; CS181714B2; RO57226A; ZA727945B; US3812916A; GB1401869A; FR2162959A5; CA982176A; DE2255715B2; JPS4861201A; ATA973272A; AU4872672A; IT971122B; HU166887B

Description

MASSEY-J¹ERGUSOiT SERVICES K.V., Curasao, Niederländische Antillen

betreffend

Vorrichtung zum Messen der Zugkraft bei einer Zu.^mao chine

Die Erfindung bezieht sich auf Zugmaschinen, die mit einem sogenannten Kraftheber, d.h. einer kraftbetäti-jcen Einrichtung zum Heben und Senken eines daran befestigten Geräts ausgerüstet sind, und sie betrifft insbesondere eine verbesserte Zugkraftfühlvorrichtung mit einer Einrichtung zum Steuern des Gestänges des Krafthebers.

Bei den meisten Zugmaschinen, insbesondere den zu landwirtschaftlichen Zwecken verwendeten, ist eine kraftbetätigte, heb- und senkbare Dreipunktaufhängungseinriciatung vorhanden, die dazu dient, die Zugmaschine mit einem hinter ihr angeordneten Gerät zu kuppeln. Gewöhnlich ist eine Zugkraftfühleinrichtung vorhanden, die dazu dient, die zwischen dem Gerät und der Zugmaschine wirksame Zugkraft zu messen und unter Vermittlung durch eine Steuereinrichtung das Gerät mit Hilfe des Gestänges der Auf-

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hängungseinrichtung so zu heben oder zu senken, daß eine im wesentlichen konstante Zugkraft aufrechterhalten wird,

Bei einer großen Zugmaschine können die tatsächlich auftretenden Zugkräfte in einem Bereich zwischen mehr als etwa 6800 kp in der einen Richtung und etwa 2700 kp in der entgegengesetzten Richtung variieren, so daß ein Gesamtbereich von etwa 9500 kp vorhanden ist. Um bei einer Zugkraftmeßvorrichtung innerhalb eines so großen Bereichs sowohl eine hinreichende Genauigkeit als auch eine ausreichende Empfindlichkeit aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, daß ein relativ großer Kraftmeßfühler, z.B. eine starke Feder, vorhanden ist, um die tatsächlichen Bewegungen des Gestänges während der Betätigung der Zugkraftfühlvorrichtung möglichst klein zu halten. Somit ist es bei einer großen Zugmaschine erwünscht, eine Feder zu verwenden, die sich beim Aufbringen einer Kraft nur in einem sehr geringen Ausmaß verformt, d.h. bei der auch bei einer großen Zugkraft nur eine ziemlich geringe Auslenkung stattfindet. Im Hinblick hierauf ist es schwierig, die gewünschte Steuerung über den ganzen Bereich der auftretenden Zugkräfte zu erreichen. Daher würde es erwünscht sein, eine Zugkraftfühlvorrichtung zu verwenden, bei der es möglich ist, eine Feder zu benutzen, die eine solche Elastizität hat, daß sie auch bei sehr kleinen Änderungen der Zugkraft noch ein ausreichendes Ausgangssignal liefert.

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Es ist bekannt, die Durchbiegung eines auf Biegung beanspruchten Trägers oder einer Stange zu messen und unter Ausnutzung der Meßwerte den Kraftheber bzw. die Schleppeinrichtung einer Zugmaschine zu steuern.

Y/ie erwähnt, ist hierbei mit großen Zugkräften zu rechnen. Ferner ergeben sich bezüglich der wirksamen Länge ,der Biegestäbe und ihrer Durchbiegung Beschränkungen, die darauf zurückzuführen sind, daß den Biegestäben Gestängeglieder benachbart sind, die eine Verbindung zwischen dem- Gerät und der Zugmaschine herstellen. Beispielsweise ist es in vielen Fällen erwünscht, daß sich die Verlängerungen der Gestängeglieder an einem gedachten Punkt schneiden, der kurz hinter der Vorderachse liegt, da sich bei einer, solchen Anordnung eine optimale Stabilität und Lenkbarkeit der Zugmaschine und des Geräts ergibt. Ferner ist es erforderlich, die äußersten Enden der Gestängeglieder den genormten Anschlußpunkten der verschiedenen zu benutzenden Geräte anzupassen. Im Hinblick auf diese Faktoren ist die Länge des Meßstabes, der sich z.B. quer zur Längsachse der Zugmaschine anordnen läßt, mehr oder weniger weitgehend festgelegt. Ferner richtet sich die Länge des Meßstabes nach ihrer Lage auf der Längsachse der Zugmaschine, doch wenn man annimmt, daß der Meßstab möglichst weit hinten angeordnet wird, ergeben sich immer noch Einschränkungen bezüglich seiner wirksamen Länge. Weiterhin wird die Dicke und damit auch die Steifigkeit des Meßstabes durch die auf ihn. wirkenden Kräfte und die Festigkeit seines Werkstoffs, bestimmt.

