DE2605139C3

DE2605139C3 - Vorrichtung zum Messen und Anzeigen der Grabstellung des Löffels eines Tieflöffelbaggers

Info

Publication number: DE2605139C3
Application number: DE2605139A
Authority: DE
Inventors: Nils Bo Esloev Nilsson; Karl Olof Martin Landskrona Oldaeus; Lars Oesten Soedra Sandby Tordenmalm
Original assignee: AAKERMANS VERKSTAD ESLOEV (SCHWEDEN) AB
Current assignee: AAKERMANS VERKSTAD ESLOEV (SCHWEDEN) AB
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-02-10
Publication date: 1980-09-11
Also published as: DE2605139A1; SE7502759L; DE2605139B2; US4044610A; NL7602377A; SE396108B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen der momentanen Grabstellung des Löffels eines hydraulisch betätigten Tieflöffelbaggers mit einem Unterwagen, einem diesem gegenüber drehbaren Oberwagen und einer auf dem Oberwagen montierten Arbeitsausrüstung mit Ausleger, Stiel und Löffel.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 52 279) wird die Grabtiefe mittels eines Instruments angezeigt, 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. Zur Überwachung der Grabtiefe ist eine mit Flüssigkeit gefüllte Rohrleitung vorgesehen, die sich vom Oberwagen des Baggers entlang dem Ausleger und Stiel bis zum Löffel erstreckt. Mit Hilfe des Flüssigkeitsdruckes in der Rohrleitung wird hierbei die Abbaustellung des Baggers überwacht. Es hat sich gezeigt, daß man in dieser Weise Grabtiefen mit einer Genauigkeit von ±100 mm messen kann. Infolge der durch die Bewegungen der Arbeitsausrüstung entstehenden, schnellen Druckänderungen werden die Meßergebnisse jedoch unsicher. Eine derartige Vorrichtung ist außerdem schwierig einzubauen und gegenüber den bei Baggern auftretenden Beanspruchungen äußerst empfindlich. Ein weiterer Nachteil ist die geringe Genauigkeit der Anzeige.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum Messen und Anzeigen der momentanen Grabstellung bei einem Tieflöffelbagger zu schaffen, die bei möglichst einfacher und robuster

ίο Bauweise ein Höchstmaß an Genauigkeit ergibt.

Nach der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen der momentanen Grabstellung des Löffels eines hydraulisch betätigten Tieflöffelbaggers mit einem Unterwagen, einem diesem gegenüber

drehbaren Oberwagen und einer auf dem Oberwagen montierten Arbeitsausrüstung mit Ausleger, Stiel und Löffel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens am Ausleger und am Stiel Neigungswinkelmesser angeordnet sind, die mittels der Schwerkraft den Winkel des Auslegers und des Stiels zur Horizontalen messen und an ein gemeinsames Auswertinstrument angeschlossen sind, das aus den von den Winkeln und den Längen von Ausleger und Stiel eingehenden Meßwerten die Grabtiefe und Ausladung der Arbeitsausrüstung ermit-

telt und anzeigt Hierdurch werden eine genaue Grabtiefe und Ausladung der Baggerausrüstung auch dann angezeigt, wenn der Unterwagen schief steht.

Die Neigungswinkelmesser sind zweckmäßig als Pendelpo:;ntiometer ausgebildet, deren Ausgangssi-

jo gnal proportional dem Sinus des Winkels des Auslegers und des Stiels zur Horizontalen ist. Die Neigungswinkelmesser können auch aus am Ausleger und Stiel befestigten, frei vorstehenden und vorzugsweise am freien Ende mittels eines Gewichts belasteten Hebeln

λ und an deren Befestigungsstellen befestigten Dehnungsmeßstreifen bestehen. Am Auswertinstrument ist vorteilhaft auch ein Meßfühler angeschlossen, dessen Signal der Hubkraft des zur Betätigung des Auslegers vorgesehenen Hydraulikzylinders proportional ist, wobei das Auswertinstrument aus diesem Signal und den zugeführten Meßwerten eine Anzeige des von einer Last ausgeübten Kippmoments des Baggers liefert. Dadurch sollen die Standsicherheitsgrenzen des Baggers nicht überschritten werden.

Die DE-OS 22 21 419 zeigt schon eine Vorrichtung, mit der man den Lasthub durch Messen des Auslegerwinkels im Verhältnis zur Maschine über ein mechanisches Lenkergetriebe und des Hydraulikdrucks in dem den Ausleger betätigenden Hydraulikzylinder kontrolliercn kann.

Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 schematisch und in Seitenansicht einen Tieflöffelbagger,

Fig.2, 3a und 3b im Schnitt Neigungswinkelmesser und

F i g. 4 und 5 Schaltbilder von Einschaltkreisen.
F i g. 1 zeigt einen Tieflöffelbagger 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 abgewandten Ende ein Löffel 14 schwenkbar verbunden

b5 ist. Ausleger, Stiel und Löffel 14 werden wie üblich hydraulisch betätigt.

