DE2407656A1

DE2407656A1 - Positioniersystem fuer das werkzeug einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2407656A1
Application number: DE19742407656
Authority: DE
Inventors: Royal R Hawkins
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1974-09-05
Also published as: US3908765A; FR2219995B3; FR2219995A1

Description

01-4746 Ge 15. Februar 1974

HONEYViELL INC.
2701 Fourth Avenue South Minneapolis, Minn., USA.

Positioniersystem für das Werkzeug einer Arbeitsmaschine

Die Erfindung betrifft ein Positioniersystem für das Werkzeug einer Arbeitsmaschine, insbesondere das Schaufelblatt eines Planierers, mit einem ersten die Führungsgröße vorgebenden Meßwertgeber und einem zweiten die Regelgröße nachbildenden Meßwertgeber sowie mit einer beide Größen miteinander vergleichenden Schaltungsanordnung zur Gewinnung der auf das Werkzeug einwirkenden Regelabweichung.

Durch die US-Patentschrift 3 674 094,ist ein derartiges Positioniersystem bekanntgeworden, welches zur Neigungsregelung einer Straßenbaumaschine dient. Auf der Maschine ist ein Pendel angeordnet, welches· bei seiner Bewegung einen ersten Meßwertgeber verstellt. Andererseits ist auf einem Gleitski, der über eine geneigte Referenzfläche geführt wird, ein weiteres Pendel angeordnet, das einen zweiten Meßwertgeber verstellt. Die durch die beiden Meßwertgeber erfaßte Regelgröße und Führungsgröße werden zwecks Bildung einer Regelabweichung in einer Schaltungsanordnung miteinander verglichen und verstärkt. Die Regelabweichung wirkt sodann auf die Straßenbaumaschine in dem Sinne ein, daß die Regel-

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größe der Führungsgröße angeglichen wird und die Regelabweichung verschwindet. Die Regelgröße wird über den gesamten zu regelnden Bereich erfaßt und dem Vergleichsglied als Rückführgröße zugeführt. Das Vergleichsglied enthält einen Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor durch das Aufschalten der Rückführgröße herabge-

mindert wird. Ein solches bekanntes Positioniersystem \tfirkt rein proportional.

Es ist andererseits bekannt, auf das Auf schalten" einer Rückführgröße zu verzichten, wodurch man ein rein integral wirkendes Positioniersystem erhält. Der Nachteil eines solchen Systems besteht darin, daß bei großer Regelabweichung und hoher* Verstärkung die Gefahr eines Überschwingens besteht. Andererseits besitzt ein solches System den Vorteil, daß auch kleine Regelabweichungen auf jeden Fall ausgeregelt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positioniersystem anzugeben, das die Vorteile des proportional v/irkenden als auch des integral wirkenden Systems in sich vereinigt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den UnteranSprüchen entnehmbar.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Straßenbaumaschine, bei der das Positioniersystem gemäß der Erfindung Anwendung findet. Figur 2 eine vergrößerte Einzelheit aus Figur 1. Figur 3 eine detaillierte Darstellung der verwendeten Schaltungsanordnung und

Figur 4 einen typischen Bewegungsablauf für das Arbeitswerkzeug in Bezug auf die Maschine.

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Gemäß Figur 1 weist ein Planierfahrzeug 11 eine Schiebervorrichtung 12 auf, wobei an einem Ringträger 13 ein Schieberblatt 14 befestigt ist. Der Ringträger 13 ist am vorderen Ende 15 des Planierfahrzeuges durch eine Zugstange 16 aufgehängt. Der Ringträger 13 ist weiterhin über hydraulische Zylinder 17, und 18 an dem Fahrzeug aufgehängt. Der Hydraulikzylinder 18 wird über Druckleitungen 20 und 21 gespeist und der Hydraulikzylinder 17 ist auf ähnliche Weise mit Hydraulikleitungen verbunden. Die Hydraulikflüssigkeit in den Leitungen 20 und 21 wird durch eine Steuereinheit 22 gesteuert. An dem Ringträger 13 ist ein Planierfühler 23 befestigt, welcher eine vorgegebene Referenzlinie in Form einer gespannten Schnur 24 abtastet.

