DE2940445A1

DE2940445A1 - Regeleinrichtung fuer eine erdbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE2940445A1
Application number: DE19792940445
Authority: DE
Inventors: Michiaki Igarashi; Tetsuya Nakayama; Shigemi Yamano
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-10-05
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2444125B1; JPS5552437A; US4332517A; FR2444125A1; JPS6238495B2; CA1154722A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD EISFfOCD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Anmelderin

Dr.-Ing. von Kreisler+ 1973

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

SEISAKUSHO Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln

3-6, Akasaka 2-chome Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

MinatO-ku , Tokyo-to Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Dipl.-Ing. G. Selting, Köln ^{J a}P^an Dr. H.-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

26. September 1979 Sg/En

maschine

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Erdbearbeitungsmaschine, die es ermöglicht z.B. eine Arbeitsschaufel zur Durchführung eines geradlinigen Aushubes zu führen.

Wenn die Stellung einer hydraulischen Arbeitsschaufel gemäß Figur 1 durch x- und y-Koordinaten ausgedrückt wird, wie in Figur 2 dargestellt ist, kann die Stellung (x,y) der Spitze der Bearbeitungsmaschine (der scharfen Kante D der Schaufel 3) durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) angegeben werden:

χ = sin* + L₂ «sin (tf+ß) + L₃-SIn («+ß+yi (1)

y = L..-COS*+ L₂-COS (°i+ß) + L₃-COS {d+ß+f) (2)

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Telefon: (0221) 131041 - Telex: 8882307 dopa d - Telegramm: Dompotent Köln

Hierin sind

der Ursprungspunkt O: der Anlenkpunkt des Auslegers 1 Punkt B: der Anlenkpunkt des Armes 2 Punkt C: der Anlenkpunkt der Schaufel 3

L₁: die Länge zwischen den Punkten 0 und B

L₂: die Länge zwischen den Punkten B und C

L^: die Länge zwischen den Punkten C und D

oC: der Winkel zwischen der y-Achse und dem Segment OB

ß : der Winkel zwischen den Segmenten OB und BC

y: der Winkel zwischen den Segmenten BC und CD.

In diesem Zusammenhang stellt die x-Achse die Schnittlinie einer Ebene, in der die Punkte 0, B, C und D liegen, mit einer Ebene, in der der Anlenkpunkt 0 des Auslegers liegt und die parallel zur Bodenfläche verläuft, auf der das Fahrzeug steht, dar. Die y-Achse ist eine Gerade, die durch den Anlenkpunkt 0 des Auslegers und rechtwinklig zur Bodenfläche verläuft. Der Winkel Oi kann durch Teleskopbewegung des Auslegerzylinders 4 verändert werden. In ähnlicher Weise können die Winkel ß und f durch Teleskopieren des Armzylinders 5 bzw. des Schaufelzylinders 6 verändert werden.

Andererseits muß zur Durchführung eines geradlinigen Erdaushubs (bei dem die Erdbearbeitung entlang einer Geraden erfolgt) die Arbeitskante D geradlinig bewegt werden, d.h. die Stellung (x,y) der Arbeitskante D muß die folgende Gleichung 3 erfüllen:

y = M*x + N (3) .

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-s-

Hierin sind M und N wählbare Konstante.

Entsprechend dem oben erläuterten Prinzip wird im Stand der Technik folgendermaßen gearbeitet: Zunächst werden die Randbedingungen wie die Neigung der Aushubfläche (entsprechend M in Gleichung (3)), die Aushubtiefe (entsprechend N in Gleichung (3) ) , der Aushubwinkel der Schaufel (entsprechend (*i+ß+f) in Gleichungen (1) und (2)) und die Aushubgeschwindigkeit an einem Schaltbrett oder an Hebeln eingestellt. Aus diesen Randbedingungen werden nach einem Prinzip, das demjenigen der Gleichungen (1) bis (3) ähnlich ist, die Arbeitsgrößen (entsprechend den Winkeln o(, ß und γ oder den Winkelgeschwindigkeiten k , ß und γ- ) der Hydraulikzylinder 4, 5 und 6 eingestellt, die für einen geradlinigen Aushub aus diesen Bedingungen errechnet worden sind und die Winkel f* , ß und y- werden durch Detektoren ausgegeben. Dann werden entsprechend den Rechenergebnissen der Auslegerwinkel c< , der Armwinkel ß und der Schaufelwinkel y gesteuert. Diese Berechnung kann durch verschiedenartige Systeme erfolgen.

