DE4392927C2 - Arbeitslasterfassungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Arbeitslasterfassungssystem dieser Art ist aus der US-PS 5070953 bekannt.

Eine andere Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichts einer Schaufelladung wird in der EP 0 334 959 A1 beschrieben. Gemäß der EP 0 334 959 A1 wird zur Erfassung des Gewichts der Schaufelladung ein Drucksensor verwendet, der den Fluiddruck eines Auslegerzylinders ermittelt, mit dessen Hilfe der Ausleger betätigt werden kann, an dem die Schaufel befestigt ist. Der ermittelte Druckwert wird einem Mikrocomputer zugeführt, der mit Hilfe des Drucks im Auslegerzylinder das Gewicht der Schaufelladung errechnet. Der Mikrocomputer addiert zudem die berechneten Gewichte, so daß dem Bediener des Radladers zur Arbeitserleichterung durch ein Display die bereits auf einen Kipper aufgeladene Menge und die noch aufzuladende Menge angegeben werden können und eine Überladung des Kippers vermieden wird. Die Lademengen-Meßvorrichtung weist zusätzlich einen mit dem Mikrocomputer verbundenen Auslegerpositions-Sensor auf, der zum Kalibrieren der Meßvorrichtung verwendet wird, so daß der Anfangsdruck im Auslegerzylinder bei leerer Schaufel ermittelt werden kann.

Die DE-OS 23 12 006 beschreibt eine Lademengen-Meßvorrichtung, die neben dem Drucksensor zur Erfassung des Fluiddrucks in Armzylindern, die die Schaufel (Ladewanne) anheben, einen Neigungsmesser aufweist, so daß die Berechnung des Ladegewichts der Schaufel durch eine Auswertschaltung unter Berücksichtigung der Neigung des Ladegerätes erfolgen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät zu schaffen, bei dem das Gewicht der Schaufelladung relativ einfach und genau bestimmt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Arbeitslasterfassungssystem gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sei nunmehr in ihren Einzelheiten beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.

Es bedeutet:

Fig. 1 eine Darstellung des Gesamtaufbaus einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Arbeitslasterfassungssystems für ein Aushub- und Ladegerät;

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem das Verhältnis zwischen dem Gewicht der Erdreich- und Sandladung einer Schaufel und dem Druck eines Auslegerzylinders hervorgeht, wobei dieses Verhältnis in Abhängigkeit von der Schaufelstellung veränderbar ist;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Wellenform der Druckänderungen beim Auslegerzylinder darstellt;

Fig. 4 eine Darstellung eines Schaufelabkippvorgangs.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer A ein Aushub- und Ladegerät, bei dem ein oberer Fahrzeugaufbau 2 drehbar auf einem unteren Fahrwerk 1 angeordnet ist. Auf dem oberen Fahrzeugaufbau 2 befinden sich ein Motor 3 und ein Führerhaus 4. Weiter ist auf dem oberen Fahrzeugaufbau 2 ein Ausleger 5 vertikal schwenkbar angeordnet, dessen Schwenkbewegungen von einem Auslegerzylinder 6 erzeugt werden, wobei ein am Ausleger 5 angeordneter und von einem Armzylinder 8 angetriebener Arm 7 ebenfalls vertikale Schwenkbewegungen ausführt. Auf dem Arm 7 ist verkippbar eine Schaufel 9 montiert, deren Kippbewegung einschliesslich des Materialabwurfs von einem Schaufelzylinder 10 bewirkt wird.

