DE3012171A1

DE3012171A1 - Verfahren zum steuern der foerderleistung einer baggervorrichtung

Info

Publication number: DE3012171A1
Application number: DE19803012171
Authority: DE
Inventors: Cornelis De Keizer
Original assignee: IHC Holland NV
Current assignee: IHC Holland NV
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1980-10-02
Also published as: BE882411A; NL174577B; JPS55129521A; US4345388A; NL174577C; NL7902381A; FR2462520B1; GB2043751A; DE3012171C2; FR2462520A1; GB2043751B

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Förderleistung einer Baggervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt. Während Baggervorgängen ist es wichtig, die größtmögliche Förderleistung zu erzielen. Das bedeutet, daß mit einer gegebenen Baggervorrichtung die größtmögliche Menge Erdboden mit der kleinstmöglichen Menge Wasser, d.h. ein Gemisch mit hoher Konzentration, erzielt werden muß. Wenn die Baggervorrichtung ein Eimerbagger ist, wird der visuell erkennbare Füllgrad der Eimer durch Änderung der Schneidtiefe gesteuert.

Bei einem Sehneid-Saugbagger oder bei einer ein Grabrad und eine Saugrohrleitung aufweisenden Baggervorrichtung wird die Konzentration in der Saugrohrleitung gemessen und das dadurch erhaltene Signal zum Einstellen der Schneidtiefe verwendet.

Bei dem Eimerbagger ergibt sich ebenso wie bei dem Schneidbagger und dem Grabradbagger das Problem, daß die visuelle Beobachtung bzw. das Meßsignal erst zu einem Zeitpunkt genutzt werden kann, der auf die zu dieser Zeit aktuelle Situation an der Grab- oder Schneidvorrichtung folgt. Das bedeutet folglich, daß die Steuerung verspätet erfolgt, was nicht nur für eine optimale Förderleistung nachteilig ist, sondern auch zu falschen Steuerbewegungen

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führen kann. Letzteres kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Meßsignal eine Erhöhung der Schneidtiefe zu einem Zeitpunkt fordert, zu dem dies nicht mehr erwünscht oder sogar nachteilig ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Förderleistung der Baggervorrichtung in direkter Beziehung zu der Kraft oder den Kräften steht, die zum Lösen des Bodens erforderlich sind. Folglich steht bei einem Eimerbagger die Lösekraft in Beziehung zu der zum Bewegen der Eimer erforderlichen Kraft sowie in Beziehung zu der horizontalen Spannung in der oder den Leinen, mit denen der Eimerbagger verlagert wird. Außerdem gibt es eine Beziehung zwischen den Lösekräften und den Spannungen im Material der Eimerleiter.

Bei einem Schneid-Saugbagger gibt es eine Beziehung zwischen der Lösekraft und dem am Schneidkopf auftretenden Drehmoment sowie der horizontalen Spannung in den den Schneidkopf bewegenden Kabeln.

Bei einem Grabrad gibt es ebenfalls eine Beziehung zwischen dem am Grabrad auftretenden Drehmoment und der erforderlichen horizontalen Spannung. Zwischen den Lösekräften und den Spannungen im Material des Saugrohrs bzw.

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der Eimerleiter gibt es ebenfalls eine Beziehung.

Diese Kraft oder Kräfte können sofort gemessen und demgemäß ohne wesentliche Verzögerungen für die Steuerung verwendet werden. Wenn die Messung dieser Kraft oder Kräfte mittels eines Meßinstruments sichtbar gemacht werden soll·,, muß höchstens ein konstanter Zeitfaktor berücksichtigt werden, der zum Erzielen einer sicheren Anzeige erforderlich ist. Die auftretende Verzögerung ist jedoch sehr gering und ist die einzige Verzögerung, die nun nicht mehr durch das Messen der Konzentration, das oft viele ...zig Meter von der Schneidvorrichtung entfernt durchgeführt wird, vergrößert wird.