Das System, bei dem die Betriebsgrößen für die Zylinder 4, 5 und 6 aus den an dem Schaltbrett o.dgl. eingestellten Werten berechnet werden und bei dem die errechneten Werte als Eingangssignale für die Steuerung der Operationen der betreffenden Teile benutzt werden, ist jedoch in folgenden Punkten nachteilig: Es ist erforderlich, eine oder mehrere Recheneinheiten vorzusehen, um die Operationsgrößen für die Zylinder 4, 5 und 6 zu berechnen, sowie Steuereinheiten zur Steuerung der Operationen der

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Zylinder 4, 5 und 6 entsprechend dem Rechenergebnis. Das System ist daher als solches teuer. Ferner wird die Bearbeitungsstelle dann nicht mehr gerade, wenn eine der Steuereinheiten einen Steuerfehler infolge einer externen Störung o.dgl. erzeugt.

Hydraulische Schaltungen für den Betrieb der Hydraulikzylinder 4, 5 und 6 sind im allgemeinen aus Sicherheitsgründen mit Entlastungsventilen versehen. Wenn einer der hydraulischen Zylinder infolge eines Hindernisses während der Erdbearbeitung überlastet wird, dann öffnet das betreffende Entlastungsventil, so daß der Hydraulikzylinder angehalten wird. In diesem Fall werden die übrigen Hydraulikzylinder in der errechneten Weise weiterbetrieben. In diesem Fall ist es natürlich nicht mehr möglich, die angestrebte geradlinige Erdbearbeitung durchzuführen.

Im Hinblick auf die obigen Erläuterungen ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuerungseinrichtung für eine Erdbearbeitungsmaschine zu schaffen, deren Herstellungskosten dadurch reduziert sind, daß einige der Recheneinrichtungen und der Steuermittel entfallen. Ferner sollen die die Entlastungsventile betreffenden oben erläuterten Probleme gelöst werden.

Nach der Erfindung ist einer der zur Ausführung der geradlinigen Erdbearbeitung erforderlichen Zylinder ohne Verwendung von Recheneinrichtungen direkt manuell gesteuert und der Betrieb dieses Zylinders wird von Fühlern überwacht. Entsprechend den abgefühlten Ergebnissen werden die Operationsgrößen der übrigen Zylinder so berechnet,

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- 40-

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daß die Erdbearbeitung geradlinig erfolgt. Die Rechenergebnisse werden zur Steuerung der Operationen der anderen Zylinder benutzt.

Da einer der Zylinder manuell gesteuert wird, kann seine Recheneinrichtung und seine Steuereinrichtung entfallen oder vereinfacht werden. Für die übrigen Zylinder werden nicht die Arbeitsgrößen von Stellhebeln als Befehle benutzt. Dies bedeutet, daß die übrigen Zylinder entsprechend den Steuerergebnissen des manuell gesteuerten Zylinders in untergeordneter Weise gesteuert werden. Wenn ein Entlastungsventil öffnet und den Zylinder anhält, wird auch die Rechnung unterbrochen. Auf diese Weise wird die oben geschilderte Schwierigkeiten der konventionellen Erdbearbeitungsmaschinen ausgeschaltet.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht des Systems einer hydraulisch betriebenen Erdschaufel,

Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Koordinatenpositionen und der Winkel der verschiedenen Teile der Erdschaufel nach Figur 1,

Figur 3(a) eine Darstellung zur Verdeutlichung der auf den Schaufelzylinder der Erdschaufel während des Aushubes einwirkenden Last,

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Figur 3(b) die Richtung, in der der Schaufelzylinder während des Aushubs gesteuert wird,

Figur 4(a) ein Diagramm zur Erläuterung der Tatsache, daß für einen Armwinkel unterschiedliche Auslegerwinkel verfügbar sind, und zur Verdeutlichung der Stellung der Arbeitskante der Erdschaufel bei unverändertem Armwinkel,

Figur 4(b) eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Armwinkel und dem Auslegerwinkel im Falle eines geradlinigen Aushubs und

Figur 5 ein Blockschaltbild der Steuerungseinrichtung für die Erdbearbeitungsmaschine.

Wie schon erläutert wurde, wird einer der Zylinder manuell gesteuert. Zunächst muß also derjenige Zylinder, der manuell gesteuert wird, bestimmt werden. Dies wird zunächst erläutert.

Das mit dem Betrieb der Entlastungsventile zusammenhängende Problem kann durch ein Verfahren gelöst werden, bei dem der Zylinder, der beim Erdaushub am ehesten überlastet wird, manuell gesteuert wird, so daß die Betriebsgrößen der übrigen Zylinder bestimmt werden. Bei diesem Verfahren werden die Betriebsgrößen der übrigen Zylinder entsprechend der Änderung der Geschwindigkeit des ersten Zylinders verändert, selbst wenn die Geschwindigkeit des ersten Zylinders, der im folgenden als "Referenzzylinder" bezeichnet wird, sich infolge einer Auslösung des überlastventiles verändert.

