DE2605139A1

DE2605139A1 - Vorrichtung an baggern

Info

Publication number: DE2605139A1
Application number: DE19762605139
Authority: DE
Inventors: Nils Bo Nilsson; Karl Olof Martin Oldaeus; Lars Oesten Tordenmalm
Original assignee: Akermans Verkstad AB
Current assignee: Akermans Verkstad AB
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US4044610A; SE396108B; NL7602377A; SE7502759L; DE2605139C3; DE2605139B2

Description

Äkermans Verkstad AB, Pärlgatan 5, 241 OO ESLÖV, Schweden Vorrichtung an Baggern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Baggern mit einem Unterwagen, einem diesem gegenüber drehbaren Oberwagen und einer auf dem Oberwagen montierten Grabeinheit mit Ausleger, Stiel und Löffel.

Bei mit Baggern dieser Art ausgeführten Bodenarbeiten, beispielsweise beim Ausheben von Kanalgräben, der Herstellung von Baugruben und Arbeiten unter Wasser, muss für den Grund der Aushebung in den meisten Fällen eine vorbestimmte Tiefe gewählt werden, die normalerweise von Fachleuten mit Nivellierinstrumenten bestimmt wird.

In letzter Zeit wird die Grabtiefe mittels eines neuen Instruments bestimmt, das am Bagger angebracht ist und von einem gewissen Referenzpunkt aus das infragestehende Tiefenmass bestimmt. Diese Instrumente bauen auf das Prinzip, dass sich der Luftdruck mit der Höhe über dem Meeresspiegel ändert. Es hat sich gezeigt, dass man in dieser Weise Grabtiefen mit einer Genauigkeit von bis - 100 mm messen kann. Infolge der durch die Bewegungen der Grabeinheit entstehenden, schnellen Druckänderungen werden die Messergebnisse jedoch unsicher. Die US-PS 3 779 084 bezieht sich auf eine Konstruktion dieser Art.

Ferner will man bei diesen Baggertypen die Grosse einer am Löffelhaken hängenden Last messen können, damit man nicht die Gefahr läuft, dass die Standsicherheitsgrenzen des Baggers überschritten werden. Dieses Messen wird üblicherweise so ausgeführt, dass der Fahrer den Abstand der Last von der Zentrumlinie des Baggers beurteilt und dann anhand einer Zahlentafel kontrolliert, dass die Last innerhalb zulässiger Grenzen liegt. Selbstverständlich ist dieses Verfahren ziemlich unzuverlässig, vor allem da der Fahrer meistens nicht die genaue Grosse der Last kennt. Bis jetzt ist es jedoch schwierig gewesen, zu einem massigen Preis eine einwandfrei funktionierende Vorrichtung zu schaffen, mit der

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die höchstzulässige Last bei einer gewissen Reichweite von Ausleger und Stiel kontrolliert werden kann. Die DT-AS 2 221 419 zeigt eine Vorrichtung, mit der man den Lasthub durch Messen des Auslegerwinkels im Verhältnis zur Maschine und den Hydraulikdruck in dem den Ausleger betätigenden Hydraulikzylinder messen kann. Auch diese Vorrichtung funktioniert jedoch bei weitem nicht einwandfrei.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der man in äusserst einfacher und sicherer Weise vom Führerstand aus die Grabtiefe kontrollieren kann. Ferner soll diese Vorrichtung in einer solchen Weise ergänzt werden, dass man kontrollieren kann, dass der Lasthub innerhalb der höchstzulässigen Sicherheitsgrenzen erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zumindest am Ausleger und am Stiel Winkelmesser angebracht sind, die mit Hilfe der Schwerkraft den Winkel des Auslegers bzw. des Stiels im Verhältnis zur Horizontalen messen und an ein gemeinsames Auswertinstrument angeschlossen sind, das mit Ausgang von der Länge des Auslegers und des Stiels die Grabtiefe od.dgl. mittels der empfangenden Werte anzeigt.

Weitere Erfindungsmerkma'le ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 schematisch und in Seitenansicht einen gemäss der Erfindung eingerichteten Bagger,

Fig. 2 und 3a und 3b im Schnitt die erfindungsgemässen Winkelmesser, und

Fig. 4 und 5 in der Form von Schaltbildern das Einschalten der gemäss der Erfindung benutzten Messglieder in zweckdienliche Kreise.

Fig. 1 zeigt schematisch einen herkömmlichen Bagger mit einem Unterwagen 10, einem darauf schwenkbar gelagerten Oberwagen 11, einem am Oberwagen gelagerten Ausleger 12 und einem mit dem Ausleger schwenkbar verbundenen Stiel 13, mit dessen vom Ausleger

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abgewandten Ende ein Löffel schwenkbar verbunden ist. Ausleger, Stiel und Löffel werden wie üblich hydraulisch betätigt.

