DE2510477C3

DE2510477C3 - Hydraulischer Schaufelbagger

Info

Publication number: DE2510477C3
Application number: DE2510477A
Authority: DE
Inventors: Anthony Clubley Gwent Wales Armstrong
Original assignee: Hymac Ltd Great Britain
Current assignee: Hymac Ltd Great Britain
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1975-03-11
Publication date: 1981-10-08
Also published as: JPS50127402A; CA1018485A; SE7502719L; FR2264139B1; DE2510477A1; DE2510477B2; GB1472069A; US3952890A; FR2264139A1

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schaufelbagger mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.

Mit einem Schaufelbagger soll häufig Material von einer flachen Oberfläche abgetragen werden, derart, daß sich wieder eine Fortsetzung der Ebene ergibt, auf der die Maschine dann verfahren werden kann. Es wird demnach angestrebt, daß die Schaufel eine Bewegung parallel zur Aufstandsfläche des Baggers ausführt, um die Materialabtragung zu bewirken. Im allgemeinen müssen für diese Arbeit simultan der Hebezylinder und der Schiebezylinder betätigt werden, was große Fertigkeiten des Bedienungspersonals erfordert

Ein Schaufelbagger mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der GB-PS 13 43 097 bekannt Nach den Ausführungen in dieser Druckschrift wird angestrebt diese niveaugleiche Bewegung der Schaufel durch Betätigung nur eines Zylinders bewirken zu können, doch zeigt sich, daß dieses angestrebte Ergebnis nicht zufriedenstellend erreicht wird, da die Schaufel eine nach unten gerichtete Bewegung ausführen wird.

Der Fahrzeugrahmen, der Auslegerarm, ein Schaufelannabschnitt zwischen der Anlenkung an den Auslegerarm und der Anlenkstelle des Hebezylinders bilden nämlich ein Gelenkviereck mit einer solchen KonRguration, daß der genannte Schaufelarmabschnitt — weil er seitlich gegenüber der Verbindungslinie zwischen dem Gelenk Auslegerarm/Schaufelarm einerseits, Schaufelarm/Schaufel andererseits versetzt ist, bei Betätigung des Schiebezylinders einen Winkel durchläuft, der sich

ίο beidseits der Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt des Hebezylinders an den Fahrzeugrahmen einerseits und dem Anlenkpunkt des Schaufelarms an den Auslegerarm andererseits erstreckt In einer Mittelstellung liegen demnach die beiden letztgenann-

ϊ5 ten Gelenke sowie die Anlenkstelle des Hebezylinders am Schaufelarm auf einer Geraden; in der Ausgangsendstellung stehen die beiden an den Fahrzeugrahmen angelenkten Komponenten »überkreuz«. Eine derartige Auslegung erlaubt nur für eine bestimmte Länge des Hebezylinders allenfalls eine auf einem kurzen Stück einer Geraden parallel zur Baggeraufstandsfläche verlaufende Bewegungsbahn der Schaufeischneide.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Schaufelbagger mit den Merkmalen, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannt sind, derart weiterzubilden, daß die Schaufel die gewünschte niveaugleiche Bewegung praktisch über den gesamten Ausfahrbereich des Schiebezylinders auszuführen vermag, und zwar auch bei unterschiedlichen Ausfahrlängen des Hebezy linders. Damit soll auch die Bedienung für den Baggerfahrer weitgehend vereinfacht werden, da die Niveaueinstellung mittels Hebezylinder vorgenommen wird, die Schaufelarbeit aber mittels des Schiebezylinders allein.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Der Patentanspruch 2 nennt Merkmale, die vorzugsweise vorgesehen werden, um die Orientierung der Schaufel während der Baggerarbei, konstant zu halten. Der Patentanspruchs nennt eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Baggers nach Patentanspruch 1. Anhand von Ausführungsbeispielen und geometri sehen Darstellungen in der Zeichnung wird ein Schaufelbagger nach der Erfindung erläutert Es zeigt F i g. 1 schematisiert einen Schaufelbagger und Fig.2(a) und (b) geometrische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des Baggers nach Fig. 1.

In den nachfolgenden Ausführungen ist immer nur von »dem« Hebezylinder und »dem« Schiebezylinder die Rede, doch versteht es sich, daß mehrere derartige Zylinder zueinander parallel vorgesehen sein können.