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Der Schaufelzylinder 6 wird gemäß Figur 3(a) einer Aushub-Reaktionskraft ausgesetzt, die während der Erdbearbeitung bestrebt ist, den Zylinder 6 zurückzuziehen. Andererseits ist es zur Durchführung des Erdaushubs mit unverändert beibehaltenem Aushubwinkel ioL+ß+f) der Schaufel 3 zweckmäßig, den Schaufelzylinder 6 graduell zurückzuziehen, wie in Figur 3(b) dargestellt ist. Das Einziehen des Zylinders 6 wird auf diese Weise durch die Aushubreaktion beschleunigt, so daß überhaupt kein Entlastungsvorgang verursacht wird. Eine Verwendung des Schaufelzylinders als Referenzzylinder ist also unzweckmäßig.

Als Referenzzylinder kommen also nur noch der Auslegerzylinder 4 oder der Armzylinder 5 in Betracht. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aus folgenden Gründen der Armzylinder 5 als Referenzzylinder benutzt: Im allgemeinen erfolgt der Aushub hauptsächlich durch Betätigung des Armes. Bei geradlinigen Aushubarbeiten kann der Winkel oi, wie Figuren 4(a) und 4(b) zeigen, in bezug auf die verschiedenen Armwinkel ß unverändert gehalten werden. Dies bedeutet, daß verschiedene Armwinkel ß für einen bestimmten Auslegerwinkel od vorgesehen werden können.

Wenn unter der Bedingung, daß der Armzylinder 5 der Referenzzylinder ist und daß der Auslegerwinkel oL auf dem Wert ¹X - gehalten wird, der Armwinkel ß nacheinander zu B₁, ß~ und ß-, gemacht wird, ergibt sich eine bogenförmiger Verlauf der Arbeitskante, wie durch die ausgezogene Linie 1 in Figur 4(a) angegeben ist. In diesem Fall erfolgt also kein geradliniger Erdaushub. Es sei angenommen, daß der

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, AZ-

Winkel zwischen der durch den Punkt B hindurchgehenden Senkrechten zur Aushubfläche und dem Ausleger 1 den Wert ß~ hat. In diesem Fall muß der Ausleger 1 allmählich aufwärts bewegt werden (im Sinne einer Verringerung von cc), wenn der Armwinkel β sich von dem Wert B₁ auf den Wert ß₂ vergrößert. Dagegen muß der Ausleger 1 allmählich abgesenkt werden, wenn der Armwinkel ß sich vom Wert ß₂ auf den Wert ß, verändert. Dies kann durch die in Figur 4(b) dargestellte Kurve dargestellt werden, die einen gewissen Grenzwert hat.

Im folgenden wird nun eine Steuerungseinrichtung für eine Erdbearbeitungsmaschine beschrieben, bei der der Armzylinder 5 als Referenzzylinder dient. Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist so konstruiert, daß zwisehen manuellem Betrieb (bei dem die Steuerung des Auslegers 1 des Armes 2 und der Schaufel 3 individuell erfolgt) und automatischem Betrieb (bei dem der geradlinige Erdaushub mit dem Armzylinder 5 als Referenzzylinder erfolgt) umgeschaltet werden kann.

Bei Betätigung eines Stellhebels 10 wird gemäß Figur 5, unabhängig davon, ob die Einrichtung auf manuellen Betrieb oder auf automatischen Betrieb eingestellt ist, der erforderliche hydraulische Arbeitsdruck durch ein manuell zu betätigendes Ventil 11 an den Arbeitszylinder 5 gelegt, um diesen steuern zu können. Wenn in diesem Fall ein der Stellung des Stellhebels 10 entsprechendes elektrisches Signal erzeugt wird und wenn anstelle des manuell verstellbaren Ventils 11 eine Durchflußsteuereinrichtung, beispielsweise ein Servoventil, benutzt wird, dann kann der Armzylinder elektrisch gesteuert werden.

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Im folgenden wird nun der Betrieb des Auslegers 1 und der Schaufel 3 bei manueller Steuerung beschrieben.

Bei manueller Steuerung wird ein Umschaltkontakt 12 auf "manuell" eingestellt bzw. der betreffende Schalter wird geöffnet. Durch das Ausgangssignal des Umschaltkontaktes 12 wird ein weiterer Umschaltkontakt 13 in die Stellung a gebracht, so daß ein der Stellung des Ausleger-Bedienungshebels 14 entsprechendes Signal an den Positionssteuerteil 16 der Auslegergeschwindigkeitssteuerung 15 gelegt wird. Der Postionssteuerteil 16 steuert die Position (oder den Öffnungsgrad) eines manuell betätigbaren Ventils 17 entsprechend dem ihm zugeführten Signal Eb. Auf diese Weise wird der Auslegerzylinder 4 entsprechend der Stellung des Ausleger-Einstellhebels 14 gesteuert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wird das Sollsignal Eb dem Postionssteuerteil 16 so zugeführt, daß dieser das manuell steuerbare Ventil 17 antreibt. Die Steuercharakteristik kann jedoch verbessert werden, indem ein Servoventil o.dgl. verwandt wird, das von dem Signal eB direkt gesteuert wird, so daß der Durchfluß durch die zwischen dem Signal Eb und dem Servoventil auftretende Abweichung gesteuert wird.

