DE4344894A1 - Verfahren zum Regeln des Betriebs eines einen elektronischen Mikromodul aufweisenden Baggers - Google Patents

Verfahren zum Regeln des Betriebs eines einen elektronischen Mikromodul aufweisenden Baggers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Betriebs eines Baggers und insbesondere ein Verfahren zum automatischen Regeln des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb des Baggers, welches ermöglicht, daß die Bedienungsperson die Ausgrabearbeit in einfacher Weise durchführt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, weist ein herkömmlicher Bagger einen an den Baggerkörper angekuppelten Ausleger 1, einen mit dem Ausleger 1 über einen Schwenkbolzen verbundenen Löffelstiel 2 und einen an den Löffelstiel angekuppelten Löffel 3 auf. Ferner ist ein Auslegerzylinder 4 zum Kuppeln des Auslegers 1 mit dem Baggerkörper vorgesehen. Ein Löffelstielzylinder 5 zum Kuppeln des Löffelstiels 2 mit dem Ausleger 1 und ein Löffelzylinder 6 zum Kuppeln des Löffels 3 mit dem Löffelstiel 2 sind ebenfalls vorgesehen. Die Zylinder 4, 5 und 6 weisen jeweils einen Kolben zum Bewegen des Auslegers 1, des Löffelstiels 2 bzw. des Löffels 3 auf.
Der Baggerbetrieb wird durch Betätigung von Bedienungshebeln oder Bedienungshebeln ausgeführt, derart, daß die für das Bewegen des Auslegers 1, des Löffelstiels 2, und des Löffels 3 einschlägigen Flüssigkeitsventile und das Drehen des Baggerkörpers gesteuert werden können, um den Kolben jedes Zylinders soviel zu bewegen, wie die quantitative Verdrängung der an beiden Seiten jedes Zylinders 4, 5 und 6 vorhandenen Flüssigkeit (d. h. die Strömung des Betrieböles) ist.
Aufgrund der verbesserten Betriebssicherheit der elektronischen Bauteile trotz deren niedrigen Preises und der Entwicklung der Technologie hinsichtlich unterschiedlicher Fühler wird die Begründung eines neuen Fachgebiets, der sogenannten Mechatronik, erleichtert, welche nun in der gesamten gewerblichen Maschinentechnik Anwendung findet.
Da diese Technologie bei Schwergeräten anwendbar ist, wurde versucht, die Anwendung der elektronischen Regelung bei Baggern, Kranen, Bulldozern, usw. in Form der Hydronik zu verallgemeinern, welche eine Kombination der Hydrodynamik und der Elektronik ist.
Obwohl der Bagger die populärste Vorrichtung ist, ist jedoch seine Bedienung verhältnismäßig schwieriger als die von anderen Vorrichtungen, was einen Mangel an Fachbedienungspersonal für Bagger zur Folge hat.
Daher ermöglicht die Anwendung von elektronischen Regelvorrichtungen für herkömmliche hydraulische Bagger durch die Verwendung von Mikroprozessoren, elektromagnetischen Proportionalventilen, einigen Arten von elektronischen Fühlern usw., daß der Bagger einfach und schnell bedient werden kann, sogar auch, wenn er von einer ungeschulten Bedienungsperson betätigt wird.
Insbesondere wird die Ausgrabearbeit, wenn die Bedienungsperson den Bagger herkömmlichen Typs zum Ausführen der Ausgrabearbeit betätigt, bei der der Boden von dem Löffel des Baggers ausgegraben und auf einen Kippwagen abgeworfen wird, in Abhängigkeit von der Erfahrung der Bedienungsperson in der Betätigung von vier Bedienungshebeln zum Steuern des Drehens des Baggerkörpers und des Bewegens des Auslegers, des Löffelstiels und des Löffels durchgeführt.
Solch eine Ausgrabearbeit, welche durch manuelle Betätigung kontinuierlich verrichtet wird, ist für die Bedienungsperson langweilig und uneffektiv. Um dieses Problem zu lösen, wird vorgeschlagen, daß bei dem herkömmlichen Bagger die oben erwähnte elektronische Regelvorrichtung angewendet wird.
