DE3885296T2 - Vorrichtung und verfahren zur regelung der arbeitseinheiten von leistungsschaufeln. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Technik zum automatischen Ausschachten mittels eines Schaufelbaggers, der als Arbeitsvorrichtungen eine Schaufel, einen Arm und einen Ausleger aufweist.
• Wie bekannt, weist ein Schaufelbagger als Arbeitsvorrichtungen eine Schaufel, einen Arm und einen Ausleger auf, die durch einen Schaufel-Zylinder bzw. einen Arm-Zylinder bzw. einen Ausleger-Zylinder angetrieben sind, um die Schaufel in die gewünschte Position und Orientierung zu bewegen. Es ist unverzichtbar, das Ausfahren und Einfahren der jeweiligen Zylinder gleichzeitig zu steuern.
• Folglich muß die Bedienungsperson zur Bewegung der Schaufel in die gewünschte Position und Orientierung jeweilige Betätigungshebel, die der Schaufel, dem Arm oder dem Ausleger entsprechen, gleichzeitig oder alternierend bedienen. Somit ist für die Betätigung der Hebel Geschicklichkeit erforderlich.
• Eine unerfahrene Bedienungsperson kann eine unnötige Beeinträchtigung des Ausschachtens verursachen, indem sie z.B. die Vorderkante der Schaufel nicht in Bewegungsrichtung orientiert, oder indem sie nach dem Ausschachten die Basisplatte der Schaufel an eine ausgeschachtete Fläche angreifen läßt.
• Andererseits sind verschiedene Arten von Vorrichtungen zur Steuerung von Schaufelbaggern vorgeschlagen worden, bei denen ein Bewegungsweg (z.B. eine gerade inie, ein Kreisbogen oder dgl.) der Vorderkante der Schaufel und die Stellung der Schaufel für den Weg voreingestellt sind und die Schaufel, der Arm und der Ausleger automatisch derart gesteuert werden, daß die Vorderkante der Schaufel sich entlang des Weges bewegt.
• Diese herkömmlichen Vorrichtungen zum automatischen Ausschachten sind jedoch generell für den Betrieb zur abschließenden Bearbeitung vorgesehen. Sehr wenige Vorrichtungen sind für Ausschachtungs- und Beladeoperationen konzipiert. Zudem sind die Ausschachtungs- und Beladeoperationen vorgesehenen Vorrichtungen immer noch verbesserungsbedürftig vom Standpunkt der Arbeitseffizienz, der Ausgangsleistung, der zum Ausschachten erforderlichen Zeit und dgl. Somit ist die Technik in diesem Zusammenhang noch nicht hinreichend ausgereift, um im tatsächlichen Betrieb verwendet zu werden.
• Ferner ist bei herkömmlichen Vorrichtungen die Geschwindigkeit von Arbeitsmaschinen während einer Automatik-Betriebsart festgelegt. Bislang existieren keine Vorrichtungen, bei denen die Geschwindigkeiten von Arbeitsmaschinen durch einen einfachen Vorgang beliebig geändert werden können.
• Zudem ist bei herkömmlichen Vorrichtungen der Ausschachtungsweg festgelegt. Deshalb ergibt sich das Problem, daß, selbst wenn eine Schaufel im Lauf der Ausschachtung auf harten Untergrund und Sand, ein Hindernis und dgl. trifft, die Schaufel dazu tendiert, sich entlang des zuvor eingestellten Ausschachtungsweges zu bewegen, was zu einem Druckverlust und folglich zu reduzierter Effizienz führt.
• Ferner sind herkömmliche Vorrichtungen vom Standpunkt einer effizienten Verwendung der Pumpen-Arbeitsleistung mehr oder weniger unbefriedigend. Dies bedeutet, daß bei herkömmlichen Vorrichtungen die Befehle für die Strömungsraten für jeweilige Arbeitsmaschinen erstellt werden, indem das Verteilungsverhältnis der Strömungsrate einer Pumpe für die betreffenden Arbeitsmaschinen entsprechend den für die jeweiligen Arbeitsmaschinen benötigten Drehwinkeln errechnet wird, und indem die aus dem tatsächlichen Pumpendruck bestimmte Strömungsrate der Pumpe im Verteilungsverhältnis verteilt wird.
• Generell tendiert das von einer Pumpe zugeführte Öl dazu, zu einer Arbeitsmaschine zu strömen, die eine geringe Last aufweist. Bei herkömmlichen Vorrichtungen werden die Werte der Befehle für die Strömungsraten, die aus dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis berechnet sind, ohne Modifikation in jeweilige Arbeitsmaschinen eingegeben. Deshalb strömt Öl in eine gering belastete Arbeitsmaschine in einer Menge, die größer ist als die dem Befehl für die Strömungsrate entsprechende Menge, und in eine stark belastete Arbeitsmaschine strömt Öl in einer Menge, die geringer ist als die dem Befehl für die Strömungsrate entsprechende Menge. Folglich wird das Öl nicht exakt entsprechend dem Verteilungsverhältnis verteilt. Die tatsächlichen Strömungsraten des Öls für jeweilige Arbeitsmaschinen werden entsprechend den Relativbewegungen zwischen einer Pumpe und den Ventilen für die Arbeitsmaschinen bestimmt, und das Öl strömt nicht exakt in der Menge, die den Werten für die Befehle für jeweilige Arbeitsmaschinen entspricht. Deshalb werden die Ist-Werte der Strömungsraten kleiner als die Summe der Werte der Befehle für die jeweiligen Arbeitsmaschinen. Somit ergeben sich ein Druckverlust sowie ein Verlust an Pumpen energie, so daß sich die Ausschachtungszeit vergrößert.
• JP-A-59 150 837 beschreibt eine Steuervorrichtung für den Schaufelbagger einer Arbeitsmaschine, bei der die Position der Klaue der Schaufel gewählt wird und die Bewegung der Schaufel ausgehend von der gewählten Position entsprechend einem Bewegungsprogramm gestartet wird, das in mehreren Speicherelmenten eines Speichers enthalten ist. Um einen Graben mit vorgegebener Querschnittsform durch repetierende Arbeitsgänge auszuschachten, wird die Schaufel am Startpunkt des Ausschachtens positioniert, und die Schaufelkoordinaten werden mit dem in dem ersten Speicherelement gespeicherten Inhalt verglichen, der die nächstgelegene Position enthält. Die Schaufel wird derart gesteuert, daß sie sich zu der gespeicherten ersten Position und anschließend zu der gespeicherten zweiten Position bewegt usw. Es werden keine Maßnahmen dazu offenbart, wie die Strömungsrate so gesteuert werden könnte, daß die volle hydraulische PS-Zahl der Pumpe benutzt werden und somit die Effizienz der Ausschachtarbeit erhöht werden könnte.
• JP-A-58 146 119 und JP-A-58 94 879 offenbaren Ausschachtungsmaschinen, bei denen die Schaufel in einer Lern-Betriebsart durch manuelle Steuerung bewegt wird. Die in der Lern-Betriebsart erhaltenen Positionen der Schaufel werden in einem Speicher gespeichert. Während eines automatischen Ausschachtungsablaufs wird der Inhalt des Speichers ausgelesen, um Bewegungen der Schaufel zu erhalten, die den Bewegungen während des Lern-Prozesses gleichen.
• JP-A-59 131 066 offenbart eine Steuervorrichtung für eine Arbeitsmaschine, bei der der Ausleger, der Arm und die Schaufel durch einen einzigen Hebel gesteuert werden. Die Winkel des Auslegers, des Arms und der Schaufel werden ermittelt, und die Kombinationen der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und der Drehgeschwindigkeit der Schaufel werden durch Benutzung eines Betätigungshebels erzielt. Die Drehrichtung, der Niedriggeschwindigkeits- und der Höchstschwindigkeitsbefehl der Schaufel werden mittels des Betätigungshebels gewählt, der zwei Schalter aufweist. Die Drehgeschwindigkeiten des Auslegers und des Arms werden durch Betätigung des Betätigungshebels mittels einer Betätigungsvorrichtung gefunden. In dieser Weise werden der Ausleger und der Arm gesteuert.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung für einen Schaufelbagger zu schaffen, der die Ausschachtungseffizienz verbessert, indem die Arbeitsmaschinen effektiv unter Ausnutzung der gesamten Pumpen-Ausgangsleistung angetrieben werden. Die Erfindung ist durch Anspruch 1 definiert.
• Durch Ausgeben eines Befehls, der einen Wert aufweist, welcher größer ist als der Befehl fuhr eine Strömungsrate, die aus dem Verteilungsverhältnis und dem Verhältnis zwischen dem Pumpendruck und der Strömungsrate der Pumpe für die die größte Last aufweisenden Arbeitsmaschine (gewöhnlich den Arm) mittels der zweiten Recheneinrichtung errechnet wird, und durch Ausgeben von Befehlen, die Werte aufweisen, die identisch mit den errechneten Befehlswerten für Strömungsraten für weitere zwei Arbeitsmaschinen sind, wird die Summe der Befehlswerte für die Strömungsraten ein Wert, der größer ist als die durch den Pumpendruck bestimmte Strömungsrate der Pumpe. Folglich strömt Öl zu den jeweiligen Arbeitsmaschinen in Strömungsraten exakt in dem errechneten Verteilungsverhältnis, und der Druckverlust sowie der Druckverlust der Pumpen werden verringert. Es ist somit möglich, die Ausgangsleistung der Pumpen effektiv zu nutzen und die Ausschachtungseffizienz zu erhöhen.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Steuervorrichtung, die nicht die Erfindung betrifft;
• Fig. 2 zeigt eine Außenansicht eines Schaufelbaggers;
• Fig. 3 zeigt ein Schaubild zur Definition der Längen, Winkel und dgl. von Arbeitsmaschinen;
• Fig. 4 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung eines Verfahrens zum Einstellen des Weges bei der automatischen Ausschachtung;
• Fig. 5 zeigt Illustrationen des Ablaufs zur Erläuterung von Vorgängen bei der automatischen Ausschachtung;
• Fig. 6 zeigt ein Schaubild der Drehzustände eines Ausschachtungsweges;
• Fig. 7 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung eines Verfahrens zum Errechnen von Δα, Δß und Δγ;
• Fig. 8 zeigt ein Schaubild einer Kurve konstanter PS-Leistung;
• Fig. 9 zeigt ein Schaubild eines Beispiels der Bewegung jeweiliger Arbeitsmaschinen während der automatischen Ausschachtung;
• Fig. 10 zeigt ein schematisches Schaubild der Errechnung von Zielpositionen und Ausgangs zuständen eines Befehlssignals;
• Fig. 11 zeigt ein Schaubild eines Ausschachtungszustandes, wenn während des Ausschachtens ein Befehl manuell eingegeben worden ist,
• Fig. 12 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung einer Anfangseinstellbetriebsart für die Stellung einer Schaufel;
• Fig. 13 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Steuereinrichtung bei der ersten Ausführungsform;
• Fig. 14 zeigt ein Schaubild des Verhältnisses zwischen dem Pumpendruck und dem Einstellwert zur Bestimmung des Zeitpunktes zum Start der Ausschachtung;
• Fig. 15 zeigt ein Schaubild eines Betätigungspedals bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
• Fig. 16 zeigt ein Schaubild von Kurven konstanter PS-Leistung;
• Fig. 17 zeigt ein Schaubild des Verhältnisses zwischen einer Trittkraft und einem Tretwinkel eines Betätigungspedals;
• Fig. 18 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer weiteren Steuereinrichtung bei der zweiten Ausführungsform, die nicht die Erfindung betrifft;
• Fig. 19 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen dem Pumpendruck und dem Einstellwert bei einer dritten Ausführungsform, die nicht die Erfindung betrifft;
• Fig. 20 zeigt ein Schaubild der Veränderungen des Weges während des Anhebens eines Auslegers bei der dritten Ausführungsform;
• Fig. 21 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung eines Beispiels, bei dem ein Abschnitt zur horizontalen Ausschachtung vorgesehen ist, bei der dritten Ausführungsform;
• Fig. 22 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Steuereinrichtung bei der dritten Ausführungsform;
• Fig. 23 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels der Konfiguration einer Steuerung bei einer vierten Ausführungsform, die nach der Erfindung ausgebildet ist;
• Fig. 24 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bestimmen von Befehlen für Strömungsraten; und
• Fig. 25 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise einer Steuerungsvorrichtung bei der vierten Ausführungsform.
• Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den in den Figuren gezeichneten Ausführungsformen detailliert erläutert.
• Zunächst wird anhand der Fign. 1 - 14 eine erste Ausführungsform erläutert, die nicht die Erfindung betrifft.
• Fig. 2 zeigt die schematische Konfiguration eines Schaufelbaggers. Gemäß Fig. 2 ist ein oberer Schwenkkörper 2 schwenkbar auf einem Fahrgestell 1 gelagert. Ein Ende eines Auslegers 3 ist an dem Schwenkkörper 2 angelenkt. Ein Arm 4 ist an dem anderen Ende des Auslegers 3 angelenkt. Eine Schaufel 5 ist an einem anderen Ende des Arms 4 angelenkt. Der Ausleger 3, der Arm 4 und die Schaufel 5 sind durch einen Ausleger-Zylinder 6 bzw. einen Arm-Zylinder 7 bzw. einen Schaufel-Zylinder 8 drehend angetrieben.
• Die Längen, Winkel und dgl. der jeweiligen Arbeitsmaschinen werden nun gemäß Fig. 3 definiert. Dies bedeutet, daß die Drehpunkte für den Ausleger, den Arm und die Schaufel und der Punkt der Vorderkante der Schaufel durch die Punkte A, B, C bzw. D bezeichnet sind, wobei
• l&sub1;= Länge zwischen den Punkten A und B
• l&sub2; = Länge zwischen den Punkten B und C
• l&sub3; = Länge zwischen den Punkten C und D
• α = der Winkel, der durch ein Liniensegment AB und die vertikale Achse gebildet ist (der Winkel des Auslegers)
• β = der Winkel, der durch ein Liniensegment BC und die Verlängerung des Liniensegments AB gebildet ist (der Winkel des Arms)
• γ = der Winkel, der durch ein Liniensegment CD und die Verlängerung des Liniensegments BC gebildet ist (der Winkel der Schaufel)
• = der Winkel, der durch eine Ausschachtrichtung u und die Basisplatte der Schaufel gebildet ist (der Ausschachtungswinkel)
• ε = der Winkel, der durch die Ausschachtrichtung u und das Liniensegment CD gebildet ist.
• Die Stellung der Schaufel wird bestimmt durch den Winkel und dgl.
• Zunächst wird das Verfahren zum Einstellen eines Ausschachtungsweges bei der automatischen Ausschachtung erläutert. Bei der vorliegenden Ausführungsforrn wird ein Ausschachtungsweg für die Vorderkante der Schaufel wie in Fig. 4 gezeigt eingestellt. Dieser Weg ist ein Kreisbogenweg mit einem Radius R, der um einen vorbestimmten Punkt O zentriert ist, und es erfolgt eine Approximierung an den Kreisbogenweg durch n Punkte P1, P2, --- Pn. Beim Einstellen des Weges wird angenommen, daß die Menge V an Erde bei einer Ausschachtungsoperation (der schraffierte Bereich in Fig. 4) erhalten wird durch Multiplikation der vollen Menge der Schaufel mit einer vorbestimmten Zahl k (= 1 - 3), die Tiefe T der Ausschachtung erhalten wird durch Multiplizieren der Länge des Liniensegments CD (= la) um eine vorbestimmte Zahl e (= 0,1 - 1,5), und ein Winkel ψ ein geeigneter Wert zwischen 10 und 180º ist. Die Werte k, e, ψ und der Radius R des Kreisbogens werden bestimmt entsprechend der Qualität des Erdreichs, der Form der Schaufel, der Art der Operation und dgl., und ein Referenzweg der Ausschachtung wird bestimmt durch Spezifizieren dieser Werte. Für den so bestimmten Ausschachtungsweg werden die Punkte P1 - Pn wie oben beschrieben näherungsweise dargestellt, und diese Punkte P1 - Pn werden zu Zielpositionen der Vorderkante der Schaufel für jeweilige Ausschachtungseinheitsabschnitte gemacht. Die Positionen der Punkte P2 - Pn werden eingestellt, wobei die Position des Punktes P1 zum Start des Ausschachtens zur Referenzposition gemacht wird. Die Stellungen der Schaufel, d.h. die oben beschriebenen Winkel ε&sub1; - εn, werden zuvor jeweils für die Zielpositionen P1 - Pn bestimmt.
• Beim Bestimmen der Stellung ε der Schaufel wird der Widerstand gegen das Ausschachten minimiert, indem ein kleiner Ausschachtungswinkel δ innerhalb eines Bereiches vorgesehen wird, in dem der rückwärtige Teil der Schaufel so wenig wie möglich von dem Erdreich behindert wird. Dies bedeutet, daß während dieser Ausschachtungsoperation eine virtuelle Linie OD um einen Einheitswinkel Δψ(=ψ/n) gedreht wird, der den Zielpositionen ε&sub1; - εn folgt, wobei er den Ausleger, den Arm und die Schaufel gleichzeitig antreibt.
• Bei der Ausführungsform wird die automatische Ausschachtung entsprechend den in Fig. 5 gezeigten Vorgängen durchgeführt. Im folgenden wird das Prinzip dieser Vorgänge beschrieben. Bei der Vorrichtung sind ein Betätigungspedal 10 zum Befehlen einer Automatik-Ausschachtungsbetriebsart und zwei Betätigungshebel 11 und 12 zum Erzeugen von Befehlen für die Dreh- und Schwenkbewegung des Auslegers, des Arms und der Schaufel vorgesehen. Die automatische Ausschachtung entlang des oben beschriebenen Kreisbogenweges erfolgt durch Betätigung des Betätigungspedals 10 (durch Fortsetzen des Drückens des Pedals).
• Zunächst bewegt die Bedienungsperson durch Betätigung der Betätigungshebel 11 und 12 (Fig. 5a) die Vorderkante der Schaufel zu einer gewünschten Position zum Start der Ausschachtung, wählt dann die Automatik-Ausschachtungsbetriebsart und bestimmt die Position zum Start der Ausschachtung durch Drücken des Betätigungspedals 10 (Fig. 5b). Dies bedeutet, daß, wenn das Betätigungspedal 10 gedrückt worden ist, die Position der Vorderkante der Schaufel zu diesem Zeitpunkt errechnet wird und die errechnete Position bei der vorliegenden Ausschachtungsoperation zu der Position zum Start des Ausschachtens gemacht wird.
• Falls die Position P1 zum Start des Ausschachtens für den Drehpunkt A des Auslegers durch eine Koordinate (X1,Y1) ausgedrückt wird, kann die Position (X1,Y1) durch den folgenden Ausdruck errechnet werden, und zwar unter Verwendung des Winkels α des Auslegers, des Winkels β des Arms und des Winkels γ der Schaufel zu dem Zeitpunkt, in dem das Pedal getreten wird:
• X1 = l&sub1;cosα&sub1; + l&sub2;cos(α&sub1;+β&sub1;)
• + l&sub3;cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;)
• Y1 = l&sub1;sinα&sub1; + l&sub2;sin(α&sub1;+β&sub1;)
• + l&sub3;sin(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;) ---g--- (1).
• Bei der Ausführungsform wird wie in Fig. 6 gezeigt ein Kippwinkel θ der Topographie aus der Positionsbeziehung zwischen der detektierten Position P1 zum Start der Ausschachtung und einem zuvor eingestellten vorbestimmten Punkt Pa abgeleitet. Der oben beschriebene kreisbogenförmige Weg wird entsprechend dem Kippwinkel θ gedreht, und die automatische Ausschachtung wird entsprechend dem gedrehten Kreisbogenweg durchgeführt. Der vorbestimmte Punkt Pa wird auf eine geeignete Position vor der Erdbaumaschine 1 eingestellt. Dadurch wird es möglich, Änderungen in der Topographie mehr oder weniger zu berücksichtigen.
• Somit wird bei der automatischen Ausschachtungsoperration zuvor ein arithmetischer Algorithmus eingestellt, so daß der Ausschachtungsweg und die Stellung der Schaufel, die bei der Ausschachtungsoperation am besten geeignet sind, bestimmt werden, wenn die Bedienungsperson lediglich die Position zum Start der Ausschachtung anweist. Bei der Ausführungsform werden zum Zeitpunkt des Startens des Ausschachtens nicht sämtliche Positionen der mehreren Punkte P1 - Pn, die relativ zu dem Fahrzeug eingestellt worden sind (der Drehpunkt A des Auslegers), errechnet, sondern es wird die nächste Zielposition jedes Mal bei jeder Abschnittseinheit errechnet. Somit wird die Speicherkapazität reduziert.
• Wenn der Start der Ausschachtung zugewiesen worden ist, wird die Koordinate für die nächste Zielposition P2 errechnet, die an dem entsprechend der Ausschachtungsstartposition bestimmten Ausschachtungsweg um die Winkeleinheit Δψ vorgerückt ist. Da zudem die Stellung der Schaufel entsprechend der Zielposition P2 bestimmt worden ist, ist es möglich, den Winkel α&sub2; des Auslegers, den Winkel β&sub2; des Arms und den Winkel γ&sub2; der Schaufel an der Zielposition P2 eindeutig zu bestimmen. Wenn die Zielwinkel α&sub2;, β&sub2; und γ&sub2; der Arbeitsmaschinen bestimmt worden sind, ist es möglich, die Zielwinkel Δα, Δβ und Δγ der Drehung für die jeweiligen Arbeitsmaschinen zur Bewegung der Vorderkante der Schaufel bis zu dem Punkt P2 zu bestimmen, indem man Abweichungen von den tatsächlichen Winkeln der betreffenden Arbeitsmaschinen errechnet.
• Fig. 7 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Rechnung zum Erhalt von Δα, Δβ und Δγ, wobei das Symbol ψ den durch die Horizontallinie und das Liniensegment OD gebildeten Winkel bezeichnet, das Symbol w1 den durch das Liniensegment CD und das Liniensegment OD an dem Punkt P1 zum Start der Ausschachtung gebildeten Winkel bezeichnet und das Symbol w2 den durch das Liniensegment CD und das Liniensegment OD an der nächsten Zielposition P2 gebildeten Winkel bezeichnet.
