DE2927585B1 - Verfahren und Einrichtung zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einer Iandwirtschaftlichen Zugmaschine,wie z.B. einem Schlepper getragenen Pfluges - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einer Iandwirtschaftlichen Zugmaschine,wie z.B. einem Schlepper getragenen PflugesInfo
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Description
Der Schlepper bewegt sich daher nicht auf der durch den Geländeverlauf vorgegebenen Ebene, sondern auf
einer gegenüber dieser um einen gewissen Winkel seitwärts geneigten Ebene. In solch einem Fall kann die
langsame Gegenkorrektur (Sollwertnachführung) die Zugkraft in unerwünschter Weise so verstellen, daß sieh
nach einer mehr oder weniger langen Strecke zwar die vorgegebene Lage einstellt, diese aber nicht der
gewünschten Arbeitstiefe entspricht.
Auf der anderen Seite kann es vorkommen, daß sich der spezifische Bodenwiderstand in außergewöhnlichem
Maße, z. B. innerhalb weniger Meter, wesentlich ändert. In solchen Fällen kommt die langsam vorgenommene
Nachführung des Sollwertes nicht zur Geltung, was, da die Regeleinrichtung insoweit praktisch als reine
Zugkraftregelung wirkt, zu Abweichungen in der Arbeitstiefe führt.
Es ist bereits eine Vorrichtung zur selbsttätigen Tiefenregelung von an landwirtschaftlichen Fahrzeugen
angebauten Bodenbearbeitungsgeräten bekanntgeworden (DE-PS 20 55 403), bei der der Lagegeber bei einer
bestimmten vorgebbaren Lage abgeschaltet wird. Diese Abschaltlage muß an der leichtesten Bodenart des zu
pflügenden Schlages eingestellt werden. Dadurch wird bei einer Nickbewegung des Fahrzeugs der in diesem
Fall nachteilige Einfluß des Gebers beendet und die Vorrichtung vorübergehend zu einer reinen Zugkraftregelung.
Nachteilig an dieser Regeleinrichtung ist allerdings, daß bei Nickbewegungen auf Böden, deren
Widerstand größer ist als der Bodenwiderstand, auf den die Abschaltlage bezogen ist, die Abschaltung des
Gebers erst nach Auftreten einer ungewünschten Tiefenänderung erfolgt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Einhalten der
gewünschten Arbeitstiefe eines Pfluges dadurch zu gewährleisten, daß die Pflugstellung in Abhängigkeit
von der jeweiligen Struktur und Oberflächenkontur des überfahrenen Bodens geregelt wird.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Regelverfahren
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Änderungsgeschwindigkeit der Zugkraft sowie gegebenenfalls
deren Änderungsbeschleunigung ermittelt und in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwerten zur
Steuerung der Höhenlage des Pfluges benutzt wird. Bei einem zweiten Regelverfahren, bei dem der Sollwert
der Zugkraft dem sich ändernden Zugwiderstand nachgeführt wird, besteht die Lösung der Aufgabe darin,
daß die zeitliche Änderung der Zugkraft oder der Lage ermittelt und in Abhängigkeit von vorgegebenen
Grenzwerten der Zugkraft- oder Lageänderungsgeschwindigkeit zur Steuerung der Nachführung des
Sollwertes der Zugkraft genutzt wird.
Eine Einrichtung zur Durchführung des ersterwähnten Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß dem
Meßglied ein erstes Differenzierglied zur Bildung der ersten zeitlichen Ableitung der Zugkraft und gegebenenfalls
ein zweites Differenzierglied zur Bildung der zweiten zeitlichen Ableitung der Zugkraft beigeordnet
ist, wobei die Ausgangssignale des ersten Differenziergliedes für sich oder gemeinsam mit denen des zweiten
Differenziergliedes einem Datenverarbeitungsgerät zuführbar und dort entweder zu einem einzigen Wert
zusammenfaßbar sind, der nach Vergleich mit einem von mehreren am Datenverarbeitungsgerät eingebbaren
Grenzwerten auf ein dem Geber nachgeordnetes Schaltglied in der Weise einwirkt, daß dieses die
Signalübertragung vom Geber zur Einstellhandhabe sperrt, wobei das letzte Ausgangssignal des Gebers
hinter dem Schaltglied erhalten bleibt und der Anteil, mit dem das Meßglied an der Steuerung des
Steursehiebers beteiligt ist, auf seinen maximalen Wert
eingestellt ist oder freigibt oder jeder für sich mit einem am Datenverarbeitungsgerät eingegebenen Grenzwert
verglichen wird und lediglich das Differenzierglied, dessen Ausgangssignal zuerst den ihm zugeordneten
Grenzwert überschreitet, das Schaltglied sperrt
ίο Eine Einrichtung zur Durchführung des letzterwähnten
Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßglied (Meßfeder) ein Differenzierglied zur Bildung
der ersten zeitlichen Ableitung der Zugkraft oder dem Geber (Lagenocken) ein Differenzierglied zur Bildung
der ersten zeitlichen Ableitung der Lage beigeordnet ist, dessen Ausgang mit dem dem Korrekturglied vorgeordneten,
als Schalter wirkenden Steuerelement verbunden ist, das bei Überschreiten eines ersten am Steuerelement
(Schalter) eingebbaren Wertes der Zugkraft- bzw. Lageänderungsgeschwindigkeit durch den vom Differenzierglied
gebildeten Wert so lange unter Beibehaltung des letzten Ausgangswertes des Korrekturgliedes
gesperrt ist, wie der vorgegebene Wert kleiner bleibt, und daß darüber hinaus dem Differenzierglied ein
Speicher für eine Anzahl der zuletzt gebildeten Differenzierwerte beigeordnet ist, der wiederholt aus
diesen Werten den Mittelwert bildet, welcher bei
Unterschreiten eines zweiten, gegenüber dem ersten eingegebenen Wert kleineren Wertes und Überschreiten
eines dritten, gegenüber dem zweiten Wert kleineren und ebenfalls am Steuerelement eingebbaren
Wertes für die Zugkraft- oder Lageänderungsgeschwindigkeit ebenfalls so lange unter Beibehaltung des letzten
Ausgangswertes des Korrekturgliedes gesperrt isf, wie der gebildete Mittelwert innerhalb des durch die ersten
und zweiten Werte vorgegebenen Bereiches bleibt.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Arbeitstiefe
eines Pfluges sehr genau einzuhalten, da die Regeleinrichtung in der Lage ist zu unterscheiden, ob eine
Veränderung der Zugkraft aus einer Nickbewegung öder einem wechselnden Bodenwiderstand resultiert,
und deshalb je nach den bei Nickbewegungen oder wechselndem Bodenwiderstand unterschiedlichen Erfordernissen
sinngerecht und praktisch verzögerungs-
frei auf Änderungen der Zugkraft zu reagieren.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 das Signalflußbild einer Regeleinrichtung mit einem Korrekturglied für die automatische Nachführung
des Sollwertes und
F ί g. 2 das Signalflußbild einer Regeleinrichtung ohne Korrekturglied.