Fig. 1 zeigt einen hydraulischen Schaufelbagger mit einem Fahrzeugrahmen 1, der auf einem mit Rädern bestückten Chassis 2 ruht Mittels einer Anlenkstelle 4 ist die Schaufel 3 an einem Ende eines Sehaufelarms 5 angelenkt der in einer Anlenkstelle 6 mit einem Ende eines Auslegerarms 7 verbunden ist Der Auslegerarm 7 ist über eine Anlenkstelle 8 an dem Fahrzeugrahmen 1 angelenkt Der Auslegerarm 7 ist kürzer als der Schaufelarm 5, so daß dann, wenn beide Arme nahezu vertikal stehen, die Schaufel 3 sehr nahe bis an das Chassis 2 herangeführt werden kann. Dabei steht der Auslegerarm 7 nahezu vertikal, so daß es keine Schwierigkeiten für Arbeiten nahe einer Wand oder einem Hang gibt. Eine Schiebezylinder 9 erstreckt sich

von der Anlenkstelle 8 bis zu einer Anlenkstelle 10 an einem Zwischenpunkt des Schaufelarms 5, Ein Hebezylinder ti erstreckt sich von einer anderen Anlenkstelle 12 des Schaufelarms 5 zu einer Anlenkstelle 13 am Fahrzeugrahmen 1, Die Schaufel 3 kann mittels eines Sehaufelzylinders 14 verstellt werden, der mit einem Ende an ein Gelenk 15 eines Lenkers 16 angelenkt ist, welcher in einem Gelenk 17 an den Schaufelarm 5 angelenkt ist Eine Stange erstreckt sich von dem Gelenk 15 zu einem Gelenk 19 an der Schaufel 3. Das ι ο andere Ende des Sehaufelzylinders 14 ist in einem Gelenk 21 an einem Dreieckglied 20 angelenkt, das seinerseits um die Anlenkstelle 6 am Ende des Auslegeranns 7 schwenkbar ist und über einen Lenker 22, angelenkt mittels eines Gelenks 23, schwenkbeweg- is lieh in einem Gelenk 24 mit dem Fahrzeugrahmen 1 verbunden ist

Fig. 1 macht deutlich, daß dann, wenn der Schiebezylinder 9 auf konstanter Länge eingestellt ist, der Winkel zwischen dem Auslegerarm 7 und dem Schaufelarm 5 konstant gehalten wird und das Ausfahren des Hebezylinders 11 bewirkt, daß beide Arme 7 und 5 um die Anlenkstelle 8 schwenken, wobei die Schaufel 3 gehoben wird. Wenn der Schiebezylinder 9 nicht soweit ausgefahren ist, wird zwar die Schaufel 3 über eine kürzere Strecke für eine gegebene Winkelbewegung der Arme gehoben infolge des kürzeren wirksamen Radius der Anlenkstelle 12 um die Anlenkstelle 8 infolge Änderung der Schiebezylinderlänge, doch wi. J die Schaufel 3 nur um eine geringfügig kleinere Höhe gehoben, jeweils für eine gegebene Ausfahrstellung des Hebezylinders 11.

Wenn eine niveaugleiche Ausbaggerung gewünscht wird, so fährt man den Hebezylinder 11 auf eine Länge aus, bei der die Schaufel 3 die gewünschte Niveauhöhe annimmt, und dann wird der Schiebezylinder ausgefahren. Solange der Schiebezylinder 9 beinahe vollständig eingefahren ist, ist der Winkel zwischen dem Schaufelarm und dem Auslegerarm 7 klein und die Schaufel 3 befindet sich relativ nahe bei den Rädern des Chassis. Dabei wird das Viereck, gebildet vom Auslegerarm 7, dem Abschnitt des Schaufelarms 5 zwischen den Anlenkstellen 6 und 12, dem Hebezylinder 11 und dem Teil des Fahrzeugrahmens 1 zwischen den Gelenken 8 und 13 derart deformiert, daß die Schaufel 3 sich auswärts von dem Chassis wegbewegt längs einer im wesentlichen horizontalen Strecke. Die Geometrie des Auslegerarms 7, des Hebezylinders 11 und ihrer Anlenkpunkte an dem Fahrzeugrahmen 1 sowie dem Schaufelarm 5 ist so bemessen, daß die Deformation des so Vierecks die gewünschte, im wesentlichen niveaugleiche Wegbewegung der Schaufel zur Folge hat

