DE2613920B2

DE2613920B2 - Steuervorrichtung zur Betätigung der hydraulisch bewegbaren Teile eines Baggers

Info

Publication number: DE2613920B2
Application number: DE2613920A
Authority: DE
Inventors: Fumiya Furuno; Masamitsu Shibayama; Takahiro Kawasaki Kanagawa Shimizu; Masamichi Takada; Hisanori Uchino
Original assignee: Hokushin Electric Works Ltd., Tokio
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1975-10-15
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2613920A1; FR2328082B1; US4059196A; JPS5248201A; FR2328082A1; DE2613920C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zur Betätigung der hydraulisch bewegbaren Teile eines Baggers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei einer derartigen, aus der FR-PS 2148 006 bekannten Vorrichtung besteht die Gefahr, daß aufgrund des Vergleichsergebnisses die hydraulisch betätigten Teile des Baggers zu rasch in die durch den Steuerhebel vorgegebenen Sollstellungen gebracht werden, wodurch Unfälle entstehen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zur Betätigung der hydraulisch bewegbaren Teile eines Baggers, insbesondere Löffelbaggers, zu schaffen, durch welche eine zu rasche Bewegung der hydraulisch betätigten Teile des Baggers und hieraus sich ergebende Unfallgefahren vermieden sind.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs erwähnten Steuervorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Vergleichswerte zwischen den Positionssignalen und den Einstellsignalen liefernden Vergleichsschaltung eine zweite Vergleichsschaltung nachgeschaltet ist, in welcher die Vergleichswerte zwischen den Positionssignalen und den Einstellsignalen mit Grenzwerten verglichen werden, und daß in Abhängigkeit vom Grenzwertvergleich eine in der hydraulischen Betätigungseinrichtung vorhandene Durchflußbegrenzungseinrichtung für die Hydraulikflüssigkeit betätigbar ist.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß zur erhöhten Sicherheit des Baggerbetriebes auch ein Lasgsamgang für die zu bewegenden Teile des Baggers vorgesehen ist

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand des Anspruchs 2.

ίο Eine Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Baggers,

Fig.2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Zusammenarbeit zwischen den elektrischen Schaltungen und den hydraulischen Steuereinrichtungen,

Fig.3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung weiterer Sicherheitseinrichtungen und

Fig.4 einen Schaltplan einer Sicherheitseinrichtung gemäß F ig. 3.

In F i g. 1 ist ein hydraulisch betriebener Löffelbagger 1 dargestellt, der im wesentlichen aus einem Unterwagen 2, einem auf dem Unterwagen drehbar angeordne-

ten Oberwagen 3, einem Ausleger 4, einem Schwenkarm 5 und einem Grabwerkzeug 6, ζ. B. einer Schaufel oder einem Löffel, besteht Der drehbare Oberwagen 3 enthält ein Führerhaus für den Baggerführer, in welchem Steuereinrichtungen angeordnet sind. Bei der Drehung des Oberwagens werden der Ausleger 4, der Schwenkarm 5 und das Grabwerkzeug 6 als Einheit mitgedreht

Der Ausleger 4 ist schwenkbar an einem Ende an dem drehbaren Oberwagen 3 mittels eines Lagers 7 angeordnet, so daß er mittels einer hydraulischen Auslegerbetätigungseinrichtung 8 vertikal verschwenkt werden kann.

Ein Ende des Schwenkarms 5 ist drehbar mittels eines Lagers 9 mit dem anderen Ende des Auslegers 4 verbunden, so daß der Schwenkarm mittels einer hydraulischen Armbetätigungseinrichtung 10 vertikal verschwenkt werden kann.

Das Grabwerkzeug 6 ist mittels eines Bolzens 11 mit dem anderen Ende des Schwenkarms 5 verbunden, so daß es mittels einer hydraulischen Auslegerbetätigungseinrichtung 12 verschwenkt werden kann.

Das Steuersystem für den dargestellten Löffelbagger besitzt einen kombinierten Steuerhebel 100 und eine Steuerschaltung 200. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich,

so besitzt der kombinierte Steuerhebel 100 eine Basis 102, welche eine verkleinerte Nachbildung des Unterwagens darstellt, einen verkleinerten Oberwagen 103, welcher mittels einer Welle 103' an der Basis so befestigt ist, daß er relativ zu dieser horizontal gedreht werden kann, einen verkleinerten Steuerausleger 104, einen verkleinerten Steuerarm 105 und ein verkleinertes Steuergrabwerkzeug 106, welche je zueinander verschwenkbar mittels der Lager 107,109 und 111 angeordnet sind. Der kombinierte Steuerhebel 100 kann in dem Raum für den Baggerführer oder auch an anderer Stelle angeordnet sein.