Die Signalflußbilder gemäß F i g. t und 2 zeigen in schematischer, übersichtlicher Weise die bei einem
Schlepper mit angebautem, durch die Regelvorrichtung in seiner Arbeitstiefe zu regelnden Pflug gegebene
Situation.
Im unteren Teil des Signalflußbildes gemäß F i g. 1 ist
der Bodenwiderstand durch den Signalübertragungsblock 1 dargestellt. Dem Signalübertragungsblock 1
nachgeordnet ist ein die kinematischen Verhältnisse des Pfluges und der Geräteanbauvorrichtung wiedergebender,
proportional wirkender Signalübertragungsblock 2 und ein ebenfalls proportional wirkender, die Meßfeder
für die vom nicht gezeigten Pflug zu überwindende Bodenwiderstandskraft darstellender Signalübertra-
gungsblock 3 nachgeordnet. Hinter dem Signalübertragungsblock
3 ist eine Mischstelle 4 vorgesehen, in welcher dem den Signalübertragungsblock 3 verlassenden
Signal ein anderes Signal überlagert wird, das in später noch zu beschreibender Weise gebildet wird. Der
Mischstelle 4 nachgeordnet ist ein den Steuerschieber für den Kraftheber des Schleppers ersetzender Signalübertragungsblock
5. Der Kraftheber selbst ist in diesem Signalflußbild durch den Signalübertragungsblock 6
ersetzt, welcher mit einem weiteren Signalübertragungsblock 7, der durch einen die jweilige Lage des
Pfluges zum Schlepper wiedergebenden Lagenocken realisiert ist, verbunden ist. Zur Sollwerteingabe für die
Lage des Pfluges im Boden ist eine aus einem Einstellhebel bestehende Eingabestelle 8 vorgesehen,
die auf einen ein Steuerventil darstellenden Signalübertragungsblock 9 einwirkt, welcher wiederum mit einem
Steuerelement 10 in Verbindung steht.
Bis hierher entspricht die in diesem Signalflußbild beschriebene Regelvorrichtung der bekannten Tiefenregelung.
Erfindungsgemäß besitzt das Steuerelement 10 drei Eingabemöglichkeiten für verschiedene Grenzwerte
der Zugkraft- (yi, yi, y-^ oder Lageänderungsgeschwindigkeiten
(ει, 62, 83). Sein Ausgang steht über
einem das als Führungsgröße für den Sollwert der Zugkraft dienende Korrekturglied darstellenden Signalübertragungsblock
11 mit der Mischstelle 4 in Verbindung.
Außerdem ist der Ausgang des Signalübertragungsblocks 7 mit einem im folgenden kurz D-Glied
genannten Differenzierglied L(t) zur Bildung der ersten zeitlichen Ableitung der Lage des Pfluges verbunden
und diesem ein Speicher L(t)m für eine größere Anzahl der zuletzt gebildeten Differenzierwerte des D-Gliedes
L(t), in welchem gleichzeitig aus diesen Werten wiederholt ein Mittelwert gebildet wird, nachgeordnet.
Der Ausgang des D-Gliedes L(t) und der Ausgang des Speichers L(t)m ist mit dem Steuerelement 10
verbunden. Zusätzlich steht der Ausgang des D-Gliedes L(t) mit einem weiteren D-Glied L(t) und dessen
Ausgang mit dem Signalübertragungsblock 5 in Verbindung.