Durch die Erfindung wird daher die Aufgabe gelöst, ein Verfahren zum automatischen Regeln des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Dreh- und dem Auslegervorgang des Baggers zu schaffen, mit welchem die Ausgrabearbeit in einfacher und präziser Weise ausgeführt werden kann, sogar auch, wenn der Bagger von einer ungeschulten Bedienungsperson betätigt wird.
Das erfindungsgemäße Regelverfahren verwendet die Winkelgeschwindigkeit für den Dreh- und den Auslegerbetrieb, welche von der Position des Kippwagens abhängt und von der Bedienungsperson an der Eingabe-Ausgabe-Tafel der Regeleinheit voreingestellt wird. Wenn die Ausgrabearbeit durchgeführt wird, betätigt die Bedienungsperson die Bedienungshebel für das Drehen und den Ausleger so weit wie möglich und die Regeleinheit ermöglicht einen Drehbetrieb zum Bewegen in die gewünschte Position, ohne daß ein Brocken Erde fallengelassen wird. Wenn die Bedienungsperson die Bedienungshebel für den Löffelstiel und den Löffel erneut betätigt, werden der Löffelstiel und der Löffel in eine Position bewegt, in der sich der Wagen befindet.
Die oben genannten Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum automatischen Regeln des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb des Baggers mit den Schritten erreicht, gemäß denen
ein erforderlicher Geschwindigkeitswert an den Gelenken jedes Betätigungsmittels entsprechend dem Ausmaß der Betätigung der Bedienungshebel durch die Bedienungsperson berechnet wird, wobei die dem Ausmaß der Betätigung jedes Bedienungshebels entsprechenden elektrischen Signale von einem Analog-Digital- Umwandler in digitale Daten ungesetzt und auf den Hauptprozessor übertragen werden;
ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Ausleger- und dem Drehbetrieb des Baggers bestimmt wird, derart, daß der Geschwindigkeitswert auf Minimalgeschwindigkeit eingestellt wird, falls der Betätigungsgrad der Bedienungshebel auf Minimalrate ist, und ansonsten der Geschwindigkeitswert auf Maximalgeschwindigkeit eingestellt wird;
eine Winkelgeschwindigkeit des Drehbetriebes entsprechend einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis berechnet wird, das auf die Winkelgeschwindigkeit bezogen ist, die aus der erforderlichen Auslegerzylindergeschwindigkeit umgerechnet wird, wenn die Bestimmung des Auslegerprioritätsbetriebs durchgeführt wird;
eine Auslegerwinkelgeschwindigkeit, falls das Geschwindigkeitsverhältnis auf Drehpriorität eingestellt ist, entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis berechnet wird, das auf die erforderlichen Drehwinkelgeschwindigkeit bezogen ist, und die Auslegerwinkelgeschwindigkeit in die erforderliche Auslegerzylindergeschwindigkeit umgerechnet wird;
ein Löffeleinstellwinkel bezüglich der Horizontalebene, falls der Bedienungshebel für den Löffel betätigt wird, auf dem aktuellen Gelenkwinkel des Auslegers, des Löffelstieles und des Löffels sowie dem von den entsprechenden Gelenkfühlern und dem Neigungsfühler eingelesenen Neigungswinkel beruhend bestimmt wird;
ein Zielwinkel des Löffels zum Aufrechterhalten des horizontalen Löffelwinkels, falls der Bedienungshebel für den Löffel nicht betätigt wird, auf dem berechneten Löffeleinstellwinkel beruhend berechnet wird;
der Zielwinkel des Löffels in die gewünschte Zielposition von dessen Zylinder umgesetzt wird und die erforderliche Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders auf der Zielposition und der aktuellen Position des Löffelzylinders sowie der aktuellen Geschwindigkeit des Löffelzylinders beruhend berechnet wird;
die Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders und der anderen Zylinder bestimmt wird, derart, daß eine Kompensation hinsichtlich des Geschwindigkeitsfehlers zwischen der erforderlichen Zielgeschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit der Zylinder gemacht wird, welche aus der von den entsprechenden Gelenkfühlern abgetasteten Position berechnet wird; und
die erforderliche Ablaßströmungsmenge der Pumpen, um die Zylinder entsprechend der berechneten Zielgeschwindigkeit zum Bewegen zu veranlassen, berechnet wird, und ein elektrisches Instruktionssignal zum Steuern der Hauptsteuerventile und zum Bewegen des jeweiligen Betätigungsmittels mit der gewünschten Geschwindigkeit erzeugt wird.