• Wenn die Koordinaten für den Punkt P2 durch (X2,Y2) ausgedrückt werden, erhält man
• X2 = l&sub1;cos(α&sub1;+Δα)
• + l&sub2;cos(α&sub1;+β&sub1;+Δα+Δβ)
• + l&sub3;cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;+Δα+Δβ+Δγ)
• = X1 + Y1 x Δα + (l&sub2; x cos (α&sub1;+β&sub1;))
• + l&sub1; x cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;) x Δβ
• + l&sub3; cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;)Δγ --- (2).
• Es ist auch möglich, X2 auszudrücken durch
• X2 = X1 + R x Δψ x sin(φ&sub1;+0,5Δφ) --- (3).
• Wenn die Terme in Gleichung (2) ausgedrückt werden durch
• l&sub2;cos(α&sub1;+β&sub1;) + l&sub3;cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;) + l&sub3; und
• l&sub3;cos(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;) x Δγ = lb,
• ergibt sich der folgende Ausdruck aus den Ausdrücken (2) und (3):
• Y1 x Δα + laΔβ + lbΔγ = - R x Δψ x sin (ψ&sub1;+0,05Δφ) ---(4).
• Gleichermaßen gilt der folgende Ausdruck:
• Y2 = Y1 + X1Δα - (l&sub2;sin(α&sub1;+β&sub1;))
• + l&sub3;sin(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;)Δβ
• - l&sub3;sin(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;)Δγ --- (5)
• = Y1 - R x Δφ x cos (φ&sub1;+0,5Δφ) --- (6).
• Wenn die Ausdrücke in der Gleichung (5) ausgedrückt werden durch
• l&sub2;sin(α&sub1;+β&sub1;) + l&sub3;sin(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;) = lc und
• l&sub3;sin(α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;)Δγ = ld,
• ergibt sich aus den Ausdrücken (5) und (6) der folgende Ausdruck:
• X1Δα+1cΔβ+1dΔγ = RΔψ x cos(φ&sub1;+0,5Δφ). --- (7).
• Da ferner die folgenden Ausdrücke gelten:
• φ&sub1;+w1 = α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;-π/2 --- (8), und
• ψ&sub1;+Δφ+w2 = α&sub1;+β&sub1;+γ&sub1;+Δα+Δβ+Δγ-π/2 --- (9),
• ergibt sich der folgende Ausdruck aus den Ausdrücken (8) und (9):
• w2-w1 = Δα+Δβ+Δγ-Δψ --- (10).
• Da in den oben aufgeführten Ausdrücken (4), (7) und (10) sämtliche Parameter mir Ausnahme von Δα, Δβ und Δγ bestimmt sind, ist es möglich, durch Ausrechnen der Ausdrücke (4), (7) und (10) die Drehwinkel Δα, Δβ und Δγ für die jeweiligen Arbeitsmaschinen zu erhalten, die erforderlich sind, um die Vorderkante der Schaufel von dem Punkt P1 zum Start der Ausschachtung zu dem nächsten Zielpunkt P2 zu bewegen.
• Die Befehle für die Strömungsraten für die Zylinder der betreffenden Arbeitsmaschinen werden entsprechend den so errechneten Winkeln Δα, Δβ und Δγ bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen derart bestimmt, daß die Summe Qs (=Qbm+Qam+ Qbt, wobei Qbm: Strömungsrate für den Ausleger, Qam: Qbt, wobei Qbm: Strömungsrate für den Ausleger, Qam: Strömungsrate für den Arm, Qbt: Strömungsrate für die Schaufel) der Strömungsraten des den betreffenden Arbeitsmaschinen zuzuführenden Drucköls gleich der Ausgabe-Strömungsrate der Pumpe zu diesem Zeitpunkt ist. Dies bedeutet, daß das Verteilungsverhältnis für die für die jeweiligen Arbeitsmaschinen benötigten Strömungsraten entsprechend den Drehwinkeln Δα, Δβ und Δγ bestimmt wird und die Strömungsrate Qd der Pumpe bei maximaler Ausgangsleistung errechnet wird aus dem Verhältnis bei konstanter PS- Leistung zwischen der Strömungsrate Q der Pumpe und dem Pumpendruck P und dem tatsächlichen Pumpendruck Pd zum gegenwärtigen Zeitpunkt. Die Werte der Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen werden bestimmt durch Verteilen der Strömungsrate Qd der Pumpe in dem bestimmten Verteilungsverhältnis. Zu diesem Zeitpunkt werden die den jeweiligen Arbeitsmaschinen zugeführten tatsächlichen Strömungsraten entsprechend dem Winkel des Auslegers, dem Winkel des Arms und dem Winkel der Schaufel zu jeweiligen Zeiten errechnet, und das oben beschriebene Verteilungsverhältnis wird gelegentlich entsprechend den errechneten tatsächlichen Strömungsraten eingestellt, so daß der Ausleger, der Arm und die Schaufel gleichzeitig die Zielwinkel α&sub2;, β&sub2; und γ&sub2; erreichen können. Die Ausschachtungsoperation für jede Abschnittseinheit endet, wenn der Arm den Zielwinkel β&sub2; erreicht hat, und der Ablauf rückt zur Steuerung für den nächsten Abschnitt vor, wenn der Winkel des Arms den Zielwert β&sub2; erreicht hat.
• Auch bei dem nächsten Abschnitt werden in der gleichen Weise wie oben beschrieben zuerst die Zielposition P3 für die Vorderkante der Schaufel und der Winkel ε&sub3; für die Stellung der Schaufel bestimmt. Die Drehwinkel Δα, Δβ und Δγ werden dann entsprechend den oben beschriebenen bestimmten Werten bestimmt, und die Befehle für die Strömungsraten für die betreffenden Arbeitsmaschinen werden entsprechend den Verteilungsverhältnissen der Strömungsraten, die den Winkeln Δα, Δβ und Δγ entsprechen, bestimmt. Die Steuerung für diesen Abschnitt endet, wenn der Arm den Zielwinkel Δβ erreicht hat, und der Vorgang rückt auf die Steuerung für den nächsten Abschnitt vor. Durch wiederholtes Ausführen derartiger Steueroperationen bis zum Endpunkt Pn bewegt sich die Vorderkante der Schaufel auf dem kreisbogenförmigen Weg (Fig. 5(c)) von dem Anfangspunkt P1 (α&sub1;,β&sub1;,Δ&sub1;) entlang den Zielpositionen P8 (α&sub8;,β&sub8;,Δ&sub8;) --- P15(α&sub1;&sub5;, β&sub1;&sub5;,Δ&sub1;&sub5;) --- P20(α&sub2;&sub0;,β&sub2;&sub0;,Δ&sub2;&sub0;), wie Fig. 9 zeigt.
• Fig. 10 zeigt schematisch die Konfiguration der oben beschriebenen arithmetischen Steuerung. Dies bedeutet, daß bei der automatischen Ausschachtungsoperation die Speicherkapazität reduziert werden soll, indem die Koordinatenposition des nächsten Zielpunktes beim Start jeder Abschnittseinheit errechnet wird. Ferner werden die Befehle für die Strömungsraten für die betreffenden Arbeitsmaschinen gelegentlich korrigiert, indem für geeignete Zeitperioden ein Feedback der Ist-Werte der Strömungsraten zu den aus diesen Zielpunkten errechneten Befehlen für die Strömungsraten durchgeführt wird, und die Vorderkante der Schaufel kann sich somit exakt auf dem Ausschachtungsweg bewegen, der so eingestellt worden ist, daß er geeignete Stellungen aufweist.
• Wenn das Betätigungspedal 10 im Verlauf der Ausschachtung zurückgeführt wird, werden die Befehle für die Strömungsraten für die betreffenden Arbeitsmaschinen auf Null gesetzt, und die betreffenden Arbeitsmaschinen werden unmittelbar gestoppt, so lange keine manuelle Betätigung durch die Betätigungshebel 11 und 12 durchgeführt wird.
• Wenn während der automatischen Ausschachtung mittels der Handhebel 11 und 12 Befehle eingegeben worden sind, wird aus Sicherheitsgründen den manuellen Betätigungen Priorität eingeräumt, und die automatische Ausschachtung wird von dem Punkt an wiederaufgenommen, an dem die Hebelbetätigung gestoppt worden ist. Falls beispielsweise eine Eingabe mittels manueller Betätigung erfolgt ist, nachdem die automatische Ausschachtung wie in Fig. 11 gezeigt bis zu dem Punkt P8 fortgeschritten ist, wird die automatische Ausschachtung zu dem nächsten Zielpunkt P9 hin wiederaufgenommen, wobei der Punkt, an dem die Hebelbetätigung gestoppt worden ist, zu einem Ausschachtungswiederaufnahme-Punkt gemacht wird. Dies bedeutet, daß, wenn während der automatischen Ausschachtung eine manuelle Eingabe erfolgt ist, die automatische Ausschachtung nicht endgültig abgeschaltet, sondern nur zeitweilig gestoppt wird.
• In diesem Fall wird das Ende der Ausschachtung entsprechend dem Wert des Pumpendrucks der hydraulischen Pumpe ermittelt, und der Zeitpunkt, in dem in der zweiten Hälfte der Ausschachtungsoperationen, in der die Ausschachtungsabschnitts bis zu einem bestimmten Grad fortgeschritten sind, der Pumpendruck der hydraulischen Pumpe einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird als der Zeitpunkt zur Beendigung des Ausschachtens erkannt. Nachdem dies erkannt worden ist, wird der Ausleger angehoben, die Schaufel wird in einen horizontalen Zustand gekippt, und somit ist die Ausschachtungsoperation beendet. Wie oben beschrieben kann, da das Ende des Ausschachtens durch Detektion der Last anhand des Pumpendrucks der hydraulischen Pumpe ermittelt wird, eine unnötige Ausschachttätigkeit verhindert werden.
• Nach dem Ende des Ausschachtens wird der Kippwinkel der Schaufel auf eine Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel gesetzt, wobei der Kippwinkel der Schaufel stets in einem horizontalen Zustand gehalten wird (Fig. 8(d)). Dies bedeutet, daß in der zum horizontalen Halten der Schaufel vorgesehenen Betriebsart der Winkel γ der Schaufel automatisch derart gesteuert wird, daß das Verhältnis α+β+γ = (3/2)π entsprechend den Eingabebefehlen von dem Betätigungshebel für den Ausleger und von dem Betätigungshebel für den Arm erfüllt ist, um die obere Fläche der Schaufel stets horizontal zu halten. In der zum horizontalen Halten der Schaufel vorgesehenen Betriebsart wird die Betätigung des oben beschriebenen Betätigungspedals zur automatischen Ausschachtung ungültig gemacht. Durch eine derartige Steueroperation wird bewirkt, daß die Ladung nicht fallengelassen wird, und daß die Operation während der Ladungsarbeit einfach wird. (Die Schaufelbetätigung wird unnötig.)
• Die Betriebsart zur automatischen Ausschachtung wird ausgeschaltet, wenn in der Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel die Schaufel durch manuelle Betätigung um einen vorbestimmten Betrag oder mehr zu der Entladestelle gedreht ist. Dies bedeutet, daß, wenn die Bedienungsperson in der Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel die Schaufel um einen vorbestimmten oder größeren Betrag zur Entladestelle hin dreht, um Erdreich zu entladen, die zur automatischen Ausschachtung vorgesehene Betriebsart gelöscht wird (Fig. 5(e)).
