DE2631530A1

DE2631530A1 - Control system for hydraulically driven excavator - has minimal number of operating levers for interlocked individual circuits

Info

Publication number: DE2631530A1
Application number: DE19762631530
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Thode
Original assignee: Eisenwerk Weserhuette AG
Current assignee: PHB WESERHUETTE AG 5000 KOELN DE
Priority date: 1976-07-14
Filing date: 1976-07-14
Publication date: 1978-01-19

Abstract

The excavator has hydraulically driven wheels or tracks. It has an overhanging jib and central operating stand. Electrical command and control signals are transmitted for initiating and controlling individual working movements. Electrical control lines are provided for valves, control, and actuating elements for pumps motors and cylinders and for applying and releasing brakes and clutches. The number of operating levers for command and signal input is reduced. The operations are coordinated and pump outputs are matched to the required performance. The electrical control system operates via an assembly of parallel and series connected electronic digital components, especially if NAND element for limiting the number of control signals to be transmitted. Working speeds are controlled and monitored by interlocking of individual control circuits.

Description

Steuerung von hydraulisch angetriebenen Bagger- und Control of hydraulically driven excavator and

Auslegerkranen Die Erfindung betrifft ölhydraulisch angetriebene auf Bädern oder Raupen verfahrbare Bagger und Auslegerkrane iit einen zentralen Bedienungastand am Gerät oder in der Nähe davon für die Eingab der elektrischen Befehls- und Steuersignale zum Auslösen und Steuern der einzelnen Arbeitsbewegungen und iit von dort über elektrische Steuerleitungen elektrisch bzw. elektro-hydraulisch fernbetätigte Ventile, Steuer-, Regel- und Betätigungsorgane für die ansteuerung von Pumpen, Motoren und Zylindern sowie für das Einlegen und Freigeben von Bremsen, Kupplungen u.dgl., mit einer oder mehreren Arbeitspumpen und einer oder mehreren Steuerpumpen bzv. Jib cranes The invention relates to oil-hydraulically driven cranes Excavators and jib cranes that can be moved on baths or caterpillars with a central one Control stand on the device or in the vicinity of it for the input of the electrical Command and control signals for triggering and controlling the individual work movements and from there via electrical control lines electrically or electro-hydraulically remotely operated valves, control, regulating and actuating elements for activation of pumps, motors and cylinders as well as for engaging and releasing brakes, Couplings, etc., with one or more working pumps and one or more Control pumps or

einem oder mehreren vom Arbeitsöl abgezweigten Steuerölkreisen.one or more control oil circuits branched off from the working oil.

Es ist bekannt, hydraulisch angetriebene, auf Rädern oder Raupen verfahrbare Bagger und Auslegerkrane von einem zentralen Bedienungsutand as Gerät oder in der Nähe davon durch elektrische Signale zu steuern, indem die in dem Steuerstand eingegebenen Signale über elektrische Steuerleitungen den eloktrisch- bzw. elektro-hydraulischen fernbetätigten Ventilen, Steuer- und Regelorganen zugeleitet werden.It is known, hydraulically driven, movable on wheels or caterpillars Excavators and jib cranes from a central operating device or in the Proximity of it to be controlled by electrical signals entered by the ones entered in the control station Signals via electrical control lines to the electric or electro-hydraulic remotely operated valves, open-loop and closed-loop control elements.

Es ist notwendig daB die Steuerdrücke dor hydraulisch angestouerten Funktionen in einem definierten Abhängigkeitsverhältnis zu den am Steuerstand singogebenen elektrischen Signalen stehen.It is necessary that the control pressures are controlled hydraulically Functions in a defined relationship to the single levels at the control station electrical signals.

Hierfür wurde eine Lösung mit der anmeldung P 23 31 424.1-13 und der Zusatzanmeldung P 24 404.4 offengelegt.A solution was created for this with registration P 23 31 424.1-13 and the Additional application P 24 404.4 disclosed.