Bei manuellem Betrieb steht ein weiterer Umschalter 19 infolge des von dem oben erwähnten Umschalter 12 kommenden Steuersignals in Stellung a. Dadurch wird ein Signal Ek, das der Stellung eines Schaufel-Stellhebels 18 entspricht, einem Steuerteil 20 für die Schaufelgeschwindigkeit zugeführt. Ähnlich wie im Falle des Auslegerzylinders 4 wird das Signal Ek einem Postionssteuerteil 21 in der

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Schaufelgeschwindigkeitssteuerung 20 zugeführt. Dadurch wird ein manuell arbeitendes Ventil 22 geöffnet, so daß der Schaufelzylinder 6 entsprechend der Betätigung des Bedienungshebels 18 gesteuert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Komparator 23 vorgesehen, der auf das Signal Eb hin erkennt, daß der Ausleger-Einstellhebel 14 betätigt ist und daraufhin ein Erkennungssignal ausgibt. Zusätzlich ist eine Rückkopplungsschleife vorhanden, derart, daß bei einer Betätigung des Ausleger-Einstellhebeis 14 bei manuellem Betrieb auch der Schaufel-Umschalter 19 eingeschaltet (in Stellung b gebracht) wird. Dies geschieht mit Hilfe des Komparators 23 und einer ODER-Schaltung 24. Der Schaufelwinkel (ot'+ß+y) bleibt auf diese Weise unverändert. Dies wird anhand des automatischen Betriebs noch detaillierter erläutert werden.

Im folgenden wird nun der Betrieb des Auslegers 1 und der Schaufel 3 bei automatischer Betriebsweise beschrieben.

Zunächst wird das Prinzip der automatischen Betriebsweise erläutert. Bei dieser Betriebsweise wird ein geradliniger Aushub bei konstantem Schaufel-Aushubwinkel durchgeführt. Um den Schaufel-Aushubwinkel konstant zu halten, müssen die folgenden Gleichungen (4) oder (5) erfüllt sein:

$+ ß + Ot = konstant (4)

t-x + ß + γ = O (5)

Zur Durchführung des geradlinigen Aushubs muß Gleichung (3) oder die folgende Gleichung (6) erfüllt sein:

y = M · χ (6) ,

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wobei y = -r^ und χ = -r^ ist. (t bezeichnet die Zeit).

Dann wird die Postion (x,y) der Arbeitskante der Schaufel, die durch die Gleichungen (1) und (2) angegeben wird, einer Differentiation mit der Zeit unterzogen:

χ - L₁ · Oi₁-COSUi+ L₂(«r+ß) cos («+ ß)

+ L₃ · (of+ß+j*·) cos «+ß+j⁴-) (7)

y = -/L₁ · o<-sino< + L₂ · («<+ß) · sin (*+ß)

+ L₃- («i+ß+/-) sin («tf+ß+/·) _7 (8)

Wenn man annimmt, daß der Aushubwinkel der Schaufel konstantgeregelt ist (oi+ß+f = 0), sind die dritten Ausdrücke auf den rechten Seiten der Gleichungen (7) und (8) Null. Daher können die Werte χ und y durch die folgenden Gleichungen (9) und (10) ausgedrückt werden:

χ = L-,'^ -cost*+ L₂ (<x+ß) -cos (oc+ß) (9)

y = -/L₁ ·ύ sina<+ L₂ («+ß) sin (<*+ß)_7 (10)

Der geradlinige Erdaushub erfolgt also nach folgenden Verfahren: Die Winkel#, ß und f werden ermittelt und die Werte (i+ß+y-) und die Werte χ und y werden aus den ermittelten Werten errechnet, wodurch der Schaufelzylinder so gesteuert wird, daß ix'+ß+y'= 0 ist, während der Auslegerzylinder 4 so gesteuert wird, daß y = M · χ ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist ein Rechenteil 2 5 vorgesehen, in dem der Schaufel-Aushubwinkel

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und die Werte χ und y der Gleichungen (9) und (10) aus den gemessenen Winkeln oi , ß und g* errechnet werden.