• Wenn die Betriebsart zur automatischen Ausschachtung ausgeschaltet worden ist, schaltet die Steuerung in eine Betriebsart zur automatischen Schaufelstellungs-Einstellung, in der die Schaufel stets derart gesteuert wird, daß sie zum Zeitpunkt des Startens des Ausschachtens die günstigste Stellung einnimmt (Fig. 5(f)). Dies bedeutet, daß in der Betriebsart zur automatischen Schaufelstellungs-Einstellung der Schaufelzylinder derart gesteuert wird, daß die zum Zeitpunkt des Ausschachtungsbeginns günstigste Schaufelstellung entsprechend der Position eines Schaufelstiftes (Punkt C in Fig. 3) aufrechterhalten wird, die durch die Positionen des Auslegers und des Arms nach dem Entladen von Erde bestimmt werden. Genauer gesagt bedeutet dies, daß, wenn die Schaufelstellung gemäß Fig. 12 durch den Winkel bestimmt wird (den Winkel, der durch ein Liniensegment bestimmt wird, welches die Position der Vorderkante der Schaufel mit dem oben beschriebenen Einstellpunkt Pa und der oberen Fläche der Schaufel verbindet) und der durch die Horizontallinie und das oben beschriebene Liniensegment gebildete Winkel mit τ bezeichnet ist, der Winkel γ der Schaufel derart gesteuert wird, daß der folgende Ausdruck erfüllt ist:
• α + β + γ + λ + τ = (3/2)π --- (11).
• Dabei ist in dem obigen Ausdruck der Winkel λ ein vorbestimmter Wert, und der Winkel τ kann aus den Winkeln α, β und dgl. errechnet werden. Somit wird der Winkel γ der Schaufel derart gesteuert, daß der Ausdruck (11) entsprechend dem Winkel a des Auslegers und dem Winkel β des Arms, die durch manuelle Betätigung erzeugt werden, erfüllt ist. Die Betriebsart zur Schaufelausrichtungseinstellung wird gestoppt, wenn der Betätigungshebel 11 für die Schaufel manuell betätigt wird. Anschließend werden die jeweiligen Arbeitsmaschinen einschließlich der Schaufel entsprechend den Befehlen von den Betätigungshebeln 11 und 12 getrieben.
• Falls die Bedienungsperson die Stellung der Schaufel zur Zeit des ersten automatischen Ausschachtens oder der Schaufelstellungs-Einstellungs-Betriebsart willkürlich verändert hat, wird die Schaufel zum Zeitpunkt des Beginns des Ausschachtens nicht zwingend in der am besten geeigneten Position gehalten. In derartigen Fällen wird die Schaufelstellung bis zum nächsten Abschnitt nicht abrupt in die am besten geeignete Position korrigiert, sondern es ist eine geeignete Anzahl von Abschnitten vorgesehen, und die Schaufel wird in diesen Abschnitten allmählich zu dem am besten geeigneten Winkel korrigiert.
• Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Konfiguration der Steuerung zur Ausführung der oben beschriebenen jeweiligen Funktionen. In Fig. 1 wird durch einen Pedalbetätigungsdetektor 17 detektiert, ob ein Pedal 10 zur Zuweisung einer Betriebsart zur automatischen Ausschachtung gedrückt worden ist oder nicht, und das Detektionssignal wird in eine Steuereinrichtung 20 eingegeben. Die Richtung und der Betrag der Betätigung des Schaufel/Ausleger-Betätigungshebels 11 werden durch Hebelpositionsdetektoren 13 und 15 detektiert. Ein Schaufeldrehbefehl γ und ein Auslegerdrehbefehl γ werden von diesen Detektoren 13 und 15 in die Schalter 30 bzw. 32 eingegeben. Die Richtung und der Betrag der Betätigung des Armbetätigungshebels 12 werden durch einen Hebelpositionsdetektor 14 detektiert, und dadurch wird ein Armdrehbefehl γ, bei dem es sich um das detektierte Signal handelt, in einen Schalter 31 eingegeben. Ferner werden die Befehlssignale γ, γ und γ von den Betätigungshebeln 11 und 12 in die Steuereinrichtung 20 eingegeben.
• Die Schalter 30, 31 und 32 führen Schaltoperationen entsprechend den Schaltsteuersignalen SL1, SL2 und SL3 aus, die jeweils von der Steuereinrichtung 20 eingegeben werden, und schalten selektiv während der automatischen Ausschachtung Befehlssignale C, C und C, die von der Steuereinrichtung 20 eingegeben werden, und während der manuellen Ausschachtung Befehlssignale γ, γ und γ, die von den Hebelpositionsdetektoren 13, 14 und 15 eingegeben werden.
• Ein Schaufelsteuerungssystem 40 besteht aus einem Winkelsensor 41 zum Detektieren des Winkels γ der Schaufel, einem Differentiator 42 zum Detektieren der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit der Schaufel durch Differenzieren des Winkels γ der Schaufel, einem Additions-Punkt 43 zum Errechnen einer Abweichung zwischen einem Zielwert und einem Signal, das die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der Schaufel angibt, und ein Strömungsratensteuerventil 44 zur Beschickung eines Schaufelzylinders 4 mit Drucköl, das eine Strömungsrate entsprechend einem Abweichungssignal von dem Additions-Punkt 43 aufweist, so daß das Abweichungssignal 0 wird.
• In ähnlicher Weise wie das Schaufelsystem 40 enthalten ein Armsteuersystem 50 und ein Auslegersteuersystem 60 Winkelsensoren 51 bzw. 61, Differentiatoren 52 bzw. 62, Additions-Punkte 53 bzw. 63 und Strömungsratensteuerventile 54 bzw. 64, und steuern die Drehung des Arms und des Auslegers derart, daß diese mit den Befehlswerten übereinstimmen.
• Ferner werden der Winkel γ der Schaufel, der Winkel β des Arms und der Winkel a des Auslegers, die von den Sensoren 41, 51 bzw. 61 in diesen Strömungsratensteuersystemen detektiert werden, in die Steuereinrichtung 20 eingegeben. Der Pumpendruck in einer (nicht gezeigten) Pumpe für die Arbeitsmaschinen wird von einem Öldrucksenor 70 detektiert, und der Wert des detektierten Druckes wird in die Steuereinrichtung 20 eingegeben.
• Im folgenden wird die Funktion dieser Anordnung im Zusammenhang mit dem in Fig. 13 gezeigten Flußdiagramm erläutert. Wenn das Betätigungspedal 10 gedrückt worden ist, wird Drücken von dem Pedalbetätigungsdetektor 17 erkannt. Das erkannte Signal wird in die Steuereinrichtung 20 eingegeben, die die Steuerung in der Betriebsart zur automatischen Ausschachtung startet (Schritt 100). Aus Sicherheitsgründen ist vorgesehen, daß die automatische Betriebsart nur betätigt werden kann, wenn manuelle Betätigungen durch die Betätigungshebel 11 und 12 nicht durchgeführt werden, sowie während der in Fig. 5(f) gezeigten Betriebsart zur automatischen Einstellung der Schaufelstellung, und daß andernfalls die Steuereinrichtung 20 die Automatik-Betriebsart nicht startet, selbst wenn das Betätigungspedal 10 gedrückt worden ist.
• Wenn die Automatik-Betriebsart gestartet worden ist, errechnet die Steuereinrichtung 20 die Position P1 der Vorderkante der Schaufel zum Zeitpunkt des Starts gemäß den Ausgangssignalen γ, β und α von den Winkelsensoren 41, 51 und 61 (siehe Ausdruck (1)). Anschließend unterzieht die Steuereinrichtung 20 die errechnete Position P1 zum Start des Ausschachtens einem Rechenprogramm, das aus den Ausdrücken (4), (7) und (10) zusammengestellt ist, und errechnet die Drehwinkel Δα, Δβ und Δγ für die jeweiligen Arbeitsmaschinen, die benötigt werden, um die Schaufel in die Schaufel-Stellung ε&sub2; an der nächsten Zielposition P2 zu setzen und die Vorderkante der Schaufel aus der Position P1 in die Position P2 zu bewegen (Schritt 110). Dann bestimmt die Steuereinrichtung 20 das Verteilungsverhältnis des Öls, das den jeweiligen Arbeitsmaschinen aus diesen Drehwinkeln Δα, Δβ und Δγ zugeführt werden soll, errechnet zudem den Pumpendruck Pd aus dem Ausgangssignal des Öldrucksensors 70 zu diesem Moment und errechnet die Strömungsrate Qd der Pumpe bei maximaler Ausgabe entsprechend dem Pumpendruck Pd aus der in Fig. 8 gezeigten Beziehung konstanter PS-Stärke. Dann errechnet die Steuereinrichtung 20 die Befehlssignale C, C und C für die jeweiligen Arbeitsmaschinen durch Verteilen der Strömungsrate Qd der Pumpe in dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis, und gibt die Befehlssignale C, C und C an die Schalter 32, 31 bzw. 30 aus (Schritt 130). Wenn die Automatik-Betriebsart gewählt worden ist, werden jeweilige Kontakte der Schalter 30, 31 und 32 durch die Schaltsteuersignale SL1, SL2 und SL3 der Steuereinrichtung 20 auf die Seite der Steuereinrichtung 20 geschaltet, und die oben beschriebenen Steuersignale C, C und C von der Steuereinrichtung 20 werden dem Auslegersteuersystem 60, dem Armsteuersystem 50 und dem Schaufelsteuersystem 40 über die Schalter 30, 31 bzw. 30 zugeführt.
• In dem nächsten Schritt 140 bestimmt die Steuereinrichtung 20 aufgrund des Ausgangssignals von dem Pedalbetätigungsdetektor 17, ob das Pedal 10 gedrückt ist oder nicht. Wenn die Rückkehr des Pedals 10 erkannt worden ist, werden die den jeweiligen Strömungsratensteuerssystemen zuzuführenden Befehlssignale C, C und C unmittelbar zu Null gemacht (Schritt 150). In Schritt 160 wird festgestellt, ob einer von mehreren manuellen Befehlen γ, β und α durch Betätigung der Betätigungshebel 11 und 12 eingegeben worden ist oder nicht. Wenn einer der manuellen Befehle eingegeben worden ist, wird dem eingegebenen manuellen Befehl Priorität gegeben (Schritt 170). Dies bedeutet, daß, wenn einer der manuellen Befehle eingegeben worden ist, unter den Schaltern 30, 31 und 32 der Schalter der Arbeitsmaschine, der dem eingegebenen manuellen Befehl entspricht, auf die Seite des Betätigungshebels geschaltet wird, so daß das Befehlssignal von der Seite des Betätigungshebels dem entsprechenden Strömungsratensteuersystem zugeführt wird.
• Somit werden die Befehlssignale C, C und C (Diese Signale sind Null, wenn das Betätigungspedal abgeschaltet ist) von der Steuereinrichtung 20 oder die Befehlssignale γ, γ und von den Betätigungshebeln 11 und 12 entsprechend dem Betätigungszustand des Betätigungspedals 10 und der Betätigungshebel 11 und 12 in die entsprechenden Strömungsratensteuersysteme 60, 40 und 50 eingegeben, und dadurch werden der Schaufel, der Arm oder der Ausleger gedreht (Schritt 180). Es ist vorgesehen, daß die Steuereinrichtung 20 die tatsächlichen Strömungsraten des den jeweiligen Zylindern 8, 7 und 6 zuzuführenden Öls entsprechend den Ausgangs Signalen von den Winkelsensoren 41, 51 bzw. 61 errechnet und entsprechend dieser tatsächlichen Strömungsraten sukzessive das oben beschriebene Verteilungsverhältnis einstellt.