Das Steuerelement 10 arbeitet als Schalter, der in Abhängigkeit von den vom D-Glied L(t) und Speicher
L(t)m gelieferten Werten für die Lageänderungsgeschwindigkeit
des Pfluges sowie den eingegebenen Werten ei, 82, 63 das Korrekturglied 11 sperrt oder
wirksam werden läßt. Dabei sind die Werte ει, 82, 83
bereits im Herstellerwerk eingestellte, an bestimmte Bodenverhältnisse angepaßte Werte, die aber auch so
nachträglich noch veränderbar sind. Eine an sich bekannte logische Verknüpfung sorgt dafür, daß das
durch den Signalübertragungsblock 11 wiedergegebene Korrekturglied immer dann gesperrt ist, wenn das
D-Glied L(t) Werte liefert, die größer sind als der Wert ει oder im Bereich zwischen den Werten ε2 und ε3 liegen,
wobei ει immer der größte und 83 immer der kleinste
Wert ist. Entsprechendes gilt für die Signale des Speichers L(t)m, wobei durch eine ebenfalls als bekannt
vorausgesetzte Verknüpfung sichergestellt ist, daß das so
Korrekturglied (Signalübertragungsblock 11) gesperrt ist, sobald der vom Speicher L(t)m gelieferte Mittelwert
der zuletzt ermittelten Lageänderungsgeschwindigkeiten kleiner ist als der voreingegebene Wert 62, aber
größer bleibt als der eingegebene Wert ti. An der
Mischstelle 4 bleibt dann jeweils das zuletzt vorhandene Ausgangssignal des Korrekturgliedes erhalten.
Ober den bisher beschriebenen Aufbau hinaus besitzt die Regelvorrichtung ein D-Glied Z(t) für die Bildung
der ersten zeitlichen Ableitung und ein weiteres D-Glied Z(t) für die Bildung der zweiten zeitlichen
Ableitung der Zugkraft, welche beide D-Glieder mit dem Ausgang des Signalübertragungsblocks 3 verbunden
sind. Die Ausgänge der D-Glieder Z(t) und Zfζ} sind
wiederum mit dem Signalübertragungsblock 5 verbunden.
Die Differenzierglieder L(t); L(t); Z(t); Z(t) und der
Speicher L(t)m sind ebenso wie die Einzelteile der im
Steuerelement 10 enthaltenen Verknüpfungsschaltung, die von einem Fachmann ohne erfinderische Tätigkeit
hergestellt werden kann, bekannte Bausteine und werden an dieser Stelle als in ihrer Funktion bekannt
vorausgesetzt und deshalb nicht näher erläutert.
Unabhängig von der baulichen Ausgestaltung der verschiedenen Signalübertragungsblöcke ist die Wirkungsweise
der Regeleinrichtung grundsätzlich wie folgt:
Zunächst wird die Arbeitstiefe des Pfluges durch entsprechendes Verschwenken des Einstellhebels (Eingabestelle
8) auf den gewünschten Wert eingestellt. Die vom Boden (Signalübertragungsblock 1) auf den
abgesenkten Pflug ausgeübte Widerstandskraft wird über die Geräteanbauvorrichtung (Signalübertragungsblock
2) der Meßfeder (Signalübertragungsblock 3) zugeleitet und dort zu einem der jeweiligen Zugkraft
entsprechenden, der besseren Weiterbehandlung wegen elektrischen Signal umgeformt. Dies wird an der
Mischstelle 4 mit den vom Korrekturglied (Signalübertragungsblock 11) gelieferten Signal überlagert bzw.
verglichen. Das daraus resultierende Signal wird dem Steuerschieber (Signalübertragungsblock 5) des Krafthebers
(Signalübertragungsblock 6) zugeleitet und führt dort in Abhängigkeit vom eingestellten Sollwert der
Arbeitstiefe und den augenblicklichen Bodenverhältnissen zu einem Regelvorgang, in dessen Verlauf eine
etwaige Abweichung der Arbeitstiefe vom vorgesehenen Wert zum Verschwinden gebracht wird. Auf den
Regelvorgang selbst wird hier in allen Einzelheiten nicht eingegangen, da hierüber genügend Literatur, z. B. die
DD-PS 24 280, zur Verfügung steht.
Damit bei einer Abweichung der Zugkraft vom über die Arbeitstiefe des Pfluges eingestellten Sollwert diese
konstant gehalten werden kann, muß die Regeleinrichtung, je nach dem, ob die Abweichung aus wechselndem
Bodenwiderstand oder einer Nickbewegung des Schleppers resultiert, verschieden reagieren.
Aus diesem Grund wird mittels des D-Gliedes L(t) die
Änderungsgeschwindigkeit der Lage des Pfluges zum Schlepper in an sich bekannter Weise über einen
Lagenocken (Signalübertragungsblock 7) ermittelt. Diese Änderungsgeschwindigkeit wird im Steuerelement
10 mit dem eingegebenen Wert ει verglichen. Ist
der Wert ει kleiner als der Wert der Lageänderungsgeschwindigkeit,
was auf Nickbewegungen hindeutet, so wird das Steuerventil (Signalübertragungsblock 9)
gesperrt. Das bedeutet, daß die Nachführung des Sollwertes augenblicklich unterbrochen wird. Die
Regeleinrichtung arbeitet sofort als reine Zugkraftregeleinrichtung und regelt in herkömmlicher Weise die
Abweichungen aus.
Wenn der Wert der Lageänderungsgeschwindigkeit kleiner ist als der eingegebene Wert ει, aber größer
bleibt als der eingegebene Wert 82, was aufgrund der
Wahl der eingegebenen Werte ει, ε2, ε3 auf ebenen
Boden und sich aufgrund wechselnden Bodenwiderstandes ändernder Zugkraft hindeutet, so ist das Korrektur-
030 116/469
glied (Signalübertragungsblock 11) entsperrt. Die Regeleinrichtung arbeitet in diesem Fall mit automatischer
Sollwertnachführung für die Zugkraft.
Verändert sich der Wert der Lageänderungsgeschwindigkeit dahingehend, daß er kleiner wird als der
eingegebene Wert S2, aber größer bleibt als der
eingestellte Wert ε% weil sich der Schlepper entlang
sehr langgezogener Hügel bewegt, führt er also nur schwache Nickbewegungen aus, so werden an Stelle der
Werte des D-Gliedes L(t) die im Speicher L(t)m aus einer größeren Anzahl der zuletzt ermittelten L(t}-Werte
gebildeten Mittelwerte dem Vergleich mit den Werten ει und ej zugrunde gelegt, und das Korrekturglied
(Signalübertragungsblock 11) wird abermals gesperrt.