Auf der Tragwelle des Auslegers 5 befindet sich ein Messgerät 11 zur Erfassung des Auslegerwinkels und auf der Welle des Arms 7 ein Messgerät 12 zur Erfassung des Armwinkels relativ zum Ausleger 5. Auf dem Schaufelzylinder 10 ist eine Messeinrichtung 13 zum Erfassen des Schaufelzylinderhubs angeordnet. Die von diesen Messeinrichtungen erfassten Werte werden in einen Schaufelstellungs-Erfassungsbereich 15 eines Steuergeräts 14 zur Berechnung der Schaufelstellung eingegeben. Auf dem oberen Fahrzeugaufbau 2 ist eine Messeinrichtung 16 zur Erfassung der Fahrzeugaufbau-Kippstellung montiert, deren Messwert in den Schaufelstellungs-Erfassungsbereich 15 eingegeben wird. Dieser Schaufelstellungs-Erfassungsbereich 15 bewirkt die Korrektur der Schaufelstellung auf der Basis des von der Messeinrichtung zur Erfassung der Fahrzeugaufbau-Kippstellung ermittelten Wertes.

Auf dem Auslegerzylinder 6 befindet sich ein Drucksensor 17 zum Erfassen des Auslegerzylinderdrucks, dessen Messwert in einen Bereich 18 zur Errechnung der in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandmenge der Steuereinheit 14 eingegeben wird. In diesem Bereich 18 erfolgt die Berechnung der jeweils in der Schaufel enthaltenen Erdreich- und Sandmenge auf der Basis des erfassten Auslegerzylinderdrucks und der vom Schaufelstellungs-Erfassungsbereich 15 eingebenen Schaufelstellung. In diesem Falle wird diese Berechnung anhand einer Kartendarstellung der je nach Schaufelstellung unterschiedlichen Verhältnisse zwischen der in der Schaufel enthaltenen Erdreich- und Sandmenge und dem Auslegerzylinderdruck wie aus Fig. 2 ersichtlich bewirkt. Die Rechenergebnisse gehen in einen Summierbereich 31 zur Addition der jeweiligen Erdreich- und Sandmengen in der Schaufel und werden sequentiell in der Summierschaltung 31 aufaddiert.

Im Innern des Führerhauses 4 befindet sich ein Schalthebel 19. Durch Betätigen dieses Hebels 19 nach hinten und vorn sowie seitlich wird ein Betriebsventil zur Zufuhr von Druckfluid zu dem jeweiligen Zylinder aktiviert, das den Aushub- bzw. Ladebetrieb steuert.

Andererseits sind auf dem Schalthebel 19 ein Zählerschalter 20 zur Erfassung der Zahl von Kippern, bei denen die Beladung mit Erdreich und Sand beendet ist, und zur Auslösung eines Hupsignals, das dem Fahrer des betreffenden Kippers die Beendigung des Ladevorgangs signalisiert, sowie ein Rückstellschalter 21 vorgesehen, der die Erfassung des in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandgewichts unterbricht. Weiter ist im Führerhaus 4 ein fussbetätigter Schaufelkippschalter 22 angeordnet. Die Signale dieser Schalter gehen in den Bereich 18 zur Berechnung der in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandmenge.

Für den Motor 3 sind ein Drosselklappen-Öffnungswinkelsensor 23, ein Motordrehzahlsensor 24 und ein Betriebszeitenschalter 25 vorgesehen, deren Signale in einen Bereich 26 zur Berechnung des Kraftstoffverbrauchs der Steuereinheit 14 gehen.

Mit der Steuereinheit 14 verbunden sind eine Eingabetaste 27, eine Anzeige 28 und ein Drucker 29. Darüberhinaus ist die Steuereinheit mit einer auswerfbaren integrierten Speicherschaltungskarte 30 versehen.

Als nächstes sei die Erfassung des in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandgewichts im Rahmen der dargestellten Ausführungsform beschrieben.

Da ein spezifisches Verhältnis zwischen dem in der Schaufel enthaltenen Erdreich- und Sandgewicht und dem Auslegerzylinderdruck besteht, kann dieses Gewicht des Erdreichs und Sandmaterials in der Schaufel durch Messen des Auslegerzylinderdrucks mit Hilfe des Drucksensors 17 und Durchführung des Rechenvorgangs mit Hilfe des Bereichs 18 zur Errechnung der in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandmenge abgeleitet werden. Da jedoch selbst bei gleichem Erdreich- und Sandgewicht in der Schaufel der Auslegerzylinderdruck je nach Schaufelstellung und damit das Verhältnis zwischen diesem Gewicht und diesem Zylinderdruck unterschiedlich ist, erfolgt die Berechnung auf der Basis der Kartendarstellung des Verhältnisses zwischen dem Erdreich- und Sandgewicht in der Schaufel und dem Auslegerzylinderdruck, wobei wie aus Fig. 2 ersichtlich dieses Verhältnis in Abhängigkeit von der Schaufelstellung variierbar ist.