Bei den bisher ausgeführten hydraulisch oder mechanisch angetriebenen/auf Rädern oder Raupenfahrwerken verfahrbaren Baggern und Auslegerkranen ist von Nachteil, daß bei Auslösung von Arbeitsbewegungen nicht nur diese angesteuert werden müssen, sondern gleichzeitig auch Einrichtungen, beispielsweise für das Öffnen der Bremsen oder Einlagen der Kupplungen. Es ist zwar möglich, Brensen und Kupplungen auch ohne zusätzliche Handbetätigung, z.B.With the hydraulically or mechanically driven / on Wheeled or crawler wheeled excavators and jib cranes is a disadvantage, that when work movements are triggered, not only these have to be controlled, but also facilities, for example for opening the brakes or inlays of the couplings. It is possible to use Brensen and couplings without additional manual operation, e.g.

über einen aufgebauten Arbeitsdruck zu schalten; hierbei treten aber steuertechnische Probleme auf, deren bekannte Lösung bis heute nicht befriedigen.to switch over a built-up working pressure; but step here control problems, the known solution of which is still unsatisfactory to this day.

Zs werden also bei einer Hydraulikanlage, wie sie für den Antrieb von Baggern, Kranen oder ähnlichen Geräten üblich ist, bei Ansteuerung einer Antriebsfunktion in der Regel mehrere Einzelfunktionen (z.B. Pumpensteuerung, Ventilsteuerung, Bremsensteuerung, Kupplungssteuerung usw.) gleichzeitig oder in zeitlicher Abstufung geschaltet. Bei der Überlagerung mehrerer Arbeitsfunktionen (z.B. Windenbetätigung, Schwenken, Fahren usw.) wird es erforderlich, ein Vielfaches an Einzelfunktionen gleichzeitig abhängig oder unabhängig voneinander zu gehalten. Hierbei kout es häufig zu Leistungsüberschneidungen und gegenseitiger Beeinflussung der Steuersignale bzw.Zs are therefore in a hydraulic system as they are for the drive of excavators, cranes or similar devices is common when controlling a drive function usually several individual functions (e.g. pump control, valve control, brake control, Clutch control, etc.) switched simultaneously or in time gradations. at the superposition of several work functions (e.g. winch actuation, swiveling, driving etc.) it becomes necessary to depend on a multiple of individual functions at the same time or kept independently of each other. This often leads to overlapping of services and mutual influencing of the control signals or

der Arbeitsbewegungen.of work movements.

Ziel der Erfindung ist, daß die Zahl der Bedienungshebel für das Eingeben der Befehls- und Steuersignale weitermöglichst eingeschränkt, die Zahl der bei optiialer Bedienung der Geräte doroh den Geräteführer zu kontrollierenden Funktionen weitmöglichst begrenzt wird, sowie daß die Gruppe der Jeweils ausgelösten Befehlssignale in Abstimmung lit der Zahl der gleichzeitig oder hintereinander möglichen oder nötigen Arbeitsbewegungen auf die vorhandenen Puppen verteilt wird. Dabei sollen die Auslösungs-, Vorsteuer- und Betätigungsorgane in der richtigen Reihenfolge und zeitgerecht so angesteuert werden, daß die einzelnen Arbeitsbewegungen gegenseitig koordiniert und kontrolliert ablaufen und die Pumpen bzw. die Pumpenleistungen sinnvoll den jeweils angesteuerten Motoren und Arbeitszylindern zugeordnet bzw. aufgeteilt werden und auch die vorhandene Gesamtleistung der Kraftmaschine weitmöglichst ausgenutzt wird.The aim of the invention is that the number of operating levers for entering of the command and control signals limited as far as possible, the number of optional Operation of the devices doroh the device operator to control functions as far as possible is limited, and that the group of the respectively triggered command signals in coordination lit the number of work movements that are possible or necessary at the same time or in succession is distributed to the existing dolls. The triggering, input tax and actuators controlled in the correct order and in a timely manner ensure that the individual work movements are mutually coordinated and controlled run and the pumps or the pump outputs make sense to the respectively controlled Engines and working cylinders are assigned or divided and also the existing ones Total power of the engine is used as much as possible.