Das Korrekturglied (Signalübertragungsblock 11) ist dabei so ausgelegt, daß in seinem gesperrten Zustand
das letzte Ausgangssignal festgehalten und ständig auf die Mischstelle 4 gespeist wird.
Je nach Wahl der Werte ει, 62 und £3 ist es dabei
möglich, die Arbeitsweise der Regelvorrichtung auf die überwiegend vorherrschenden Bodenformationen und
-eigenschaften einzustellen und eine optimale Arbeitsqualität zu erzielen, da die vom D-Glied L(t) gebildeten
Werte bei auf Nickbewegungen des Schleppers beruhenden Zugkraftänderungen wesentlich höher sind
als die auf wechselndem Bodenwiderstand beruhenden Werte.
Um zu verhindern, daß stoßartige Bewegungen des
Pfluges u.a. zu Überbelastungen des Krafthebers allgemein führen, wird bei Überschreiten eines am
Differenzierglied L(t) vorgegebenen Beschleunigungsschwellwertes
£4 das Ausgangssignal des D-Gliedes L(t) dem von der Mischstelle 4 herangeführten Signal
entgegenwirkend auf den Eingang des Steuerschiebers (Signalübertragungsblock 5) gegeben und bewirkt dort
eine Abschwächung der Wirkung des von der Mischstelle 4 kommenden Signals.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit der Regelvorrichtung insbesondere bei sich schnell ändernden Zugkräften,
z. B. bei Beginn einer Nickbewegung, zu erhöhen, sind die Ausgangssignale der D-Glieder Z(t) und Z(t)
ebenfalls auf den Eingang des Steuerschiebers (Signalübertragungsblock 5) gegeben, und zwar in der Weise,
daß das von der Mischstelle 4 herangeführte Signal entsprechend verstärkt wird. Dabei ist dafür gesorgt,
daß jeweils das D-Glied Z(t) oder Z(t) dominiert, welches zuerst einen dem jeweiligen D-Glied zugeordneten
Grenzwert y\o bzw. γ\ ι überschreitet.
Praktisch das gleiche Regelergebnis wird erzielt, wenn an Stelle der Differenzierung der Lage L eine
Differenzierung der Zugkraft Z nach der Zeit erfolgt. In diesem Fall ist der Ausgang eines solchen D-Gliedes in
analoger Weise wie in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Steuerelement 10 zu verbinden, wobei nunmehr an
Stelle der Werte ei, ε2 und 63 andere, auf die neuen
Verhältnisse abgestimmte Grenzwerte yj, γ2, y3 eingestellt
werden müssen.
Es ist auch möglich, zur Ausregelung von vorzugsweise aus kurzen Nickbewegungen resultierenden Abweichungen
in der Arbeitstiefe die Differenzierung der Zugkraft mit dem Speicher für die laufende Mittelwertbildung
aus einer Anzahl Werte der Lageänderungsgeschwindigkeiten zu kombinieren. Die Abschaltung des
Korrekturgliedes (Signalübertragungsblock 11) erfolgt in diesem Fall bei großen Nickbewegungen über das
D-Glied Z(t), während bei schwach gekrümmtem Gelände mit lang andauernden Nickbewegungen die
Abschaltung des Korrekturgliedes (Signalübertragungsblock 11) über den Speicher L(t)m vorgenommen wird.
Während im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Regelung der Arbeitstiefe unter Berücksichtigung
der Änderüngsgeschwindigkeit der relativen Lage des Pfluges zum Schlepper erfolgte, wird bei der in F i g. 2
gezeigten Einrichtung die Regelung der Arbeitstiefe des Pfluges mit Hilfe der Änderungsgeschwindigkeit bzw.
-beschleunigung der Zugkraft vorgenommen. In diesem Signalflußbild ist ebenso wie bei dem Signalflußbild
gemäß F i g. 1 der Bodenwiderstand durch einen Signalübertragungsblock 1, der Pflug und die Geräteanbauvorrichtung
durch einen Signalübertragungsblock 2 und die Meßfeder zur Ermittlung der vom Schlepper
aufzubringenden Zugkraft durch einen Signalübertragungsblock 3 wiedergegeben. Der die relative Lage des
Pfluges zum Schlepper ermittelnde Lagenocken ist durch einen Signalübertragungsblock 7 ersetzt.
Über ein Schaltglied 16, dessen Funktion später näher
Über ein Schaltglied 16, dessen Funktion später näher
2Q erläutert wird, steht der Signalübertragungsblock 7 ebenso wie der Signalübertragungsblock 3 mit einer
Mischstelle 4 in Verbindung. Anschließend an die Mischstelle 4 ist eine Einstellhandhabe 17 für die
Arbeitstiefe des Pfluges vorgesehen und danach der Steuerschieber (Signalübertragungsblock 5) für den
Kraftheber (Signalübertragungsblock 6) angeordnet.