Bei Betätigung der Elemente des kombinierten Steuerhebels 100 werden Signale erzeugt, die den Bewegungen der Elemente entsprechen. Diese Signale werden der Steuerschaltung 200 zugeleitet, welche die Verbindung des Löffelbaggers 1 mit dem kombinierten Steuerhebel 100 herstellt. In Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Steuerschaltung werden die

hydraulischen Einrichtungen des Löffelbaggers betätigt, und der Ausleger 4, der Schwenkarm 5 und das Grabwerkzeug 6 des Löffelbaggers führen den Bewegungen des Steuerauslegers 104, des Steuerarms 105 und des Steuergrabwerkzeugs 106 de? kombinierten Steuerhebels 100 entsprechende Bewegungen aus.

Das Blockschaltbild der Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der elektrischen Steuerschaltung. Schalter 201 und 202 verbinden eine elektrische Spannungsquelle + Vmit der Steuerschaltung 200. Ein Potentiometer 207 _[& arbeitet mit dem Lager 107 des Steuerauslegers 104 zusammen. Wenn der Steuerausleger 104 verschwenkt wird, dreht sich auch ein zugeordneter Potentiometerabgriff, so daß ein Auslegerwinkeleinstellsignal proportional zu dem Drehwinkel einem Eingang einer Vergleichsschaltung 208 zugeleitet wird Ein Potentiometer 217 arbeitet mit dem Lager 7 des Auslegers 4 zusammen. Wenn der Ausleger 4 verschwenkt wird, dreht sich ein mit dem Lager 7 zusammenarbeitender Potentiometerabgriff, so daß ein Signal proportional zu dem Drehwinkel des Auslegers 4 der Vergleichsschaltung 208 an deren Eingang zugeführt wird. Das Einstellsignal für den Auslegerschwenkwinkel wird mit dem abgegriffenen Auslegerdrehwinkelsignal in der Vergleichsschaltung 208 verglichen, und ein gegebenenfalls auftretendes Differenzsignal wird einer Antriebsschaltung 209 zugeleitet Die Antriebsschaltung 209 legt ein Ausgangssignal an eines der beiden Betätigungselemente 211 bzw. 212 eines elektromagnetischen Ventiles 210, und zwar entsprechend dem Vorzeichen des von der Vergleichsschaltung 208 erhaltenen Differenzsignals, so daß die hydraulische Auslegerbetätigungseinrichtung 8 zur Drehung des Auslegers 4 betätigt wird. Die Drehbewegung der hydraulischen Auslegerbetätigungseinrichtung 8 hält so lange an, bis das abgegriffene Auslegerverschwenkwinkelsignal mit dem Wert des Auslegerwinkeleinstellsignals zusammenfällt.

Am Ort des Lagers 109 für den Steuerarm 105 ist ein Potentiometer 215 vorgesehen, welches mit dem Steuerarm 105 zusammenarbeitet. Das Potentiometer 215 entspricht identisch in seiner Konstruktion dem Potentiometer 207 des Steuerauslegers 104. Wenn also der Steuerarm 105 verschwenkt wird, liefert das Potentiometer 215 ein Armwinkeleinstellsignal einer Vergleichsschaltung 216, die in ihrem Aufbau identisch der Vergleichsschaltung 208 ist Der Vergleichsschaltung 216 wird ebenfalls ein abgegriffenes Armdrehwinkelsignal proportional dem Verschwenkungswinkel des Schwenkarmen; 5 von einem Potentiometer 219 zugeleitet, so daß das Signal mit dem Armwinkelein-Stellsignal verglichen wird. Ein entsprechendes Differenzsignal zwischen den beiden Signalen wird der Antriebsschaltung 220 zugeführt.

Die Antriebsschaltung 220 liefert ein Ausgangssignal jedem der beiden Betätigungselemente 222 und 223 eines elektromagnetischen Ventils 221, und zwar entsprechend dem Vorzeichen des Differenzsignals von der Vergleichsschaltung 216, so daß die hydraulische Armbetätigungseinrichtung 10 den Schwenkarm 5 verschwenkt Die Tätigkeit der hydraulischen Armbetätigungseinrichtung 10 wird so gesteuert, bis der Wert des abgegriffenen Armverschwenkwinkelsignals mit demjenigen des eingestellten Armwinkelsignals zusammenfällt

