DE3018324A1

DE3018324A1 - Verfahren zum anpassen der leistung einer baggervorrichtung an sich aendernde arbeitsbedingungen

Info

Publication number: DE3018324A1
Application number: DE19803018324
Authority: DE
Inventors: Christiaan A Cornelis; Cornelis De Keizer
Original assignee: IHC Holland NV
Current assignee: IHC Holland NV
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB2048990B; US4343102A; JPS55159029A; NL170875B; BR8002874A; DE3018324C2; AU521408B2; BE883172A; JPS617488B2; FR2456171B1; NL7903679A; GB2048990A; NL170875C; FR2456171A1; AU5824680A

Description

-A-

Be s chreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der Leistung einer Baggervorrichtung an sich ändernde Arbeitsbedingungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt. Wenn sich der Widerstand des Erdbodens langsam ändert,, stellt die Anpassung der Schleppgeschwindigkeit an den sich ändernden Widerstand kein Problem dar, weil diese Änderungen -. von Zeit zu Zeit den am Antrieb des Schneidkopfes und/oder am Antrieb der Winden, beispielsweise der Seitenwinden im Fall eines Saugbaggers, auftretenden Belastungen angepaßt werden können. ^:

Es wird natürlich ,stets eine Förderleistung angestrebt, die so hoch und konstant wie möglich sein soll ,wobei .. selbstverständlich keine überbelastungen der Schneidvorrichtung bzw. der Winden auftreten dürfen-.i Die Gefahr einer Überbelastung ist jedoch sehr groß, wenn an der Grenze der Überbelastung gearbeitet wird, um eine hohe Förderleistung und ein schnelles Eindringen der Schneideinrichtung in einen Bereich mit schwer zu durchdringendem Boden zu . erzielen. Dies kann ein Festfressen des Schneidkopfes und ein Abwürgen des Antriebs hervorrufen, was die Kontinuität des Baggervorgangs und damit die Förderleistung erheblich beeinträchtigt.

Diese Situation tritt nicht nur im Fall von Saug-

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baggern auf, die meistens eine Schwingbewegung um einen Bohrarm herum ausführen, sondern auch bei Saugradbaggern bzw. Eimerbaggern, bei denen die Vorwärtsbewegung eine größere Bedeutung hat.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das diese Nachteile nicht aufweist und eine kontinuierliche Durchführung der Arbeit erlaubt.

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

Die Erfindung geht weiterhin davon aus, daß plötzliche Änderungen im Widerstand des Erdbodens beim folgenden Arbeitshub ungefähr an der gleichen Stelle wie beim vorhergehenden Arbeitshub auftreten. Ausgehend von der durch den vorhergehenden Arbeitshub erhaltenen Information kann der Arbeitshub durch zeitweiliges Herabsetzen der Schleppgeschwindigkeit gesteuert werden.

Als Maß für den Widerstand des Erdbodens kann der Quotient des Schneidwiderstands und der Schleppgeschwindigkeit verwendet werden, wobei dieser Quotient als Funktion der zurückgelegten Strecke gespeichert wird.

Dieser Schneidwiderstand kann auf viele Arten, beispielsweise durch Messen des am sich drehenden Schneidwerkzeug wirkenden Kräftepaars, durch Messen der auf die Schleppwinde wirkenden Zugkraft oder, was auf das gleiche herauskommt, durch Messen des Antriebskräftepaars der Winde etc., bestimmt werden. Darüber hinaus kann die

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Förderleistung auf ihrem Maximum gehalten werden, wenn die maximal zulässige Schleppgeschwindigkeit durch Dividieren des maximal zulässigen Kräftepaars der Schneideinrichtung bzw. der maximal zulässigen Zugkraft der Schleppwinde durch den bei einem vorhergehenden Hub gemessenen Widerstand des Erdbodens bestimmt wird.

Anstelle des Schneidwiderstands kann man auch die Konzentration in der Leitung nehmen und diese in analoger Weise zum Bestimmen der maximal zulässigen Schleppgeschwindigkeit verwenden, wodurch eine zu hohe Konzentration vermieden wird.

