DE3012171C2

DE3012171C2 - Verfahren zum Regeln der Förderleistung einer Baggervorrichtung mit Saugrohr

Info

Publication number: DE3012171C2
Application number: DE3012171A
Authority: DE
Inventors: Cornelis de Dordrecht Keizer
Original assignee: Ihc Holland Nv Papendrecht Nl
Current assignee: Ihc Holland Nv Papendrecht Nl
Priority date: 1979-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1986-08-14
Also published as: BE882411A; NL7902381A; FR2462520A1; FR2462520B1; GB2043751A; GB2043751B; DE3012171A1; NL174577B; JPS55129521A; NL174577C; US4345388A

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Regeln der Förderleistung einer Baggervorrichtung mit Saugrohr gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der US-PS 33 80 179 ist es bekannt, die tatsächliche Lösekraft am Schneidkopf einer Baggervorrichtung mit Saugrohr (Ist-Lösekraft) zeitlich im wesentlichen unverzögert über die Belastung der den Schneidkopf antreibenden Hydraulikmotoren zu ermitteln. Die Ist-Lösekraft wird dann auf elektrischem Wege mit einer Soll-Lösekraft verglichen, welche der Baggerführer von Hand an einem Potentiometer einstellen kann. Das Steuersignal dieser Vergleichsmessung wird anschließend zur Leistungsregelung der Hydraulikpumpe benutzt, welche sowohl die Schneidkopfmotoren als auch einen Seilwindenmotor speist.

Neben dem Vergleich der Soll/Ist-Lösekraft wird im bekannten Fall außerdem die Konzentration des im Saugrohr strömenden Erdboden/Wasser-Gemischs ermittelt und ständig mit einer durch den Baggerführer an einem Potentiometer einstellbaren optimalen Konzentration (Soll-Konzentration) in Vergleich gesetzt. Das Steuersignal aus dieser Vergleichsmessung wird ebenfalls zur Regelung der Hydraulikpumpe herangezogen, wobei sich die aus den beiden Vergleichsmessungen ergebenden Steuersignale gegenseitig überlagern können.

Ein Mangel ist bei dem gattungsgemäßen Verfahren der US-PS 33 80 179 darin zu sehen, daß die Soll-Lösekraft von Hand vorgegeben werden muß, um sie während des Baggerbetriebs mit der Ist-Lösekraft fortlaufend vergleichen zu können. Dabei kann die Größe der Soll-Lösekraft aber nur nach dem subjektiven Eindruck bzw. der Erfahrung des Baggerführers eingestellt werden oder sie wird dem Baggerführer anhand von Tabellen vorgeschrieben. In jedem Fall muß der Baggerführer jedoch die Beschaffenheit des unter der Wasseroberfläche zu lösenden Erdbodens einschätzen. Erst dann kann er anhand dieser naturgemäß rein subjektiven Schätzung % die nach seiner Meinung optimale Lösekraft als Soll-Lösekraft am Potentiometer einstellen.

\ Ein weiterer Nachteil haftet dem bekannten Verfahren dadurch an, daß die Konzentrationsmessung des

., Erdboden/Wasser-Gemischs in einem Bereich der Baggervorrichtung erfolgt, der sich in einem erheblichen

ι 40 Abstand vom Schneidkopf befindet. Zum Zeitpunkt der Messung der Gemischkonzentration ist also die zur

Bereitstellung dieser Gemischkonzentration erforderliche Lösekraft bereits gemessen worden und hat dadurch schon Eingang in den Regelkreis gefunden. Der Zeitpunkt der Lösekr?,ftmessung liegt mithin um einen solchen Betrag vorversetzt zu der Messung der Gemischkonzentration, der durch die Zeit gebildet wird, welche das

' Gemisch benötigt, um von dem Schneidkopf zur Meßstelle am Saugrohr zu gelangen. Die jeweils festgestellte

Gemischkonzentration steht daher im bekannten Fall in einer nur grob verzerrten Beziehung zu der zu diesem Zeitpunkt festgestellten Lösekraft.