Die wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die elektrische Ansteuerung der elektrisch bzw. elektro-hydraulisch betätigten Steuer-und Betätigungsorgane aufgrund der eingegebenen elektrischen Befehls-und Steuersignale ZU Auslösen und Steuern der einzelnen Irbeitsbewegungen über eine Kette von parallel und in Reihe geschalteten elektronischen, digital arbeitenden Bausteinen, insbesondere auch NAND-Gliedern, zur Begrenzung der Anzahl der weiterzuleitenden Steuersignale, einschl. der erforderlichen Verzögerungsglieder erfolgt, die Arbeitsgeschwindigkeiten analog gesteuert und/oder geregelt werden und durch gegenseitige Bindung der Verriegelung der einzelnen Steuerketten die Zulässigkeit der eingegebenen und der deraus folgenden Signale überwacht, kontrolliert und geregelt und gleichzeitig die Zuordnung und Aufteilung, ggf. über Leistungsverzweigung der vorhandenen Pumpen bzw. Pumpenleistungen, zu den angesteuerten Motoren und Zylindern bewirkt wird.This is achieved according to the invention in that the electrical control the electrically or electro-hydraulically operated control and actuation elements due to the inputted electrical command and control signals to trigger and Control of the individual working movements via a chain of parallel and in series switched electronic, digitally working modules, especially NAND elements, to limit the number of control signals to be forwarded, including the required ones Delay elements takes place, the working speeds are controlled and / or analog be regulated and by mutual binding the locking of each Timing chains monitors the admissibility of the input signals and the signals that follow from them and regulated and at the same time the assignment and distribution, if necessary via service splitting the existing pumps or pump outputs, to the controlled motors and cylinders is effected.

Der Vorteil dieser Steuerung gegenüber bisher bekannten Steuerungssystemen liegt 1. in den praktisch leistungsfreien und verschleißlosen Arbeiten des gesamten elektronischen Steuerungsteiles; 2. in der relativ einfachen Veränderung, Ergänzung und Erweiterung bezüglich der Signalführung und Überwachung, für den zusätzlichen Einbau von Sicherheits- und Abschalteinrichtungen o.1., sowie für den Betrieb und die Kontrolle zusätzlicher Arbeitsfunktionen am Grundgerät, z.B. Bohrgeräte, Rammen u.dgl.; 3. in der Entlastung des Geräteführers von Nebenkontrollfunktionen; d.h. seine Konzentration wird auf wenige Hauptfunktionen begrenzt und damit ein frühzeitiges Absinken seiner Konzentrationsfähigkeit verhindert; 4. in der Reduzierung der physischen Beanspruchung auf ein Mindestmaß; 5. in der Möglichkeit, die vorhandenen Pumpen bzw. Pumpenleistungen dem Verbraucher optimal zuzuordnen bzw. zuzuleiten und die Maschinenleistung weitmöglichst zu nutzen.The advantage of this control over previously known control systems 1. lies in the practically performance-free and wear-free work of the whole electronic control part; 2. in the relatively simple change, addition and extension with regard to signal routing and monitoring, for the additional Installation of safety and shutdown devices o.1., As well as for operation and the control of additional work functions on the basic device, e.g. drilling rigs, ramming and the like; 3. Relieving the operator of ancillary control functions; i.e. his concentration is limited to a few main functions and thus an early one Prevents his ability to concentrate from falling; 4. in the reduction of physical Use to a minimum; 5. in the possibility of the existing pumps or to optimally assign or supply pump outputs to the consumer and the To use machine power as much as possible.