In derselben Weise ist an der Stelle des Lagers Ul des Steuerauslegers 106 ein Potentiometer 226 vorgesehen, welches mit dem Steuergrabwerkzeug 106 zusammenarbeitet. Das Potentiometer 226 entspricht in seinem Aufbau identisch den Potentiometern 207 und 215, so daß dementsprechend bei Verschwenkung des Steuergrabwerkzeugs 106 das Potentiometer 226 ein Grabwerkzeugwinkeleinstellsignal zu einer Vergleichsschaltung 227 liefert, die ebenfalls hinsichtlich ihres Aufbaues identisch mit den Vergleichsschaltungen 208 und 216 ist Die Vergleichsschaltung 227 erhält weiterhin ein abgegriffenes Grabwerkzeugdrehwinkelsignal von einem Potentiometer 231, das mit dem Lager 11 des Grabwerkzeugs 6 des Löffelbaggers 1 zusammenarbeitet Das festgestellte Grabwerkzeugdrehwinkelsignal wird mit dem Grabwerkzeugwinkelein&tellsignal in der Vergleichsschaltung 227 verglichen. Ein Differenzsignal zwischen diesen Signalen wird einer Antriebsschaltung 228 zugeleitet Das Ausgangssignal der Antriebsschaltung 228 wird einem der beiden Bötätigungselemente 232 und 233 eines elektromagnetischen Ventils 229, und zwar je nach dem Vorzeichen des von der Vergleichsschaltung 227 gelieferten Differenzsignals, zugeleitet, so daß die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 des Grabwerkzeugs 6 dieses verschwenkt Die Verschwenkbewegung erfolgt gesteuert so lange, bis der Wert des Grabwerkzeugverschwenkwinkelsignals mit demjenigen des Grabwerkzeugeinstellwinkelsignals zusammenfällt

Die Steuervorrichtung ist weiterhin mit Einrichtungen versehen, um die zu bewegenden Teile des Löffelbaggers 1 im Langsamarbeitsgang zu betreiben.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, enthalten die Einrichtungen zum Langsambetrieb der bewegbaren Teile des Löffelbaggers eine als Drosselventil ausgebildete Durchflußbegrenzungseinrichtung 73, die die zu den hydraulischen Betätigungseinrichtungen geförderte Ölmenge beschränkt, sowie ein elektromagnetisches Ventil 310 in der Leitung 72, welches parallel zu dem elektromagnetischen Ventil 310 geschaltet ist. Wenn beim Start die Relativstellungen der zu bewegenden Teile des Baggers und der Steuerhebelteile stark voneinander abweichen, arbeitet das elektromagnetische Ventil 310 in der Weise, daß die Druckflüssigkeit des Ölvorratsbehälters 70 durch das Drosselventil umgeleitet wird, um so die hydraulischen Betätigungseinrichtungen zu steuern. Ein Beispiel einer Schaltung zum Betrieb des elektromagnetischen Ventils 310 ist in F i g. 4 dargestellt

In F i g. 4 sind die dem Lager 11 des Grabwerkzeugs 6 und dem Lager 111 des Steuergrabwerkzeugs 106 zugeordneten Detektoren als Potentiometer 231 bzw. 226 ausgebildet. Wie bereits unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben, werden die Ausgänge der Potentiometer 231 und 226 der Vergleichsschaltung 227 zum Vergleich zugeleitet. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 227 ist auf die Antriebsschaltung 228 für die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 für die Schaufel aufgeschaltet Bei dieser Ausführungsform wird die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 weiterhin einer Vergleichsschaltung 270 zugeführt, welche ein Ausgangssignal liefert wenn die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 einen bestimmten vorgegebenen Grenzwert übersteigt Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 270 wird der Antriebsschaltung 300 des elektromagnetischen Ventils 310 zugeleitet, welches mit dem Drosselventil zusammenarbeitet.

Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrieben, vergleicht die Vergleichsschaltung 216 das abgegriffene Armverschwenkwinkelsignal mit dem Armwinkeleinstellsignal und liefert ein entsprechendes Differenzsignal. Das Differenzsignal wird der Antriebs-

schaltung 220 für die hydraulische Armbetätigungseinrichtung 10 und weiterhin einer Vergleichsschaltung 280 zugeführt, die eine Ausgangsspannung liefert, wenn die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 216 einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 280 wird der Antriebsschaltung 300 des elektromagnetischen Ventils 310 zusammen mit der Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 270 zugeleitet.