In dieser Phase errechnet der Schaufelstellungs-Erfassungsbereich 15 der Steuereinheit die Schaufelstellung und korrigiert die errechnete Schaufelstellung auf der Basis des von der Messeinrichtung 16 kommenden Fahrzeugaufbau-Kippwinkels mit anschliessender Eingabe des resultierenden Wertes in den Bereich 18 zur Errechnung der in der Schaufel befindlichen Erdreich- und Sandmenge. Dies bedeutet, dass das Gewicht des Erdreichs und Sandmaterials in der Schaufel unabhängig von der Schaufelstellung und dem Kippwinkel des Fahrzeugaufbaus genau ermittelt werden kann.

Da andererseits wie aus Fig. 3 ersichtlich der Auslegerzylinderdruck je nach Änderung der Aushublast usw. schwanken kann, wird durch die dargestellte Ausführungsform eine genaue Erfassung des Erdreich- und Sandgewichts in der Schaufel gewährleistet, indem der Auslegerzylinderdurck unmittelbar vor dem Abkippen auf das Transportfahrzeug gemessen wird.

Wie die Fig. 3 zeigt, wird nämlich durch kontinuierliches Messen des Auslegerzylinderdrucks ein Mittelwert der jeweils 0.1 Sek. vor und nach einem Zeitraum T_o entsprechend einer vorgegebenen Zeitdauer t₁ (beispielsweise von 2 Sekunden) vor dem Zeitpunkt d der Eingabe des Schaufelabkippsignals erfassten Drücke P₁ und P₂ als Auslegerzylinderdruck benutzt. Auf der Basis des erfassten Auslegerzylinderdrucks und der errechneten Schaufelstellung wird sodann mit Bezug auf die Kartendarstellung gemäss Fig. 2 das Erdreich- und Sandgewicht in der Schaufel errechnet.

Durch den Summierbereich 31 werden die errechneten Erdreich- und Sandgewichte in der Schaufel sequentiell aufaddiert. Dadurch lässt sich eine Gesamtsumme der an einem Tag auf einen Kipper verladenen Erdreich- und Sandmengen, d. h. die Arbeitslast eines Tages, ableiten.

Ohne Anordnung teurer Messeinrichtungen zur Erfassung der Ladegewichte auf den einzelnen Kippern lässt sich also das an einem Tag insgesamt transportierte Erdreich- und Sandgewicht erfassen. Dies bedeutet, dass das System zur Errechnung der transportierten Erdreich- und Sandmengen mit niedrigem Kostenaufwand erstellt werden kann.

Man beachte, dass das Schaufelabkippsignal ein von dem Abkippschalter 22 ausgegebenes Signal sein kann, desweiteren ein dem Einfahrgrad des Zylinders entsprechendes und vom Hubmesser 13 des Schaufelzylinders kommendes Signal, wenn die Schaufelstellung höher oder gleich einer vorgegebenen Höhe ist. Ist beispielsweise wie in Fig. 4 dargestellt die Schaufelstellung H höher oder gleich einem Vorgabewert (der je nach Geländebeschaffenheit variierbar ist), verändert sich der Winkel θ₁ nach oben und ist der Winkel θ₂ grösser oder gleich einem Einstellwert, so kann das vom Hubmesser 13 kommende Signal als Abkippsignal benutzt werden.

Das Abkippsignal kann weiterhin ein vom Schaltewebel 19 zur Steuerung der Arbeitsabläufe ausgegebenes elektrisches Signal oder ein hydraulisches Drucksignal sein.