Der gesandte Umfang der Steuerung läßt sich in drei Bereiche aufteilen: 1. Elektrische Befehlsgeräte für die Ausgabe von Digital-u. Analog-Signalen.The scope of control sent can be divided into three areas: 1. Electrical command devices for the output of digital u. Analog signals.

2. Elektronischer Steuerteil fdir die Verarbeitung (logische Verknüpfung und Verriegelung) der mittels der Befehlsgeräte einer gebenen elektrischen Befehls- und Steuersignale.2. Electronic control part for processing (logical link and locking) of the electrical command given by means of the command devices and control signals.

3. Elektromagnetbetätigte Schalt- und Proportionalhydraulikventile für die Umsetzung der vom Elektronikteil ausgegebenen Signale in hydraulische Verstell- und Steuergrößen.3. Solenoid operated switching and proportional hydraulic valves for converting the signals output by the electronic part into hydraulic adjustment and control variables.

Ein Beispiel eines typischen Signalverlaufes bei der Ansteuerung von nur einer Arbeitsfunktion ist in Fig. 1 vereinfacht, aber den Erfindungsgedanken nicht einschränkend, aufgezeigt.An example of a typical signal curve when controlling only one work function is simplified in Fig. 1, but the inventive concept not limiting, shown.

In Fig. 2 ist die Möglichkeit von z.B. sieben Befehlseingängen und deren Verknüpfung und Verriegelung gezeigt.In Fig. 2 there is the possibility of e.g. seven command inputs and their linking and locking shown.

Fig. 3 zeigt das Schema der gesanten Steuerung in der Auswirkung auf die Leistungsverzweigung bei verschiedenen Arbeitseinrichtungen sowie die Betätigung von Hilfseinrichtungen z.B. Bremsen, Kupplungen, usw.Fig. 3 shows the scheme of the entire control in the effect the power split in different work facilities as well as the operation of auxiliary equipment e.g. brakes, clutches, etc.

Nachstehend ist der Funktionsablauf an Beispiel eines Krangerätes, welches u.a. mit mehreren Seilwinden bestückt ist, in einzelnen erläutert. Der betrachtete Signalverlauf in Fig. 1 betrifft die Einzelfunktion: Winde "aufwärte". Das auslösende Signal wird bei sanueher Betätigung eines Befehlsgerätes (B 1) freigegeben. Dieses Signal trifft auf der Eingabeseite des elektronischen Steuerteiles nach Vorbereitung durch eine Verkettung von Sper-UND-Funktionen (u 1.1 bis 1.3) auf einen der Eingänge der übrigen NAND-Funktionen Fig. 2 (FN 2 bis FN 7). Die Aufgabe dieser NAND-Funktionen (FN 1 bis FN 7) besteht im wesentlichen darin, die Eingänge von Steuersignalen in den Elektronikteil der Steuerung auf eine Zahl zu beschränken, welche sowohl durch die Bauart des Gerätes selbst, als auch durch die von einer Bedienungsperson gleichzeitig steuerbaren Arbeitsfunktionen gegeben ist. Wird z.B. die Zahl der gleichzeitig und unabhängig steurbaren Funktionen mit "n" bezeichnet, so sind in der Eingabe seite der Steuerung verwendeten NAND-Funktionen nit Jeweils n-freien Logikeingängen bestückt. In Fig. 1 und 2 sind die NAND-Funktionen (FN 1 bis FN 7) mit drei freien Logikeingängen ausgestattet, d.h., es sind bei einer beliebigen Erweiterung der Anzahl parallelgeschalteter NAND-Funktionen bis zu max. drei Eingangssignale in der Auswirkung auf die Ausgänge A1 bis A7 auf die Ansteuerung von bis zu drei getrennten und unabhängigen Arbeitsfunktionen möglich.Below is the functional sequence using the example of a crane device, which is equipped with several winches, among other things, explained in detail. The looked at Signal curve in Fig. 1 relates to the individual function: winch "up". The triggering one The signal is released when a command device (B 1) is pressed gently. This Signal hits the input side of the electronic control part after preparation by linking lock-AND functions (u 1.1 to 1.3) to one of the inputs the remaining NAND functions Fig. 2 (FN 2 to FN 7). The job of these NAND functions (FN 1 to FN 7) consists essentially in the inputs of control signals in to limit the electronic part of the control to a number, which both by the design of the device itself, as well as that of an operator at the same time controllable work functions is given. If, for example, the number of simultaneous and independently controllable functions are designated with "n", so are in the input page NAND functions used in the controller are each equipped with n-free logic inputs. In Fig. 1 and 2, the NAND functions (FN 1 to FN 7) are with three free logic inputs equipped, i.e. with any expansion of the number of parallel-connected NAND functions with up to a maximum of three input signals affecting the outputs A1 to A7 for the control of up to three separate and independent work functions possible.