Der Rechenteil 25 erhält Eingangssignale von den Winkeldetektoren 26, 27 und 28, bei denen es sich um Potentiometer handelt, die für den Schaufelzylinder 6, den Armzylinder 5 und den Auslegerzylinder 4 vorgesehen sind und die die Winkel <* , β und f- ermitteln. Die ermittelten Winkelwerte werden in Differziergliedern 29, 30 und 31 differenziert, so daß die Werte <χ , ß und ^- entstehen. Die Werte Ot und ß werden einem Additionspunkt 33 zugeführt, der das Signal (oc+ß) erzeugt. In einem weiteren Additionspunkt 34 wird der Wert (tf+ß) dem Wert f hinzuaddiert, so daß der Wert («k+ß+/·) entsteht. In einem weiteren Additionspunkt 32 werden die gemessenen Werte <* und ß addiert und der Wert (ctf+ß) erzeugt. In einem Sinusgenerator 35 wird der Wert (of+ß) in den Wert sin(<tf+ß) umgewandelt und dieser Wert wird einem Eingangsanschluß eines Multiplizierers 37 zugeführt. Dem anderen Eingangsanschluß des Multiplizierers 37 wird der Wert (<<+ ß) von Additionspunkt 33 zugeführt. Der Multiplizierer 37 multipliziert die beiden Werte und erzeugt ein Ausgangssignal (ot+ß) sin(ot+ß). In einer Koeffizienteneinheit 38 wird das Ausgangssignal des Multiplizierers 37 mit einem Koeffizienten -L- multipliziert, so daß der Wert -L₂(a+ß) sin(oC+ß) an einen Additionspunkt 41 ausgegeben wird.

Ein Sinusgenerator 36 wandelt den von dem Winkeldetektor 28 ermittelten Winkel ot in einen Wert sin«* um, der einem Eingangsanschluß eines Multiplizierers 39 zugeführt wird. Dem anderen Eingangsanschluß des Multiplizierers 39 wird der Wert <* vom Differenzierer 31 zugeführt. Die beiden

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Eingangssignale des Multiplizierers 39 werden multipliziert und aus ihnen wird der Wert <x sinot erzeugt. In einer Koeffizienteneinheit 40 wird dieser Wert mit einem Koeffizienten -L.. multipliziert, so daß der Wert -L.. ·«:· sin «< an den Additionspunkt 41 ausgegeben wird. Im Additionspunkt 41 werden die beiden Eingangssignale addiert, so daß ein Wert -/L₁ · <V sin«< +L₂ (<*+ß) sin(<X+ß)_7 entsteht, d.h. der Wert y.

In einem Kosinusgenerator 42 wird der Ausgangswert des Additionspunktes 32 in einen Wert cosK+ß) umgesetzt, der einem Multiplizierer 40 zugeführt wird. Im Multiplizierer 44 wird dieser Wert mit dem Wert (of+ß) vom Additionspunkt 33 multipliziert, so daß ein Wert (ά+β) χ cos(<*+ß) ausgegeben wird. Dieser Wert wird mit einem Koeffizienten Lj in einer Koeffizienteneinheit 46 multipliziert und der resultierende Wert wird einem Additionspunkt 48 zugeführt. In einem Kosinusgenerator 43 wird der Wert o< vom Winkeldetektor 28 in einen Wert cosot umgesetzt. Dieser Wert wird mit dem Ausgangssignal oc des oben beschriebenen Differentiators 31 in einem Multiplizierer 45 multipliziert, so daß ein Wert öi cos« ausgegeben wird. Dieser Wert wird mit einem Koeffizienten L₁ in einer Koeffizienteneinheit 47 multipliziert und der resultierende Wert wird dem Additionspunkt 48 zugeführt. Die beiden Eingangssignale des Additionspunktes 48 werden addiert, so daß der Viert

L₁ o< cosoi + L₂(**+ß) cos (ot+ß) entsteht, d.h. der Wert x.

Auf diese Weise erhält man aus den ermittelten Winkeln

• .... <* , ß und ^ die Werte (*+ß+^) , χ und y.

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Als nächstes wird die Betriebsweise bei automatischem Betrieb erläutert.

Bei automatischem Betrieb wird der Umschalter 12 auf die Stellung "Automatik" geschaltet und der Umschalter 19 wird in Stellung b gebracht. Der Differenzwert zwischen dem Schaufel-Betriebssignal Ek, das am Additionspunkt 4 9 er-

halten wird, und dem Schaufel-Aushubwinkel (*+ß+/*) , der von dem Rechenteil 25 ermittelt wird, wird über ein Kompensationselement 50 an den Kontakt b des Schaufel-Umschalters 19 gelegt. Der Schaufelzylinder 6 wird von dem Steuerteil 20 für die Schaufelgeschwindigkeit so angetrieben, daß der Differenzwert Null wird. Wenn Ek auf 0 eingestellt wird, ohne daß der Schaufel-Stellhebel 18 betätigt wird, erfolgt die automatische Steuerung so, daß sich Ek = u+h+'jf = 0 ergibt. Der Schaufel-Aushubwinkel (a^+ß+^) bleibt daher unverändert. Wenn aus irgendeinem Grunde der Schaufel-Aushubwinkel verändert werden soll, kann dies durch geeignete Verstellung des Schaufel-Einstellhebels geschehen.