Hinter dem Signalübertragungsblock 3 sind zwei D-Glieder Z(t) und Z(t) angeschlossen, die mit einem
Datenverarbeitungsgerät 15 verbunden sind. An diesem Datenverarbeitungsgerät 15, dessen Ausgang an das
Schaltglied 16 angeschlossen ist, befindet sich eine Eingabestelle für je einem der D-Glieder (Z(t); Z(t))
zugeordnetem Grenzwert y$ und ys. Die eigentliche
Datenverarbeitung erfolgt in der Weise, daß die von den D-Gliedern Z(t) und Z(t) gelieferten Werte jeweils mit
dem zugeordneten Wert y* bzw. ys in einem Vergleicher
einander gegenüber gestellt werden. Nur dann, wenn der von dem D-Glied Z(t) oder Z(t) gelieferte Wert den
ihm zugeordneten, vorgegebenen Wert überschreitet,
"40 gibt der betreffende Vergleicher ein definiertes Signal
ab, dessen Absolutwert einer nachgeordneten Oder-Schaltung zugeführt wird. Der Ausgang der Oder-Schaltung
steht mit dem Schaltglied 16 in Verbindung.
Liefert die Oder-Schaltung ein Signal, so wird das Schaltglied 16 gesperrt und demzufolge undurchlässig für vom Lagenocken (Signalübertragungsblock 7) der Mischstelle zuzuführende Signale, wobei allerdings an der Mischstelle 4 das vor der Sperrung des Schaltgliedes 16 vorhandene Signal weiterhin erhalten bleibt. Von
Liefert die Oder-Schaltung ein Signal, so wird das Schaltglied 16 gesperrt und demzufolge undurchlässig für vom Lagenocken (Signalübertragungsblock 7) der Mischstelle zuzuführende Signale, wobei allerdings an der Mischstelle 4 das vor der Sperrung des Schaltgliedes 16 vorhandene Signal weiterhin erhalten bleibt. Von
so diesem Augenblick an ist der Einfluß der Lage des
Pfluges auf die Empfindlichkeit der Regeleinrichtung auf seinen letzten Wert beschränkt.
Damit die Regeleinrichtung in diesem Fall als reine Zugkraftregelung arbeitet, ist es notwendig, mittels
3> einer nicht gezeigten Einrichtung den eingestellten
Wert für den Anteil, an den die Meßfeder (Signalübertragungsblock 3) an der Steuerung des Steuerschiebers
(Signalübertragungsblock 5) beteiligt ist (Mischungsanteil), auf seine maximale Höhe einzustellen.
Die Arbeitsweise dieser Regeleinrichtung ist wie folgt: Mittels der Einstellhandhabe 17 wird die
gewünschte Arbeitstiefe des Pfluges vorgewählt. In an sich bekannter Weise wird nun in Abhängigkeit von den
Ausgangssignalen der Meßfeder (Signalübertragungs-
f»5 block 3) und des Lagenockens (Signalübertragungsblock
7) das Steuerventil (Signalübertragungsblock 5) in der Weise verstellt, daß über den Kraftheber (Signalübertragungsblock
6) der Pflug auf die gewünschte
Arbeitstiefe abgesenkt wird. Dieser Vorgang braucht an dieser Stelle im einzelnen nicht beschrieben zu werden,
da er sich nicht von einem entsprechenden Vorgang der bekannten Regeleinrichtungen unterscheidet.
Um die Arbeitstiefe des Pfluges unabhängig von Nickbewegungen des Schleppers oder von wechselndem
Bodenwiderstand konstant zu halten, wird durch die D-Glieder Z(t), Z(t)'m analoger Weise zu dem bereits
beschriebenen Ausführungsbeispiel die Änderungsgeschwindigkeit und die Änderungsbeschleunigung der ι ο
Zugkraft ermittelt und dem Datenverarbeitungsgerät 15 zugeführt. Die Verarbeitung der dort ankommenden
Werte erfolgt in der oben beschriebenen Weise.
Wie bereits angedeutet wurde, erfolgt eine Sperrung der Signalübertragung vom Lagenocken (Signalübertragungsblock
7) zur Mischstelle 4, wenn entweder der vom D-Glied Z(t)oder der vom D-Glied ^gelieferte Wert
der Änderungsgeschwindigkeit bzw. -beschleunigung der Zugkraft einen bestimmten Wert überschreitet.
Durch entsprechende Einstellung dieser frei wählbaren Werte y* und ys ist es möglich, den Ansprechzeitpunkt
des Schaltgliedes 16 zu beeinflussen. Wenn z.B. bei Beginn einer Nickbewegung des Schleppers — es sei
hier angenommen, daß sich die vorderen Räder des Schleppers zunächst aufwärts bewegen — die Zugkraft
wegen des tiefer in den Boden eindringenden Pfluges zunächst ansteigt, bis die Regeleinrichtung anspricht,
steigen auch die vom D-Glied (Z(t)) gelieferten Werte der Zugkraftänderungsgeschwindigkeit nach einer bestimmten
Kurve und die von dem D-Glied Z(t) gelieferten Werte der Änderungsbeschleunigung der
Zugkraft nach einer anderen Kurve an. Die Werte γ* und
ys werden nun so eingestellt, daß sie die Kurven, die aus Nickbewegungen bestimmter Mindestgröße resultieren,
an irgendeiner Stelle schneiden. Unabhängig davon, 3S
welche der Kurven zuerst den vorgegebenen Wert γ*
oder y5 schneidet, wird, sobald dieses Ereignis eintritt,
das Schaltglied 16 angesteuert und gesperrt. Damit arbeitet die Regeleinrichtung nunmehr als eine Zugkraftregeleinrichtung
ohne Berücksichtigung des in diesem Fall sich negativ auswirkenden Rückführungssignals der Lage.