Der Schaltplan Fig. 1 zeigt den Signalverlauf der vorher genannten Einzelfunktion. Das Eingabesignal wird von der NAND-Funktion (FN 1) durchgeschaltet. Das Signal steht an Ausgang dieser Funktion zur Verfügung und wird in einer ersten Verzweigung an den Logikeingängen der Sperr- UND-Funktionen (FS 1, FS 2 und FS 3) und über die Zeitfunktion (FZ 1) an (FS 7) wirksam.The circuit diagram Fig. 1 shows the waveform of the aforementioned Single function. The input signal is generated by the NAND function (FN 1) switched through. The signal is available at the output of this function and is used in a first Branching at the logic inputs of the locking AND functions (FS 1, FS 2 and FS 3) and effective via the time function (FZ 1) at (FS 7).

Die invertierenden Eingänge der Sperr- UND-Funktionen (F8 1 bis F8 7) haben Null-Signale, womit an deren Ausgänge L-Signale anliegen.The inverting inputs of the locking AND functions (F8 1 to F8 7) have zero signals, which means that L signals are present at their outputs.

Das Eingangssignal der Funktion (FS 3) wird nun in einer weiteren Verzweigung an Logikeingang der Sperr- UND-Funktion (PS 6) und über eine Zeitfunktion (FZ 2) an den Eingängen der Funktion (fS 5 u. FS 6) wirksam.The input signal of the function (FS 3) is now in a further Branching to the logic input of the locking AND function (PS 6) and via a time function (FZ 2) effective at the inputs of the function (fS 5 and FS 6).

Die Ausgangssignale der Funktion (FS 1 bis FS 7) werden verwendet, ui die Ansteuerung der Verstärkerfunktionen (FV 1 bis FV 10) zu rmöglichen. Diese Ansteuerung hat zur Folge, daß erst hierdurch die Verstärker ihre Funktionen, näalich die Weiterleitung der verstärkten Digital- und Analog-Signale zu den Elektromagneten, übernahmen.The output signals of the function (FS 1 to FS 7) are used ui to enable the control of the amplifier functions (FV 1 to FV 10). These Activation has the consequence that only then does the amplifier function properly the transmission of the amplified digital and analog signals to the electromagnets, took over.

Die Einleitung der Arbeitsbewegung sowie die Einstellung der gewünschten Arbeitsgeschwindigkeit der vorher genannten Arbeitsfunktionen "Winde aufwärte" erfolgt nunmehr durch die von den Elektromagneten verstellten bzw. gesteuerten Hydraulikventile, Die im Schema dargestellten Knotenpunkte nit einer Reihe von freien Auschlüssen sowie sämtliche invertierenden Eingänge bieten die Möglichkeit, Verknüpfung und/oder Verriegelung mit einer beliebigen Anzahl weiterer Funktionen, z.B. Zuordnung und Zuteilung der vorhandenen Pumpen bzw. Pumpenleistungen zu den Jeweils angesteuerten Verbrauchern und weitmöglichste Ausnutzung der vorhandenen Maschinenleistung.The initiation of the work movement as well as the setting of the desired Working speed of the previously mentioned work functions "winch up" takes place now through the hydraulic valves adjusted or controlled by the electromagnets, The nodes shown in the scheme with a number of free exclusions as well as all inverting inputs offer the possibility of linking and / or Interlocking with any number of other functions, e.g. assignment and Allocation of the existing pumps or pump outputs to the respectively controlled Consumers and the greatest possible utilization of the existing machine performance.