Die oben beschriebenen und andere Vorteile der Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in welcher
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zeigt, das die Konfiguration eines Regelsystems zum Ausführen der Erfindung darstellt, welches in einem Hauptbauteil des Baggers eingebaut ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm zeigt, das das erfindungsgemäße Verfahren erläutert;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Baggers zeigt; und
Fig. 4 ein Funktionsdiagramm zeigt, das die Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Dreh- und Auslegerbetriebs zeigt.
In Fig. 1 ist ein Regelsystem zum Ausführen der Erfindung gezeigt, welches in dem Hauptbauteil des Baggers eingebaut ist. Die dargestellten Hauptteile des Baggers sind eine Betätigungsgruppe wie ein Auslegerzylinder 4, ein Löffelstielzylinder 5, ein Löffelzylinder 6, ein Drehmotor 8, ein Linksantriebsmotor 9 und ein Rechtsantriebsmotor 10. Zusätzlich bezeichnen die Bezugszeichen 11 und 12 einen Motor bzw. zugeordnete Pumpen. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Hauptsteuerventil zum Steuern des der Betätigungsgruppe zugeleiteten Flüssigkeitsdruckes und die Bezugszeichen 14a und 14b bezeichnen elektromagnetische Proportionalventile, welche von elektrischen Signalen gesteuert werden, welche von dem weiter unten beschriebenen Regelsystem erzeugt werden.
Ferner weisen die Pumpen 12 zwei Hauptpumpen 12a und 12b zum Erzeugen von Flüssigkeitsdrücken und eine Hilfspumpe 12c zum Erzeugen des Vorsteuerdruckes auf, und die Hauptsteuerventile 15 weisen eine Mehrzahl von Steuerventilen auf, deren Anzahl der Anzahl der Bauteile der Betätigungsgruppe entspricht. Ähnlich entspricht die Anzahl der elektromagnetischen Proportionalventile 14a und 14b der Anzahl der Pumpen und der Hauptsteuerventile 15.
Das die Erfindung verwirklichende Regelsystem weist eine Eingabe-Ausgabe-Tafel 100, die ein Dateneingabe- und -speichermittel und ein Anzeigemittel zum Kommunizieren mit der Bedienungsperson aufweist; eine Regeleinheit 200 zum Durchführen des Regelbetriebs; und Gelenkfühler 300 zum Abtasten der Einstellung jedes Gelenks des Baggers auf.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist die Regeleinheit 200 einen Hauptprozessor 202, der mit der Eingabe-Ausgabe-Tafel 100 über einen Übertragungskanal 203 und mit dem Innensystembus 201 verbunden ist, Analog-Digital-Umwandler (A/D) 204a und 204b zum Umsetzen der von dem (die manuellen Betätigungsmittel wie Bedienungshebel oder Pedale enthaltenden) manuellen Betätigungsbereich 13 und den Gelenkfühlern 300 erzeugten elektrischen Signale in adäquate digitale Daten, welche in dem Hauptprozessor 202 zu verarbeiten sind, Digital-Analog- Umwandler (D/A) 205a und 205b zum Umsetzen der von dem Hauptprozessor 202 über den Systembus 201 erzeugten digitalen Instruktionsdaten in adäquate analoge Spannungspegelsignale, und Verstärker 206a und 206b zum Erzeugen der Antriebssignale für die elektromagnetischen Proportionalventile 14a bzw. 14b auf.