Dies kann nun zur Folge haben, daß eine Beeinflussung der Pumpe zur Speisung der Hydraulikmotoren im ' Sinne einer Erhöhung oder Verringerung ihrer Pumpenleitung erfolgt, obwohl die Messung der Ist-Konzentration und ihr Vergleich mit der Soll-Konzentration ergibt, daß eine Veränderung der Lösekraft eigentlich nicht ^ 50 erforderlich ist. Andererseits kann bei Abweichungen der Ist-Konzentration vor. der Soll-Konzentration eine . \ Übereinstimmung der Ist-Lösekraft mit der Soll-Lösekraft festgestellt werden. Dies führt dennoch zu einer

t Veränderung der Pumpenleistung, weil die gemessene Ist-Konzentration mit der gewünschten optimalen Ge-

mischkonzentration nicht übereinstimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebene Verfahren zum Regeln der Förderleistung einer Baggervorrichtung mit Saugrohr so zu verbessern, daß zur Erzielung einer ^ optimalen Förderleistung die für diese maßgebliche optimale Lösekraft fortlaufend selbsttätig in Abhängigkeit

von dem Widerstand des zu lösenden Erdbodens einstellbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs aufgeführten Merkmalen.

ι 60 Die Erfindung beruht auf der Erwägung, daß die Förderleistung der Baggervorrichtung in einer direkten Beziehung zu der Kraft steht, die zum Lösen des Erdbodens unterhalb der Wasseroberfläche erforderlich ist.

Das bedeutet beispielsweise, daß bei einem Schneid-Saugbagger eine Beziehung zwischen der Lösekraft und

: dem am Schneidkopf auftretenden Drehmoment sowie der Spannung in den den Schneidkopf bewegenden

Kabeln oder Seilen existiert. Bei einem Schneidrad besteht eine Beziehung zwischen dem am Schneidrad auftretenden Drehmoment und der erforderlichen horizontalen Spannung sowie zwischen den Lösekräften und den Spannungen im Material des Saugrohrs.

Ausgehend von diesen Überlegungen besteht nun ein grundlegender Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß eine zeitliche Koordination des Meßwerts der Gemischkonzentration im Saugrohr mit dem für

eine bestimmte Zeit gespeicherten und dadurch künstlich verzögerten Meßwert der tatsächlichen Lösekraft herbeigeführt wird. Zu diesem Zweck wird das Ergebnis der Messung der tatsächlichen Lösekraft nicht sofort in den Regelkreis eingegeben, sondern gespeichert. Die Dauer der Speicherung entspricht der Zeit welche das Gemisch vom Zeitpunkt der Lösekraftmessung an benötigt, um bis zu der Stelle im Saugrohr zu gelangen, an der die Gemischkonzentration gemessen wird. Nach der Feststellung der jeweiligen Ist-Gemischkonzentration und dem anschließenden Vergleich mit der vorgegebenen Soll-Konzentration als Führungsgröße wird ein hierbei gegebenenfalls erzeugtes Steuersignal aufgrund einer Abweichung der Ist-Konzentration von der Soll-Konzentration mit dem um die Laufzeit des Gemischs im Saugrohr verzögerten Signal über die Höhe der tatsächlichen Lösekraft in Vergleich gesetzt Aus diesem Vergleich entsteht dann ein Differenzsignal, das jetzt die Stellgröße für die selbsttätige Anpassung der tatsächlichen Lös-ikraft bildet

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Meßwert der Gemischkonzentration dem Meßwert der Lösekraft, welcher zum Zeitpunkt des Entstehens der Gemischkonzentration ermittelt wurde, direkt zeitlich zugeordnet ist Durch diese direkte Zuordnung — bedingt durch die bewußte Speicherung des MeUwertsignals aus der Lösekraftmessung — wird die bislang als unvermeidlich in Kauf genommene zeitliche Verzerrung der Vergleichsmessungen und eine dadurch hervorgerufene fehlerhafte Änderung der Lösekraft vermieden. Als einzige vorgegebene Konstante wird die Soll-Konzentration als Führungsgröße bei der Einstellung der optimalen Förderleistung verwendet Im Gegensatz zum bekannten Verfahren gemäß der US-PS 33 80 179 wird mithin die optimale Lösekraft laufend den Verhältnissen angepaßt welche die Baggervorrichtung unterhalb der Wasseroberfläche vorfindet und für den Baggerführer nicht einsehbar sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild, das das Prinzip der erfindungsgemäßen Regelung verdeutlicht;

F i g. 2 ein Blockschaltbild, das zeigt, wie die Förderleistung geschätzt werden kann und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Erhalten eines Stellsignals.