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Alle diese Faktoren beeinflussen die meßbare Auslenkung oder Abweichung, die zum Steuern der Aufhängungseinrichtung zur Verfügung steht, d.h. das Ausmaß der Bewegung oder Durchbiegung, die nachgewiesen werden kann. Wie insbesondere schon bezüglich großer Zugmaschinen erwähnt, stehen daher häufig nur sehr kleine Auslenkungen zur Verfugung. Durch die Erfindung ist nunmehr gemäß einem ihrer Merkmale eine Einrichtung geschaffen worden, die es ermöglicht, die für die Zugkraftregelung verfügbare meßbare Größe einer Abweichung, Auslenkung oder Durchbiegung zu vergrößern.

Bis jetzt ist es üblich, die absolute Auslenkung in der Mitte des Meßstabes zu messen, d.h. an dem Punkt, an dem natürlich normalerweise bei einer symmetrischen Belastung die maximale Durchbiegung oder dergl. auftritt. Gemäß der Erfindung wird der Winkelausschlag, d.h. die Neigung des Biegestabes gemessen und vervielfacht, so daß es im Vergleich zum Messen der Durchbiegung des Stabes möglich ist, Bewegungen innerhalb eines größeren Bereichs zu messen.

Ferner wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Änderung der Neigung des Biegestabes an zwei durch einen Abstand getrennten Punkten gemessen, die vorzugsweise den Lagerungspünkten des Biegestabes, d.h. den Punkten, an denen der maximale Winkelausschlag auftritt, benachbart sind, und die Wirkungen der beiden gemessenen Neigungen werden vektoriell addiert, um ein Zugkraftsignal zu erzeugen.

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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein langgestrecktes Bauteil an dem Biegestab an einem Punkt befestigt, wo eine Neigung vorhanden ist, und ein weiteres Bauteil wird mit dem Biegestab an einem anderen Punkt verbunden, der vorzugsweise dem entgegengesetzten Ende des Biegestabes benachbart ist. Die beiden Bauteile sind so miteinander verbunden, daß jede Bewegung des einen Bauteils mit der Bewegung des anderen Bauteils kombiniert wird, um das gewünschte Steuersignal zu erzeugen.

Insbesondere ist hierbei eines der beiden Bauteile als Nocken ausgebildet, während das andere Bauteil als Bewegungsabnahmeglied wirkt, und die beiden Bauteils sind . einander so zugeordnet, daß ihre jeweiligen Bewegungen die relative Stellung eines ein Zugkraftsignal übertragenden Bauteils beeinflussen.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 in einer schematischen Seitenansicht eine Zugmaschine mit einem Kraftheber und einem Gerät, bei der die Erfindung, anwendbar ist;

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Fig. 2 in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung das Zugkraftfühlgestänge;

Pig. 3 in einem verkürzten senkrechten Schnitt das Zugkraftfühlglied und die Verbindungen zwischen dem Zugkraftfühlglied und den Zuggestängegliedern;

Fig. 4 die Zugkraftfühlvorrichtung und ihre Lagerung in einem allgemein waagerecht verlaufenden Schnitt;

Fig. 5 in einem noch größeren Maßstab Einzelheiten der das Messen der Durchbiegung ermöglichenden Einrichtung;

Fig. 6 schematisch die Zugkraftfühlvorrichtung im unbelasteten Zustand;

Fig. 7 schematisch die Zugkraftfühlvorrichtung im belasteten Zustand; und

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Pig. 8 in einer graphischen Darstellung den Unterschied zwischen den Änderungen der Neigung und der Durchbiegung eines symmetrisch "belasteten Stabes.