Durch Messungen während jedes Arbeitshubs und Aufzeichnen dieser Meßwerte als eine Funktion der zurückgelegten Strecke kann man jeden folgenden Hub in einer Weise regeln, die nicht oder kaum von der beim vorhergehenden Hub herrschenden Situation abweicht.

Das als Maß des Widerstands des Erdbodens verwendete Maß kann somit der Quotient des an der Schneideinrichtung wirkenden Kräftepaars und der Schleppgeschwindigkeit sein, was durch folgende Beziehung ausgedrückt werden kann K = M/V_c

wobei K = der Widerstand des Erdbodens M = das Kräftepaar und

V= die Schleppgeschwindigkeit der Schneideinrichtung ist.

Dieser Faktor kann als Funktion der Stellung der

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Schneideinrichtung gespeichert werden, beispielsweise als Funktion des Schwingungswinkels (ψ ) gemäß folgender Beziehung

K(P)=M(P)/ V^ (F) (D

Die maximal zulässige Schleppgeschwindigkeit kann jetzt durch Dividieren des maximal zulässigen Kräftepaars

M durch den zu erwartenden Widerstand K (ψ ) des Erdmax

bodens gemäß folgender Beziehung errechnet werden

Wenn die maximale Schleppgeschwindigkeit kleiner als die augenblickliche Geschwindigkeit ist und eine Einstellung dieser maximalen Schleppgeschwindigkeit einige Grade vor dem während des vorhergehenden Hubs gemessenen Winkel vorgesehen wird, kann jegliche überbelastung mit Sicherheit vermieden werden.

Prinzipiell können die zuvor erwähnten Maßnahmen für jede Baggervorrichtung verwendet werden. Falls der Drehwinkel nicht als Maß für die zurückgelegte Strecke verwendet werden kann, können andere Lagebestimmungssysteme verwendet werden, wie beispielsweise die Länge eines abgewickelten Windenseils im Fall eines Eimerbaggers, die Stellung gegenüber Markierungspunkten etc.

Das im Antrieb der Schneideinrichtung wirkende Kräftepaar ist ein mögliches Maß zum Bestimmen des Widerstands des Erdbodens. Es ist ebenfalls denkbar, zu diesem Zweck die Belastung des Windenmotors zum Schleppen der Vorrichtung

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zu verwenden. Weiterhin kann man auf verschiedene Teile, beispielsweise auf die Leiter, wirkende Kräfte und im Fall eines Eimerbaggers auch die Zugkraft im Bugseil verwenden.

Es kann vorkommen, daß die auf den Daten des vorhergehenden Hubs basierende Steuerung der Schleppgeschwindigkeit eine zu hohe Geschwindigkeit zur Folge hat, beispielsweise dann, wenn man im Vergleich zum vorhergehenden Hub erst zu einem späteren Zeitpunkt auf die härtere Bodenschicht trifft. Erfindungsgemäß kann dies dadurch verhindert werden, indem beim schrittweisen Erhöhen der Schleppgeschwindigkeit nur ein Teil des sich aus dem vorhergehenden Hub ergebenden Anstiegs berücksichtigt wird.

In den Zeichnungen zeigen die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Diagramme nähere Einzelheiten der Erfindung. So zeigen:

Fig. 1 und 2 die Werte des Widerstands des Erdbodens gegenüber dem Schwingungswinkel· der Schneideinrichtung für zwei aufeinanderfolgende Arbeitshübe und

Fig. 3 und 4 die aus diesen Werten errechneten Schleppgeschwindigkeiten.

Das an der Schneideinrichtung oder an der Seitenwinde wirkende Kräftepaar verhält sich nicht nur proportional zum Widerstand des Erdbodens, sondern ebenfaUs proportional· zur Größe des Vorrückschritts und zur Baggertiefe bzw. Schnittiefe.

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Wenn diese Größen nicht bei jedem weiteren Hub gleichbleiben müssen, können diese Unterschiede auch in die Bestimmung der maximalen Schleppgeschwindigkext eingegliedert werden. Die Schnittiefe kann auf der Basis des Vorrückens der Baggerschute und der Stufe, in der die Schneideinrichtung in einer größeren Tiefe in den Erdboden gebracht wird, bestimmt werden.

Unter Bezugnahme auf das Beispiel wird außerdem gezeigt, daß der Effekt einer Änderung der Schnittiefe mittels des Quotienten der Beziehung (1) kompensiert werden kann.