Wenn die Bedienungsperson eine Instruktion für die Ausgrabearbeit über die Eingabe-Ausgabe-Tafel 100 durch Auswählen der "Drehen-Ausleger-Auswahltaste" der Tastatur eingibt, wird diese Instruktion über den örtlichen Bus 203 an den Hauptprozessor 202 übertragen. Danach liest der Hauptprozessor 202 die das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb des Baggers betreffenden Daten ein, welche vorher in die Eingabe-Ausgabe-Tafel 100 eingespeichert wurden.
Zu diesem Zeitpunkt werden, wenn die Bedienungsperson die manuellen Betätigungsmittel betätigt, um die Betätigungsmittel des Baggers zu bewegen, die dem Ausmaß der Betätigung jedes Bedienungshebels entsprechenden elektrischen Signal von dem A/D-Umwandler 204a in digitale Daten umgesetzt und in den Hauptprozessor 202 übertragen.
Dementsprechend empfängt der Hauptprozessor 202 digitale Daten bezüglich des Ausmaßes der manuellen Betätigungen und rechnet jeweils einen Geschwindigkeitsrichtwert für jedes Betätigungsmittel aus, und erzeugt dann digitale Ausgangssignale, welche für die Geschwindigkeitsrichtwerte repräsentativ sind.
Die digitalen Ausgangssignale von dem Hauptprozessor 202 werden von dem D/A-Umwandler 205a und 205b in analoge Spannungspegelsignale umgesetzt und dann den Verstärkern 206a und 206b zugeführt, um den Pegel der digitalen Ausgangssignale zu erhöhen und diese in entsprechende Stromsignale umzusetzen.
Die Ausgangsstromsignale von jedem Verstärker 206a und 206b werden den elektromagnetischen Proportionalventilen 14a bzw. 14b zum Steuern der Pumpen 12 und der Hauptsteuerventile 15 zugeführt. Dementsprechend erzeugen die ersten elektromagnetischen Proportionalventile 14a Vorsteuerdrücke in Antwort auf die Eingangsstromsignale und die Vorsteuerdrücke werden jeder in jeder Pumpe 12a bis 12c vorgesehenen (nicht gezeigten) Taumelscheibe zugeführt, um zu ermöglichen, daß der Einstellungsgrad jeder Taumelscheibe genau eingestellt wird und dabei ermöglicht wird, daß jede Pumpe eine Ausflußrate entsprechend dem zugehörigen Einstellungsgrad der Taumelscheiben aufweist.
Ähnlich erzeugen die zweiten elektromagnetischen Proportionalventile 14b Vorsteuerdrücke in Antwort auf die Eingangsstromsignale und die Vorsteuerdrücke werden den in den Hauptsteuerventilen 15 vorgesehenen (nicht gezeigten) Steuerventilen zugeführt, um zu ermöglichen, daß der Hub jedes Steuerventils genau eingestellt wird und dabei ermöglicht wird, daß jedes Ventil eine Durchflußrate aufweist, die zum Antreiben der Betätigungsgruppe geeignet ist.
Wenn der Startbefehl für die Ausgrabearbeit von der Eingabe-Ausgabe-Tafel 100 erzeugt wird, liest die Regeleinheit 200 die in dem Speichermittel der Eingabe-Ausgabe-Tafel 100 gespeicherten Daten aus und führt dementsprechend den vorbestimmten Regelvorgang aus.
Im folgenden wird mit Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 2 beschrieben, wie der Vorgang der Ausgrabearbeit zu regeln ist.
Zuerst wird, wenn die Bedienungsperson die Bedienungshebel betätigt, das dem Ausmaß der Betätigung jedes Bedienungshebels entsprechende elektrische Signal von dem Analog-Digital Umwandler 204a in digitale Daten umgesetzt und in den Hauptprozessor 202 übertragen. Der Hauptprozessor 202 erhält die Betätigungsausmaß-Daten und berechnet den erforderlichen Geschwindigkeitwert an den Gelenken jedes Betätigungsmittels entsprechend dem Betätigungsgrad der Bedienungshebel (Schritt 1; S1).
