DE3104072C2

DE3104072C2 - Löffelbagger

Info

Publication number: DE3104072C2
Application number: DE3104072A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 4600 Dortmund Schwappach
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: O&K Mining GmbH
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1986-07-03
Also published as: IT1147593B; NO820354L; RO88906A; NO156365C; FR2499535B1; CA1184539A; FR2499535A1; NO156365B; IT8247737A0; JPS57165536A; US4465425A; SU1445553A3; JPS6342050B2; DD208958A5; SE455206B; SE8200663L; BE891946A; GB2096094A; DE3104072A1; GB2096094B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur parallelachsigen kinematischen Steuerung eines senkrecht zur drehbaren Plattform einer mobilen Hebemaschine schwenkbaren Auslegers, wobei mindestens eine drehbar am Ausleger gelagerte Koppel-Schwinge vorgesehen ist, die aus einer starren Verbindung mehrerer Kraftangriffspunkte besteht, und bei der zwei Kraftangriffspunkte mit der Plattform der Hebemaschine verbunden sind.

Description

Koppelschwinge 4 ist so gewählt, daß ihre senkrecht auf eine Verbindungslinie 9 der zwei Kraftangriffspunkte 5 und 6 vorgenommene Projektion zwischen diese Punkte fällt, und die Schwenkachse 8 der Koppelschwinge 4 in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungslinie 9 angeordnet ist Es fällt die senkrechte Projektion der Anlenkachse 10 des längenunveränderlichen Stellglieds 11 auf eine Verbindungsebene 12 zwischen der Auslegerschwenkachse 3 und der Anlenkdrehachse 13 des Auslegerschwenkzylinders 7 und zwischen diese Achsen. Auch die Anlenkachse 10 liegt in Auslegerlängsrichtung oberhalb der Verbindungsebene 12. Die Anordnung ist dabei so gewählt, daß die Anlenkachse 10 der Drehachse 14 der Plattform 2 räumlich näher liegt als die Anlenkdrehachse 13. Die Mittellinien des längenunveränderlichen Stellglieds 11 und des Auslegerschwenkzylinders 7 kreuzen sich nicht im Bereich zwischen der Koppelschwinge 4 und der Plattform 2. Wie dargestellt, besteht die Koppelschwinge 4 aus einem einteiligen Bauteil, bevorzugt ausgebildet in einer Ebene.

Im Betrieb des dargestellten Löffelbaggers wird vom Auslegerschwenkzylinder 7 eine aktive Kraft F auf den Ausleger aufgebracht Dies führt über die Koppelschwinge 4 im längenveränderlichen Stellglied 11 zu einer Reaktionskraft, die eine Funktion der aktiven Kraft F darstellt Die Reaktionskraft ist bestimmt durch die Größe der aktiven Kraft F mal ihrem kürzesten Abstand b zur Schwenkachse 8 der Koppelschwinge 4, dividiert durch den kürzesten Abstand c der Richtungslinie des längenveränderlichen Stellglieds 11 und der Schwenkachse 8.

Es gilt also, daß sich die Reaktionskraft bestimmt nach

Reaktionskraft =

Fx b

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Das Moment an der Auslegerschwenkachse 3 stellt sich als S'imme, einerseits aus dem Moment: aktive Kraft Fdes Auslegerschwenkzylinders 7 mal ihrem kürzesten Abstand a zur Auslegerschwenkachse 3 und andererseits aus dem Moment: Reaktionskraft des längenunveränderlichen Stellglieds 11 mal ihrem kürzesten Abstand dzur Auslegerschwenkachse 3 dar.