Wenn es sich um eine Baggervorrichtung handelt, bei der zum Steuern der Förderleistung die gemessenen Werte der Konzentration im Saugrohr verwendet und mit dem erwünschten Wert verglichen werden, wobei dieser Vergleich das Meßsignal liefert, wie bekannt ist, und wobei die Messung, wie oben erwähnt, in großer Entfernung von der Saugöffnung und damit mit Verzögerung vorgenommen wird, wird erfindungsgemäß bevorzugt, den Wert für die maximale Kraft, der sich unter dem Einfluß von sich ändernden Baggerbedingungen ändert, wiederholt dem Verhältnis zwischen der bestehenden Konzentration bzw. Förderleistung und der bestehenden Lösekraft anzupassen.

Dadurch wird erreicht, daß anstatt einer verzögerten Steuerung mittels der Konzentration eine schnelle Steuerung mittels der bestehenden Lösekräfte mit gleichzeitiger

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Anpassung an die von den Baggerbedingungen abhängige, zulässige maximale Kraft stattfindet, indem die bestehende Konzentration mit der zu diesem Zeitpunkt auftretenden Kraft verglichen wird. Der Wert für die Konzentration wird tatsächlich mit Verzögerung eingegeben, aber die auftretende Lösekraft wird auf die gleiche Weise künstlich verzögert, wodurch die direkte Beziehung zwischen der Lösekraft und der Förderleistung korrekt definiert werden kann. Mit Hilfe dieser direkten Beziehung ist es nun auch möglich, schnell eine vernünftige Annäherung der Förderleistung zu erzielen.

In den Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das das Prinzip der erfindungsgemäßen Steuerung verdeutlicht;

Fig. 2 ein Blockschaltbild, das zeigt, wie die Förderleistung geschätzt werden kann, und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zum Erhalten eines Steuersignals.

Bei einem Saugbagger wird das Verhältnis zwischen Konzentration und Förderleistung durch folgende Formel definiert:

Förderleistung = Konzentration χ Vm χ Fläche (1) Die Konzentration wird wie folgt definiert:

Konzentration = (Y - 1) / (Y - 1) (2)

All ο

Dabei sind:

Vm: die Geschwindigkeit des ausgebaggerten Gemischs in der Leitung.

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Fläche: die Querschnittsfläche der Leitung.

Υ : das spezifische Gewicht des ausgebaggerten Gemischs und

Y : das spezifische Gewicht des Bodenmaterials.

Um die Kraft zu messen, kann eine der zuvor erwähnten
Möglichkeiten ausgewählt werden, beispielsweise die Spannung in einem zum Voranbewegen der Baggervorrichtung dienenden
Zugkabel.

Der gemessene Wert wird auf die gleiche Weise verzögert und gefiltert, wie es für das Signal der Konzentrationsmeßeinrichtung gemäß Laplace bekannt ist, mittels e ^ und
1/(pt +1).

In dieser Formel ist Td die laufende Zeit und t der
konstante Zeitfaktor.

Die laufende Zeit ist die Zeitspanne, die bei der
Registrierung einer Messung vergeht. In der Steuertechnik
ist es üblich, diese laufende oder Totzeit durch die
Formel e-" auszudrücken.

Die Formel ist ebenfalls aus der Steuertechnik bekannt. Mit einem Eingabewert χ und einem Ausgabewert y ist I - WT-T * - ar

Y(p^fc +1)=x und

S₅Jt ₊ Y-, oder f$

Beim Messen der Konzentration hat die laufende Zeit
einen großen Wert. Beim Messen der Kraft ist dies

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nicht der Fall.

Das Messen der Konzentration liefert ein Signal, das gemäß folgender Formel proportional zur Förderleistung ist:

F=Vx Konzentration (3)

c m

Als F kann gemäß Formel (1) die Förderleistung ange-

- ■ C

nommen werden.

Danach wird, der Quotient von F und der gemessenen Kraft F definiert, wobei dieser Quotient K das Verhältnis zwischen der Kraft F und der Konzentration oder Förderleistung angibt, wodurch die größte zulässige Kraft F ,

max

bei der die Konzentration und die Förderleistung am größten sind, errechnet werden kann.