Am Ausleger 12 und am Stiel 13 sind Neigungswinkelmesser 17 an einem solchen Punkt befestigt, daß sie bei

der Arbeit des Baggers nicht beschädigt werden. Die Winkelmesser können verschiedener Ausführung sein, wie in F i g. 2 und 3a und 3b gezeigt ist Gemäß F i g. 2 besteht der Winkelmesser aus einem Pendelpotentiometer 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 Poteniometerachse 23 an der ortsfeste Teil des Potentiometers 22 im Verhältnis zueinander gedreht sind, direkt proportional sind. Aus F i g. 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 Baggerausrüstung über den Deckel 20, das Gehäuse 19 und die Befestigungsglieder 21 um verschiedene Winkel im Verhältnis zur Platte 24 in Abhängigkeit von der Schwenklage des Baggerteils gedreht sein wird. Mittels des Potentiometers 22 mit einer mit Pendel ausgerüsteten Achse kann man somit in einfacher Weise den Winkel des Baggerteils im Verhältnis zur Horizontalen bestimmen. Der Magnet 26 im Gehäuse 19 soll Schwenkbewegungen der Platte 24 mit dem Gewicht 25 entgegenwirken, und zu diesem Zweck kann das Gehäuse 19 auch zweckdienliche Dämpfungsmittel enthalten. Am Deckel 20 ist ein elektrischer Anschluß 27 zum Anschluß der Potentiometerklemmen an äußere Leitungen vorgesehen.

F i g. 3a und 3b zeigen einen Winkelmesser 17" einer anderen Ausführung, bei der ein platter Hebel 28 am einen Ende 29 mit einem Gehäuse 37 über einen am einen Ende dec Gehäuses befestigten Deckel 34 fest verbunden ist Der platte Hebel 28 trägt am vom Befestigungsende abgekehrten Ende ein Gewicht 30. Dehnungsstreifen 31 sind mit dem Befestigungsende des platten Hebels 28 verbunden und durch Leitungen 32 in einer Brückenschaltung geschaltet. Das Gehäuse 37 enthält ein Dämpfungsmittel zum Dämpfen der Schwingungen des Hebels 28. Der Deckel 34 hat einen elektrischen Anschluß 33, durch den die Brückenschaltung mit den Dehnungsmeßstreifen 31 an einen Außenkreis anschließbar ist Bei verschiedenen Winkellagen des den Winkelmesser 17" tragenden Baggerteils wird der Hebel 28 mit dem Gewicht 30 verschiedene Winkellagen im Verhältnis zur Längsachse des Gehäuses 27 einnehmen, und diese Winkellagen werden mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen festgestellt, von denen in derselben Weise wie vom Potentiometer 22 gemäß F i g. 2 Ausgangssignale erhalten werden.

Mit den Vorrichtungen gemäß F i g. 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 genauem " >rt zu erhalten, könnte man natürlich auch am Löffel 14 einen Neigungswinkelmesser 17 anbringen, aber dieser würde dann während der Arbeit beträchtlichen Beanspruchungen ausgesetzt sein, weshalb man hierauf verzichtet und stattdessen den Löffelwinkel im Verhältnis zum Stiel mit sehr geringen Fehlern approximiert Die mit Hilfe der Neigungswinkelmesser 17 des Auslegers 12 und des Stiels 13 erhaltenen Meßwerte werden zum Messen der Grabtiefe ausgenutzt und zwar wie folgt Aus F i g. 1 geht hervor, daß eine Anzahl konstanter Größen vorliegen, und zwar die Werte l_m Ib, L und lh, welche die Länge 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 I_x bezeichnet ist, wird dann aus der

ίο folgenden Gleichung erhalten

L = /(, + /„· sin \ + /_fc· sin β - l_c = /„ · sin a + /j, · sin (t + Konstante.

Es sei bemerkt daß der Winkel β in F i g. 1 negativ ist, weshalb der Ausdruck k ■ sin β ebenfalls negativ wird.

Zur raschen Feststellung der Grabtiefe können die Ausgangssignale von den Neigungswinkelmessern 17 einem Kreis zugeführt werden, wie in F i g. 4 gezeigt ist.

2» Aus Fig.4 geht hervor, daß die Ausgangssignale zunächst in Proportion zur Länge des betreffenden Baggerteils verstärkt werden, wonach sie zusammen mit lh summiert werden. Mit Hilfe des in Fig.4 gezeigten, linearen Potentiometers L kann der Referenzpegel

2--, (Nullpcgel) 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.

κι Durch einfache Ergänzung können die Neigungswinkelmesser 17 auch zur Berechnung des Koppmoments Μ« benutzt werden, das bei Belastung des Löffels 14, beispielsweise bei einem Lasthub mittels eines Löffelhakens 35, auf den Bagger ausgeübt wird. Die Vorrichtung wird zu diesem Zweck durch ein Meßglied zum Messen der Hubkraft des Hydraulikzylinders 16 des Auslegers ergänzt. Es kann auch ein weiterer Winkelmesser am oberen Ende (nicht gezeigt) des Auslegerzylinders angebracht werden. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann

4» die Hubkraft des Auslegerzylinders 16 mittels eines Meßgliedes am unteren Ende des Auslgerzylinders 16 gemessen werden, obgleich an der Kolbenstange des Auslgegerzylinders ein Kraftgeber angebracht wird.