Im nächsten Schritt S2 wird das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb des Baggers derart bestimmt, daß der Geschwindigkeitswert auf Minimalgeschwindigkeit gestellt wird, falls der Betätigungsgrad der Bedienungshebel auf Minimalrate ist, und ansonsten der Geschwindigkeitswert auf Maximalgeschwindigkeit gestellt wird.
Danach wird bestimmt, ob die Bedienungshebel für den Drehbetrieb und den Auslegerbetrieb betätigt wurden (Schritt 3; S3), und wird, falls eine Betätigung der Bedienungshebel gefunden wurde, die Priorität zwischen dem Auslegerbetrieb und dem Drehbetrieb bestimmt (Schritt 4; S4).
Falls die Bedienungsperson die Auslegerauswahltaste gewählt hat, wird die Regeleinheit auf Ausleger- Prioritätsbetrieb eingestellt.
Im Schritt S5 wird der im Schritt S1 berechnete, erforderliche Auslegerzylinder-Geschwindigkeitswert (dbm) in die Winkelgeschwindigkeit (R₁) entsprechend der folgenden Gleichung umgerechnet:
R₄ = (dbm * dbm)/[(LEN_AB * LEN_AC * sin(ANG_CAE + Rbm + ANG_BAX3)] (1)
wobei LEN_AB die lineare Länge zwischen den in Fig. 3 gezeigten Gelenken A und B repräsentiert. Ähnlich repräsentiert LEN_AC die lineare Länge zwischen den Gelenken A und C. ANG_CAE repräsentiert den Winkel zwischen der Linie CA und der Linie AE und dbm repräsentiert die Länge des Auslegerzylinders (die lineare Länge zwischen dem Gelenk B und dem Gelenk C). ANG_BAX3 repräsentiert den Gelenkwinkel zwischen der Linie BA und der Horizontallinie X3.
Im nächsten Schritt S6 wird eine Winkelgeschwindigkeit für den Drehbetrieb entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis, wie in dem Funktionsdiagramm in Fig. 4 gezeigt, und auf der im Schritt S5 erhaltenen Auslegerwinkelgeschwindigkeit beruhend erhalten.
Falls der Betätigungwinkel jedes Bedienungshebels für den Drehbetrieb und den Auslegerbetrieb derselbe ist, werden der Drehbetrieb und der Auslegerbetrieb entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis gesteuert. Ansonsten hängt der Betrieb nicht von dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis, sondern von der linearen Geschwindigkeitsfunktion ab, was ein gutes Betriebsmerkmal zur Folge hat. Dementsprechend wird, wenn die Bedienungsperson den Bedienungshebel um den größtmöglichen Winkel betätigt, der Betrieb mit Aufrechterhaltung des Geschwindigkeitsverhältnisses mit der Maximalgeschwindigkeit ausgeführt.
Die Winkelgeschwindigkeit für den Drehbetrieb (Rsw) kann durch die folgende Gleichung erhalten werden:
Rsw = Rbm * R * [1 + (Φsw - Φbm )/(Φbm - DEG_MIN)] (2)
wobei Rbm die Winkelgeschwindigkeit für den Auslegerbetrieb, R das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis für den vorbestimmten Ausleger- und Drehbetrieb, Φsw den Betätigungswinkel des Bedienungshebels für den Drehbetrieb und Φbm den Winkel des Bedienungshebels für den Auslegerbetrieb repräsentieren. DEG_MIN repräsentiert dabei den minimalen Betätigungswinkel der Bedienungshebel.