Wie bereits unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben, wird dem Eingang der Vergleichsschaltung 208 ein Signal proportional dem Verschwenkwinkel des Auslegers 4 und ein Auslegerwinkeleinstellsignal proportional der Bewegung des Steuerauslegers 104 zugeleitet. Ein Differenzsignal wird von der Vergleichsschaltung 208 der Antriebsschaltung 209 der hydraulischen Auslegerbetätigungseinrichtung 8 und ebenfalls der Vergleichsschaltung 290 zugeführt In derselben Weise wie die zuvor erwähnten Vergleichsschaltungen 270 und 280 liefert die Vergleichsschaltung 290 eine Ausgangsspannung, wenn die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 208 einen bestimmten Grenzwert überschreitet Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 290 wird der Antriebsschaltung 300 des elektromagnetischen Ventils 310 zugeführt, das mit dem Drosselventil der Durchflußbegrenzungseinrichtung 73 zusammenarbeitet, und zwar zusammen mit den Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 270 und 280.

Die Vergleichsschaltung 270 ist mit einem Vergleichsverstärker 271 versehen, welcher eine nichtinverse Eingangsklemme und eine inverse Eingangsklemme besitzt Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 wird der nichtinversen Eingangsklemme des Vergleichsverstärkers 271 zugeführt Eine Grenzwertspannung Vs, die durch Teilung der Quellenspannung + B erzielt wird, wird der inversen Eingangsklemme des Vergleichsverstärkers 271 zugeführt Die Vergleichsschaltung 270 ist weiterhin mit einem Vergleichsverstärker 272 ausgerüstet welcher eine nichtinverse Eingangsklemme besitzt, an die eine durch Teilung der Quellenspannung — B erzielte Grenzwertspannung — Vs angelegt wird, und welche weiterhin eine inverse Eingangsklemme besitzt an die die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 angelegt wird. Die Ausgangsspannungen der Vergleichsverstärker 271 und 272 werden je über Gleichrichterdioden 273 und 274 der Antriebsschaltung 300 des elektromagnetischen Ventils 310 zugeleitet das mit dem Drosselventil zusammenarbeitet

Die Vergleichsschaltung 270 liefert eine positive Ausgangsspannung, wenn die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 die Grenzwertspannung Vs übersteigt oder wenn diese im negativen Sinn die Grenzwertspannung — Vs übersteigt

Die Vergleichsschaltung 280 besitzt einen Verstärker

281, welcher eine nichtinverse Eingangsklemme besitzt an welche die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 216 angelegt wird. Der Verstärker 281 besitzt weiterhin eine inverse Eingangsklemme, an welche die Grenzwertspannung Vs angelegt wird. Weiterhin besitzt die Vergleichsschaltung 280 einen Verstärker

282, der eine nichtinverse Eingangsklemme, an die die Grenzwertspannung -Vs angelegt wird, und eine inverse Eingangsklemme aufweist an die die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 216 angelegt wird. Die Ausgangsspannungen der Verstärker 281 und 282 werden der Antriebsschaltung 300 des elektromaenetischen Ventils 310 über Gleichrichterdioden 283 bzw. 284 zugeleitet. Die Vergleichsschaltung 290 besitzt einen Vergleichsverstärker 291, welcher eine nichtinverse Eingangsklemme, an die die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 208 angelegt wird, und eine inverse Eingangsklemme aufweist, an die die Grenzwertspannung Vs angelegt wird. Weiterhin besitzt die Vergleichsschaltung 290 einen Vergleichsverstärker 292, welcher eine nichtinverse Eingangsklemme, an welche die Grenzwertspannung — Vs angelegt wird, und

ίο eine inverse Eingangsklemme aufweist an welche die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 208 angelegt wird. Die Ausgangsspannungen der Vergleichsverstärker 291 und 292 werden der Antriebsschaltung 300 über Gleichrichterdioden 293 bzw. 294 zugeleitet

Die Antriebsschaltung 300 ist mit einem Phasenumkehrverstärker 3öi versehen, weicher eine nichtinverse Eingangsklemme, an die die Grenzwertspannung Vs angelegt wird, und eine inverse Eingangsklemme besitzt an welche die Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 270, 280 und 290 angelegt werden. Die Ausgangsspannungen des Phasenumkehrverstärkers 301 in der Antriebsschaltung 300 werden über einen Schalttransistor 302 an einen Thyristor 303 gelegt In Serie mit dem Thyristor ist das elektromagne tische Ventil 310 für das Drosselventil der Durchflußbe grenzungseinrichtung 73 geschaltet