Je nach Empfindlichkeit der verwendeten Regeleinrichtung kann dabei die Sperrung des Schaltgliedes 16
bereits erfolgen, bevor die Regeleinrichtung auf die ansteigende Zugkraft reagiert hat oder danach. Um
auch bei wechselndem Bodenwiderstand die Arbeitstiefe möglichst gut einzuhalten, muß der Einfluß der Lage,
nachdem die Nickbewegung vorüber ist, wieder hergestellt werden. Dies bedeutet, daß das Schaltglied
16 wieder in seine ursprüngliche Schaltstellung umgeschaltet werden muß.
Hierfür macht man sich die Tatsache zunutze, daß nach Beendigung der Nickbewegung des Fahrzeugs in
der Regel die zu Beginn der Nickbewegung vorhandene Lage des Pfluges zum Schlepper wieder erreicht wird.
Aus diesem Grund wird das Ausgangssignal des Signalübertragungsblocks 7 einem Befehlsglied 18
zugeführt und dort im Falle der Sperrung des Schaltgliedes 16 gespeichert und mit den weiteren von
diesem Signalübertragungsblock 7 gelieferten Werten verglichen, die im Zuge der weiteren Nickbewegung
geliefert werden. Diese Werte werden sich zunächst erheblich von dem gespeicherten Wert entfernen und
schließlich aber nach vollendeter Nickbewegung sich diesem wieder annähern. Sobald eine ausreichende
Übereinstimmung beider Werte vorhanden ist, ergeht ein entsprechendes Signal, welches das Schaltglied 16
wieder umsteuert. Kann diese Übereinstimmung infolge besonderer Geländebeschaffenheit nicht eintreten, so
wird nach einer zurückgelegten Wegstrecke des Fahrzeugs von z. B. 5 oder 10 m das Schaltglied 16 vom
Befehlsglied 18 aus umgeschaltet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, wie
z. B. einem Schlepper, getragenen Pfluges, mittels einer Regeleinrichtung, bei der hilfsweise die vom
Pflug herrührende Zugkraft als Regelgröße benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Änderungsgeschwindigkeit der Zugkraft (Z) sowie gegebenenfalls deren Änderungsbeschleunigung ermittelt
und in Abhängigkeit von vorgegebenen Grenzwerten (^1 γ$) zur Steuerung der Höhenlage
des Pfluges benutzt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der der hydraulische
Kraftheber des Schleppers über einen Steuerschieber beaufschlagbar ist, dessen Steuerung in Abhängigkeit
von einem die vom Pflug herrührende Zugkraft ermittelnden Meßglied und der Stellung
einer Einstellhandhabe für die Arbeitstiefe des Pfluges und/oder von einem die relative Lage des
Pfluges zum Schlepper ermittelnden Geber erfolgt, wobei der Anteil, mit dem das Meßglied und/oder
der Geber an der Steuerung des Steuerschiebers beteiligt sind, einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Meßglied (Meßfeder, Signalübertragungsblock (3)) ein erstes Differenzierglied (Z(t))
zur Bildung der ersten zeitlichen Ableitung der Zugkraft (Z) und gegebenenfalls ein zweites
Differenzierglied (Z(t)) zur Bildung der zweiten zeitlichen Ableitung der Zugkraft (Z) beigeordnet
ist, wobei die Ausgangssignale des ersten Differenziergliedes (Z(t))iür sich oder gemeinsam mit denen
des zweiten Differenziergliedes (Z(t)) einem Daten-Verarbeitungsgerät (15) zuführbar und dort entweder
zu einem einzigen Wert zusammenfaßbar sind, der nach Vergleich mit einem von mehreren am
Datenverarbeitungsgerät (15) eingebbaren Grenzwerten
()>4, ys) auf ein dem Geber (Lagenocken,
Signalübertragungsblock (7)) nachgeordnetes Schaltglied (16) in der Weise einwirkt, daß dieses die
Signalübertragung vom Geber (Lagenocken, Signalübertragungsblock (7)) zur Einstellhandhabe (17)
sperrt, wobei das letzte Ausgangssignal des Gebers (Lagenocken, Signalübertragungsblock (7)) hinter
dem Schaltglied (16) erhalten bleibt und der Anteil, mit dem das Meßglied (Meßfeder, Signalübertragungsblock
(3))-an der Steuerung des Steuerschiebers (Signalübertragungsblock (5)) beteiligt ist, auf
seinen maximalen Wert eingestellt ist, oder freigibt, oder jeder für sich mit einem am Datenverarbeitungsgerät
(15) eingegebenen Grenzwert ()>4, 75)
verglichen wird und lediglich das Differenzierglied (Z(t); Z(t)), dessen Ausgangssignal zuerst den ihm
zugeordneten Grenzwert (γ*, ys) überschreitet, das
Schaltglied (16) sperrt.
3. Verfahren zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einer landwirtschaftlichen Zugmaschine, wie
z.B. einem Schlepper, getragenen Pfluges, mittels einer Regeleinrichtung, die den Sollwert für die
Zugkraft dem sich bei wechselndem Bodenwiderstand relativ langsam ändernden Zugwiderstand in
Abhängigkeit von der Änderung der Lage des Pfluges nachführt, dadurch gekennzeichnet, daß die
zeitliche Änderung der Zugkraft (Z) oder der Lage (L) ermittelt und in Abhängigkeit von vorgegebenen
Grenzwerten der Zugkraft- (yj, y% y3) oder
Lageänderungsgeschwindigkeit (ει, Z2, £3) zur Steuerung
der Nachführung des Sollwertes der Zugkraft fZ^benutzt wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einem hydraulischen Kraftheber,
welcher über einen Steuerschieber von einer Zugkraftregeleinrichtung und/oder einer Lagerregeleinrichtung
beaufschlagbar ist, wobei die Zugkraftregeleinrichtung ein Meßglied für die vom Pflug
herrührende Zugkraft aufweist, und die Lageregeleinrichtung eine Einstellhandhabe für den Sollwert
der Lage des Pfluges relativ zum Schlepper sowie einen Geber für den Istwert der Lage besitzt,
welcher über ein Steuerelement ein Korrekturglied für die selbsttätige Nachführung des Sollwertes
steuert, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßglied (Meßfeder, Signalübertragungsblock (3)) ein Differenzierglied
(Z(t)) zur Bildung der ersten zeitlichen Ableitung der Zugkraft (Z) oder dem Geber
(Lagenocken, Signalübertragungsblock (7)) ein Differenzierglied (L(t)) zur Bildung der ersten
zeitlichen Ableitung der Lage beigeordnet ist, dessen Ausgang mit dem dem Korrekturglied (Signalübertragungsblock
(H)) vorgeordneten, als Schalter wirkenden Steuerelement (10) verbunden ist, das bei
Überschreiten eines ersten am Steuerelement (10) eingebbaren Wertes der Zugkraft- (y\, γ2, ys) bzw.