• Anschließend stellt die Steuereinrichtung 20 fest, ob der Arm den Zielwinkel β&sub2; entsprechend dem detektierten Ausgangswinkel β von dem Winkelsensor 51 erreicht hat oder nicht (Schritt 190). Wenn der Arm den Zielwinkel β&sub2; nicht erreicht hat, kehrt der Ablauf auf Schritt 120 zurück, in dem die gleiche Steuerung wie oben beschrieben wiederholt wird. Wenn der Arm den Zielwinkel β&sub2; erreicht hat, wird geprüft, ob die Ausschachtung beendet ist oder nicht (Schritt 200). Wenn die Ausschachtung nicht beendet ist, kehrt der Ablauf auf Schritt 110 zurück, in dem die arithmetische Steuerung zur Bewegung der Position der Vorderkante der Schaufel zu der nächsten Zielposition P3 auf die gleiche Weise wie oben beschrieben durchgeführt wird. Anschließend wird die Vorderkante der Schaufel entlang der Zielpositionen P4, P5, --- bewegt, bis in Schritt 200 in gleicher Weise wie oben beschrieben festgestellt wird, daß die Ausschachtung beendet ist. In diesem Fall ist vorgesehen, daß der Zeitpunkt, zu dem der Ausgangswert von dem Öldrucksensor 70 in der zweiten Hälfte der Ausschachtungsabschnitte einen vorbestimmten Wert überschritten hat, als der Zeitpunkt zum Beenden der Ausschachtung erkannt wird. Wenn während der automatischen Ausschachtung ein manueller Befehl ausgegeben worden ist, läßt die Steuereinrichtung 20 zu dem Zeitpunkt, zu dem der manuelle Befehl gestoppt worden ist, den Ablauf zu Schritt 110 zurückkehren, schaltet den Schalter, der der Arbeitsmaschine entspricht, für die der manuelle Befehl eingegeben worden ist, auf die Seite der Steuereinrichtung 20, und treibt erneut sämtliche Arbeitsmaschinen durch Steuersignale von der Steuereinrichtung 20, wobei der Punkt, an dem der manuelle Betrieb gestoppt worden ist, zu dem punkt zur Wiederaufnahme des Ablaufs gemacht wird.
• Wenn in Schritt 200 das Ende der Ausschachtung festgestellt worden ist, wird die Steuereinrichtung 20 in die Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel gesetzt, in der der Kippwinkel der Schaufel horizontal gesteuert wird (Schritt 210). In der Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel werden die Schalter 31 und 32 auf die Seite der Handhebel 11 und 12 geschaltet, der Schalter 30 bleibt weiterhin mit der Seite der Steuereinrichtung 20 verbunden, und der Ausleger und der Arm werden entsprechend manuellen Befehlen gesteuert. Was die Schaufel anbelangt, wird das Steuersignal C von der Steuereinrichtung 20 ausgegeben, so daß das Verhältnis α+β+γ = (3/2)π erfüllt ist und der Kippwinkel der Schaufel stets in horizontalem Zustand gehalten wird, selbst wenn der Ausleger und der Arm willkürlich von Hand betätigt werden. Wenn die Schaufel während der Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel um einen vorbestimmten Winkel oder mehr zu der Entladeseite gedreht worden ist, schaltet die Steuereinrichtung 20 die Automatik-Betriebsart aus (Schritt 220) und rückt den Ablauf auf eine Schaufel-Erstellungs-Einstellungs-Betriebsart (Schritt 230). In dieser Betriebsart werden die Schalter 31 und 32 zuerst mit der Seite der Handhebel 11 und 12 verbunden, und der Schalter 30 wird mit der Seite der Steuereinrichtung 20 verbunden, so daß manuelle Befehle nur für den Ausleger und den Arm in die jeweiligen Steuersysteme eingegeben werden. Für die Schaufel wird das Befehlssignal C von der Steuereinrichtung 20 so eingegeben, daß der oben angeführte Ausdruck (11) erfüllt ist, und somit weist die Schaufel stets die günstigste Erststellung entsprechend der Höhe der Schaufel auf. Diese Automatik- Einstellbetriebsart wird gestoppt, wenn ein manueller Befehl für die Schaufel eingegeben worden ist.
• Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Zeitpunkt, zu dem der Pumpendruck in der zweiten Hälfte von Ausschachtungsoperationen einen vorbestimmten eingestellten Wert überschreitet, d.h. wenn die auf die Arbeitsmaschinen einwirkende Last einen konstanten Wert überschreitet, zu dem Ende der Ausschachtung gemacht, und der Ablauf wird dann auf die Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel geschaltet. Jedoch kann lediglich die Anzahl der abgeteilten Abschnitte gezählt werden, und der Zeitpunkt, zu dem die Ausschachtung für eine vorbestimmte Anzahl von Abschnitten beendet ist, kann zum Ende der Ausschachtung gemacht werden. Ferner kann die absolute Stellung der Schaufel bestimmt werden, und der Zeitpunkt, zu dem die absolute Stellung der Schaufel nahezu einen horizontalen Zustand erreicht, kann zum Ende der Ausschachtung gemacht werden.
• Obwohl jedoch bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Zeitpunkt, zu dem das Betätigungspedal 10 gedrückt worden ist, zu dem Zeitpunkt des Startens der Ausschachtung gemacht wird und die Position der Vorderkante der Schaufel zu diesem Zeitpunkt zur Position zum Start der Ausschachtung gemacht wird, kann die Last entsprechend dem Pumpendruck ermittelt werden, und der Zeitpunkt, zu dem der Pumpendruck einen vorbestimmten eingestellten Wert J überschritten hat, kann gemäß Fig. 14 zum Zeitpunkt des Startes der automatischen Ausschachtung gemacht werden, um den Punkt zum Start der Ausschachtung exakter einzustellen. Dies bedeutet, daß in dem Fall, daß der Zeitpunkt des Drückens des Betätigungspedals 10 zum Start des Ausschachtens gemacht wird, es schwierig ist, den Zeitpunkt, zu dem die Vorderkante der Schaufel das Erdreich erreicht hat, vollständig mit dem Zeitpunkt zusammentreffen zu lassen, zu dem das Betätigungspedal gedrückt worden ist, und deshalb entstehen Abweichungen in der Position zum Start des Ausschachtens. Dies verursacht Abweichungen in der Menge der ausgeschachteten Erde, die ihrerseits zu verminderter Ausschachtungseffizienz führen. Somit kann, falls die Bedingung zum Bestimmen des Zeitpunktes zum Start der Ausschachtung auf den Zeitpunkt eingestellt ist, zu dem der Pumpendruck nach dem Betätigen des Betätigungspedals den eingestellten Wert J oder inehr erreicht, der Punkt zum Starten der Ausschachtung exakter definiert werden. Dies bedeutet, daß unter der Annahme, daß die Vorderkante der Schaufel zum Zeitpunkt der Betätigung des Betätigungspedals von dem Erdreich getrennt ist, die jeweiligen Arbeitsmaschinen von dem Zeitpunkt an, zu dem das Betätigungspedal gedrückt worden ist, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schaufel das Erdreich erreicht hat, automatisch in die Richtung zum Erreichen von Erdreich bewegt werden, selbst wenn die manuelle Betätigung gestoppt wird. Anschließend, da zu dem Zeitpunkt, zu dem die Schaufel Erdreich erreicht, eine Änderung der Last eintritt, wird die Änderung anhand des Pumpendrucks ermittelt. Genauer gesagt wird der Einstellpunkt J zum Ermitteln des Moments zum Starten der Ausschachtung für den Pumpendruck eingestellt, der Zeitpunkt, zu dem der Pumpendruck den Einstellpunkt J überschritten hat, wird zum tatsächlichen Punkt zum Start der Ausschachtung gemacht, und die Position der Vorderkante der Schaufel wird zu der Position zum Start der Ausschachtung gemacht. Falls in diesem Fall separate Pumpen für die jeweiligen Arbeitsmaschinen vorgesehen sind, kann der Zeitpunkt zum Start der Ausschachtung anhand des Pumpendrucks einer Arbeitsmaschine, die einen hohen Detektionswert aufweist, ermittelt werden; da die Last-Detektion anhand des Pumpendrucks durchgeführt wird, bietet das Verfahren den Vorteil, daß bei Verwendung einer einzigen Pumpe nur ein einziger Druckmesser benötigt wird.
• Zudem kann der vorliegenden Ausführungsform die folgende Funktion zur Verhinderung von unnötiger Ausschachtungsarbeit hinzugefügt werden. Wie oben beschrieben wird bei der Vorrichtung die automatische Ausschachtung derart durchgeführt, daß der Ausschachtungswinkel δ stets klein wird. Wenn bei einer derartigen Ausschachtungsoperation angenommen wird, daß Bedingungen, wie etwa die Qualität der Erde und dgl., identisch sind, ist der Betrag an Arbeit, der erforderlich ist, um die gleiche Menge an Erde zu Schaufeln und zur Seite zu drücken, konstant. Da zudem bei der Vorrichtung angenommen wird, daß die Steuerung der Pumpe entlang der in Fig. 8 gezeigten Kurve konstanter PS-Leistung durchgeführt wird, wird angenommen, daß die zur Durchführung der oben erwähnten Menge an Arbeit erforderliche Zeit nahezu konstant sein kann. Demgemäß wird zunächst an einer Stelle, an der die Oberfläche des Erdreichs horizontal ist, eine einzige automatische Ausschachtungsoperation versucht, und die Ausschachtungszeit bei diesem Mal, d.h. die Zeit von dem Moment, in dem die Schaufel die Oberfläche der Erde berührt, bis zu dem Moment zum Starten des Schaufelns (der Ausleger ist angehoben, die Schaufel ist gekippt) wird gemessen und gespeichert. Zur automatischen Ausschachtung von der nächsten Ausschachtungsoperation wird das Schaufeln von dem Zeitpunkt an gestartet, wenn die gespeicherte Zeit von dem Zeitpunkt des Ausschachtungs-Starts verstrichen ist. Somit wird unnötiges Ausschachten vermieden. Zur Durchführung der oben beschriebenen Zeitsteuerungs- und Speicheroperationen kann beispielsweise ein geeigneter Betätigungsknopf vorgesehen sein, und die Meß- und Speicheroperation für die Ausschachtungszeit kann durchgeführt werden, wenn dieser Knopf vor der Zuweisung zum Start der automatischen Ausschachtung bei Betätigung des Pedals 10 gedrückt worden ist. Wenn eine derartige Funktion hinzugefügt ist, kann unnötige Ausschachtungsarbeit vermieden und die Ausschachtungszeit reduziert werden, selbst wenn sich die Topographie aufgrund einer Änderung der Anzahl der Ausschachtungsoperationen, des Ausschachtungsweges und dgl. verändert hat.
• Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform erläutert, bei der die folgenden zusätzlichen Funktionen für das Betätigungspedal 10 vorgesehen sind.
• (1) Die Automatik-Betriebsart wird gewählt und der Zeitpunkt zum Starten der Ausschachtung wird angegeben, indem das Betätigungspedal 10 gedrückt wird. (Diese Funktion ist auch in der vorhergehenden Ausführungsform vorgesehen.)