Jedoch ist, falls die Bedienungshebel gesondert betätigt werden, die maximale Winkelgeschwindigkeit des Drehens größer als die des Auslegers. Daher kann das in der Eingabe- Ausgabe-Tafel gespeicherte vorbestimmte Geschwindigkeitsverhältnis nicht als das absolute Winkelgeschwindigkeitsverhältnis betrachtet werden. Das absolute Winkelgeschwindigkeitsverhältnis (N) für den Ausleger und das Drehen kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden:
Rsw = Rbm * R * N * [1 + (Φsw - Φbm)/(Φbm - DEG_MIN)] (3)
Zwischenzeitlich wird, falls das Geschwindigkeitsverhältnis für die Drehpriorität eingestellt ist, im Schritt S7 die Auslegerwinkelgeschwindigkeit entsprechend dem auf der erforderlichen Drehwinkelgeschwindigkeit beruhenden Geschwindigkeitsverhältnis berechnet. Die Auslegerwinkelgeschwindigkeit kann durch die folgende Gleichung erhalten werden:
Rbm = Rbm * (1/N) * (1/R)* [1 + (Φbm - Φsw)/(Φsw - DEG_MIN)] (4)
Im nächsten Schritt S8 wird die Auslegerwinkelgeschwindigkeit (Rbm) in Auslegerzylindergeschwindigkeit (dbm) entsprechend der folgenden Gleichung umgerechnet:
dbm = Rbm * LEN_AB * LEN_AC * sin(ANG_CAE + Rbm + ANG_BAX3)/dbm (5)
wobei LEN_AB eine lineare Länge zwischen dem Gelenk A und dem Gelenk B repräsentiert, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Ähnlich repräsentiert LEN_AC die lineare Länge zwischen dem Gelenk A und dem Gelenk C. ANG_CAE repräsentiert den Winkel zwischen der Linie CA und der Linie AE und dbm repräsentiert die Länge des Auslegerzylinders (die lineare Länge zwischen dem Gelenk B und dem Gelenk C). ANG_BAX3 repräsentiert den Gelenkwinkel zwischen der Linie BA und der Horizontallinie X3.
Der darauffolgende Schritt S9 stellt einen Bestimmungsvorgang dar, mit dem bestimmt wird, ob der Bedienungshebel für den Löffel betätigt oder nicht betätigt ist.
Falls der Bedienungshebel für den Löffel betätigt ist, wird der Löffel-Aufrechterhaltungswinkel (Φ) auf dem aktuellen Gelenkwinkel des Auslegers (Rbm), des Löffelstiels (Rarm), des Löffels (Rbk) sowie des von den entsprechenden Gelenkfühlern 300 ausgelesenen Neigungswinkel (Rp) beruhend bestimmt. Der Löffel-Aufrechterhaltungswinkel (Φ) kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:
Φ = Rbm + Rarm + Rbk + Rp (6)
Im Gegensatz hierzu wird, falls im Schritt S9 gefunden wurde, daß der Bedienungshebel für den Löffel nicht betätigt wurde, der Zielwinkel des Löffels für die Aufrechterhaltung des horizontalen Löffelwinkels auf dem aktuellen Gelenkwinkel des Auslegers (Rbm), des Löffelstiels (Rarm) sowie des von den entsprechenden Gelenkfühlern 300 ausgelesenen Neigungswinkel (Rp) und des berechneten Löffel-Aufrechterhaltungswinkels (Φ) beruhend bestimmt (Schritt S11). Der Zielwinkel des Löffels kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:
Rbk = Φ - Rbm - Rarm - Rp (7)
Nachdem der Zielwinkel des Löffels bestimmt worden ist, um den horizontalen Löffelwinkel aufrechtzuerhalten, wird der nächste Schritt S12 durchgeführt, um den Zielwinkel des Löffels in die gewünschte Zielposition des Löffelzylinders zu transformieren. Dies bedeutet, daß der Gelenkwinkel (Rbk) des Löffels in die Länge (dbk) des Löffelzylinders durch die folgenden Gleichungen umgerechnet wird:
α = π - (R₀ + ANG_LJK + ANG_HJE) (8)
c6 = sqrt [(LEN_JK)² + (LEN_HJ)² - 2 * LEN_JK * LEN_HJ * cos(α)] (9)
ψ = a cos {(c6)² + (LEN_HI)² - (LEN_IK)²}/2 * LEN_HI * c6 (10)
β = a cos {(LEN_HJ)² + (c6)² - (LEN_JK)²}/2 * LEN_HJ * c6 (11)
Φ = ANG_GHJ - ψ - β; falls R₀ BK_ALGO_CHG_ANG (12)
= ANG_GHJ - ψ + β; falls R₀ BK_ALGO_CHG_ANG (13)
dbk = sqrt [(LEN_GH)² + (LEN_HI)² - 2 * LEN_GH * LEN_HI * cos(Φ)] (14)
In dem oben angegebenen Gleichungen (8) bis (14) repräsentiert z. B. LEN_JK die Linearlänge zwischen dem Gelenk J und dem Gelenk K. Ähnlich repräsentiert ANG_LJK den Winkel zwischen der Linie LJ und der Linie JK. Ferner repräsentiert BK_ALGO_CHG_ANG den Gelenkwinkel des Löffels, was die Größe Φ verändert, und ANG_ALPHA7 ist π - ANG_JEF - ANG_CED - ANG_BEC gleich. Dabei repräsentiert sqrt Quadratwurzel.