Figur 2 zeigt in der Einzelheit ein Rückführpotentiometer 26 und seine Verbindung mit den anderen Teilen der Maschine. Das Rückführpotentiometer 26 ist mittels eines Trägerarms 27 an der Maschine 11 befestigt. Ein Abgriff 28 des Rückfuhrpotentiometers 26 ist über ein Reibband 30 angetrieben. Das Reibband 30 ist durch eine Rolle 31 angetrieben und an seinem anderen Ende durch eine Rolle 32 geführt. Beide Rollen 31 und 32 sind an einer Stange 33 rotierbar gelagert. Die Rolle 31 wird durch ein Ritzel 34 angetrieben, das seinerseits mit einer Zahnstange 25 in Antriebsverbindung steht. Der Potentiometerabgriff 28 kann sich über das Potentiometer 26 bewegen, wobei sein Bewegungsspielraum durch Anschläge 35 begrenzt ist. Wenn der Potentiometerabgriff 28 an einem Anschlag 35 anschlägt, so wird die Rolle 31 sich weiterhin drehen, aber das Reibband 30 wird über die Rolle 31 schlüpfen und der Potentiometerabgriff 28 wird an dem Anschlag 35 festgehalten.

Das Potentiometer 26 wird über elektrische Anschlußleitungen 36 und 37 an Spannung gelegt und die Spannung am Potentiometerabgriff 28 wird über eine elektrische Anschluß leitung 38 entnommen. Alle drei Leitungen 36, 38 und 37 bilden ein Kabel 40, weiches

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in die Steuereinheit 22 geführt ist.

Die Zahnstange 25 ist auf dem Ringträger 13 angeordnet, so daß im Falle einer Bewegung des Ringträgers 13 nach oben oder unten die Zahnstange 25 das Ritzel 34 antreibt und damit ebenfalls das Reibband 30.

. Gemäß Figur 3 ist die Schaltungsanordnung dargestellt, welche das Fühlersignal des Fühlers 23 mit dem Rückführsignal des Potentiometers 26 vergleicht, um die Lage des Schieberblattes im Bezug auf die Maschine 11 zu regeln. Der Fühler 23 weist eine Primärwindung 39 und zwei Sekundärwindungen 49 und 59 auf. Ein beweglicher Kern 69 ist mechanisch - wie durch die Bezugslinie 41 angedeutet - mit einem in Figur 1 dargestellten Linienabtaster 19 verbunden und wird durch die Bewegungen dieses Linienabtasters 19 gedreht. Die Lage des Kerns 69 steuert die relativen Spannungen in den Sekundärwindungen 49 und 59. Die Sekundärwindung 49 ist an eine Gleichrichterbrücke 79 und die Sekundärwindung 59 an eine Gleichrichterbrücke 42 angeschlossen. Die entgegengesetzten Enden 43 und 44 jeder Brückenschaltung sind über das Rückführpotentiometer 26 miteinander verbunden und ein gemeinsamer Verbindungspunkt 45 der Brückenschaltungen ist mit der Basis eines Transistors 46 verbunden, dessen Emitter an die Basis eines Transistors 47 angeschlossen ist. Der Abgriff 28 des Rückführpotentiometers 26 ist an die Basis eines Transistors 48 angeschlossen, dessen Emitter seinerseits ebenfalls mit der Basis eines Transistors 50 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren 46, 47, 48 und 50 sind über Widerstände 51, 52, 53 und 54 an die positive Betriebsspannung B+ angeschlossen. Die Basis des Transistors 46 ist weiterhin an einen Generator 55 angeschlossen, der eine dreieckförmige Spannung erzeugt. Die Emitter der Transistoren 47 und 50 sind gemeinsam über die Kollektor-Emitter strecke eines Transistors 56 an die Bezugsspannung angeschlossen, während die Basis des Transistors 56 über eine Diode