Beim Ausfahren des Hebezylinders 11 wird die Schaufel 3 angehoben und bei entsprechender Auslegung der oben beschriebenen Geometrie führt die Schaufel wiederum eine im wesentlichen niveaugleiche Bewegung, jedoch auf größerer Höhe aus, wenn man den Schiebezylinder 9 betätigt, während der Hebezylinder 11 wiederum auf konstanter Ausfabrlänge gehalten bleibt

Die mit 14 bis 24 bezeichneten Teile bilden ein Parallelogrammgestänge mittels dem die räumliche Orientierung der Schaufel 3 während der Bewegung der Arme 5 und 7 im wesentlichen konstant gehalten wird. Da der Schaufelzylinder 14 einen Teil des Gestänges bildet, ergibt sich kein ganz exaktes Parallelogramm und die Orientierung der Schaufel 3 bleibt mithin nicht immer genau gleich, jedoch hinreichend konstant für die

Baggerarbeit

Im Ausführungsbeispiel ist der Schiebezylinder 9 ober die Anlenkstelle 8 am Fahrzeugrahmen 1 angelenkt. Er könnte jedoch auch an einem anderen Gelenk des Fahrzeugrahmens oder des Auslegerarms 7 angelenkt sein. Die Anlenkung des Schiebezylinders 9 an einer anderen Stelle des Fahrzeugrahmens 1 als an der Anlenkstelle 8 führt zu einer Wechselwirkung zwischen Hebezylinder und Schiebezylinder derart, daß man den Arm 5 um die Anlenkstelle am Arm 7 drehen lassen kann. Je nachdem, wo das Gelenk des Schiebezylinders am Fahrzeugrahmen angeordnet ist, kann man erreichen, daß beim Heben durch Betätigen des Hebezylinders 11 mit dem Schiebezylinder 9 auf konstante Ausfahrlänge, die Schaufel einwärts fährt oder auswärts fährt Dies kann ausgenutzt werden, um die Auslegerdistanz der Schaufel bei Bodenniveau zu begrenzen, am Ende der geraden Strecke bei niveaugleicher Arbeit Um diesen Effekt zu erzielen, würde das Gelenk des Schiebezylinders an dem Fahrzeugrahmen oberhalb der Anlenkstelle 8 zu positionieren seil·..

Ferner ist im Ausführungsbeispiel der Arm 5 im wesentlichen gerade. Es sind jedoch auch Konstruktionen möglich, bei denen der Schaufelarm eine abgekröpfte oder L-förmige Gestalt besitzt und die Anlenkstellen 12 uivJ 10 nicht auf derselben Linie liegen, die die Anlenkstellen 4 und 6 miteinander verbindet

F i g. 2 zeigt in Diagrammform die Wirkungsweise des Gelenkvierecks bei niveaugleicher Baggerarbeit der Schaufel 3 nach Fig. 1. Die vier Ecken A, B, £"bzw. D des Gelenkvierecks gemäß Fig.2 entsprechen den Anlenkstellen 8,6,12 bzw. 13 des Baggers nach Fi g. 1, und die Linie BEC der Fig.2 symbolisiert den Schaufelarm 5. Das Viereck AB'E'D symbolisiert das Gelenkviereck ABED in einer zweiten Position, die durch Bewegung des Punktes Czu Chin entstanden ist Um die gewünschte niveaugleiche Bewegung der Schaufel zu erzielen, d. h. die Bewegung des Punktes C längs einer Linie XY, ist es erforderlich, <iaß das jeweilige Drehzentrum der Linie BEC auf einer Linie liegt, die senkrecht steht zur Linie XY\m Punkte C, d. h. auf einer Linie CP. Damit dies so ist, müssen die Linien AB und DE, wenn man sie verlängert, sich in einem Punkte F auf der Linie CP schneiden. Für kleine Bewegungen ist der Punkt F das Zentrum der Drehbewegung der Linie BEC Bei der Deformation des Gelenkvierecks ABED bewegt sich der Punkt F nach rechts gemeinsam mit dem Punkt C, wenn auch nicht genau mit der gleichen Geschwindigkeit Man kann jedoch dafür sorgen, daß dann, wenn sich der Punkt C bei C befindet, des Schnittpunkt F' der Linien ΑΒ'υηά DE'sich auf der Linie CQ befindet, die senkrecht steht auf der Linie XY. Wie zuvor wird der Punkt F' das augenblickliche Zentrum der Drehung der Linie B'E'C