Das Kompensationselement dient dazu, die Stabilität, Genauigkeit und das Antwortverhalten des Rückkopplungs-Regelsystems zu verbessern. Ein typisches Beispiel für das Kompensationselement ist ein PID-Regler.

Wie schon beschrieben wurde, wird auch bei manuellem Betrieb bewirkt, daß das Signal vom Komparator 23 über die ODER-Schaltung 24 dem Schaufel-Umschalter 19 zugeführt wird, so daß der Umschalter 19 in Stellung b gestellt wird. Wie bei der oben beschriebenen Betriebsweise wird also der Schaufelzylinder 6 ebenfalls so gesteuert, daß

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der Schaufel-Aushubwinkel (oi+ß+y-) unverändert beibehalten wird.

Nachfolgend wird nun die Betriebsweise des Steuerteiles des Auslegerzylinders 4 bei automatischem Betrieb beschrieben. Bei automatischem Betrieb wird der Umschalter 13 für den Ausleger in Stellung b gebracht.

Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, daß das Signal von einem Einstellteil 54 für den Aushubgradienten Null ist. In diesem Fall ist auch das Ausgangssignal eines Multiplizierers 55 Null. Das Stellsignal Eb des Ausleger-Einstellhebels 14 wird als Sollwert für den Wert y (im folgenden als "Sollwert y_n" bezeichnet) unverändert einem Additionspunkt 52 zugeführt. Dem Additionspunkt 52 wird ferner der Differenzwert zwischen dem Signal Eb des Ausleger-Einstellhebels 14, d.h. der Sollwert y₀ und der Wert -/L₁ · o( sine* + L„ (<i+ß) sin (o(+ß)_7 vom Rechenteil 25, d.h. der ermittelte Wert y zugeführt. Der so erhaltene Differenzwert wird über ein Kompensationselement 53 und den Ausleger-Umschalter 13 dem Ausleger-Geschwindigkeitssteuerteil 15 zugeführt. Auf diese Weise wird der Auslegerzylinder 4 automatisch so geregelt, daß der Sollwert y₀ mit dem ermittelten Wert y übereinstimmt. Wenn Eb = 0 eingestellt ist, d.h. der Ausleger-Hebel 14 nicht betätigt ist, dann erfolgt die Regelung so, daß Eb = y ist und daß "y = konstant" ist. Dies bedeutet, daß eine horizontale Erdbearbeitung erfolgt. Wenn aus irgendeinem Grunde die Arbeitskante aufwärts- oder abwärtsbewegt werden soll, kann die Höhe der Arbeitskante in der gewünschten Weise durch entsprechende Betätigung des Ausleger-Einstellhebels 14 verändert werden.

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Im folgenden wird nun die Arbeitsweise des Steuerteiles für den Fall beschrieben, daß der Einstellteil 54 für den Aushubgradienten ein Signal liefert. Der Einstellteil 54 für den Aushubgradienten ermöglicht die Einstellung eines Aushubgradienten in bezug auf die Bodenfläche, auf der das Fahrzeug steht, und gibt einen numerischen Wert -M aus, der dem eingestellten Gradienten entspricht. Die Vorzeichen + und - des Wertes -M bezeichnen einen Aufwärts- bzw. Abwärtsgradienten und M bezeichnet den Absolutwert des Gradienten. In einem Multiplizierer 4 5 wird der ermittelte Wert χ vom Additionspunkt 48 mit dem an dem Einstellteil 54 eingestellten Gradienten multipliziert und ein Wert -Μ·χ erzeugt. In einem Additionspunkt 51 werden das Signal -M'x vom Multiplizierer 25 und das Signal Eb des Ausleger-Einstellhebels addiert, so daß als Sollwert y_Q der Wert Eb - Μ·χ ausgegeben wird. Der Auslegerzylinder 4 wird da-

her so gesteuert, daß der Istwert y mit dem Wert Eb - M'x übereinstimmt. Mit Eb=O wird ohne Betätigung des Ausleger-Einstellhebels 14 der Sollwert y_Q zu -Μ·χ und der Auslegerzylinder 4 wird so geregelt, daß ein geradliniger Aushub mit dem Gradienten -M erfolgt. In gleicher Weise wie in den zuvor beschriebenen Fällen kann auch in diesem Fall die Höhe in der gewünschten Weise durch entsprechende Betätigung des Ausleger-Einstellhebels 14 verändert werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erhält man den

Sollwert y„ (= -M'x) entsprechend dem Istwert x, und die Regelung erfolgt so, daß der Istwert y mit dem Sollwert y.

übereinstimmt. Die Regelung kann jedoch auch so erfolgen,

+ 1 · daß der Istwert χ mit dem Sollwert x_Q (= - —y) zur Deckung gebracht wird, der aus dem Istwert y ermittelt werden kann.