In Pig. 1 erkennt man eine Zugmaschine 1, mit der ein landwirtschaftliches Gerät 3 durch einen Kraftheber verbunden ist. Zu dem Kraftheber gehören zwei untere Gestängeglieder 5, von denen in ?ig. 1 nur eines sichtbar ist, und ein oberes Gestängeglied 7· Die Gestängeglieder 5 und 7 bilden zusammen eine Dreipunktaufhängungsvorrichtung bekannter Art. Die unteren Gestängeglieder 5 können mit Hilfe von Hubgliedern 9 gehoben werden, die mit einem Hubarm 11 verbunden sind, welcher mit einer Sehwenkwelle 16 drehfest verbunden ist. Der Hubarm 11 kann mit Hilfe eines mit einem hydraulischen Zylinder zusammenarbeitenden Kolbens. 14 gehoben werden.

Gemäß Pig. 2, 3 und 4 sind die unteren Gestängeglieder 5 auf den Enden eines Stabes 17 gelagert, der seinerseits von lagern 19 getragen wird, die in ein Gehäuse 15 eingebaut sind. Der Stab 17 ist vorzugsweise zylindrisch und weist Endabschnitte 17a, einen mittleren Abschnitt 17b von kleinerem Durchmesser sowie äußere Endabschnitte 21 von kleinerem Durchmesser als die Endabschnitte 17a zum Aufnehmen von in die unteren Gestängeglieder 5 eingebauten Kugelgelenken 23 auf. Zu der Zugmaschine gehören zwei gegabelte Stützglieder 25, von · denen je eines auf jeder Seite· der Zugmaschine angeordnet ist; mit dem gegabelten Ende jedes Stützgliedes 25

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ist das untere Ende der Kolbenstange des zugehörigen Kolbens 14 mittels eines kurzen Zapfens 26 gelenkig verbunden. Die einen kleineren Durchmesser aufweisenden

ι,

Endabschnitte 21 des Stabes 17 werden mit lockerem Sitz von Aussparungen 18 in den benachbarten Enden der Zapfen 26 aufgenommen, in denen diese Endabschnitte frei bewegbar sind.

Mit dem Stab 17 sind zwei Platten 20 jeweils durch eine Keilverzahnung verbunden, und diese Platten sind mittels Schrauben 22 an dem Gehäuse 15 befestigt. Die Schrauben 22 ragen durch Schlitze 24 der Platten 20, und die Schlitze lassen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Stabes unter der Wirkung von Zugkräften zu, doch verhindern sie Drehbewegungen des Stabes 17. Gemäß Pig. 3 und 4 können sich die dünneren Endabschnitte 21 des Stabes 17 in den Aussparungen 18 in den benachbarten Enden der Zapfen 26 in einem begrenzten Ausmaß bewegen. Eine maximale Durchbiegung des Stabes 17 in der einen oder anderen Richtung veranlaßt die Endabschnitte 21, sich an die Wände der Aussparungen 18 der Zapfen 26 anzulegen, so daß die Wände dieser Aussparungen als Anschläge zur Wirkung kommen, um ein weiteres Durchbiegen des Stabes 17 zu verhindern.

Mit dem rechten Endabschnitt 17a des Stabes 17 ist mit Hilfe einer Klemmeinrichtung ein langgestrecktes Bauteil 27 fest verbunden, das vorzugsweise einen L-förmigen Querschnitt hat und mit dem Stab 17 durch eine Schraube

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29 verspannt ist. Das entgegengesetzte Ende des langgestreckten Bauteils 27 trägt eine Rolle 31» die mit einem Hockenteil 33 zusammenarbeitet, das auf dem linken Endabschnitt 17a des Stabes 17 drehbar gelagert ist. Gemäß S¹Ig." 5 weist das Nockenteil 33 eine Mockenflache 35 auf, mit der die Rolle 31 zusammenarbeitet, um das lockenteil um seine mit der Achse des Stabes 17 zusammenfallende Drehachse zu drehen. Das ETockenteil oder der Arm 33 ist an seinem äußeren Ende mit dem unteren Ende eines -Gestängegliedes 37 verbunden, das die Bewegung des JSTockenteils auf eine Steuereinrichtung 0 überträgt. Zwischen einem ortsfesten Teil der Zugmaschine 1 und dem Gestängeglied 37 stützt sich eine Feder 39 ab, um das Gestängeglied nach unten vorzuspannen und hierdurch das Uockenteil 33 in seiner Anlage an der Rolle 31 zu halten,

Die Steuereinrichtung 0, die nicht einen Gegenstand der Erfindung bildet, kann auf beliebige Weise ausgebildet und mit einer hydraulischen Ventileinrichtung versehen sein, die bewirkt, daß der hydraulische Zylinder 13 mit dem Kolben 14 betätigt wird, um die Gestängeglieder des Krafthebers in Abhängigkeit von den "auf die Gestängeglieder wirkenden Zugkräften und ihren Änderungen zu heben bzw. zu senken.