Am Ausleger 12 und am Stiel 13 sind Winkelmesser 17 gemäss der Erfindung an einem solchen Punkt befestigt, dass sie bei der Arbeit des Baggers nicht beschädigt werden. Die Winkelmesser können verschiedener Ausführung sein, wie in Fig. 2 und 3a und 3b gezeigt ist. Gemäss Fig. 2 besteht der Winkelmesser 17' aus einem Gehäuse 19, einem daran befestigten Deckel 20 und Befestigungsgliedern 21 zur Verbindung des Gehäuses mit dem betreffenden Teil des Baggers. Im Gehäuse 19 ist ein Potentiometer 22 untergebracht, das an der Innenseite des Deckels 20 befestigt ist. Das Potentiometer 22 hat eine Achse 23, an der eine Platte 24 befestigt ist. An einem Punkt am Umfang der Platte ist ein Gewicht 25 befestigt. Innerhalb des Gehäuses 19 ist auch ein Magnet 26 fest angebracht. Das Potentiometer 22 ist ein sog. Sinuspotentiometer, dessen Ausgangssignale zu dem Sinus desjenigen Winkels, um den die Potentiometerachse 23 und der ortsfeste Teil des Potentiometers 22 im Verhältnis zueinander gedreht sind, direkt proportional sind. Aus Fig. 2 geht hervor, dass sich die Platte 24 mit dem Gewicht 25 infolge der Schwerkraft stets in derselben Stellung befindet, während der ortsfeste Teil des Potentiometers 22 infolge seiner festen Verbindung mit dem dazugehörigen Teil der Grabeinheit über den Deckel 20, das Gehäuse und die Befestigungsglieder 21 um verschiedene Winkel im Verhältnis zur Platte 24 in Abhängigkeit von der Schwenklage des Grabeinheitteils gedreht sein wird. Mittels des Potentiometers 22 mit seiner pendelausgerüsteten Achse kann man somit in einfacher Weise den Winkel des Grabeinheitteils im Verhältnis zur Horizontalen bestimmen. Der Magnet 26 im Gehäuse 19 soll Schwenkbewegungen der Platte 24 mit dem Gewicht 25 entgegenwirken, und zu diesem Zwecke kann das Gehäuse 19 auch zweckdienliche Dämpfungsmittel enthalten. Am Deckel 20 ist ein elektrischer Anschluss 27 zum Anschluss der Potentiometerklemmen an äussere Leitungen vorgesehen.

Fig. 3a und 3b zeigen einen Winkelmesser 17" einer anderen Ausführung, bei der eine platte Stange 28, wie bei 29 gezeigt, an ihrem einen Ende mit einem Gehäuse 37 über einen am einen Ende

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des Gehäuses befestigten Deckel 34 fest verbunden ist. Die platte Stange 28 trägt an ihrem vom Befestigungsende abgekehrten Ende ein Gewicht 30. Dehnungsmessstreifen 31 sind mit dem Befestigungsende der platten Stange 28 verbunden und durch Leitungen 32 in einer Brückenschaltung geschaltet. Das Gehäuse 37 enthält ein Dämpfungsmittel zum Dämpfen der Schwingungen der Stange 28. Der Deckel 34 hat einen elektrischen Anschluss 33, durch den die Brückenschaltung mit den Dehnungsmessstreifen an einen Aussenkreis anschliessbar ist. Bei verschiedenen Winkellagen des den Messer 17" tragenden Baggerteils wird die platte Stange 28 mit dem Gewicht 30 verschiedene Winkellagen im Verhältnis zur Längsachse des Gehäuses 27 einnehmen, und diese Winkellagen werden mit Hilfe der Dehnungsmesstreifen festgestellt, von denen in derselben Weise wie vom Potentiometer gemäss Fig. 2 Ausgangssignale erhalten werden.

Mit den Vorrichtungen gemäss Fig. 2 und 3a und 3b kann man in einfacher Weise und unabhängig von der Winkellage des Unterwagens 10 zum Oberwagen 11 die Winkellage des Auslegers 12 und des Stiels 13 feststellen. Um einen genauen Wert zu erhalten, könnte man natürlich auch am Löffel 14 einen Winkelmesser 17 anbringen, aber dieser würde dann während der Arbeit beträchtlichen Beanspruchungen ausgesetzt sein, weshalb man vorzugsweise hierauf verzichtet und stattdessen den Löffelwinkel im Verhältnis zum Stiel mit sehr geringen Fehlern approximiert. Die mit Hilfe der Winkelmesser 17 des Auslegers und des Stiels erhaltenen Messwerte werden zum Messen der Grabtiefe ausgenutzt, und zwar wie folgt. Aus Fig. 1 geht hervor, dass eine Anzahl konstanter Grossen vorliegen, und zwar die Werte 1 , 1, , 1. und 1, , welche die Länge

a id c η

des Auslegers und des Stiels zwischen den Lagerpunkten, den Schwenkhalbmesser des Löffels bzw. die Höhe der Auslegerbefestigung über dem Boden bezeichnen. Die Grabtiefe, welche mit 1 bezeichnet ist, wird dann aus der folgenden Gleichung erhalten

1 = 1, + 1 sin α + 1 sin 3-1 =
χ h a b c

1 sin α + 1 sin β + Konstante.
a D

Es sei bemerkt, dass der Winkel β in Fig. 1 negativ ist, weshalb der Ausdruck 1, sin β ebenfalls negativ wird.