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Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Armzylinder als Referenzzylinder benutzt. Ebenso gut kann jedoch auch der Auslegerzylinder als Referenzzylinder benutzt werden. In diesem Fall können jedoch verschiedene Armwinkel für einen bestimmten Auslegerwinkel vorgesehen werden, wie oben erläutert wurde. Zur Lösung dieses Problems müssen daher geeignete Mittel vorgesehen werden.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird einer der für einen geradlinigen Aushub erforderlichen Zylinder direkt manuell ohne die Verwendung einer Rechenschaltung o.dgl. gesteuert und entsprechend den Steuerungsergebnissen werden die übrigen Zylinder so geführt, daß ein geradliniger Erdaushub erfolgt. Selbst wenn das Überdruckventil, das für den manuell gesteuerten Zylinder vorgesehen ist, auslöst, erfolgt der Erdaushub stets gerade. Ferner wird die Konstruktion der Regeleinrichtung gegenüber den bekannten Systemen durch Fortlassen einiger Recheneinrichtungen erheblich vereinfacht.

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Claims

Ansprüche

( 1 .J Regeleinrichtung für eine Erdbearbeitungsmaschine , die einen an einem Maschinenkörper schwenkbar angebrachten Ausleger, einen an dem Ende des Auslegers schwenkbar angebrachten Arm und eine an dem Arm schwenkbar angebrachte Schaufel aufweist, mit einem den Auslegerwinkel ος zwischen der vertikalen Achse und dem Ausleger steuernden Auslegerzylinder, einem den Winkel ß zwischen dem Ausleger und dem Arm steuernden Armzylinder und einem den Winkel Ψ zwischen dem Arm und der Öffnungsfläche der Schaufel steuernden Schaufelzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß eine manuelle Steuereinrichtung (11) zur Steuerung des Auslegers (1), des Armes (2) oder der Schaufel (3) vorgesehen ist, daß Winkeldetektoren (26, 27) die Schwenkwinkel von Ausleger (1), Arm (2) und Schaufel (3) ermitteln und an eine arithmetische Einheit (25) abgeben, die eine Rechnung derart durchführt, daß die Arbeitskante (D) entlang einer geraden Linie bewegt wird und die Stellwerte für die nicht-manuell gesteuerten Einheiten aus Ausleger, Arm und Schaufel liefert, und daß eine zweite Steuereinrichtung (15, 20) vorgesehen ist, die die nicht-manuell gesteuerten Einheiten von Ausleger, Arm und Schaufel entsprechend den von der arithme-• tischen Einheit (25) berechneten Stellwerten steuert.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Einheit (25) Geschwindigkeitsgeber (29, 30, 31) zur Ermittlung der Schwenkbzw. Drehgeschwindigkeiten «, ß, y- von Ausleger, Arm

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ORIGINAL INSPECTED

und Schaufel sowie eine Einrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit χ und der Geschwindigkeit y der Arbeitskante (D) der Schaufel entlang der x- bzw. y-Achse und eine Einrichtung zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeit (ai+'ß+f) der Arbeitskante (D) der Schaufel (3) enthält, daß eine Gradienten-Einstelleinrichtung (54) eine Sollgeschwindigkeit y₀ für die Arbeitskante der Schaufel in y-Richtung (oder eine Sollgeschwindigkeit

x_Q in x-Richtung) liefert, wobei die Sollgeschwindigkeit y_ (oder x„) in Abhängigkeit von der Istgeschwindigkeit χ (oder y) derart bemessen ist, daß die Arbeitskante der Schaufel geradlinig bewegt wird, und daß die zweite Steuereinrichtung eine Regelschleife (51, 52, 53) zur Regelung des Auslegerwinkels oder des Armwinkels in der Weise enthält, daß die ermittelte Istgeschwindigkeit y (oder x) gleich der Sollgeschwindigkeit y„ (oder x~) wird und die Schaufelbewegung derart gesteuert wird, daß der Winkel der Arbeitskante der Schaufel auf der Grundlage der ermittelten Drehgeschwindigkeit unverändert beibehalten wird.
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vergrößerung des Armwinkels ß bis auf einen Winkel ß„ , bei dem der Arm (2) senkrecht zur Aushubfläche verläuft, der Ausleger stetig angehoben wird, während bei einer Vergrößerung des Armwinkels ß über den Wert ß_ der Ausleger (1) stetig abwärts bewegt wird.
4. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die nicht-manuell betätigten Einheiten von Ausleger (1), Arm (2) und Schau-