• (2) Die Geschwindigkeiten der jeweiligen Arbeitsmaschinen können entsprechend dem Tret-Winkel geändert werden.
• (3) Die automatische Ausschachtung wird beendet, indem das Betätigungspedals 10 während der automatischen Ausschachtung um einen vorbestimmten Winkel oder mehr gedrückt wird.
• (4) Zum Zeitpunkt des Entladens von Erde (zum Zeitpunkt des Abschaltens der Automatik-Betriebsart) werden der Winkel des Arms und der Winkel des Auslegers zu diesem Zeitpunkt gespeichert, indem das Pedal um einen vorbestimmten Winkel oder mehr gedrückt wird. Wenn bei der Ausschachtung nach der nächsten Ausschachtungsoperation das Pedal 10 nach dem Ende der Ausschachtung gedrückt wird, bewegen sich der Arm und der Ausleger automatisch zu Positionen, die dem Winkel des Arms und dem Winkel des Auslegers entsprechen, die wie oben beschrieben gespeichert worden sind, während die Schaufel in horizontalem Zustand gehalten wird. Dies dient zum Entladen von Erde in einer identischen Position.
• Zunächst werden wie bei der oben beschriebenen Funktion (2) durch Änderung der Summe Qs (=Qbm+Qam+Qbt, wobei Qbm: die Strömungsrate für den Ausleger; Qam: die Strömungsrate für den Arm; Qbt: die Strömungsrate für die Schaufel) der Strömungsraten von Drucköl, das den jeweiligen Arbeitsmaschinen entsprechend dem Tretwinkel des Betätigungspedals 10 zuzuführen ist, die Geschwindigkeiten der Arbeitsmaschinen entsprechend dem Tretwinkel geändert. Dies bedeutet, daß bei der vorliegenden Ausführungsform der Ablauf mit dem Ablauf bei der vorhergehenden Ausführungsform insofern identisch ist, daß die Drehwinkel Δα, Δβ und Δγ für die jeweiligen Arbeitsmaschinen zur Bewegung der Vorderkante der Schaufel von einem bestimmten Zielpunkt zu dem nächsten Zielpunkt durch Lösung der zuvor beschriebenen Ausdrücke (4), (7) und (10) errechnet werden, und daß das Verteilungsverhältnis (Qbm:Qam:Qbt) für die für die jeweiligen Arbeitsmaschinen erforderlichen Strömungsraten, entsprechend den errechneten Winkeln Δα, Δβ und Δγ bestimmt wird. Zu diesem Zeitpunkt jedoch wird der Tretwinkel θ des Betätigungspedals detektiert (vgl. Fig. 15), und es wird eine geeignete Kurve konstanter PS-Leistung entsprechend dem detektierten Wert θ gewählt (vgl. Fig. 16). In diesem Fall werden gemäß Fig. 16 mehrere Kurven konstanter PS-Leistung, die aus der Beziehung zwischen der Strömungsrate Q für die Pumpe und dem Pumpendruck P bestehen, entsprechend dem Tretwinkel θ des Pedals eingestellt, und es wird eine Kurve konstanter PS-Leistung gewählt, die dem detektierten Tretwinkel θ des Pedals entspricht. Die Beträge der Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen werden bestimmt durch Errechnen der Strömungsrate Qd für die Pumpe, die dem tatsächlichen Pumpendruck Pd entsprechend der Kurve konstanter PS-Leistung entspricht, und durch Verteilen der Strömungsrate Qd der Pumpe in dem bestimmten Verteilungsverhältnis. Dies bedeutet, daß in diesem Fall, obwohl die Gesamt-Strömungsrate Qs entsprechend dem Tretwinkel θ des Pedals geändert wird, das wie oben beschrieben bestimmte Verteilungsverhältnis nie verändert wird.
• Als nächstes wird die oben beschriebene Funktion (3) erläutert. Wenn das Betätigungspedal während der Ausschachtung um einen vorbestimmten Winkel oder mehr gedrückt worden ist, wird ein Schaufeln durchgeführt (bei dem die Schaufel zur Kippseite gedreht wird und der Ausleger angehoben wird), und die automatische Ausschachtung wird zwangsweise beendet, selbst wenn der Ausschachtungsabschnitt nicht vollständig abgeschlossen worden ist, um ein unnötiges Ausschachten zu verhindern. Dies bedeutet, daß das Verhältnis zwischen der Betätigungskraft und dem Tretwinkel θ des Betätigungspedals in zwei Stufen vorgesehen ist, wie Fig. 17 zeigt. Die Bedienungsperson tritt das Pedal 10 stark um den Winkel θ&sub1; oder mehr, wenn sie feststellt, daß die Schaufel beim Ausschachten ausreichend Erde oder Sand und dgl. schaufelt. Wenn das Pedal 10 um den Winkel θ&sub1; oder mehr gedrückt worden ist, erfolgen von diesem Moment an das Kippen der Schaufel und das Anheben des Auslegers, und die automatische Ausschachtung wird zwangsweise beendet. Somit ist es möglich, unnotige Ausschachtung durch Bestimmung seitens der Bedienungsperson zwangsweise zu beenden.
• Im folgenden wird die oben erwähnte Funktion (4) erläutert. Wenn das Betätigungspedal 10 bei Abschalten der anhand Fig. 5(e) erläuterten Automatik-Betriebsart in der oben beschriebenen Weise (vgl. Fig. 17) um den vorbestimmten Winkel θ oder mehr gedrückt worden ist, werden der Winkel αm des Auslegers und der Winkel βm des Arms in einem Speicher 21 in der Steuereinrichtung 20 gespeichert. Wenn bei der Ausschachtung nach der nächsten Ausschachtungsoperation das Betätigungspedal nach dem Beenden der automatischen Ausschachtung in einem Winkelbereich von O - θ&sub1; gedrückt wird, bewegen sich der Ausleger und der Arm automatisch zu Positionen, die den wie oben beschrieben gespeicherten Winkeln αm des Auslegers und dem Winkel βm des Arms entsprechen, wobei in der Betriebsart zum horizontalen Halben der Schaufel ein horizontaler Zustand beibehalten wird. Somit werden Erde und Sand bei den jeweiligen Ausschachtungsoperationen in einer identischen Position entladen. Bei dieser Steueroperation werden, falls manuelle Befehle für den Ausleger und den Arm eingegeben worden sind, die automatischen Operationen für den Ausleger und den Arm gestoppt, und der Ausleger und der Arm werden anschließend entsprechend den manuellen Befehlen gesteuert. Danach wird die Schaufel automatisch derart gesteuert, daß die obere Fläche der Schaufel entsprechend den manuellen Befehlen für den Ausleger und den Arm stets in einem horizontalen Zustand gehalten wird.
• Somit ist die zweite Ausführungsform, da das Betätigungspedal 10 mit den oben beschriebenen vier Funktionen versehen ist, derart ausgelegt, daß der in Fig. 1 gezeigte Pedalbetätigungsdetektor 17 den Tret-Winkel θ des Betätigungspedals 10 detektiert und das Detektionssignal θ in die Steuereinrichtung 20 eingegeben wird. Wenn das Betätigungspedal 10 nach dem Abschalten der Automatik-Betriebsart um den Winkel θ oder mehr gedrückt worden ist, werden der Winkel αm des Auslegers und der Winkel βm des Arms zu diesem Zeitpunkt in einem Speicher 21 in der Steuereinrichtung 20 gespeichert.
• Fig. 18 zeigt ein konkretes Beispiel einer derartigen Operation der zweiten Ausführungsform. In Fig. 18 sind dem in Fig. 13 gezeigten Flußdiagramm Schritte 161, 171, 250 und 260 hinzugefügt, und der in Fig. 13 gezeigte Schritt 130 ist durch den Schritt 131 ersetzt. In Fig. 18 sind Schritte, die denjenigen in Fig. 13 gleichen, mit gleichen Schritt-Nummern versehen, und eine Erläuterung dieser Schritte entfällt.
• In Schritt 131 erhält die Steuereinrichtung 20 den Detektionswert θ mittels des Pedalbetätigungsdetektors 17, wählt eine Kurve konstanter PS-Leistung entsprechend dem Detektionswert θ, erhält zu diesem Zeitpunkt den Pumpendruck Pd aus dem Ausgangssignal von dem Öldrucksensor 70 und errechnet die Strömungsrate Qd der Pumpe, die dem Pumpendruck Pd entspricht, aus der gewählten Kurve konstanter PS-Leistung. Dann errechnet die Steuereinrichtung 20 die Befehlssignale C, C und C für die jeweiligen Arbeitsmaschinen durch Verteilen der Strömungsrate Qd der Pumpe in dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis, und gibt die Befehlssignale C, C und C an die Schalter 32, 31 bzw. 30 aus.
• In Schritt 180 wird geprüft, ob das Betätigungspedal 10 um einen Winkel gedrückt worden ist, der den Winkel θ&sub1; übersteigt. Falls das Ergebnis positiv ist, wird das Ausschachten beendet, indem die Schaufel in einen horizontalen Zustand geschaufelt und der Ausleger angehoben wird (Schritt 190). Anschließend wird die Schaufel in die Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel bewegt (Schritt 190). Somit wird ein unnötiges Ausschachten verhindert.
• Beim Ausschalten der Automatik-Betriebsart wird geprüft, ob das Betätigungspedal 10 um einen den Winkel θ&sub1; übersteigenden Winkel gedrückt worden ist oder nicht (Schritt 250). Falls das Ergebnis positiv ist, empfängt die Steuereinrichtung 20 die Ausgangssignale βm und αm von den Winkelsensoren 51 und 61 und speichert den Winkel βm des Arms und den Winkel αm des Auslegers, die von dem Speicher 21 aufgenommen worden sind (Schritt 260). Wenn bei der Ausschachtung nach der nächsten Ausschachtungsoperation das Pedal 10 nach dem Ende der Ausschachtung in einem Winkelbereich von O - θ&sub1; gedrückt worden ist, bewegen sich der Arm und der Ausleger automatisch zu Positionen, die dem Winkel des Arms αm und dem Winkel βm des Arms entsprechen, die wie oben beschrieben gespeichert worden sind, während der horizontale Zustand der Schaufel in der bereits beschriebenen Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel beibehalten wird. Somit werden während jeweiliger Ausschachtoperationen Erde und Sand in einer identischen Position ausgeladen. Wenn während dieser Steueroperation manuelle Befehle für den Ausleger und den Arm eingegeben worden sind, schaltet die Steuereinrichtung 320 die Schalter 31 und 32 auf die Seite der Betätigungshebel, und der Ausleger und der Arm werden entsprechend den manuellen Befehle gesteuert.
• Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform das Treten des Betätigungspedals bis zum zweiten Schritt detektiert wird, indem erkannt wird, daß das Betätigungspedal 10 tiefer als bis zu dem vorbestimmten Winkel θ&sub1; gedrückt worden ist, kann das Treten bis zum zweiten Schritt detektiert werden durch die Feststellung, daß das Betätigungspedal tiefer als bis zu dem in Fig. 17 gezeigten Winkel θ&sub2; gedrückt worden ist.