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Zur raschen Feststellung der Grabtiefe können die Ausgangssignale von den Messgliedern 17 einem zweckmässigen Kreis zugeführt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Aus dieser Figur geht hervor, dass die Ausgangssignale zunächst in Proportion zur Länge des betreffenden Grabeinheitteils verstärkt werden, wonach sie zusammen mit 1, summiert werden. Mit Hilfe des in Fig. 4 gezeigten, linearen Potentiometers 1 kann der Referenzpegel (Nullpegel) innerhalb der gesamten Reichweite des Baggers gewählt werden. Dann werden die Signale zu einer Betriebsstufe und von dort zu einem Zeigerinstrument oder einem digitalen, in m gradierten Schalttafel-Messinstrument geleitet.

Durch einfache Ergänzung können die Messglieder 17 auch zur Berechnung des Kippmoments M . benutzt werden, das bei Belastung des Löffels 14, beispielsweise bei einem Lasthub mittels des Löffelhakens 35, auf den Bagger ausgeübt wird. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird zu diesem Zweck durch ein Messglied zum Messen der Hubkraft des Auslegerzylinders ergänzt. Vorzugsweise wird auch ein weiterer Winkelmesser am oberen Ende (nicht gezeigt) des Auslegerzylinders angebracht. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann die Hubkraft des Auslegerzylinders mittels eines Messgliedes am unteren Ende des Auslegerzylinders 16 gemessen werden, obgleich vorzugsweise an der Kolbenstange des Auslegerzylinders ein Kraftgeber angebracht wird.

Das Kippmoment M wird unter Hinweis auf Fig. 1 wie folgt

s <-

berechnet. Die in diesem Falle ausgenutzten, konstanten Grossen sind die Auslegerlänge 1 , die Stiellänge 1, , der Abstand r von der Auslegerbefestxgung zum Kolbenstangenlenker des Auslegerzylinders und der waagerechte Abstand a von der Auslegerbefestxgung zum Kippunkt. Das durch eine im Löffel 14 ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft F verursachte Moment, einschliesslich des Eigengewichts der Einheit, beträgt

M = T χ r χ sin γ

T ist die Druckkraft des Auslegerzylinders und γ ist der Winkel zwischen der Längsrichtung des Auslegerzylinders und einer geraden Linie zwischen der Auslegerbefestxgung und dem Kolbenstangenlenker, welcher Winkel γ mittels der genannten zusätzlichen

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Winkelmesser gemessen wird.

Es wird angenommen, dass das obengenannte Moment M durch die resultierende Kraft F im Löffelhaken 35 verursacht wird, so dass

M = F (1 cos α + 1, cos β + 1 ) = F U r a D so r

wo 1 der waagerechte Abstand zwischen dem äusseren Stiellenker so

und dem Löffelhaken 35 ist.

Das Kippmoment M , wird dann

S L

^Mst ^{= F}r ^(ü ~ ^{a) =} Ü ^(U " ^{a) = M {1} ~ §*

^Mst ^{= kT}c ^Sin Y ⁽¹ -

wo T der Druck im Auslegerzylinder ist, und k die Kolbenfläche, die als konstant vorausgesetzte Reibung, und r einschliesst.

Wie beim Messen der Grabtiefe werden mittels der Winkelmesser 17 Ausgangssignale erhalten, und unter Hinweis auf Fig. 5 werden zur Momentmessung die Cosinuswerte benutzt, die zusammen

mit einem 1 darstellenden Wert zum Wert U summiert werden. so

Der Wert für a, der unter Hinweis auf Fig. 1 negativ ist, wird einer Dividierstufe zugeführt, wie auch der Wert für U, wodurch der Wert - ~ erhalten wird. Auf der nächsten Stufe wird der Wert 1 - |y gebildet, und dieser Wert wird einem Druckgeber zugeführt, wobei eine Multiplikation erhalten wird. Dieses Signal wird seinerseits einem Sinuspotentiometer für den Winkel Y zugeführt, wobei auch hier eine Multiplikation erhalten wird. Ueber eine Betriebsstufe steuert das endgültige Signal ein Zeigerinstrument, das also das Kippmoment anzeigt. Wie unten in Fig. 5 gezeigt ist, kann ein Komparator angeschlossen werden, der das Kippmoment mit dem rückstellenden Moment M . vergleicht, wobei eine Lampe aufleuchtet, wenn M gleich oder grosser ist als f χ M , wo f einen Sicherheitsfaktor darstellt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass man mit äusserst einfachen Mitteln in sicherer Weise die aktuelle Grabtiefe feststellen kann, und dass man durch eine einfache Ergänzung dieser Mittel eine Anzeige des auf den Bagger ausgeübten Kippmoments bei Belastung des Baggerlöffels erhalten kann.

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