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57 an die Bezugsspannung angeschlossen ist. Die positive Betriebsspannung B+.ist mit der Basis des Transistors 56 über einen Widerstand 58 und Dioden 60 und 61 verbunden. Eine detaillierte Beschreibung der Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung kann der US-Patentschrift 3 674 094 entnommen werden. Die Ausgänge der Schaltung werden auf Leitungen 62 und 63 entnommen, die an die Kollektoren der Transistoren 47 und 50 angeschlossen sind und auf Verstärker 64 und 65 geführt sind. Jeder Verstärkarausgang ist mit einem nicht dargestellten Servoantrieb verbunden, welcher seinerseits die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zu den Hydraulikzylindern 17 und 18 steuert um so die Lage des Schieberblattes 14 zu regeln.

Wenn die Planiermaschine 11 sich fortbewegt und dabei eine Straße begradigt, so bewirken kleine Abweichungen des Schieberblattes 14 von der durch die gespannte Schnur 24 vorgegebenen Referenzlinie eine proportionale Rückführung des Schieberblattes 14 durch das Positioniersystem. Das Schieberblatt 14 kann seine Lage in Bezug auf die gespannte Schnur 24 aufgrund verschiedener Ursachen verändern. Z. B. können die Reifen der Planiermaschine 11 sich über eine Erhebung oder eine Vertiefung im Gelände bewegen. Ebenso kann sich das Schieberblatt 14 in schwere Erde eingraben, wodurch die Planiermaschine 11 durch das Schieberblatt nach unten gezogen wird und dadurch die Reifen zusammengedrückt v/erden. In jedem dieser Fälle wird sich die Lage des Schieberblattes 14 proportional zu der Abweichung verändern, so lange die Größe dieser Abweichung innerhalb des Proportionalbandes des Positioniersystemes bleibt.

Wenn jedoch eine große Abweichung auftritt, so hat dies eine genügend große Verstellung des Schieberblattes 14 in Bezug auf die Maschine zur Folge, wodurch über Zahnstange und Ritzel der Abgriff 28 des Rückführpotentiometers 26 gegen einen der Anschläge 35 geführt wird. Die Regelwirkung ist zunächst bis zum Anschlag des Abgriffs 28 am Anschlag 35 proportional und anschließend integrierend.

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Figur 4 zeigt einen typischen Bewegungsablauf, den eine Maschine auszuführen vermag,.und die daraus resultierenden Bewegungen des Werkzeuges. Angenommen, die Maschine treffe auf ein großes liindernis, so ändert sich die Richtung des Magnetkernes 69,der durch den Abtaster 19 angetrieben ist, und es wird ein großes Fehlersignal erzeugt, welches eine entsprechende Bewegung der Hydraulikzylinder nach sich zieht, um das Schieberblatt 14 in seine entsprechende Lage zu führen. Die Linie 66 in Figur 4 zeigt die Bewegung eines solchen Hydraulikzylinders. Beim Ausgleich einer großen Abweichung durch das Positioniersystem führt der Hydraulikzylinder eine Bewegung entsprechend der Linie 66 durch, bis er eine Position erreicht, in der der Abtaster den Magnetkern 69 soweit ausgerichtet hat, daß das vom Abgriff 28 eingestellte Rückführsignal ausgeglichen wird. Wenn das Positioniersystem schnell antwortet, d.h., eine große Verstärkung aufweist, und wenn die Regelwirkung integrierend wird, dann findet in Punkt ein Überschwingen statt und anschließend eine Stabilisierung entsprechend der Linie 68. Während der Bewegung des Werkzeuges entlang der Linie 66 und bei genügend großer Regelabweichung wird der Abgriff 28 an seiner Weiterbewegung durch einen der mechanischen Anschläge 35 gehindert. Wenn der Hydraulikzylinder bei seiner Bewegung den Punkt 67 erreicht, beginnt er eine Bewegung in der anderen Richtung, um das Überschwingen auszugleichen. Bei der Bewegung des Hydraulikzylinders in der entgegengesetzten Richtung bewegt sich der Abgriff 28 von dem Anschlag hinweg ebenfalls in dieser entgegengesetzten Richtung, bis er entsprechend der Linie 68 eine feste Stellung einnimmt, Während diesem Teil der Bewegung stellen die Linien 70 und 71 den Proportionalbereich und die Linie 72 die Nullage dar. Da es sich um ein proportionales Positioniersystem handelt, muß ein Fehlersignal zwischen der Nullinie 72 und der tatsächlichen Position 68 bestehen, um das Schieberblatt 14 in eine Lage verschieden von der Nullage 72 zu verschieben.