Wenn die Zugmaschine 1 ein Gerät 3 nachschleppt, treten in den unteren Gestängegliedern 5 Zugkräfte auf, die auf die dünneren Endabschnitte des Stabes 17 wirken, so daß

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der Stab in der in Fig. 7 schematisch dargestellten Weise durchgebogen wird. Fig. 6 zeigt den Stab 17 im unbeanspruchten Zustand, d.h. für den Fall, daß keine Zugkräfte zur Wirkung kommen. Wenn sich der Stab 17 durchbiegt, behält das eingespannte Ende des langgestreckten Bauteils 27 an der Einspannstelle seine parallele Lage zu dem Stab bei. Da auf das andere Ende des Bauteils 27 keine Zugkräfte wirken, behält das Bauteil seine gerade Form bei. Die Bewegung des freien Endes des Bauteils 27 gegenüber dem Stab 17 ist eine Funktion des Durchbiegungswinkels oder der Neigung der Kurve, längs welcher .sich der durchgebogene Stab 17 erstreckt.

Fig. 8 veranschaulicht in einem übertriebenen Maßstab den Unterschied zwischen der Auslenkung a des Stabes 17 am Punkt seiner maximalen Durchbiegung und der Strecke b, die die Änderung der Neigung des Stabes am Punkt ihrer maximalen Winkelversetzung am einen Ende des Stabes bei gleich großer Belastung der Enden des Stabes widerspiegelt. Es läßt sich zeigen, daß die Strecke b bei kleinen Durchbiegungen des Stabes 17 mindestens dem Vierfachen der Strecke a entspricht und diesen Wert bei zunehmender Durchbiegung des Stabes noch überschreitet. Bei einer geringen Durchbiegung des Stabes ergibt sich das Verhältnis zwischen b und a aus der Gleichung

b/a = —i— *-, wenn a die maximale Durchbiegung des

Stabes, b den Abstand einer den Stab an seiner einen Lagerung tangierenden Linie von der anderen Lagerung des Stabes, c den Abstand zwischen den beiden Lagerungen 19 und d den Abstand zwischen dem Belastungspunkt, d.h. der

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Anschlußstelle des -unteren Gestängegliedes 5, und der "benachbarten Lagerung 19 "bezeichnet.

Wenn die Wirkung des durch das Gestänge der Zugmaschine unterstützten Geräts größer wird als die Yfirkung der zwischen dem Gerät und der Zugmaschine auftretenden Zugkräfte, werden die Gestängeglieder 5 durch Druckkräfte ■beansprucht, so daß sich der Stab 17 in der entgegengesetzten Richtung durchbiegt. Hierbei ist das freie Ende des langgestreckten Bauteils 27 dem Stab näher benachbart als bei dem in Fig. 6 dargestellten unbeanspruchten Zustand des Stabes, !ig. 5 veranschaulicht mit Vollinien die Stellung des Hockenteils 33 für den !all der Belastung Null sowie mit strichpunktierten Linien die äußersten Stellungen, die das Uockenteil bei einer maximalen Belastung erreicht. Hierbei veranschaulichen die strichpunktierten Linien 32 die Stellung bei der bei einer großen Zugkraft auftretenden maximalen Zusammendrückung, während die strichpunktierten Linien 34 die Stellung bei der maximalen Zugkraft für den !all veranschaulichen, daß auf beide Enden des Stabes 17 gleich große Kräfte wirken.

Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion handelt es sich lediglich um ein Beispiel für eine von mehreren Möglichkeiten zum Messen des Neigungswinkels des .Stabes 17. Im Rahmen der Erfindung könnte man auch andere Einrichtungen zum !ühlen des Winkelaussehlags benutzen, !erner

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läßt sich die Erfindung auch bei Zugmaschinen anwenden, bei denen die auf das obere Gestängeglied wirkenden Kräfte gemessen werden, um das Gestänge so zu steuern, daß eine beliebige vorbestimmte Zugkraft aufrechterhalten wird.

Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.