Ausser zum Beladen der Kipper wird das Aushub- und Ladegerät auch für Nebenarbeiten wie beispielsweise das Herstellen und Bearbeiten von Banketten und Böschungen, Zerkleinern von Gesteinsbrocken usw. eingesetzt. Wird die vorbeschriebene Erfassung des Erdreich- und Sandgewichts während solcher Nebenarbeiten durchgeführt, ist eine exakte Bestimmung der Arbeitslast nicht möglich. Aus diesem Grundde wird vor derartigen Nebenarbeiten der Rückstellschalter 21 in die Stellung EIN gestellt, wodurch ein Rückstellsignal an die Steuereinheit 14 gegeben und die Messung des Schaufelladungsgewichts an Erdreich und Sand unterbrochen. Damit lässt sich die Grundsumme der Erdreich- und Sandladungsgewichte der Schaufel, beispielsweise das Gewicht des an einem Tag transportierten Erdreichs und Sandmaterials, exakt bestimmen.

Soll anschliessend zur vollständigen Beladung des Kippers wieder Erdreich und Sand geladen werden, wird der Zählerschalter 20 in die Stellung EIN gestellt und ein Signal an die Steuereinheit 14 gegeben, so dass die Zahl der mit Erdreich und Sand beladenen Kipper erfasst wird.

Weiter wird nach Umlegen dieses Schalters in die Stellung EIN ein Hupsignal ausgelöst, das dem Fahrer des Kippers das Ende des Beladevorgangs anzeigen soll.

Claims (5)

1. Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät, bei dem eine Schaufelaufnahme relativ zu einem Fahrzeugaufbau senkrecht verstellt werden kann und die Schaufel (9) relativ zur Schaufelaufnahme verkippbar ist, mit einer Einrichtung (17) zur Erfassung des Drucks eines Auslegerzylinders (6) zum Antrieb der Schaufelaufnahme zwecks senkrechter Verstellung derselben, einer Einrichtung (13) zur Errechnung des Gewichts der in der Schaufel (9) befindlichen Erdreich- und Sandmengen auf der Grundlage des erfaßten Auslegerdrucks sowie einer Einrichtung (31) zur Summierung der einzelnen Erdreich- und Sandgewichte, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslegerdruck kontinuierlich gemessen wird und ein Mittelwert gebildet wird aus zwei Druckwerken (P₁, P₂), die kurz vor bzw. kurz nach einem Zeitpunkt T_o entsprechend einer vorgegebenen Zeitdauer (t₁) unmittelbar vor dem Zeitpunkt T_d der Eingabe eines Schaufelabkippsignals erfaßt worden sind, und auf der Basis des Mittelwertes das Erdreich- und Sandgewicht in der Schaufel (9) errechnet wird.

2. Arbeitslasterfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt T_o 2 sec vor dem Zeitpunkt T_d liegt, und daß die beiden Druckwerte 0,1 sec vor bzw. nach dem Zeitpunkt T_o erfasst werden.

3. Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13) zur Erfassung von Daten über die Schaufelstellung sowie einer Einrichtung (15) zur Berechnung der Schaufelstellung auf der Grundlage dieser Schaufelstellungsdaten, wobei die Einrichtung zur Errechnung des Erdreich- und Sandgewichts des Schaufelinhalts dieses Gewicht auf der Grundlage der errechneten Schaufelstellung korrigiert.

4. Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät gemäss Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16) zur Erfassung des Fahrzeugaufbau-Kippwinkels, wobei die Einrichtung (15) zur Errechnung der Schaufelstellung die Lage der Schaufel (9) auf der Basis des jeweils erfassten Fahrzeugaufbau-Kippwinkels korrigiert.

5. Arbeitslasterfassungssystem für ein Aushub- und Ladegerät gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelabkippsignal erzeugt wird, wenn sich die Schaufel auf einer vorgegebenen Höhe befindet und auf einen vorgegebenen Winkel in einer vorgebenen Richtung verkippt ist.