Hierfür ist folgende Formel wichtig:

F = V χ (maximale Konzentration) χ Κ (4)

F = (maximale Förderleistung) χ Κ (5)

max

Die Differenz zwischen der realen Kraft F und der

maximalen Kraft F kann jetzt zum Steuern der Steuervormax ^J

richtung des Baggerverfahrens verwendet werden, so daß die Kraft F sich der Kraft F so weit wie möglich annähert.

max ^y

Dies kann durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Baggervorrichtung durchgeführt werden, indem die Baggertiefe vergrößert oder verkleinert und/oder die Dicke des Abtrags gesteuert wird.

Das Verhältnis K wird kontinuierlich definiert, so daß die maximale Kraft kontinuierlich den sich ändernden Bagger-

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Verhältnissen, wie die Härte des Bodens, angepaßt wird.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt bei F die Eingabemessung der vorhandenen Kraft, die mittels der Laplace-Formel einen Wert ergibt, der durch den Wert F der tatsächlich gemessenen Konzentration dividiert wird.

Das dadurch erhaltene Verhältnis K wird mit der maximalen Konzentration multipliziert und ergibt die maximale Kraft F , die bei E auf der rechten Seite des Diagramms mit der bestehenden Kraft F verglichen und in die Steuervorrichtung eingegeben wird.

Aus dem etwas unterschiedlichen Blockschaltbild der Fig. 2 geht weiterhin hervor, daß, wenn die bestehende Kraft F mit dem Förderleistungssignal F multipliziert und durch das Verhältnis K dividiert wird, eine Messung der Förderleistung gemäß folgender Formel erhalten wird:

Geschätzte Förderleistung = Konzentration χ Geschwindigkeit des Gemischs χ Fläche χ f/k (6)

= Fc χ F/K

Fig. 3 lehrt weiterhin, daß das Fehlsignal bei E, das

die Differenz zwischen F und F ist, durch eine propor-

max

tional integrierende und differenzierende Steuervorrichtung (eine sogenannte P.I.D.-Steuervorrichtung) in ein Steuersignal umgewandelt werden kann, das zum Steuern beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit der Winde auf der Halteseite dienen kann.

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— Q —

Um die Lösekräfte F zu messen, kann die Messung des Motorstroms bei einem Elektromotor oder des Flüssigkeitsdrucks bei einem Hydraulikmotor verwendet werden. Dies kann am Motor des Schneidwerks und am Motor der Winde erfolgen. Die Stärke des Stroms bzw. des Flüssigkeitsdrucks bildet einen Faktor, der eine direkte Beziehung zu der vom Motor zu liefernden Kraft hat.

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Claims

GK/G

Anmelderin: IHC HOLLAND N.V.
Rietgorsweg 6
3356 LJ Papendrecht
Niederlande

"Verfahren zum Steuern der Förderleistung einer Baggervorrichtung"

Patentansprüche:

1· Verfahren zum Steuern der Förderleistung einer Baggervorrichtung durch Steuern der Konzentration des Erdboden/Wasser-Gemischs in einer derartigen Weise, daß die Konzentration so weit wie möglich der erwünschten maximalen Konzentration angenähert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Baggervorrichtung die an ihrem Einsatzort auftretende Differenz zwischen einer oder mehreren Lösekräften (F) und den bei maximaler Konzentration auftretenden maximalen Kräften (F ) gemessen wird.

max
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Steuern der Förderleistung der gemessene Wert der Konzentration im Saugrohr benutzt und mit einem erwünschten Wert verglichen wird, wobei dieser Vergleich das Steuersignal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für die maximale Kraft (F ),

max

der sich aufgrund von Änderungen in den Baggerverhältnissen ändert, wiederholt dem Verhältnis zwischen der bestehenden Konzentration bzw. Förderleistung (F ) und der bestehenden Lösekraft (F) angepaßt wird.

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