DE2613920C3

DE2613920C3 - Steuervorrichtung zur Betätigung der hydraulisch bewegbaren Teile eines Baggers

Info

Publication number: DE2613920C3
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: 1979-11-15
Also published as: US4059196A; DE2613920A1; FR2328082B1; FR2328082A1; JPS5248201A; DE2613920B2

Description

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

Bei einer derartigen, aus der FR-PS 21 48 006 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 Langsamgang 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

F i g. 4 einen Schaltplan einer Sicherheitseinrichtung gemäß F i g. 3.

In Fig. 1 ist ein hydraulisch betriebener Löffelbagger 1 dargestellt, der im wesentlichen aus einem Unterwagen 2, einem auf dem Unterwagen drehbar angeordneten Oberwagen 3, einem Ausleger 4, einem Schwenkarm 5 und einem Grabwerkzeug 6, ζ. Β. 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 Grabwerkzeugö 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 107,1109 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 b5 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 des kombinierten Steuerhebels 100 entsprechende Bewegungen aus.

Das Blockschaltbild der Fig.2 zdgt eine Ausführungsform der elektrischen Steuerschaltung. Schalter 201 und 202 verbinden eine elektrische Spannungsquelle + V mit der Steuerschaltung 200. Ein Potentiometer 207 arbeitet reit 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 ₂u dem Drehwinke! 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 jo der Vergleichsschaltung 208 erhaltenen Differerzsignals, 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 Armwinkeleinstellsigr.al einer Vergleichsschaltung 216, die in ihrem Aufbau identisch der Vergleichsschaltung 208 ist. Der Vergleichsschaltung 216 wird ebenfalls ein abgegriffenes Armdrehwinkelsignal proportional dem Verschwenkungswinkel des Schwenkarmes 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 Ausgangscignal 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 111 t>-, 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 2OK und 216 ist Die Vergleichsschaltung 227 erhält weiterhin ein abgegriffenes Grabwerkzeugdrehwinkelsignal von einem Potentiometer 231, das mit dem Lager U des Grabwerkzeugs 6 des Löffelbaggers 1 zusammenarbeitet. Das festgestellte Grabwerkzeugdrehwinkelsignal wird mit dem Grabwerkzeugwinkeleinstellsignal in der Vergleichsschaltung 227 verglichen. Ein Differenzsignal zwischen diesen Signalen wird einer Antriebsschaltung 228 zugeleitet Das Ausgangssignal der Antriebsschaltung 228 wird einem der beiden Betätigungselemente 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 Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 4 sind die dem Lager 11 des Grabwerkzeugs 6 und dem Lager 111 des Steuergrabwerkzeugs 106 zujeordneten 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 Armbctätigungseinrichtung 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 Fig. 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 ΐί 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 2^ri 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 jo Eingangsklemme und eine inverse Eingangsklemme besitzt. Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 wird der nichtinversen Eingangsklemme des Vergieichsverstärkers 271 zugeführt. Eine Grenzwertspannung Vs, die durch Teilung der Quellenspannung r, + ß erzielt wird, wird der inversen Eingangsklemme des Vergleichsverstärkers 271 zugeführt. Die Vergleichsschaltung 270 ist weiterhin mit einem Vergleichsverstärker 272 ausgerüstet, welcher eine nichtinverse F.ingangsklemme besitzt, an die eine durch Teilung der Quellenspannung —B erzielte Grenzwertspannung — Ks angelegt wird, und welche weiterhin eine inverse Eingangsklemme besitzt, an die die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227 angelegt wird. Die Ausgangsspannungen der Vergleichsverstärker 271 und -»5 272 werden je über Gleichrichterdioden 273 und 274 der Antriebsschaitung 300 des elektromagnetischen Ventils 310 zugeleitet, das mit dem Drosselventil zusammenarbeitet.

Die Vergleichsschaltung 270 liefert eine positive ίο 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 elektromagnetischen Ventils 310 über Gleichrichterdioden 283 bzw. 284 zugeleitet. Die Vergleichsschaltung 290 besil/.i einen Vergleichsverstärker 291, welcher eine nichlinverse 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 — Vsangelegt wird, und cine inverse Eingangsklemme aufweist, an welch: di< Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 208 ar gelegt wird. Die Ausgangsspannungen der Vergleichs' erstärker 291 und 292 werden der Antriebsschaltung 300 über Gleichrichterdioden 293 bzw. 294 zugeleitet.

Die Antriebsschaltung 300 ist mit einem Phasenumkehrverstärker 301 versehen, weicher eine nichtinverse Eingangsklemme, an die die Grenzwertspannung Vi angelegt wird, und eine inverse Eingangsklemme besitzt, an welche die Ausgangsspannungen der Vergleichsschaltungen 270, 280 und 290 angelegl werden. Die Ausgangsspannungen des Phasenumkehrverstärkers 301 in der Antriebsschaltung 300 werden über einen Schalttransistor 302 an einen Thyristor 303 geiegt. in Serie mit dem Thyristor ist das elektromagnetische Ventil 310 für das Drosselventil der Durchflußbegrenzungseinrichtung 73 geschaltet.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig.4 die Arbeitsweise der elektrischen Schaltung zum Betrieh 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 dei Vergleichsschaltung 227 festgestellte Unterschiedsspannung einen bestimmten maximalen oder minimaler Wert der eingestellten Spannung + Vs oder — V; übersteigt, dann liefert die Vergleichsschaltung 270 ein« positive Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 270 wird durch den Verstärkei 310 in ihrer Phase umgekehrt und dem Schalttransistoi 302 zugeführt. Wenn dementsprechend die der Differenz zwischen den Relativstellungen des Grabwerkzeugs 6 und des Steuergrabwerkzeugs 106 entsprechende 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 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 befindet sich im offenen Zustand aufgrund der Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung 227, und die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 arbeitet im Langsam gang.

Wenn dagegen die Relativstellung des Grabwerkzeugs 6 und des Steuergrabwerkzeugs 106 in der zulässigen Grenzwertbereich kommt, werden dei Schalttransistor 302 und der Thyristor 303 betätigt, se daß das elektromagnetische Ventil 310 geöffnet wird Dementsprechend wird das Druckmedium unmittelbai zu der hydraulischen Betätigungseinrichtung gefördert ohne daß das Drosselventil 73 durchströmt wird. Die hydraulische Betätigungseinrichtung 12 arbeitet danr dementsprechend normal.

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

offenen Zustand kommt.

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

bei den und den

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 Übereinstimmung von Positionssignalen und Einstellsignalen über die hydraulische Betätigungseinrichtung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Vergleichswerte zwischen den Positionssignalen und den Einslellsignalen 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 parallelgeschaltet ist.