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

Förderleitung = Konzentration χ VM χ Fläche (1)

Die Konzentration wird wie folgt definiert:

Konzentration = (Y_n, - 1) / (Y_s - 1) (2)

Dabei sind:

Vm: Die Geschwindigkeit des ausgebaggerten Gemischs in der Leitung.
Fläche: Die Querschnittsfläche der Leitung.
Y_m: Das spezifische Gewicht des ausgebaggerten Gemischs und
Y_s: das spezifische Gewicht des Bodenmaterials.

Der Wert »1« in Gleichung (2) entspricht dem spezifischen Gewicht von Wasser.

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-p™und \l(pt+1). In dieser Beziehung ist 7c?die Verzögerungszeit und t der Zeitfaktor.

Die Verzögerungszeit ist die Zeitspanne, die bei der Registrierung einer Messung vergeht. In der Regelungstechnik ist es üblich, diese Verzögerung oder Totzeit durch die Beziehung e -P^Td auszudrücken.

Die Beziehung ist ebenfalls aus der Regelungstechnik bekannt. Mit einem Eingabewert χ und einem

Ausgabewert y ist

1
pt + \

Beim Messen der Konzentration hat die Verzögerungszeit einen großen Wert. Beim Messen der Kraft ist dies nicht der Fall.

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

Fc = V_n, χ Konzentration (3)

Als Fc kann gemäß Beziehung (1) die Förderleistung angenommen werden.

Danach wird der Quotient von F_c 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 Beziehung wichtig:

Fmax = V_n, χ (optimale Konzentration) x K (4)

oder

Fmax = (optimale Förderleistung) χ Κ (5)

Die Differenz zwischen der tatsächlichen Kraft F und der optimalen Kraft F_nm kann jetzt zum Regeln des Baggervorgangs verwendet werden, derart, daß die Kraft F sich der Kraft F„,.„ so weit wie möglich annähen. 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 Baggerverhältnissen, wie die Härte des Bodens, angepaßt wird.

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

Das dadurch erhaltene Verhältnis K wird mit der optimalen Konzentration multipliziert und ergibt die optimale Kraft F^_x, die bei Eauf der rechten Seite des Diagramms mit der bestehenden Kraft Fverglichen und in die Regelvorrichtung eingegeben wird.

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

Geschätzte Förderleistung = Konzentration χ Geschwindigkeit des Gemische χ Fläche χ F/K (6)

= kF_c χ F/K

F ä g. 3 lehrt weiterhin, daß das Fehlsignal bei E, das die Differenz zwischen F_ma, und F ist, durch einen PID-Regler in ein Stellsignal umgewandelt werden kann, das zum Regeln beispielsweise der Umdrehungsgeschwindigkeit der Winde auf der Halteseite dienen kann.

Um die Lösekraft F zu messen, kann die Messung des Motorstroms bei einem Elektromotor oder des Flüssigkeitsdrucks bei einem Hydraulikmotor 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Regeln der Förderleistung einer Baggervorrichtung mit Saugrohr, bei dem in Abhängigkeit von der gemessenen Konzentration des Erdboden/Wasser-Gemisches im Saugrohr unter Berücksichtigung der erwünschten, für die optimale Förderleistung optimalen Konzentration die Lösekraft oder die Lösekräfte der Baggervorrichtung eingestellt werden, wozu die Differenz zwischen der für eine optimale Förderleistung erforderlichen optimalen Lösekraft und der tatsächlichen Lösekraft als Stellgröße gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bei ändernden Baggerverhältnissen in dem zu lösenden Boden für optimale Konzentration ändernde optimale Lösekraft (F_max) kontinuierlich angepaßt wird an das

ίο Verhältnis zwischen der im Saugrohr gemessenen Konzentration des Gemisches und der tatsächlichen Lösekraft (F) und daß hierbei der Weri für die tatsächliche Lösekraft mit einer Verzögerung eingegeben wird, die der für das Bereitstellen des Meßwertes für die tatsächliche Konzentration benötigten Zeit entspricht