Ansprüche;

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Claims

ANSPRÜCHE

1J Zur Verwendung bei einer Zugmaschine bestimmte Vorrichtung zum Messen der Zugkraft mit einem langgestreckten Biegestab, der in durch einen Abstand getrennten Lagerungen gelagert ist, einer mit dem Biegestab verbundenen Einrichtung zum Aufbringen der zu messenden Zugkräfte auf den Biegestab in der Querrichtung derart, daß der Biegestab zwischen den Lagerungen in Abhängigkeit von den Zugkräften durchgebogen wird, sowie mit einer Fühleinrichtung zum Messen der Änderungen der Durchbiegung des Biegestabes, dadurch gekennzeichnet , daß zu der lühleinrichtung ein langgestrecktes Bauteil (27) gehört, das an einem Ende an dem Biegestab (17) an einem Punkt befestigt ist? an dem sich die Neigung des Biegestabes bei jeder Durchbiegung ändert, und daß das andere Ende des langgestreckten Bauteils bewegbar ist, um die Änderungen der .-.Neigung· des Biegestabes an seinem mit dem langgestreckten Bauteil verbundenen Ende zu vergrößern, und daß dem bewegbaren Ende des langgestreckten Bauteils eine Einrichtung (31, 33) zugeordnet ist, die den vergrößerten Meßwert der Änderungen der Neigung des Biegestabes in ein Steuersignal verwandelt. .
2. Vorrichtung nach-Anspruch 1, dadurch g e k e η ν zeichnet , daß das langgestreckte Bauteil (27) an dem Biegestab (17) dort befestigt ist, wo die maximalen meßbaren Änderungen der Neigung des Biegestabes auftreten. .

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sich das langgestreckte Bauteil (27) allgemein parallel zu dem Biegestab (17) erstreckt, und daß zu der kühleinrichtung Bauteile (31, 33) gehören, die die Bewegungen des bewegbaren Endes des langgestreckten Bauteils messen, welche eine Punktion des variierenden Winkels sind, den die Achse des Biegestabes und die Achse des langgestreckten Bauteils einschließen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Meßeinrichtung ein erstes Nockenteil (33) gehört", das auf dem Biegestab (17) drehbar gelagert ist, sowie ein Nockenbetätigungsglied (31), das auf dem bewegbaren Ende des langgestreckten Bauteils (27) angeordnet ist und mit dem ersten Nockenteil zusammenarbeitet, um es bei jeder Relativbewegung zwischen dem Nockenteil und dem Nockenbetätigungsteil auf dem Biegestab zu drehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Nockenbetätigungsteil auf dem bewegbaren Ende des langgestreckten Bauteils (27) eine Rolle (31) ist, die in Berührung mit dem ersten N_ockenteil (33) steht, und daß eine Vorspanneinrichtung (39) vorhanden ist, die das erste Nockenteil gegen die Rolle vorspannt.

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6. Vorrichtung nach Ansprucri 4, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das langgestreckte Bauteil (27) durch eine Einspanneinrichtung (2'9) drehfest mit dem Biegestab (17) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lagerung (19) des Biegestabes (17) und die Verbindungsstelle zwischen dem langgestreckten Bauteil (27) und dem Biegestab der Unterstützung (-15) benachbart sind, und daß zu der Einrichtung zum Übertragen von Zugkräften ein Gestängeglied (5) gehört, das mit dem Biegestab an dem Ende des Biegestabes -drehbar verbunden ' ist, welches von der Verbindungsstelle zwischen dem langgestreckten Bauteil und dem Biegestab abgewandt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung zum Übertragen von Zugkräften zwei durch einen Querabstand getrennte Zuggestängeglieder (5) gehören, die mit dem Biegestab (17) so verbunden sind, daß sie beim Aufbringen von Kräften eine Durchbiegung des Biegestabes bewirken.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h a et , daß zu der Fühleinrichtung zum Messen der Neigung des Biegstabes (17) zwei Bauteile gehören, die getrennt mit dem Biegestab (17) an Punkten verbunden

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sind, an denen eine Neigung des Biegestabes beim Durchbiegen des Biegestabes auftritt, und daß die Bauteile einander so zugeordnet sind, daß sie die Bewegungen der Bauteile beim Durchbiegen des Biegestabes vektoriell addieren.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß sich die beiden Bauteile längs des Biegestabes (17) erstrecken und jeweils ein bewegbares Ende aufweisen, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die die bewegbaren Enden der beiden Bauteile so miteinander verbindet, daß die Bewegungen ihrer bewegbaren Enden zu einem nutzbaren Steuersignal kombiniert werden.

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