• Ferner ist das Verfahren zum Verändern der Summe der Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen gemäß dem Tretwinkel des Pedals nicht auf das anhand der vorliegenden Ausführungsform gezeigte Verfahren beschränkt, sondern es kann eine in Fig. 8 gezeigte vorbestimmte Kurve konstanter PS-Leistung durch eine Rechnung entsprechend dem Tretwinkel des Pedals verschoben werden. Es kann jedes Verfahren verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Summe der Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen eventuell geändert wird, während das Verteilungsverhältnis beibehalten wird.
• Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben, die nicht zu der Erfindung gehört.
• Bei der dritten Ausführungsform erfolgt die Last- Detektion durch Detektion des Pumpendrucks der Arbeitsmaschinen während der automatischen Ausschachtung, wie in Fign. 4 und 9 gezeigt ist, und gemäß Fig. 19 zwei unterschiedliche Einstellwerte C1 und C2 für den Pumpendruck eingestellt. Es ist vorgesehen, daß der Einstellwert C1 ein Wert ist, der geringfügig kleiner ist als der Druckverlust, und daß der Einstellwert C2 ein Wert ist, der um mehrere Zehn kgf/cm² kleiner ist als der Wert C1. Während der automatischen Ausschachtung wird, wenn der oben beschriebene Pumpendruck für die Arbeitsmaschinen größer wird als der Einstellwert C1, der Ausleger angehoben, bis der Pumpendruck den Einstellwert C2 oder weniger annimmt. Das Anheben des Auslegers wird zu dem Zeitpunkt gestoppt, wenn die Last dem Einstellwert C2 gleich wird. Während der Anhebeoperation des Auslegers werden der Arm und die Schaufel gedreht, bis sowohl der Arm als auch die Schaufel die Zielwinkel Δβ bzw. Δγ erreichen, die beim Start des entsprechenden Ausschachtungsabschnitts errechnet worden sind. Anschließend wird die Position der Vorderkante der Schaufel, die zum Stoppen des Auslegers und zum Drehen des Auslegers und des Arms zu den Zielwinkeln Δγ und Δβ gemäß der obigen Beschreibung vorgesehen ist, errechnet, und die automatische Ausschachtung für die übrigen Abschnitte wird wiederaufgenommen, wobei die errechnete Position zum Punkt zur Wiederaufnahme der Ausschachtung gemacht wird. Genauer gesagt, ist gemäß Fig. 20 der Punkt zur Wiederaufnahme der Ausschachtung durch ein Zeichen Pg repräsentiert, und die Zielposition wird errechnet, indem der Punkt Pg zu dem Punkt zum Start des Ausschachtens für den laufenden Ausschachtungsabschnitt gemacht wird. Folglich bewegt sich der Mittelpunkt des kreisbogenförmigen Weges von dem Punkt O zu dem Punkt O', und der Weg nach dem Wiederaufnehmen des Ausschachtens wird erzeugt durch Aufwärtsverschieben des Weges um eine dem Anstiegs- Betrag des Auslegers entsprechende Strecke zum Zeitpunkt der Anfangs-Ausschachtungsoperation. Somit wird auch nach dem Wiederaufnehmen der Ausschachtung die automatische Ausschachtung derart durchgeführt, daß eine virtuelle Linie OD nacheinander um einen Einheitswinkel Δψ um den Punkt O' gedreht wird.
• Wenn der Weg wie oben beschrieben korrigiert worden ist, ist zu beachten, daß die Menge der ausgeschachteten Erde geringer wird als in dem Fall, daß der Weg nicht korrigiert wird. Deshalb ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein in Fig. 21 durch Kreuzschraffur gezeigter horizontaler Ausschachtungsabschnitt I vorgesehen, so daß die Menge ausgeschachteter Erde stets konstant bleibt.
• Dies bedeutet, daß unter der Annahme, daß die Ausschachtungsabschnitte bis zu einem Zwischen-Punkt vorgerückt sind, nachdem der Weg durch Anheben des Auslegers korrigiert worden ist, das Volumen VA, das die Vorderkante der Schaufel bis zu diesem aktuellen Zeitpunkt weggeschaufelt hat, und das Volumen VB, das die Schaufel ohne das Vorhandensein des horizontalen Ausschachtungsabschnitts anschließend wegzuschaufeln beabsichtigt, errechnet werden. Wenn das ausgeschachtete Volumen gemäß dem Referenzweg ohne eine Korrektur des Weges durch das Zeichen V repräsentiert ist und das Volumen des horizontalen Ausschachtungsabschnitts I durch das Zeichen VI repräsentiert ist, kann das Volumen VI, da das Volumen v zuvor errechnet werden kann, durch den folgenden Ausdruck repräsentiert werden:
• VI = V - (VA + VB).
• Wenn das Volumen V in dieser Weise bestimmt worden ist, kann die Tiefe d der Ausschachtung aus der Position der Vorderkante der Schaufel zu diesem Moment errechnet werden. Somit kann die Länge l = (VI/D) des horizontalen Ausschachtungsabschnitts errechnet werden. Durch Einfügen des horizontalen Ausschachtungsabschnitts mit der errechneten Länge l vor den übrigen Abschnitten wird erreicht, daß die Menge an ausgeschachteter Erde stets konstant ist.
• Fig. 22 zeigt ein konkretes Beispiel der Arbeitsweise der dritten Ausführungsform. Dieses Flußdiagramm entsteht durch Einfügen der Schritte 162 und 172 zwischen die Schritte 160 und 180 in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 13 und der Schritte 191 - 194 zwischen den Schritt 190 und den Schritt 200. In Fig. 22 sind Schritte, deren Funktion identisch mit derjenigen von Schritten in Fig. 13 ist, mit gleichen Schrittnummern gekennzeichnet, und eine Erläuterung dieser Schritte entfällt.
• In Schritt 162 während der automatischen Ausschachtung prüft die Steuereinrichtung 20, ob der von dem Öldrucksensor 70 detektierte Pumpendruck den Einstellwert C1 überschritten hat oder nicht (Schritt 162). Da die Prüfung im Anfangsstadium der Ausschachtung selten "JA" ergibt, rückt der Ablauf generell auf Schritt 180.
• Falls jedoch der von dem öldrucksensor 70 detektierte Pumpendruck während der automatischen Ausschachtungsoperation den Einstellwert C1 überschritten hat (Schritt 162), korrigiert die Steuereinrichtung 20 den Weg durch Anheben des Auslegers, bis der Pumpendruck gemäß Fign. 19 und 20 auf den Einstellwert C2 reduziert worden ist (Schritt 172). Zum Zeitpunkt des Anhebens des Auslegers werden der Arm und die Schaufel um die beim Start der Ausschachtungsoperation errechneten Drehwinkel Δβ Δγ gedreht, und der Ausleger wird zu dem Zeitpunkt gestoppt, zu dem der Pumpendruck auf den Einstellwert C2 reduziert worden ist. Anschließend wird die automatische Ausschachtung wiederaufgenommen, wobei dieser Punkt zu dem Punkt zur Wiederaufnahme des Ausschachtens gemacht wird.
• Anschließend prüft die Steuereinrichtung 20, ob der Arm den Zielwinkel β&sub2; gemäß dem von dem Winkelsensor 51 detektierten Ausgangssignal β erreicht hat oder nicht (Schritt 190). Falls der Arm den Zielwinkel β&sub2; nicht erreicht hat, kehrt der Ablauf auf Schritt 120 zurück. Falls der Arm den Zielwinkel β&sub2; erreicht hat, wird geprüft, ob die Ausschachtung zu einem Zwischen-Punkt vorgerückt ist oder nicht (Schritt 191). Falls die Ausschachtung nicht zu einem Zwischen- Punkt vorgerückt ist, kehrt der Ablauf zu Schritt 110 zurück, in dem die arithmetische Steuerung zur Bewegung der Position der Vorderkante der Schaufel zu der nächsten Zielposition in der gleichen Weise wie oben beschrieben durchgeführt wird. Anschließend wird in der gleichen Weise die Vorderkante der Schaufel nacheinander entlang von Zielpositionen bewegt, bis in Schritt 191 festgestellt wird, daß die Ausschachtung zu einem Zwischen-Punkt vorgerückt ist.
• Falls festgestellt wird, daß die Ausschachtung zu einem Zwischen-Punkt vorgerückt ist (Schritt 191), wird geprüft, ob der Weg korrigiert worden ist oder nicht (Schritt 192). Falls der Weg korrigiert worden ist, wird der im Zusammenhang mit Fig. 21 erläuterte horizontale Ausschachtungsabschnitt hinzuaddiert (Schritt 193). Dies bedeutet, daß die Steuereinrichtung 20 die Positionen der Vorderkante der Schaufel, die aus den Ausgangssignalen von den Winkelsensoren 41, 51 und 61 zu den jeweiligen Zeitpunkten berechnet worden sind, gespeichert hat. Somit errechnet die Steuereinrichtung 20 entsprechend den gespeicherten Daten das Volumen VA, das von der Vorderkan te der Schaufel vom Start der Ausschachtung bis zu dem Zwischen-Punkt weggeschaufelt worden ist, und errechnet zudem das Volumen VB für die übrigen Abschnitte aus dem zuvor eingestellten Referenzbewe gungsweg und der Ist-Position der Vorderkante der Schaufel. Dann errechnet die Steuereinrichtung 20 das Volumen VI für den horizontalen Ausschachtungsabschnitt I durch Subtrahieren des addierten Wertes des Ausschachtungsvolumens VA und VB von dem Ausschachtungsvolumen V bei nicht korrigiertem Weg, und bestimmt die Länge l des Abschnitts durch Dividieren des Voluinens VI durch die tatsächliche Tiefe d der Ausschachtung, die aus den Ausgangssignalen der Winkelsensoren 41, 51 und 61 errechnet worden ist.
• Wenn die horizontale Ausschachtung beendet ist (Schritt 194), wird geprüft, ob die Ausschachtung beendet ist oder nicht (Schritt 200). Anschließend kehrt der Ablauf in die bereits beschriebene Betriebsart zum horizontalen Halten der Schaufel zurück (Schritt 210).
• Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform der Weg durch Anheben des Auslegers korrigiert wird, werden die Schaufel und der Arm gedreht, bis sowohl die Schaufel als auch der Arm die Zielwinkel erreichen, und der Punkt der Vorderkante der Schaufel zu diesem Zeitpunkt wird zu einem Punkt zur Wiederaufnahme des Ausschachtens. Es kann jedoch auch die Position der Vorderkante der Schaufel zu dem Zeitpunkt, zu dem der Arm den Zielwinkel erreicht hat, nachdem das Anheben des Auslegers gestoppt wurde, zum Punkt zur Wiederaufnahme des Ausschachtens gemacht werden. Zudem ist die horizontale Ausschachtung nicht auf einen Zwischen-Punkt beschränkt, sondern kann zu einem beliebigen Ausschachtungspunkt durchgeführt werden. Zudem kann die horizontale Ausschachtung selbst dann korrekt hinzugefügt werden, wenn die Korrektur des Weges durch Anheben des Auslegers nicht durchgeführt wird.
• Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit einer vierten Ausführungsform erläutert.
• Fig. 23 zeigt die Konfiguration der Steuerung gemäß der vierten Ausführungsform, bei der der Konfiguration von Fig. 1 ein Filter 80 hinzugefügt ist. Dies bedeutet, daß die von der Steuereinrichtung ausgegebenen jeweiligen Befehlssignale C, C und C über das Filter 80 in die Steuersysteme 60, 50 bzw. 40 eingegeben werden, und somit werden abrupte Schwankungen in den Befehlssignalen durch das Filter 80 unterdrückt.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die folgende Steuerung durchgeführt, wenn die Befehle Qam, Qbm und Qbt für die Strömungsraten der jeweiligen Arbeitsmaschinen bestimmt sind.
