DE3012171A1 - Verfahren zum steuern der foerderleistung einer baggervorrichtung - Google Patents
Verfahren zum steuern der foerderleistung einer baggervorrichtungInfo
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- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/88—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements acting by a sucking or forcing effect, e.g. suction dredgers
- E02F3/90—Component parts, e.g. arrangement or adaptation of pumps
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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.
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).
1/(pt +1).
In dieser Formel ist Td die laufende Zeit und t der
konstante Zeitfaktor.
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.
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(pfc +1)=x und
S5Jt + Y-, oder f$
Beim Messen der Konzentration hat die laufende Zeit
einen großen Wert. Beim Messen der Kraft ist dies
einen großen Wert. Beim Messen der Kraft ist dies
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3012Π1
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-
030040/0894
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.
030040/0894
— 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.
030040/0894
Claims (2)
- GK/GAnmelderin: 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 ),maxder 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.030040/0894
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NLAANVRAGE7902381,A NL174577C (nl) | 1979-03-27 | 1979-03-27 | Werkwijze voor het regelen van de productie bij een baggerwerktuig. |
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DE3012171C2 DE3012171C2 (de) | 1986-08-14 |
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DE (1) | DE3012171C2 (de) |
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- 1980-03-27 FR FR8006880A patent/FR2462520A1/fr active Granted
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