Lageänderungsgeschwindigkeit (ει, 82, 83) durch den
vom Differenzierglied ( (Z(t); (L(t)) gebildeten Wert
so lange unter Beibehaltung des letzten Ausgangswertes des Korrektürgliedes (Signalübertragungsblock
(11)) gesperrt ist, wie der vorgegebene Wert
kleiner bleibt, und daß darüber hinaus dem Differenzierglied ((Z(t); L(t)) ein Speicher ((Z(t)m);
(L(t)m)) für eine Anzahl der zuletzt gebildeten Differenzierwerte beigeordnet ist, der wiederholt
aus diesen Werten den Mittelwert bildet, welcher bei Unterschreitung eines zweiten, gegenüber dem
ersten eingegebenen Wert (γ\, ει) kleineren Wertes
(Υ2, 82) und Überschreiten eines dritten, gegenüber
dem zweiten Wert (}>2, £2) kleineren und ebenfalls am
Steuerelement (10) eingebbaren Wertes (γι, ε3) für
die Zugkraft- oder Lageänderungsgeschwindigkeit ebenfalls so lange unter Beibehaltung des letzten
Ausgangswertes des Korrekturgliedes (Signalübertragungsblock (H)) gesperrt ist, wie der gebildete
Mittelwert innerhalb des durch die ersten und zweiten Werte (y\, ει) und (j>2. 82) vorgegebenen
Bereiches bleibt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierglied (L(t))τ\χτ Bildung
der zweiten Ableitung der Lage vorgesehen ist, dessen Ausgangsleitung mit dem Schaltteil des
Steuerschiebers (Signalübertragungsblock (5)) verbunden ist, wobei das Ausgangssignal dem aus der
Zugkraft resultierenden Steuersignal für die Verstellung des Steuerschieoers (Signalübertragungsblock
(5)), solange eine vorgegebene Beschleunigung des Pfluges überschritten ist, entgegenwirkt
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierglied (Z(t)) zur Bildung
der ersten zeitlichen Ableitung der Zugkraft (Z) und/oder ein Differenzierglied (Z(t) )zur Bildung der
zweiten zeitlichen Ableitung der Zugkraft (Z) mit dem Schaltteil des Steuerschiebers (Signalübertragungsblock
(5)) verbunden ist, wobei bei Überschreiten am Steuerschieber (Signalübertragungsblock
(5)) einstellbarer Werte für die Zugkraftände-
ORKaINAL INSPECTED
rungsgeschwindigkeit (yio) bzw. Zugkraftänderungsbeschleunigung
(yii) der Steuerschieber (Signalübertragungsblock
(5)) vorzugsweise voll aufgesteuert ist und jeweils der zuerst überschrittene Wert (j>io,
j>i i) zur Wirkung kommt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Regeln der Arbeitstiefe eines von einer
landwirtschaftlichen Zugmaschine, wie z. B. einem Schlepper, getragenen Pfluges, mittels einer Regeleinrichtung
bei der hilfsweise die vom Pflug herrührende Zugkraft als Regelgröße benutzt wird, oder die den
Sollwert für die Zugkraft dem sich bei wechselndem Bodenwiderstand relativ langsam ändernden Zugwiderstand
in Abhängigkeit von der Änderung der Lage des Pfluges nachführt.
Das möglichst genaue und gleichmäßige Einhalten der Arbeitstiefe bei der Bodenbearbeitung mittels
Pflügen ist in einer intensiv betriebenen Landwirtschaft ein wichtiger, sich aus verschiedenen Gründen stark auf
den Ertrag auswirkender Faktor. Vor allen Dingen eine gleichmäßige Furchentiefe gestattet eine bessere
Aufnahme der Niederschläge sowie gleichmäßigere Düngerkonzentrationen und ermöglicht erst einen
gleichmäßigen Auflauf und eine gute Weiterentwicklung der Pflanzen, insbesondere Zuckerrüben und
Kartoffeln.
Die bisher zu diesem Zweck in der Praxis eingesetzten Regeleinrichtungen arbeiten nach dem
Prinzip der sogenannten Zugkraft- und/oder Lageregelung.
Die Zugkraftregelung zeichnet sich dadurch aus, daß die Arbeitstiefe nicht direkt, sondern indirekt über die
von der Arbeitstiefe abhängige Zugkraft geregelt wird. Solange auftretende Zugkraftabweichungen von einem
vorgegebenen, der gewünschten Arbeitstiefe entsprechenden Sollwert allein auf Nickbewegungen des
Schleppers zurückgehen, arbeiten diese Regeleinrichtungen zufriedenstellend. Ist die Ursache für die
Zugkraftabweichung dagegen in wechselndem Bodenwiderstand zu suchen, so kann eine Tiefenabweichung
prinzipbedingt nicht verhindert werden, da einem geänderten Bodenwiderstand eine vom gewünschten
Wert abweichende Arbeitstiefe zugeordnet ist, sofern die Bedingung nach konstanter Zugkraft eingehalten
wird.