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fei (3) eine Umschalteinrichtung (12) zwischen Manuell und Automatik vorgesehen ist, welche Umschalter (13,19) betätigt, derart, daß die Steuerung von Ausleger, Arm und Schaufel bei manuellem Betrieb ausschließlich manuell erfolgt, während bei automatischem Betrieb die Steuerung in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ausgangssignal der arithmetischen Einheit (25) und dem Ausgangssignal der Stellhebel erfolgt.
5. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Schwenkgeschwindigkeit von Ausleger, Arm und Schaufel mit je einem Regler zur Regelung der Bewegungen von Ausleger, Arm und Schaufel entsprechend den eingestellten Werten verbunden ist und daß zwischen zwei Einstelleinrichtungen (14, 18) und die betreffenden Regler (16, 20) Umschalter (13, 19) geschaltet sind, die entweder die Signale der berechneten Bewegung von Ausleger, Arm und Schaufel oder Signale der betreffenden Einstelleinrichtung (14, 18) an den Regler (15, 20) weiterleiten.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der der zweiten Einstelleinrichtung (14) zugeordnete Regler (15) die Schwenkgeschwindigkeit des Armes (2) auf Koinzidenz der ermittelten Bewegungsgeschwindigkeit (y oder x) mit der Soll-Bewegungsgeschwindigkeit (y_Q oder x_Q) regelt und daß der der dritten Einstelleinrichtung (18) zugeordnete Regler (20) die Schwenkbewegung der Schaufel (3) derart regelt, daß der Winkel der Arbeitskante (D) der Schau-

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fei auf der Grundlage der ermittelten Schwenkwinkel von Ausleger, Arm und Schaufel unverändert bleibt.
7. Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die arithmetische Einheit (25) eine Recheneinrichtung (33, 34) zur Ermittlung des Aushubwinkels der Schaufel aus der Summe pc+ß+v*'der Geschwindigkeiten der Schaufel in x- und y-Richtung aus den ermittelten Winkeln U, ß und^A aufweist, die Differenzierschaltungen zur Erzeugung von den Winkelgeschwindigkeiten^, ß und y für den Auslegerzylinder, den Armzylinder und den Schaufelzylinder sowie einen ersten Additionspunkt (33) zum Addieren der Werte «< und ß und einen zweiten Additionspunkt (3 4) zum Addieren des Ausgangswertes des ersten Additionspunktes (33) mit dem Wert y* enthält, daß ein dritter Additionspunkt (32) zum Addieren der Winkel o< und ß an einen Sinusgenerator (35) angeschlossen ist, der den Wert sin(<x+ß) erzeugt und einem Eingangsanschluß eines Multiplizierers (37) zuführt, dessem anderen Eingangsanschluß das Signal o<+ß des ersten Additionspunktes (33) zugeführt wird, und der daraufhin den Wert (<*+ß) sin (<x+ß) erzeugt, daß der Ausgang des Multiplizierers (37) mit einer ersten Koeffizienteneinheit (38) verbunden ist, die eine Multiplikation mit einem Koeffizienten -L₂ ausführt und ein Signal -L- (ος+ß) sin (<*+ß) erzeugt, daß der Winkel oC einem zweiten Sinusgenerator (36) zugeführt wird, dessen Ausgang mit einem Eingang eines zweiten Multiplizierers (39) verbunden ist, an dessem zweiten Eingang das Signal V anliegt und der einen Wert o< sino< erzeugt und an zweite Koeffizienteneinheit angeschlos-

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sen ist, in der eine Multiplikation mit einem Koeffizienten -L.. erfolgt, um den Wert -L₁ ©< sino< zu erzeugen, daß die Ausgärige der Koeffizienteneinheiten (38, 40) mit einem vierten Additionspunkt (41) verbunden sind, an dessen Ausgang das Signal -/L₁ cosine* +L- (°C+ß) sinOX+ßjy erzeugt wird, das dem Wert y entspricht, daß der Wert (ot+ß) des dritten Additionspunktes (32) einem Kosinusgenerator zugeführt wird, dessen Ausgang mit einem Eingang eines dritten Multiplizierers (44) verbunden ist, an dessem zweiten Eingang der Wert (oc+ß) des ersten Additionspunktes (33) ansteht, und der ein Ausgangssignal («+ß)cos(otfß) erzeugt und nach Multiplikation mit einem Koeffizienten L~ den Wert Ljii+ßlco an einen fünften Additionspunkt (48) liefert, daß der Wert c< einem zweiten Kosinusgenerator (43) zugeführt wird, dessen Ausgang mit einem Eingang eines vierten Multiplizierers (45) verbunden ist, an dessem zweiten Eingang das Signal oC ansteht und dessen Ausgang über eine Koeffizienteneinheit (47) mit einem zweiten Eingang des fünften Additionspunktes (48) verbunden ist und an diesem das Signal L-·o^cos et liefert, wodurch das Ausgangssignal des fünften Additionspunktes (48) den Wert L..c<cos«( + L₂ (<*+ß) cos (ol+ß) annimmt, das dem Wert χ entspricht.

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