Es gilt idso für das Moment:

M = F χ a +

F χ b χ d

Ausgehend von vorgegebenen konstruktiven Orten für die At'slegerschwenk-, die Anlenk- und die Anlenkdrehachse an der Plattform 2 ist durch die Lage der Kraftangriffspunkte 5 und 6 in ihrem Verhältnis zur Schwenkachse 8 der Koppelschwinge 4 der Schwenkmomentenverlauf des Auslegers 1 über seinen Schwenkbereich in wählbar vorgegebenen Kurven festlegbar. Durch Wahl der vorgenannten Punkte in ihrer Lage zueinander wird erreicht werden, daß das Moment an der Auslegerschwenkachse 3 im Schwenkbereich des Auslegers 1 im wesentlichen konstant ist.

F i g. 2 zeigt einen Hochlöffelbagger mit Schaufelausrüstung. Drehbar am Auslegeroberteil gelagert ist der Löffelstiel 15 mit dem daran angelenkten Arbeitswerkzeug 16. Befestigt am Ausleger 1 und dem Löffelstiel 15 ist ein Löffelstielscnwenkzylinder 17 eingebaut. Bei dieser Ausführung weisi j^:.e Koppelschwinge 4 einen zusätzlichen Anlenkpunkt 18 auf, der über ein hydraulisches Stellglied IS in Form eines Hydraulikzylinders mit dem Arbeitswerkzeug 16 verbunden ist Der zusätzliche Anlenkpunkt 18 bildet den Eckpunkt eines angenäherten, in Löffelstiellängsrichtung orientierten Parallelogramms, das durch die Verbindung zu den bzw. zwischen den weiteren Punkten gemeinsamer Drehpunkt 20 von Ausleger und Löffelstiel, gemeinsamer Dreh punkt 21 von Löffelstiel und Arbeitswerkzeug und gemeinsamer Drehpunkt 22 von Arbeitswerkzeug und Stellglied 19 umschrieben ist

Der zusätzliche Anlenkpunkt 18 ist an der Koppelschwinge 4 oberhalb der Schwenkachse 8 der Schwinge in Auslegerlängsrichtung vorgesehen.

Gemäß F i g. 3 ist in der Stellung A des Auslegers 1 und des Löffelstiels 15 die maximale Länge des Stellgliedes 19 so bemessen, daß bei kürzester Länge des Auslegerschwenkzylinders 7 und größter Länge des Löffelstielschwenkzylinders 17 das schwenkbare Arbeitswerkzeug 16 in seiner Endausschwenkstellung an einen oberseitigen Anschlag 23 des Löffelstiels 15 anschlägt Nicht dargestellt ist, daß die festgtÄgte minimale Länge des Stellgliedes 19 bei kürzester Länge des Auslegerschwenkzylinders 7 und größter Länge des Schwenkzylinders 17 das schwenkbare Arbeitswerkzeug in seine Endausschwenkstellung an einen umerseitigen Anschlag des Löffelstiels führt

Aus der F i g. 3 in ihren Teilen B und Cist weiterhin zu erkennen, daß ein angenommenes Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitswerkzeugs 16 bei einer Arbeitslängenveränderung nur des Auslegerschwenkzylinders 7 gegenüber einem ebenfalls gedachten koordiratenparallelen System in der Auslegerschwenkachse 3 bis zur Schwenkendstellung des Arbeitswerkzeugs 16 winkelkonstant verschoben wird.

Davon abhebend ist in die Zeichnungsteile B und C jeweils gestrichelt auch eingetragen, wie bei anderer Anordnung das Arbeitswerkzeug am oberseitigen Anschlag 23 des Löffelstiels 15 verbleibt, wodurch die Gefahr gegeben ist, daß das Ladegut auf das Dach des Baggers geschüttet wird, es sei denn, daß der Baggerbedi«;nende das Stellglied 19 nachstellt. Infolge der Bewegung des zusätzlichen Anlenkpunktes 18, der in diesem Fall dreiarmigen Koppelschwinge 4 wird jedoch hier ohne Verstellung des Stellgliedes 19 das Arbeitswerkzeug 16 in einer bestimmten konstanten Winkellage in die Höhe gehoben.