• Die Steuereinrichtung 20 errechnet die Drehwinkel Δα, Δβ und Δγ der jeweiligen Arbeitsmaschinen zur Bewegung der Vorderkante der Schaufel von einem bestimmten Punkt zum Start der Ausschachtung bis zu dem nächsten Zielpunkt entsprechend den zuvor beschriebenen Ausdrücken (4), (7) und (10) und bestimmt dann das Verteilungsverhältnis der Strömungsraten des Drucköls, die für die jeweiligen Arbeitsmaschinen benötigt werden, entsprechend den errechneten Drehwinkeln Δα, Δβ und Δγ. Dann errechnet die steuereinrichtung 20 die Strömungsrate Qd der Pumpe zum Zeitpunkt der maximalen Ausgangsleistung aus dem Verhältnis zwischen der Strömungsrate Q der Pumpe und dem Pumpendruck P, das in Fig. 20 durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, und dem tatsächlichen Pumpendruck Pd, der detektiert worden ist. Die Befehle für die Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen werden aus der so errechneten Strömungsrate Qd der Pumpe und dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis bestimmt. Für den Befehl Qam für die Strömungsrate des Arms, dessen Last als die größte angesehen wird, wird ein Wert, der größer ist als der Wert des Befehls, der aus der Strömungsrate Qd der Pumpe und dem Verteilungsverhältnis bestimmt ist, beispielsweise der maximale Wert, zugewiesen. Für die Befehle Qbm und Qbt für die Strömungsraten der übrigen beiden Arbeitsmaschinen (den Ausleger und die Schaufel) werden die Werte der Befehle ausgegeben, die aus der Strömungsrate der Pumpe und dem Verteilungsverhältnis wie oben angeführt bestimmt sind. Somit ist vorgesehen, daß die Summe Qs (=Qbm+Qam+Qbt, wobei Qbm: Befehl für die Strömungsrate für den Ausleger, Qam: Befehl für die Strömungsrate für den Arm, Qbt: Befehl für die Strömungsrate für die Schaufel) der Befehle für die Strömungsraten der jeweiligen Arbeitsmaschinen größer wird als die berechnete Strömungsrate Qd der Pumpe.
• Indem die Befehle für die Strömungsraten über das Filter 80 ausgegeben werden, werden Schwankungen der Befehle über der Zeit reduziert, so daß die Maschine den Werten der Befehle folgend arbeiten kann.
• Fig. 25 ist ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung einer solchen Funktion der vierten Ausführungsform. In diesem Flußdiagramm ist der Schritt 130 des in Fig. 13 gezeigten Flußdiagramms durch Schritt 132 ersetzt.
• Dies bedeutet, daß in Schritt 132 beim Bestimmen der Befehle für die Ströinungsraten für die jeweiligen Arbeitsmaschinen aus der errechneten Strömungsrate Qd der Pumpe und dem oben beschriebenen Verteilungsverhältnis die Steuereinrichtung 20 einen Wert zuweist, der größer ist als der Wert des Befehls, der aus der Strömungsrate Qd der Pumpe und dem Verteilungsverhältnis bestimmt ist, z.B. den Maximalwert für den Befehl Qam für die Strömungsrate für den Arm, dessen Last als die größe angesehen wird. Für die Befehle Qbm und Qbt für die Strömungsraten der übrigen beiden Arbeitsmaschinen (den Ausleger und die Schaufel) werden die Werte der Befehle ausgegeben, die aus der Strömungsrate der Pumpe und dem Verteilungsverhältnis wie oben beschrieben bestimmt werden. Somit errechnet die Steuereinrichtung 20 die Befehlssignale C, C und C für die jeweiligen Arbeitsmaschinen und gibt die Befehlssignale C, C und C über das Filter 80 an die Schalter 32, 31 und 30 aus.
• Wie oben beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform bei der automatischen Ausschachtung ein Wert, der größer ist als der aus dem Verteilungsverhältnis und dem Pumpendruck errechnete Befehl für die Strömungsrate, z.B. der Maximalwert, als Befehl für die Strömungsrate der Arbeitsmaschine mit großer Last zugewiesen, und für den Ausleger und die Schaufel, die eine geringe Last aufweisen, werden die aus dem Verteilungsverhältnis und dem Pumpendruck errechneten Befehle für die Strömungsrate zugewiesen Somit werden die tatsächlichen Strömungsraten für die jeweiligen Arbeitsinaschinen exakt in dem errechneten Verteilungsverhältnis verteilt, und die Summe der Ist-Strömungsraten des zu den jeweiligen Arbeitsmaschinen strömenden Öls stimmt mit der Strömungsrate der Pumpe zum Zeitpunkt der größten Ausgangsleistung überein, die anhand des Pumpendrucks erkannt wird. Somit werden Druckverlust und Verlust an Ausgangsleistung der Pumpe reduziert. Folglich kann die Ausgangsleistung der Pumpe optimal genutzt und die Ausschachtungseffizienz gesteigert werden. Da zudem die Befehle für die Strömungsraten über das Filter 80 ausgegeben werden, werden abrupte Abweichungen der Werte der Befehle unterdrückt. Somit können Verluste der Ausgangsleistung der Pumpe reduziert werden.

Claims (4)

1. Steuervorrichtung für einen Schaufelbagger eines Fahrzeugs, mit einem an einen Fahrzeugkörper (2) angelenkten Ausleger (3), einem an einen Vorderrand des Auslegers (3) angelenkten Arm (4), einer an einen Vorderrand des Arms (4) angelenkten Schaufel (5), einem Ausleger-Zylinder (6) zum Antreiben des Auslegers (3), einem Arm-Zylinder (7) zum Antreiben des Arms (4), einem Schaufel-Zylinder (8) zum Antreiben der Schaufel (5), einem ersten Strömungsratensteuerungsventil (64) zum Steuern von von dem Ausleger-Zylinder (6) zugeführtem Drucköl, einem zweiten Strömungsratensteuerungsventil (54) zum Steuern von von dem Arm-Zylinder (7) zugeführtem Drucköl, einem dritten Strömungsratensteuerungsventil (44) zum Steuern von von dem Schaufel-Zylinder (8) zugeführtem Drucköl, einer Hydraulikpumpe zum Zuführen von Drucköl in die ersten bis dritten Strömungsratensteuerungsventile (64,54,44), einem Auslegerwinkeldetektor (61) zur Detektion des Drehwinkels des Auslegers (3), einem Armwinkeldetektor (51) zur Detektion des Drehwinkels des Arms (4), einem Schaufelwinkeldetektor (41) zur Detektion des Drehwinkels der Schaufel (5), und einer Steuereinrichtung (20), die verwendet wird zur Anfangs-Einstellung eines Referenzortes der durch mehrere Punkte approximierten Bewegung einer Vorderkante der Schaufel (5), wobei die mehreren Punkte den Gesamt-Ausschachtungsablauf in mehrere diskrete Ausschachtungsabschnitte unterteilen, wobei die Steuereinrichtung (20) ferner verwendet wird zum Einstellen entsprechender Stellungen der Schaufel (5), wenn die Vorderkante der Schaufel (5) sich an den einzelnen Punkten befindet, und zum Steuern der Schaufel (5), des Arms (4) und des Auslegers (3) derart, daß sich die Vorderkante der Schaufel (5) von einer für den Ausschachtungs-Start bestimmten Position aus entlang der mehreren Punkte bewegt, während die Schaufel (5) die anfangs eingestellten Stellungen an den mehreren Punkten beibehält,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung aufweist:

eine Pumpendruckdetektionseinrichtung (70) zur Detektion des Pumpendrucks der Hydraulikpumpe;

eine Zuweisungseinrichtung (10) zum Zuweisen einer Automatik-Ausschachtungsbetriebsart,

eine erste Recheneinrichtung, um, wenn die Automatik-Ausschachtungsbetriebsart von der Zuweisungseinrichtung (10) zugewiesen ist, Abtastwerte des Auslegerwinkeldetektors (61), des Armwinkeldetektors (51) und des Schaufelwinkeldetektors (41) einzuholen, um auf der Basis der Abtastwerte eine Ausschachtungsstartposition relativ zu dem Fahrzeug zu errechnen; eine zweite Recheneinrichtung zum Errechnen von Positionen der mehreren Punkte, die auf der Basis der durch die erste Recheneinrichtung errechneten Ausschachtungsstartposition relativ zu dem Fahrzeug eingestellt sind, und zum Errechnen des Drehwinkels des Auslegers (3), des Drehwinkels des Arms (4) und des Drehwinkels der Schaufel (5), die benötigt werden, um die Vorderkante der Schaufel (5) zu den errechneten Positionen zu bewegen und die Schaufel (5) in die Schaufelstellung zu versetzen, die für jeden der Ausschachtungsabschnitte auf einen geeigneten Punkt eingestellt ist;

eine dritte Recheneinrichtung zum Errechnen des Verteilungsverhältnisses der Strömungsraten des dem Ausleger-Zylinder (6), dem Arm-Zylinder (7) und dem Schaufel-Zylinder (8) zugeführten Drucköls entsprechend dem Drehwinkel des Auslegers (3), dem Drehwinkel des Arms (4) und dem Drehwinkel der Schaufel (5) für jeden der durch die zweite Recheneinrichtung errechneten Ausschachtungsabschnitte;

eine Strömungsratenbefehls-Recheneinrichtung zum Einstellen des Verhältnisses zwischen dem Pumpendruck zur Erzielung einer vorbestimmten Maschinenleistung und der Strömungsrate der Pumpe, und zum Errechnen von Befehlen für Strömungsraten der ersten, zweiten und dritten Steuerventile (64, 54,44) durch Verteilen der aus dem eingestellten Verhältnis und aus dem von der Pumdruckdetektionseinrichtung (70) detektierten Pumpendruck errechneten Strömungsrate der Pumpe; und

eine Strömungsratenbefehls-Korrektureinrichtung (135) zum Ausgeben eines Befehls für eine Strömungsrate, die größer ist als die Strömungsrate des errechneten Befehls für den Zylinder, der die größte Last aufweist, und zum Korrigieren des für die Strömungsrate vorgesehenen Befehls von der Strömungsratenbefehls-Recheneinrichtung, um die errechneten Befehle für die anderen zwei Zylinder aus zugeben.

2. Steuervorrichtung für einen Schaufelbagger nach Anspruch 1, bei der die Strömungsratenbefehls- Korrektureinrichtung einen Befehl für eine Strömungsrate ausgibt, die auf den Maximalwert für den die größte Last aufweisenden Zylinder festgelegt ist.

3. Steuervorrichtung für einen Schaufelbagger nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem Tiefpaßfilter (80) zum Ausgeben der von der Strömungsratenbefehls-Korrektureinrichtung aus gegebenen Befehle für Strömungsraten durch Reduzierung von zeitlichen Variationen der Befehle für Strömungsraten.

4. Steuervorrichtung für einen Schaufelbagger nach einem der Ansprüche 1-3, bei der die Strömungsratenbefehls-Korrektureinrichtung den Arm-Zylinder (6) als den die größte Last aufweisenden Zylinder verwendet.