Nachdem der oben beschriebene Transformationsvorgang beendet worden ist, wird im Schritt 13 ein Vorgang zum Berechnen der erforderlichen Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders auf der Zielposition und der aktuellen Position des Löffelzylinders wie auch der aktuellen Geschwindigkeit des Löffelzylinders beruhend durchgeführt.
Anschließend werden die Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders wie auch die der anderen Zylinder derart gesteuert, daß der Geschwindigkeitsfehler zwischen der vorher verlangten Zielgeschwindigkeit und der von den adäquaten Gelenkfühlern abgetasteten aktuellen Geschwindigkeit der Zylinder kompensiert wird (Schritt 14).
Schließlich wird im Schritt 15 die für die Erzeugung der oben angegebenen Geschwindigkeiten notwendige Ablaßströmungsmenge der Pumpen unter Berücksichtigung der berechneten Zielgeschwindigkeit jedes Zylinders, des mit Hilfe eines Druckfühlers abgetasteten Ablaßdruckes der Pumpen und der von einem Geschwindigkeitsfühler abgetasteten Drehzahl des Motors berechnet.
Der Hauptprozessor 202 erzeugt elektrische Signale, welche der berechneten Strömungsmenge entsprechen und über die Digital-Analog-Umwandler 205a, 205b und die Verstärker 206a, 206b den elektromagnetischen Proportionalventilen 14a und 14b zum Steuern der Hauptsteuerventile 15 und zum Bewegen jedes Betätigungsmittels (Zylinder 4, 5, 6, Drehmotor 8 und Antriebsmotoren 9, 10) mit der gewünschten Geschwindigkeit zugeführt werden.
Wie in der vorangehenden Beschreibung dargelegt, schafft die Erfindung eine elektronische Regelung für das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb, wie es von der Bedienungsperson gewünscht ist. Dabei ermöglicht der erfindungsgemäße Ausleger- und Drehbetrieb, daß der Bagger die Ausgrabearbeit in einfacher und präziser Weise durchführt, ohne daß ein Brocken Erde fallengelassen wird.