Die Beziehung (1) zeigt den Widerstand des Erdbodens während des vorhergehenden Hubs. Fig. 1 zeigt schematisch den sich während der Drehbewegung ändernden Widerstand. Während des augenblicklichen Hubs wird der augenblickliche Widerstand K {f ) wiederum gemäß Beziehung (1) bestimmt (siehe Fig. 2). Aufgrund der Differenz in beispielsweise der Schnittiefe weicht K [ψ ) von K (ψ) ab. Es gibt jedoch eine feste Beziehung zwischen K (ψ) und K (^f), weil die Schnittiefe während des Hubs nicht wesentlich verändert wird. Die maximal zulässige Schleppgeschwindigkeit, bei der eine Überlastung vermieden wird, kann jetzt unter Berücksichtigung der zwischen K (ψ) und K (*f ) existierenden Beziehung berechnet werden. Dies kann beispielsweise folgende Formel haben (Beziehung 3):

V (f)=iM /κ (Φ + ij κ ίκ Cf ) / K (H c-max ' / max' ' C · ' m '

Dabei ist V _ (Ψ ) die maximale Geschwindigkeit,

c rricix

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die auf den Winkel ψ eingestellt werden muß, um eine überbelastung beim Winkel f + 1 zu vermeiden.

Wenn angenommen wird, daß der Wert für K und K mit

1°
einer Richtigkeit von -^ bestimmt wird, kann folgendes stilisiertes Beispiel gegeben werden (Fig. 1-3 einschließlich) .

In diesem Beispiel wird das Kräftepaar der Schneideinrichtung bei einem elektrischen Schneideinrichtungsantrieb durch Messen des Stroms J (=M) der Schneideinrichtung gemessen, während bei einem hydraulischen Antrieb der hydraulische Druck gemessen wird.

Auf Fig. 1 und 2 trifft folgendes zu: K (0°) = K (1°) = 5000

K (0°) = 6666.

Die Differenz zwischen K und K wird durch eine

Differenz in der Schnittiefe verursacht. Weiterhin wird bei diesem Beispiel ein maximaler Strom von 1000 A (daraus folgt M = 1000) für die Schneideinrichtung ver-

IRdX

wendet.

Aus der Beziehung (3) ergibt sich folglich, daß für die maximale Schleppgeschwindigkeit folgendes zutrifft:

V (0) = (1000/5000) κ (5000/6666) = 0,15 m/sec. Wenn man die Beziehung (3) für jeden halben Grad anwendet, erhält man die Fig. 3.

Aus Fig. 3a ist ersichtlich, daß dann, wenn ein härterer Bodentyp als beim vorhergehenden Hub beim gleichen

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Winkel *P vorhanden ist, die maximale Geschwindigkeit um einen Grad herabgesetzt wird, bevor in den härteren Erdboden eingedrungen wird.

Darüber hinaus ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit bereits um einen Grad erhöht wird, bevor das Ende der härteren Bodenschicht erreicht wird.

Aufgrund der Überwachung des Schneidstroms wird die Schleppgeschwindigkeit jedoch zu diesem Zeitpunkt, zu dem der Schneidstrom sich bereits auf dem Maximum befindet, nicht weiter erhöht. Die oben beschriebene Anpassung dient also nur für eine zeitweilige Herabsetzung der Schleppgeschwindigkeit .

Wie in Fig. 3b angedeutet ist, wird die Schicht härteren Erdbodens eher als beim vorhergehenden Hub erreicht und es ist ersichtlich, daß die Schleppgeschwindigkeit dann zuerst einmal zusätzlich herabgesetzt wird, was keinen Schaden anrichtet, obwohl die maximale Schleppgeschwindigkeit bei einem Winkel von 7 zu hoch berechnet wird.

Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn die härtere Bodenschicht später als bei dem vorhergehenden Hub erreicht wird. Aus Fig. 3c ist ersichtlich, daß die Schleppgeschwindigkeit bei einem Winkel von 10 in unangemessener Weise erhöht wird, so daß wiederum eine Überbelastung auftreten kann. Beide Probleme können überwunden werden, indem die maximale Schleppgeschwindigkeit allmählich eingestellt

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wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß nur ein Teil des Anstiegs beim Erhöhen der Schleppgeschwindigkeit, beispielsweise ein Anstieg von 30 %, berücksichtigt wird. Folglich ergibt sich folgender Algorithmus:

^V'c-max ⁽?> = i^Mmax/^K < ? ^{+ 1} j * f^K^ > / ^Km ^ ^{wenn V}'c-max ^{(f) <V}rnax⁽^-l⁾

^istVc-max (f ) = Vmax ⁽ ? " I>

wenn V ( Ψ ) \ V ( ψ - h
c-max ' * c-max ' 2

ist folglich V (V³J=V (f-l)+0,3xfv' (ψ) ^ c-max ' c-max »2 L c-max *

c-max

Auf der Basis dieses Algorithmus wurde Fig. 4 errechnet, in der die Geschwindigkeit bei dem vorliegenden Fall einer auszubaggernden harten Bodenschicht regelmäßig genau geändert wird (Fig. 4b und 4c).

Aus dem obigen Beispiel geht hervor, wie die Information aus einem vorhergehenden Hub angeglichen werden kann, um den folgenden Hub optimal zu steuern.

Für den oben genannten Zweck gibt es natürlich noch weitere Parameter. Folglich trifft dies auch auf die Konzentration des Gemischs in der Saug- und Förderleitung zu.

Dies kann durch die Beziehung

K ( Ψ ) = ^Konzent^rati-^on ( f )
v_c (ψ)

ausgedrückt werden.

Das Auftreten einer zu hohen Konzentration in der

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Leitung kann verhindert werden, indem M (*f ) in allen
oben genannten Beziehungen durch die Konzentration ('ψ )

und M durch die maximale Konzentration ersetzt wird, max

Das gleiche gilt auch für das Füllen der Eimer im Fall eines Eimerbaggers.

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Claims

Anmelderin: IHC HOLLAND N.V. Rietgorsweg 6 3356 LJ Papendrecht Niederlande "Verfahren zum Anpassen der Leistung einer Baggervorrichtung an sich ändernde Arbeitsbedingungen" Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anpassen der Leistung einer mit einem Schneidwerkzeug versehenen Baggervorrichtung an bezüglich einer oder mehrerer Arbeitsbedingungen auftretenden Änderungen, v/ie beispielsweise einem sich ändernden Widerstand des Erdbodens, durch anpassendes Ändern der Schleppgeschwindigkeit der Baggervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß während einem oder mehreren Arbeitshüben mindestens der Verlauf einer dieser Arbeitsbedingungen, beispielsweise des Widerstands des Erdbodens oder der Konzentration des Gemischs, während des Arbeitshubs gemessen und als eine Funktion der zurückgelegten Strecke gespeichert und daraufhin diese Funktion zum Regeln der Schleppgeschwindigkeit während des oder der folgenden Arbeitshübe verwendet wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Widerstand des Erdbodens verwendete Maß der Quotient (K) des Schneidwiderstands (M) und der Schleppgeschwindigkeit (V ) ist, wobei dieser Quotient als Funktion der zurückgelegten Strecke gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Widerstand des Erdbodens verwendete Maß der Quotient (K) der Konzentration in der Leitung und der Schleppgeschwindigkeit (V ) ist, wobei dieser Quotient als Funktion der zurückgelegten Strecke gespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß des Schneidwiderstands das an der sich drehenden Schneidvorrichtung wirkende Kräftepaar gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß des Schneidwiderstands die Zugkraft der Schleppwinde gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal zulässige Schleppgeschwindigkeit dadurch bestimmt wird, daß die maximal zulässige Antriebskraft des Schneidwerkzeugs bzw. die maximal zulässige Zugkraft der Schleppwinde durch den während des vorhergehenden Hubs gemessenen Widerstand (K) des Erdbodens dividiert wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal zulässige Schleppgeschwindigkeit dadurch gemessen wird, daß die maximal zulässige Konzentration durch den während des vorhergehenden Hubs gemessenen Widerstand des Erdbodens dividiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim schrittweisen Erhöhen der Schleppgeschwindigkeit jedesmal nur ein Teil des vom vorhergehenden Hub stammenden Anstiegs berücksichtigt wird.

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