In der F i g. 4 der Zeichnung ist der parallel-kinematische Betrieb der Schaufel des Baggers unter Einsatz der Koppelschwinge veranschaulicht. Es handelt sich zum einen um die häufige Arbeitsweise eines zum Planum parallelen Vorschubes der Schaufel und zum anderen um den Fall des Anhebens der Schaufel senkrecht zum Planum.

Stellt man sich ein Koordinatensystem im Schwerpunkt der Schaufel vor und setzt dies in Beziehung zu einem koordinatenparallelen System in der Auslegerschwenkachse, so erkennt man, daß, ausgehend von der Arbeitsstellung der Schaufel aufgesetzt auf das Planum in größtmöglich.¹!- Annäherung zum Bagger, bei einer Arbeitsläpgenveränderung nur des Schwenkzylinders 17 das Arbeitswerkzeug 16 einer Linie 24 folgen würde, und zwar dies unter gleichbleibendem Winkel der beiden Koordinatensysteme zueinander und ietztlicher Begrenzung dessen bis zur Schwenkendstellung der Schaufel an dem ojsren b:w. unteren Anschlag am Löffelstiel.

Um jedoch ein Verbleiben des Arbeitswerkzeugs 16 auf dem Niveau des Planums sicherzustellen, ist es weiterhin erforderlich, den Auslegerschwenkzylinder 7

nachzusteuern, und es bewegt sich das Arbeitswerkzeug 16 dann nicht nur unter Wahrung der Winkelkonstanz der beiden vorerwähnten Koordinatensysteme zueinander, sondern auch in Richtung nur einer Koordinate beider Systeme.

Eine vergleichsweise Betrachtung gilt für das Anheben des Arbeitswerkzeugs 16 senkrecht zur Ebene des Planums. Wie bereits aus der F i g. 3 hervorgeht, würde ein Koordinatensystem im Schwerpunkt des Arbeitswerkzeugs bei einer Arbeitslängenveränderung nur des Auslegerschwenkzylinders 7 seinen Winkel gegenüber einem Koordinatensystem in der Auslegerschwenkachse 3 konstant halten und das Arbeitswerkzeug folgte einem Verlauf, wie er durch die Kurve 25 angedeutet ist. Die Länge des hydraulischen Stellgliedes 19 bleibt dabei konstant Auch hier wäre die Winkelkonstanz der Koordinatensysteme zueinander erst durch die Schwenkendsicüur.g des Arbeitswerkzeugs !6 begrenzt So!! die Bewegungsrichtung des Arbeitswerkzeugs nun außerdem nur senkrecht zur Ebene des Planums erfolgen, so ist die Arbeitslänge des Schwenkzylinders nachzusteuern, wobei die Winkelkonstanz der beiden Koordinatensystem durch die Koppelschwinge in Zusammenarbeit mit dem Stellglied 19 automatisch sichergestellt ist, die Bewegungsrichtung des Arbeitswerkzeugs 16 jedoch nur in Richtung einer Koordinate des Koordinatensystems erfolgt

In F i g. 5 ist veranschaulicht, daß man das in den vorhergehenden Figuren dargestellte Arbeitswerkzeug 16 als über eine Koppel 27 und eine Schwinge 26 verbiindene Kippschaufel 28 ausbilden kann.

Die Fig.6 veranschaulicht das Auftreten eines Schwenkmomentes an der Auslegerschwenkachse. Greift an das Arbeitswerkzeug 16 eine Kraft an, sei es begründet durch das Füllgut oder aber durch einen Widerstand beim Arbeitsvorgang, so wirkt auf das Stellglied 19 eine Kraft FA. Geht man von folgenden Längenbezeichnungen aus: e gleich der kürzesten Verbindung der Mittelachse des Stellgliedes 19 zur Schwenkachse 8 der Koppelschwinge 4 und /gleich der kürzester. Entfernung der Miitelachse des längenunveränderlichen Stellglieds 11 zur Schwenkachse 8 sowie d gleich der kürzesten Verbindung der Mittelachse des längenunveränderlichen Stellglieds 11 zur Auslegerschwenkachse, dann führt die vorgenannte Kraft FA zur Bildung eines Momentes MdA an der Auslegerschwenkachse, das sich wie folgt bestimmt:

.... FA χ e χ d

_MdA . _ . _α

Das vorgenannte Schwenkmoment kann auf den Auslegerschwenkzylinder entlastend wirken oder es kann durch Kraftumlagerung aufgrund des Momentes vom Arbeitswerkzeug 16 eine höhere Kraft aufgenommen werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- Patentansprüche: de, bei einem Löffelbagger der eingangs bezeichneten Art das durch den Auslegerschwenkzylinder bewirkte

1. Löffelbagger od. dgL mit einem an der Plattform Schwenkmoment über einen möglichst großen schwenkbar gelagerten Ausleger und einer am Aus- 5 Schwenkbereich ohne wesentliche Abminderung aufleger schwenkbar gelagerten Koppelschwinge, die rechtzuerhalten.

beiderseits ihrer Schwenkachse Kraftangriffspunkte Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die Merkmale

aufweist, wobei an einem Kraftangriffspunkt der an im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 erreicht

der Plattform vor und unterhalb der Ausleger- Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbil-

schwenkachse abgestützte Hydraulikzylinder zum io düngen der Erfindung.

Schwenken des Auslegers angreift und am anderen Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht

Kraftangriffspunkt ein längenunveränderliches darin, daß der im wesentlichen konstante Schwenkmo-

Stellgüed angelenkt ist und wobei die Längsachsen mentenverlauf des Auslegers über seinen Schwenkbe-

von Hydraulikzylinder und Stellglied sich nicht kreu- reich in wählbar vorgegebenen Kurven bestimmbar ist

zen, dadurch gekennzeichnet, daß das lan- 15 Damit kann eine einmal ergriffene Last über den vollen

genunveränderliche Stellglied (11) an der Plattform Schwenkbereich des Auslegers bei konstanter Ausla-

(2) mittels einer Anlenkachse (10) angeschlossen ist, dung in jede kinematisch mögliche Höhe gehoben wer-

die senkrecht projiziert auf einer Verbindungsebene den kann. Ein möglicherweise kleineres Schwenkmo-

(12) zwiscbsn der Auslegerschwenkachse (3) und der ment des Auslegers innerhalb seines Ausschwenkberei-

Anlenkdrehachse (13) des Auslegerschwenkzylin- 20 ches braucht nicht mehr berücksichtigt zu werden. Ein

ders (7) zwischen diesen gelagert ist Abspritzen von Drucköl der Zylinder und damit das

2. Löffelbagger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Entstehen von Verlusten wird weiterhin vermieden, zeichnet, daß die Schwenkachse (8) der Koppel- Auch ist die Folge eines konstanten Schwenkmoments schwinge (4) in Auslegerlängsrichtung oberhalb der eine Bewegung des Auslegers mit konstanter Winkelge-Verbindungslinie (9) der zwei Kraftangriffspunkte 25 schwindigkeit Dies erweist sich insbesondere vorteil-(5,6) liegt haft für ein präzises. Arbeiten mit einem Arbeitsgerät,

3. Löffelbagger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch z. B. einem Lasthaicen.

gekennzeichnet, daß die Anlenkachse (10) des Stell- Eine Weiterbildung der Erfindung erlaubt, mit zusätz-

gliedes (11) oberhalb der Verbindungsebene (12) licher Anordnung eines Anlenkpunktes an der Koppel-

zwischen Auslegerschwenkachse (3) und Anlenk- 30 schwinge für das Werkzeugstellglied bestimmte Bewe-

drehachse (13) des Auslegerschwenkzyünders (7) gungsführungen für ein Arbeitswerkzeug vorzugeben,

liegt So ist es möglich, eine automatische winkelkonstante

4. Löffelbagger nach einem der Ansprüche 1 bis 3 Schaufelsteuerung beim Heben und Senken des Auslemit einem am Ausleger drehbt .· gelagerten Löffel- gers zu erreichen, womit eine Ankippbegrenzung der stiel (15), einem daran angelenkten Arbeitswerkzeug 35 Schaufel bei weit bzw. relativ weit ausgefahrenem (16) und einem zwischen dem Ausleger (1) und dem Schwenkzylinder gegeben ist