Claims (5)

1. Verfahren zum automatischen Regeln des Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem Dreh- und dem Auslegerbetrieb des Baggers, bei dem
ein erforderlicher Geschwindigkeitswert an den Gelenken jedes Betätigungsmittels entsprechend dem Ausmaß der Betätigung der Bedienungshebel durch die Bedienungsperson berechnet wird, wobei die dem Ausmaß der Betätigung jedes Bedienungshebels entsprechenden elektrischen Signale von einem Analog-Digital- Umwandler in digitale Daten ungesetzt und in den Hauptprozessor übertragen werden;
ein Geschwindigkeitsverhältnis zwischen dem Ausleger- und dem Drehbetrieb des Baggers bestimmt wird, derart, daß der Geschwindigkeitswert auf Minimalgeschwindigkeit eingestellt wird, falls der Betätigungsgrad der Bedienungshebel auf Minimalrate ist, und ansonsten der Geschwindigkeitswert auf Maximalgeschwindigkeit eingestellt wird;
eine Winkelgeschwindigkeit des Drehbetriebes entsprechend einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis berechnet wird, das auf der Auslegerwinkelgeschwindigkeit beruht, die aus der erforderlichen Auslegerzylindergeschwindigkeit umgerechnet wird, wenn die Bestimmung des Auslegerprioritätsbetriebs durchgeführt wird;
eine Auslegerwinkelgeschwindigkeit, falls das Geschwindigkeitsverhältnis auf Drehpriorität eingestellt ist, entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis berechnet wird, das auf der erforderlichen Drehwinkelgeschwindigkeit beruht, und die Auslegerwinkelgeschwindigkeit in die erforderliche Auslegerzylindergeschwindigkeit umgerechnet wird;
ein Löffeleinstellwinkel bezüglich der Horizontalebene, falls der Bedienungshebel für den Löffel betätigt wird, auf dem aktuellen Gelenkwinkel des Auslegers, des Löffelstieles und des Löffels sowie dem von den entsprechenden Gelenkfühlern und dem Neigungsfühler eingelesenen Neigungswinkel beruhend bestimmt wird;
ein Zielwinkel des Löffels zum Aufrechterhalten des horizontalen Löffelwinkels, falls der Bedienungshebel für den Löffel nicht betätigt wird, auf dem berechneten Löffeleinstellwinkel beruhend berechnet wird;
der Zielwinkel des Löffels in die gewünschte Zielposition von dessen Zylinder umgesetzt wird und die erforderliche Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders auf der Zielposition und der aktuellen Position des Löffelzylinders sowie der aktuellen Geschwindigkeit des Löffelzylinders beruhend berechnet wird;
die Zielgeschwindigkeit des Löffelzylinders und die der anderen Zylinder bestimmt werden, derart, daß eine Kompensation hinsichtlich des Geschwindigkeitsfehlers zwischen der erforderlichen Zielgeschwindigkeit und der aktuellen Geschwindigkeit der Zylinder gemacht wird, welche aus der von den entsprechenden Gelenkfühlern abgetasteten Position berechnet wird; und
die erforderliche Ablaßströmungsmenge der Pumpen, um die Zylinder entsprechend der berechneten Zielgeschwindigkeit zum Bewegen zu veranlassen, berechnet wird, und ein elektrisches Instruktionssignal zum Steuern der Hauptsteuerventile und zum Bewegen des jeweiligen Betätigungsmittels mit der gewünschten Geschwindigkeit erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem Schritt, bei dem der Ausleger- und der Drehbetrieb entsprechend dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis geregelt wird, falls der Betätigungswinkel jedes Bedienungshebels für den Dreh- und den Auslegerbetrieb derselbe ist, und ansonsten der Betrieb nicht von dem vorbestimmten Geschwindigkeitsverhältnis abhängt, sondern in Abhängigkeit von der linearen Geschwindigkeitsfunktion variiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt für das Berechnen des Löffeleinstellwinkels bezüglich der Horizontalebene das Summieren der Gelenkwinkel des Auslegers, des Löffelstiels, des Löffels und des Neigungswinkels aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt für das Berechnen des Zielwinkels des Löffels zur Aufrechterhaltung des horizontalen Löffelwinkels das Substrahieren der Gelenkwinkel des Auslegers, des Löffelstiels und des Neigungswinkels aus dem berechneten Löffeleinstellwinkel aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die der erforderlichen Ablaßströmungsmenge der Pumpen entsprechenden elektrischen Signale über Digital-Analog-Umwandler und Verstärker den elektromagnetischen Proportionalventilen zum Steuern der Hauptsteuerventile und zum Bewegen jedes Zylinders, des Drehmotors und der Antriebsmotoren mit der gewünschten Geschwindigkeit zugeführt werden.
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