Das Kippmoment Ai₅, wird unter Hinweis auf F i g. 1

4^r) wie folgt berechnet. Die in diesem Fall ausgenutzten, konstanten Größen der Auslegerschwenkachse zur Kolbenstangenanlenkung des Auslegerzylinders und der waagerechte Abstand a von der Auslegerschwenkachse zum Kippunkt Das durch eine im Löffel 14 ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft F_r verursachte Moment, einschließlich des Eigengewichts der Einheit, beträgt

M = T_c ■ r · sin γ

T_c ist die Druckkraft des Auslegerzylinders und γ ist der Winkel zwischen der Längsrichtung des Auslegerzylinders und einer geraden Linie zwischen der Auslegerschwenkachse und der Kolbenstangenanlenkung, welcher Winkel γ mittels der genannten zusätzlichen

bo Winkelmesser gemessen wird.

Es wird angenommen, daß das oben genannte Moment M durch die resultierende Kraft F_r am Löffelhaken 35 verursacht wird, so daß

M = F_r (/„ ■ cos >+/,,

wo ho der waagerechte Abstand zwischen der äußeren Steilanlenkung und dem Löffelhaken 35 ist.

Das Kippmoment Μ« wird dann
M„ = F_r (U - a ) = V- (U - a) = M

Af,, = kT_c ■ sin γ ( I — , , , )

V /,, · cos λ + /,, · cos /i + /.„, /

wo Tc der Druck im Auslegerzylinder ist, und k die Kolbenfläche, die als konstant vorausgesetzte Reibung, und reinschließt.

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 /_ΛΟ darstellenden Wert zum Wert ('summiert werden. Der Wert für s, der unter Hinweis auf Fig.! negativ ist, wird einer Dividierstufe zugeführt, wie auch der Wert für U,

wodurch der Wert — -rj erhalten wird. Auf der nächsten Stufe wird der Wert 1 — jj gebildet, und dieser Wer wird einem Druckgeber zugeführt, wobei eine Multipli kation erhalten wird. Dieses Signal wird seinerseiti -> einem Sinuspotentiometer für den Winkel γ zugeführt wobei auch hier eine Multiplikation erhalten wird. Übei eine Betriebsstufe steuert das endgültige Signal eir Zeigerinstrument, das also das Kippmoment anzeigt Wie unten in F i g. 5 gezeigt ist, kann ein Komparatoi

ίο angeschlossen werden, der das Kippmoment mit den rückstellenden Moment M_n vergleicht, wobei eint Lampe aufleuchtet, wenn M₅₁ gleich oder größer ist al:

f ■ M_n, wo /"einen Sicherheitsfaktor darstellt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß mat mit äußerst einfachen Mitteln in sicherer Weise di< aktuelle Grabtiefe feststellen kann, und daß man durd eine einfache Ergänzung dieser Mittel eine Anzeige de: auf den Bagger ausgeübten Kippmoments bei Belastung des Baggerlöffels erhalten kann.

H ic r/u 4 Matt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen und Anzeigen der momentanen Grabstellung des Löffels eines hydraulisch betätigten Tieflöffelbaggers mit einem Unterwagen, einem diesem gegenüber drehbaren Oberwagen und einer auf dem Oberwagen montierten Arbeitsausrüstung mit Ausleger, Stiel und Löffel, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens am Ausleger (12) und am Stiel (13) Neigungswinkelmesser (17) angeordnet sind, die mittels der Schwerkraft den Winkel des Auslegers (12) und des Stiels (13) zur Horizontalen messen und an ein gemeinsames Auswertinstrument angeschlossen sind, das aus den von den Winkeln und den Längen von Ausleger (12) und Stiel eingehenden Meßwerten die Grabtiefe und Ausladung der Arbeitsausrüstung ermittelt und anzeigt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkelmesser (17) Pendelpotentiometer (17') sind, deren Ausgangssignal proportional dem Sinus des Winkels des Auslegers (12) und des Stiels (13) zur Horizontalen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkelmesser (17) aus am Ausleger (12) und Stiel (13) befestigten, frei vorstehenden und vorzugsweise am freien Ende mittels eines Gewichts (30) belasteten Hebeln (28) und an deren Befestigungsstellen befestigten Dehnungsmeßstreifen (31) bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auswertinstrument auch ein Meßfühler angeschlossen ist, dessen Signal der Hubkraft des zur Betätigung des Auslegers (12) vorgesehenen Hydraulikzylinders (16) proportional ist, und daß das Auswertinstrument aus diesem Signal und den zugeführten Meßwerten eine Anzeige des von einer Last ausgeübten Kippmoments des Baggers liefert.