Auf ebenem Boden kann dieser Nachteil der bekannten Regeleinrichtungen zwar durch den Einsatz
der sogenannten Lageregelung, bei der die relative Lage des Pfluges zum Schlepper einstellbar ist, umgangen
werden. Dafür ist die Lageregelung aber zum Pflügen auf unebenem Gelände völlig untauglich.
Mittels sogenannter Mischregelungen, bei welchen je nach Wahl des einstellbaren Mischungsanteils die
Zugkraft- oder die Lageregeleinrichtung mehr oder weniger dominiert, hat man bereits versucht, die
Vorteile der beiden Regelungsarten auch auf Böden mit beliebiger Oberflächenbeschaffenheit und Bodenart zu
übertragen. Es hat sich aber gezeigt, daß dies in dem erforderlichen Maß nicht möglich ist, vielmehr läßt die
Arbeitsweise derartiger Regeleinrichtungen viel zu wünschen übrig.
In dieser Hinsicht brachte eine in der DD-PS 24 280 beschriebene Steuervorrichtung zur automatischen
Tiefenregelung von an Schleppern angebauten Bodenbearbeitungsgeräten bedeutsame Verbesserungen. So
wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, an einer an sich bekannten Zugkontrolleinrichtung eine zusätzliche,
gegenüber dieser einstellbar verzögernd und entgegengesetzt wirkende, von der Lage zwischen Zugmittel und
Gerät abhängige Tiefenregelung anzuordnen. Dadurch ist es gelungen, erstmals eine Regeleinrichtung zu
schaffen, bei der der mittelbar über die Lageregelung eingestellte Sollwert für die Zugkraft bei einer
ίο Veränderung des spezifischen Bodenwiderstandes entsprechend
der Lagesollwertabweichung langsam nachgeführt wird. Die Nachführung erfolgt dabei mittels
eines von der Lageregelung gesteuerten, als Korrekturglied wirkenden Zylinders.
Da die Geschwindigkeit der Zugkraftänderung bei aus wechselndem Bodenwiderstand resultierenden
Schwankungen der Zugkraft sehr viel geringer ist als die Geschwindigkeit der aus Nickbewegungen entstandenen
Zugkraftänderungen, spricht diese Regeleinrichtung sowohl auf unterschiedliche Bodenwiderstände als
auch auf die Oberflächengestalt des zu bearbeitenden Bodens an. Sie wirkt beim Auftreten von Nickbewegungen
als eine reine Zugkraftregelung mit praktisch konstantem Sollwert der Zugkraft und auf einem sich in
seinem spezifischen Bodenwiderstand änderndem Boden im wesentlichen als Lageregelung. Damit bleibt es
dem Schlepperführer auf Böden, deren spezifischer Widerstand uneinheitlich ist, erspart, die Tiefenlage des
Pfluges ständig zu beobachten und gegebenenfalls manuell zu korrigieren.
Wenn, wie oben ausgeführt wird, diese bekannte Regeleinrichtung sowohl auf unterschiedliche Bodenwiderstände
als auch Oberflächengestalt des zu bearbeitenden Bodens anspricht, so beruht das auf der
Auswertung der Beobachtung, wonach solche Bodenunebenheiten, die die Nickbewegungen des Schleppers
verursachen, relativ kurz sind. In der Regel liegt ihre Ausdehnung in einem Bereich von etwa 0,5 bis 5 m.
Demgegenüber verändert sich der spezifische Bodenwiderstand auf den meisten Böden nur über wesentlich
größere Distanzen, schätzungsweise über Strecken von 10 bis 30 m und darüber. Die Nachführung des
Sollwertes der Lage mittels des Zylinders erfolgt nun mit einer solchen, dem beschriebenen Bodenprofil
optimal angepaßten geringen Geschwindigkeit, daß zwar bei den auf wechselndem Bodenwiderstand
beruhenden, länger andauernden Zugkraftveränderungen eine ins Gewicht fallende Sollwertnachstellung
gegeben ist, nicht jedoch bei auf Nickbewegungen des Schleppers beruhenden Zugkraftveränderungen, deren
Dauer hierfür nicht groß genug ist. Eine Verstellbarkeit der Nachführgeschwindigkeit des Sollwertes der Zugkraft
durch den Zylinder zur Anpassung an grundsätzlich andere Geländeformen ist nicht vorgesehen.
Das bedeutet, daß die Regeleinrichtung immer in der gleichen Weise arbeitet und nicht in der Lage ist zu
unterscheiden, ob eine Zugkraftänderung wechselndem Bodenwiderstand oder einer Nickbewegung zuzuschreiben
ist. Insbesondere bei der Ausregelung von Nickbewegungen, die auf Bodenunebenheiten beruhen,
weiche außerhalb des erfahrungsgemäß üblichen Bereiches liegen, also länger sind als 5 m, kann sich dies als
nachteilig erweisen. So kann es vorkommen, daß z. B. beim Pflügen von Böden, in denen Hackfrüchte geerntet
wurden, ein oder zwei auf derselben Seite des Schleppers befindliche Räder ständig längs eines aus
z. B. einer früheren Kartoffelreihe entstandenen Bodenhügels oder mit einem kleinen Winkel quer dazu fahren.
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