Löffelstiel (15) angelenkten Löffelstiel-Schwenkzy- Dabei wird der Materialüberwurf zum Fahrerhaus

linder (17), dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel- hin bei Bedienungsfehlern zwangsläufig verhindert, und

schwinge (4) einen zusätzlichen Anlenkpunkt (18) es kann auf hohen und somit schweren Rückwandüber-

aufweist, der über ein hydraulisches Stellglied (19) 40 wurfschutz verzichtet werden, was zu einer leichteren

mit dem Arbeitswerkzeug (16) verbunden ist. Konstruktion der Schaufel führt, und es kann der Baggerführer den Füllvorgang der Schaufel und auch den

Bewegungsvorgang besser beobachten.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch darge-

45 stellten Ausführungsbeispiels wird im folgenden die Er-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Löffelbagger findung näher erläutert,

entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es zeigt die

In der DE-AS 11 80 679 ist ein derartiger Löffelbag- Fig. 1 einen Löffelbagger mit Kranhaken mit einer

ger beschrieben, an dessen Ausleger eine Koppel- doppelarmigen Koppelschwinge,

schwinge angelenkt ist, an der der Auslegerschwenkzy- 50 Fig.2 eine Weiterbildung der Erfindung mit einer

linder und ein zwar in der Länge feststellbarer Hydrau- dreiarmigen Koppelschwinge,

Hkzylinder angreifen, der jedoch zu betätigen ist, wenn F i g. 3 einen für das Arbeitswerkzeug winkelkonstan-

eine zusätzliche Schwenkbewegung des Auslegers er- ten Hubvorgang,

möglicht werden soll, um den Schwenkbereich zu ver- F i g. 4 parallelkinematische Bewegungsvorgänge des

gröQern. Mittels dieses zusätzlichen Hilfszylinders ist 55 Arbeitswerkzeugs,

über einen zweiten Schwenkweg eine genügend große Fig.5 den Einsatz eines anderen Arbeitswerkzeugs

Kraft auf dem Ausleger ausübbar. und

Weiter ist in der US-PS 42 18 171 ein Hochlöffelbag- Fig.6 die Darstellung eines Schwenkmomentes beger mit zwei hydraulischen Stellantrieben beschrieben, züglich der Auslegerschwenkachse,
die am Oberwagen abgestützt sind und am Löffelstiel 60 In F i g. 1 ist ein Bagger mit Lasthaken veranschauangreifen. Der Ausleger ist gelenkig am Oberwagen; licht. Der Ausleger 1 ist an der Plattform 2 durch die der Löffelstiel ist gelenkig am Ausleger angebracht, Auslegerschwenkachse 3 befestigt. Drehbar am Auslewährend der Löffel am Löffelstiel angelenkt ist. Dort ger 1 gelagert ist eine Koppelschwinge 4, die zwei soll eine Lageregulierung der gelenkigen Arbeitsausrü- Kraftangriffspunkte 5 und 6 aufweist. Der eine Kraftanstung vorgenommen werden, insbesondere soll der Löf- 65 griffspunkt 5 ist über ein längenunveränderliches Stellfei auf parallelen Kurvenscharen bewegbar sein, die glied 11 und der andere Kraftangriffspunkt 6 ist über zum einen dem Planum und zum anderen einem mög- den Auslegerschwcnkzylinder 7 mit Plattform 2 des liehst senkrechten Hebevorgang angenähert sind. Baggers verbunden. Die Lage der Schwenkachse 8 der