Obwohl zwischen den Punkten C und C das augenblickliche Drehzentrum der Linie BEC nicht auf einer Linie liegt, die senkrecht auf der Linie A¹KdUrCh den Punkt C liegt, ist die Abweichung sehr klein und infolgedessen ist die Abweichung des Punktes Cvon der Linie ΛΎ vernacnlässigbar. Jenseits des Punktes Chat der geometrische Ort des Endes C der Linie BEC die Tendenz, nach oben abzubiegen, also sich von der Linie XY zu entfernen, und dies ist durch den Punkt C" angedeutet. Der Grund liegt darin, daß das augenblickliche Zentrum F"sirh links des Punktes C" befindet, und dies hat in der Praxis zur Folge, daß der geringfügigen Vorwärtskippbewegung des Baggers entgegengewirkt wird, wenn sich das auf den Fahrzeugrahmen wirkende

Drehmoment durch das Schaufelgewicht infolge des längeren Hebelarms, wenn dieser weiter ausgefahren ist, weiter vergrößert.

Um die Positionen für den Punkt £ (Anlenkstelle 12) und Punkt D (Anlenkstelle 13) zu finden, wobei die Längen des Schaufelarms 5 und des Auslegerarms 7 und die Höhe gegeben sind, bei der die niveaugleiche Baggerarbeit gewünscht wird, genügt es, die Linien AB und ÖCsowie AB'und 0'C'für zwei Punkte Cbzw. C'zu konstruieren, bei denen die niveaugleiche Baggerarbeit genau eingehalten ist. Die Linien CP und CQ senkrecht zur Linie XY, welche die Höhe des Schaufelgelenks 4 (Fig. 1) symbolisieren, werden gezogen und dann die Linien AB und AB' so weit verlängert, daß sie die Punkte Fbzw. F'auf den Linien CPbzw. CQdefinieren. Nun ist es erforderlich, die beiden Punkte Fund f'auf den Linien BC bzw. B'C zu finden derart, daß BE gleiche Länge besitzt wie B¹E' und derart, daß der Winkel FEE' gleich groß ist wie der Winkel F'E'E'. Wenn E und E' festgelegt worden sind, werden die Linien FEund F¹E'extrapoliert derart, daß sie sich in D schneiden. Damit können die vier Punkte des Gelenkvierecks bestimmt werden, um eine niveaugleiche Baggerarbeit längs Linie .YKsicherzustellen.

Eine im wesentlichen in einer Horizontalebene erfolgende Baggerarbeit bei höherem Niveau ist in F i g. 2(b) dargestellt, wobei das Gelenkviereck in zwei Positionen dargestellt wurde, nämlich A\B\E\D\ bzw. AtB₂E₂Dt,entsprechend den Schaufelpositionen C\ bzw. C2. Man erkennt, daß die Längen der Linien D1F1 bzw. D]£2 in Fig.2(b), welche den Hebezylinder 11 aus F i g. 1 symbolisieren, länger sind als die entsprechenden Linien AB, AB' und AB" aus Fig. 2(a), und zwar wegen des höheren Niveaus der Schaufel. Wenn die niveaugleiche Baggerarbeit in mehr als einer Höhenlage der Schaufel gewünscht wird, ist es möglich, die Beziehung zwischen den Längen des Schaufelarms 5 und des Auslegerarms 7 zu verändern, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.

Die obige Erläuterung der Art und Weise, wie niveaugleiche Baggerarbeit erreicht werden kann, kann ausgedehnt werden auf den Fall eines abgekröpften Schaufelarms, in welchem Falle die gerade Linie ßZfder abgeknickte oder abgekröpfte Linie. Die anderen Linien B: E', C, B", E", C", B₁EtQ und Bi, E₂, C₂ der F i g. 2(a) bzw. 2(b) würden ersetzt durch Linien in der gleichen Form wie die der Linie BEC Bei der Bestimmung der relativen Position der Punkte B und E, damit man die gewünschte, im wesentlichen in einer Ebene erfolgende Bewegung des Punktes C erzielt, ist es möglicherweise vorzuziehen, wenn nämlich die Linie BEC bei E abgeknickt ist, die Linie DE zu extrapolieren, um den Punkt F aufzufinden und dann die Punkte B und A zu positionieren unter Anwendung der oben erläuterten Methode.