Das Schema der Steuerung und der möglichen Leistungsverzweigung der Arbeitshydraulik zeigt Fig. 3. Die in Steuerstand der Maschine (1) manuell eingegebenen Befehle durch Geber bzw. bei Vorwahl eines bestimmten Programmes durch Wahlschalter werden als Digital- oder Analog-Signale dem elektronischen Steuerteil (2) zugeführt.The scheme of the control and the possible power distribution of the The working hydraulics are shown in Fig. 3. The ones entered manually in the control stand of the machine (1) Commands by encoder or, when a certain program is selected, by selector switch are fed to the electronic control unit (2) as digital or analog signals.

Je nach Bauart der Maschine und sonstigen Erfordernissen können zusätzliche Signale aus Regeleinrichtungen (3.1), Sicherheitseinrichtungen (3.2) usw. dem Elektronikteil (2) zugeführt und dort verarbeitet werden. Die elektrischen Ausgangssignale von Elektronikteil bewirken eine digitale bzw. analoge Verstellung der magnetbetätigten Hydraulik-Vorsteuerventile (4.1 bis 4.4) s.B. Wegeventile oder Proportionalventile. In vorliegenden Falle sind die Vorsteuerventile ftr die Hauptpumpenverstellung mit (4.1), für die Steuerung der hydraulischen Weichen (Cartridge) mit (4.2), der Bremsensteuerung mit (4.3) und der Kupplungssteuerung mit (4.4) bezeichnet. Die Zuordnung der Haeptpunpen (5) zu den Umformern (7) an den Arbeitsmaschinen (8.1 bis 8.5) z.B. Windenantriebe, Schwenkantrieb, Fahrantrieb usw. erfolgt über die hydraulischen Weichen (6).Depending on the design of the machine and other requirements, additional Signals from control devices (3.1), safety devices (3.2) etc. from the electronic part (2) are supplied and processed there. The electrical output signals from Electronic parts cause a digital or analog adjustment of the solenoid-operated Hydraulic pilot valves (4.1 to 4.4) see B. Directional or proportional valves. In the present case, the pilot valves for the main pump adjustment are also included (4.1), for controlling the hydraulic switches (cartridge) with (4.2), the brake control with (4.3) and the clutch control with (4.4). The assignment of the Haeptpunpen (5) to the converters (7) on the machines (8.1 to 8.5) e.g. winch drives, Swivel drive, travel drive, etc. take place via the hydraulic switches (6).

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r u c h Oil-hydraulically driven on wheels or crawler-mounted excavators and jib cranes with a central control station on or in the vicinity of the device for entering electrical command and control signals for triggering and controlling the individual work movements and from there via lektrisohe Control lines lektrisoh or electro-hydraulic remote-operated valve., Control, Control and actuation elements for the control of pumps, motors and cylinders as well as for engaging and releasing brakes, clutches and the like., with an or several control pumps or one or more control oil circuits branched off from the working oil, characterized in that the electrical control of the electrically or electro-hydraulically operated Control and actuation organs based on the entered electrical command and Control signals CLOSE Triggering and control of the individual work movements via a Chain tone parallel and series-connected electronic, digital working Blocks, in particular also of NAND elements, to limit the number of to be forwarded Control signals, including the required delay elements, the operating speeds can be controlled and / or regulated analogously and by mutual binding of the interlock of the individual control chains the admissibility of the entered ones and the ones that follow from them Signals monitored, controlled and regulated and at the same time the assignment and Distribution, if necessary via power split, of the existing pumps or pump capacities, to the controlled motors and cylinders.