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf F i g. 4 die Arbeitsweise der elektrischen Schaltung zum Betrieb des elektromagnetischen Ventils 310 beschrieben. Wenn

z. B. sich eine große Differenz zwischen den Relativstellungen des Grabwerkzeugs 6 und dem Steuergrabwerkzeug 106 des Steuerhebels 100 ergibt dann wird diese Differenz von der Vergleichsschaltung 227 festgestellt Wenn eine dieser Differenz entsprechende und von der Vergleichsschaltung 227 festgestellte Unterschiedsspannung einen bestimmten maximalen oder minimalen Wert der eingestellten Spannung + Vs oder — Vs übersteigt dann liefert die Vergleichsschaltung 270 eine positive Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 270 wird durch den Verstärker 310 in ihrer Phase umgekehrt und dem Schalttransistor 302 zugeführt Wenn dementsprechend die der Differenz zwischen den Relativstellungen des Grabwerkzeugs 6 und des Steuergrabwerkzeugs 106 entsprechen- de Differenzspannung sich außerhalb des durch die Grenzwertspannungen + Vs oder — Vs bestimmten zulässigen Grenzwertbereichs befindet wird der Schalttransistor 302 nicht betätigt Da dementsprechend ebenfalls der Thyristor 303 nicht betätigt wird, bleibt das

so elektromagnetische Ventil 310 in seiner Schließstellung, so daß der Flüssigkeitsstrom von der Pumpe 71 zu der hydraulischen Betätigungseinrichtung über das Drosselventil umgelenkt wird. Das elektromagnetische Ventil 229 der hydraulischen Betätigungseinrichtung 12 beiin det sich im offenen Zustand aufgrund der Ausgangs spannung der Vergleichsschaltung 227, und die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 arbeitet im Langsamgang. Wenn dagegen die Relativstellung des Grabwerk zeugs 6 und des Steuergrabwerkzeugs 106 in den zulässigen Grenzwertbereich kommt, werden der Schalttransistor 302 und der Thyristor 303 betätigt, so daß das elektromagnetische Ventil 310 geöffnet wird. Dementsprechend wird das Druckmedium unmittelbar zu der hydraulischen Betätigungsemrichtung gefördert, ohne daß das Drosselventil 73 durchströmt wird. Die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 arbeitet dann dementsprechend normal.

Der Thyristor 303 ist, wie aus F i g. 4 ersichtlich, an die Gleichstromquellen +Sund —B angeschlossen. Wenn der Thyristor 303 eingeschaltet wird, bleibt er in seinern eingeschalteten Zustand, bis der Strom unterbrochen wird, so daß das elektromagnetische Ventil 310 in seinen

offenen Zustand kommt.

Die gleiche Wirkungsweise ergibt sich bei den Steuereinrichtungen für den Schwenkarm 5 und den Ausleger 4.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung zur Betätigung der hydraulisch bewegbaren Teile eines Baggers, insbesondere Löffelbaggers, mit einem den zu bewegenden Teilen des Baggers im verkleinerten Maßstab nachgebildeten Steuerhebel, mit Detektoren, welche zum einen den hydraulisch betätigbaren Teilen des Baggers, wie Oberwagen, Ausleger, Löffelstiel, Schwenkarm und Grabwerkzeug, und zum anderen dem Steuerhebel zugeordnet sind und in Abhängigkeit von den Stellungen der bewegbaren Teile des. Baggers elektrische Positionssignale bzw. in Abhängigkeit von den Stellungen des Steuerhebels elektrische Einstellsignale liefern, und mit einer Vergleichsschaltung, in welcher die elektrischen Positionssignale mit den Einstellsignalen verglichen werden und durch welche die bewegbaren Teile des Baggers im Sinne einer Obereinstimmung von Positionssignalen und Einstellsignalen über die hydraulische Betätigungseinrichtung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vergleichswerte zwischen den Positionssignalen und den Einstellsignalen liefernden Vergleichsschaltung (227 bzw. 208, 216 und 227) eine zweite Vergleichsschaltung (270 bzw. 290,280 und 270) nachgeschaltet ist, in welcher die Vergleichswerte zwischen den Positionssignalen und den Einstellsignalen mit Grenzwerten verglichen werden, und daß in Abhängigkeit vom Grenzwertvergleich eine in der hydraulischen Betätigungseinrichtung vorhandene Durchflußbegrenzungseinrichtung (73) für die Hydraulikflüssigkeit betätigbar ist

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweite Vergleichsschaltung (270 bzw. 290, 280 und 270) ein im Normalbetrieb geöffnetes Ventil (310) angesteuert ist, dem die Durchflußbegrenzungseinrichtung (73) in Form einer Drossel paralle'geschaltet ist.