Die niveaugleiche Baggerarbeit ist nur ein Sonderfall der generell geradlinigen Baggerbewegung, die auch in

•■λ anderen Richtungen einschließlich der vertikalen möglich ist, indem man den Verlauf der Linie XY entsprechend verändert.

Da der Schiebezylinder 9 und der Hebezylinder 11 beide zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem Schaufelarm 5 wirksam sinH, Wonnen Bedingunger! eintreten, unter denen der Auslegerarm 7 gegen das Chassis gedruckt wird. Wenn der Schiebezylinder 9 vollständig eingefahren ist und der Hebezylinder 11 ausgefahren wird, so schwenkt der Auslegerarm 7 im

_>> Gegenuhrzeigersinne (Fig. 1) um die Anlenkstelle 8, und es ist unbedingt notwendig, eine exzessive Bewegung in dieser Richtung zu vermeiden, damit nicht der Fahrzeugrahmen 1 beschädigt wird. Eine solche zusätzliche Bewegung könnte eintreten, wenn eine weitere Einziehbewegung des Schiebezylinders 9 nötig wäre, oder der Hebezylinder 11 ausgefahren würde. Um diese Gefahr zu vermeiden, kann ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Hydraulikventil an oder nahe dem Auslegerarm 7 vorgesehen werden, um in diesem Fall eine weitere Einfahrbewegung des Schiebezylinders 9 oder Ausfahrbewegung des Hebezylinders 11 zu verhindern. Zum Beispiel könnte das Ventil betätigt werden durch die Annäherung eines Teils des Auslegerarms 7 und eines Anschlags an den Teilen des Fahrzeugrahmens 1. Anstatt ein solches Hydraulikventil von dem Auslegerarm 7 betätigen zu lassen, könnte auch eine mechanische Verbindung vorgesehen werden, um den Steuerventilhebel in der Kabine zwangsweise zu

Γ i g.

KUlUC UUII.II CIIIC ClltSpi ClMICIIU Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Hydraulischer Schaufelbagger mit einer Schaufel, die an einem Ende eines Sehaufelarms angebracht ist, dessen anderes Ende an einem Auslegerarm angelenkt ist, der seinerseits gelenkig mit einem Fahrzeugrahmen verbunden ist, mit mindestens einem an dem Schaufelarm angelenkten Schiebezylinder, mittels welchem der Schaufelarm gegenüber dem Fahrzeugrahmen bewegbar ist und mit mindestens einem Hebezylinder, der am Fahrzeugrahmen und am Schaufelarm angelenkt ist, um eine Winkeländerung des Auslegerarms bezüglich des Fahrzeugrahmens zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerarm (7) kürzer ist als der Schaufelarm (5) und daß die Anlenkstellen (13,12) des Hebezylinders (11) an dem Fahrzeugrahmen (1) und an dem Schaufelarm (5) so bezüglich der Anlenkstellen (8,6) der beiden Enden des Auslegerarms (7) festgelegt sind, daß bei derjenigen Länge des Hebe*ylinders (11), bei der die Schaufel (3) sich etwa in Höhe der Aufstandsfläche des Baggers befindet, eine gerade Linie (D, E) durch die Anlenkstellen (12, 13) des Hebezylinders (11) eine gerade Linie (A, B) durch die Anlenkstellen (6,8) des Auslegerarms (7) in einem Punkt (F) schneidet, welcher im wesentlichen vertikal über der Anlenkstelle (4 bzw. C) der Schaufel (3) an dem Schaufelarm (5) bleibt, wenn der Schaufelarm (5) allein unter der Wirkung des Schiebezylinders (9) bewegt wird.

2. Hydraulischer Schaufelbagger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Parallelogrammgestänge, das sich von dem Fahrzeugrahmen (1) über den Auslegerarm (7) und den Schaufelarm (5) bis zu der Schaufel (3) erstreckt utid einen Schaufelzylinder (14) für die Einstellung der Schuufelposition umfaßt

3. Hydraulischer Schaufelbagger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlenkstelle (6) des Sehaufelarms (5) am Auslegerarm (7), die Anlenkstelle (12) des Hebezylinders (11) am Schaufelarm (5) und die Anlenkstelle (4) der Schaufel (3) am Schaufelarm (5) etwa auf einer Geraden liegen.