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Angenommen, die Planiermaschine trifft nun auf ein anderes Hindernis, welche eine Abweichung verursacht, so wird der Hydraulikzylinder in eine Lage entsprechend der Linie 73 bewegt. Wenn
sich der Hydraulikzylinder bewegt, so bewegen sich ebenfalls der Ringträger 13 und die Zahnstange 25, um auf diese Weise den Abgriff 28 in seine neue Lage zu bringen. Wenn die vorliegende Abweichung klein ist, so liegt die Linie 73 innerhalb des Propor^· tionalbandes 70-71 und der Abgriff 28 wird irgendwo zwischen den mechanischen Anschlägen 35 zur Ruhe kommen.

Es sei nun angenommen, daß die Maschine auf ein anderes großes Hindernis trifft, welches sie veranlaßt,der Linie 74 zu folgen. Sobald der Abgriff 28 einen mechanischen Anschlag 35 erreicht, wird die Regelwirkung des Positioniersystems integrierend und das Schieberblatt 14 wird schnell in seine neue Lage geführt. Aufgrund der Integrationswirkung besteht die Tendenz des überschwingens, wie dies in Punkt 75 dargestellt ist. Im Punkt 75
versucht der Hydraulikzylinder, das Schieberblatt in eine Position entsprechend Linie 76 zu bringen und der Abgriff 28 wird . hierbei um einen entsprechenden Betrag von _vdem mechanischen Anschlag 35 hinweggeführt. Auf diese Weise wird ein neuer Proportionalbereich 77-78 mit einer neuen Nullposition 80 hergestellt und das Rüekführpotentiometer erhält auf diese Weise einen verschiebbaren Proportionalbereich.

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Claims

Patentansprüche

'-'A J Posxtioniersystem für das Werkzeug einer Arbeitsmaschine, insbesondere das Schieberblatt eines Planierers, mit einem ersten die Führungsgröße vorgebenden Meßwertgeber und einem zweiten die Regelgröße nachbildenden Meßwertgeber sowie mit einer beide Größen miteinander vergleichenden Schaltungsanordnung zur Gewinnung der auf das Werkzeug einwirkenden Regelabweichung, dadurch gekennzeichnet, daß der die Regelgröße nachbildende zweite Meßwertgeber (26, 28) über einen Reibantrieb (30.- 32) angetrieben ist und mit Endanschlägen (35) versehen ist.
2. Positioniersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Meßwertgeber als Potentiometer (26, 28) ausgebildet ist, dessen Abgriff (28) über den Reibantrieb (30 - 32) angetrieben und gegen feste Endanschläge (35) fahrbar ist.
3. Positioniersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Reibantrieb aus einem vom Werkzeug (14) angetriebenen Rollenpaar (31, 32) und einem darüber gespannten Reibband (30) besteht und der Potentiometerabgriff (28) am Reibband (30) befestigt ist.
4. Positioniersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstellung des Werkzeuges (14) über Zahnstange (25) und Ritzel (34) auf eine Rolle (31) des Rollenpaares übertragen wird.

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