DE69605314T3

DE69605314T3 - Verdichtungsgerät mit zugkraftsteuerungssystem

Info

Publication number: DE69605314T3
Application number: DE69605314T
Authority: DE
Inventors: Steve K. Scotland YATES; Edward D. York MAGALSKI; Keith Minnetonka Williams
Original assignee: Ingersoll Rand Co; Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Volvo Construction Equipment AB; Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2016-09-24
Also published as: DE69605314T2; WO1997011858A1; US5915492A; DE69605314D1; CA2229751A1; EP0852544B1; CN1198713A; EP0852544B2; EP0852544A1

Description

Diese Erfindung betrifft mobile Verdichter für Erdreich im allgemeinen und Traktionssteuersysteme von Verdichtern im besonderen.
Bodenverdichter aus dem Stand der Technik haben ein geschlossenes paralleles Hydraulik-Schalteinrichtungssystem, das aus einer Achse mit Reifen im hinteren Bereich der Einheit und einer antreibenden Stahltrommel im vorderen Bereich besteht. Die Achse wird von einem Hochgeschwindigkeits-Hydraulikmotor angetrieben, der im Differentialgehäuse der Achse angeordnet ist. Die Achse enthält ein Antischlupf-Differential, das einen Reifen daran hindert, durchzudrehen und die Kraftübertragung an den anderen Reifen unmöglich zu machen; beide Reifen werden versuchen, den Verdichter anzutreiben. Die Trommel wird entweder über einen Getriebekasten mit einem Hydraulikmotorantrieb mit hoher Geschwindigkeit bei niedrigem Drehmoment oder mit einem Hydraulikmotor mit niedriger Geschwindigkeit bei hohem Drehmoment angetrieben. Bei diesem System wird, wenn entweder die Reifen oder die Trommel aufgrund des Verlustes ausreichender Reibung mit dem Untergrund durchdrehen, das andere Antriebselement praktisch antriebslos, weil die Strömung der Hydraulikpumpe zu dem sich drehenden Element geleitet wird, wobei sie den Weg des geringsten Widerstandes nimmt. Wenn dies passiert, wird der Hydraulikdruck in dem System ebenfalls reduziert, was außerdem die Funktionsfähigkeit der Maschine einschränkt.
Derzeit ist das System, das zur Lösung dieses Problems mit hohem Erfolg eingesetzt wird, ein Traktionsventil oder eine Einrichtung zum Teilen/Zusammenführen der hydraulischen Strömung. Diese Komponente teilt die von der Hydraulikpumpe kommende oder zur Hydraulikpumpe zurückkehrende Strömung in vorderen und hintere Strömung, wobei jede Strömung zu dem einzelnen Antriebselement geleitet wird um es anzutreiben, wobei vermieden wird, daß die gesamte Pumpenströmung zu einem einzelnen durchdrehenden Element gelangt. Das Problem bei dieser Bauart ist die darin aufgrund der inneren, in der Komponente ablaufenden Ventilvorgänge erzeugt Wärme sowie das Steuerungsverfahren; d. h. der Druckabfall in der Systemschleife zwischen den Schaltungen des vorderen und des hinteren Elements. Auch werden einige Strömungsteilersysteme nur in Gang gesetzt, wenn die Bedienungsperson einen Schalter betätigt. In diesen Fällen haben die Räder oder die Trommel üblicherweise eine gewisse Menge Erdreich verschoben, was wiederum den Wirkungsgrad der Maschine, die zu wettern versucht, steigert. Damit ist diese Betriebsverzögerung gegenüber den Funktionserfordernissen ebenfalls ein Nachteil dieses Systems.
Die US-A-4 402 377 offenbart einen Verdichter für Erdreich entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dort ein Bodenverdichter vorgeschlagen mit:

a) einer Antriebseinrichtung zum Tragen eines hinteren Abschnitts des Verdichters, wobei die Antriebseinrichtung auf einem Paar Reifen, die mit einer ersten Querachse drehbar verbunden sind, befestigt ist,
b) einer Trommeleinrichtung zum Verdichten von Material mit einer drehbaren Trommel, die auf einer zweiten, zur ersten Achse parallel verlaufenden Querachse befestigt ist, wobei die Trommeleinrichtung mit der Antriebseinrichtung verbunden ist, und
c) einer geschlossenen parallelen Hydraulikschalteinrichtung zum Antreiben des Verdichters, wobei die Hydraulikschalteinrichtung folgende Einrichtungen aufweist:
i) eine erste hydraulische Motoreinrichtung zum Drehen der Reifen, wobei die erste Motoreinrichtung eine elektronische Drehmoment-Regeleinrichtung zum Variieren des durch die erste Motoreinrichtung aufgebrachten Drehmoments aufweist,
ii) eine zweite hydraulische Motoreinrichtung zum Drehen der Trommel, wobei die zweite Motoreinrichtung eine elektronische Drehmoment-Regeleinrichtung zum Variieren des durch die zweite hydraulische Motoreinrichtung aufgebrachten Drehmoments aufweist, gekennzeichnet durch: eine Traktionssteuereinrichtung mit Einrichtungen zum Feststellen der Drehgeschwindigkeit der ersten und zweiten hydraulischen Motoreinrichtungen und mit einer Mikroprozessoreinrichtung zum Steuern der Hydraulikschaltungseinrichtungen, um wahlweise und unabhängig das Drehmoment jedes der ersten und zweiten Hydraulikmotoren zu verstellen, wodurch die Reifendrehgeschwindigkeit und die Trommeldrehgeschwindigkeit so gesteuert werden, daß sie in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander liegen, und durch eine Gefälleabtasteinrichtung, um festzustellen, wenn der Verdichter sich auf einem Gefälle befindet, bei dem die Trommel gegenüber den Reifen erhöht ist und umgekehrt, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals, um anzuzeigen, wenn die Trommel gegenüber den Reifen erhöht ist, und eines zweiten elektrischen Signals, um anzuzeigen, wenn die Trommel niedriger liegt als die Reifen, und wobei die Mikroprozessoreinrichtung elektrisch mit der Gefälleabtasteinrichtung verbunden ist, die auf das erste und zweite elektrische Signal reagiert, um wahlweise das Drehmoment jedes der ersten und zweiten Hydraulikmotoreinrichtungen zu variieren, wodurch das von der ersten Motoreinrichtung ausgeübte Drehmoment auf einen vorbestimmten Wert reduziert wird, um die Reifendrehgeschwindigkeit zu steuern, um zu ermöglichen, daß die Reifen mit einer geneigten Oberfläche Kontakt behalten, und wobei das durch die zweite Motoreinrichtung aufgebrachte Drehmoment eingestellt wird, um die Trommelgeschwindigkeit und die Reifengeschwindigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander aufrecht zu erhalten.

Zum besseren Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie diese ausgeführt werden kann, wird diese nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bodenverdichters, teilweise in Schnittdarstellung.
2 zeigt eine schematische Grundrißansicht des Bodenverdichters, teilweise in Schnittdarstellung.
3 zeigt eine schematische elektrische Schaltung.
4 zeigt eine schematische hydraulische Schaltung eines Traktionssystems mit geschlossener paralleler Schaltung.
Die 1 und 2 zeigen einen Erdverdichter 1, der mit einem Vibrator oder ohne Vibrator ausgerüstet sein kann. Der Verdichter 1 hat einen hinteren Traktionsabschnitt 3 und einen vorderen Trommelabschnitt 5. Der hintere Traktionsabschnitt 3 ist auf einem Paar drehbarer pneumatischer Reifen 7 montiert, die miteinander über eine erste Querachse 9 in konventioneller Weise verbunden sind. Der Trommelabschnitt 5 hat eine ebene drehbare Stahltrommel zum Verdichten von Material. Die Trommel 15 ist auf einem Trommelrahmen 17 montiert, der durch ein Paar paralleler Seitenrahmenglieder 19 gebildet ist, die mit einem Paar paralleler vorderer und hinterer Bauteile 21, 23 verbunden sind. Die Trommel 15 ist drehbar auf einer zweiten Querachse 25 montiert, die in üblicher Weise parallel zur ersten Achse 9 verläuft. Die Trommel 17 ist mit dem Antriebsabschnitt 3, in diesem Fall über eine konventionell angelenkte Verbindung 20, verbunden. Die Gelenkverbindung 20 wird verwendet, um den Verdichter 1 in Reaktion auf ein von einer Bedienungsperson bedientes Steuerrad 22 in bekannter Weise zu steuern. Die Gelenkverbindung 20 ist optional, da der Verdichter im vorliegenden Fall mit einem Trommelabschnitt 5 und einem Antriebsabschnitt 3 arbeiten würde, die starr miteinander verbunden sind.
Auf dem Verdichter 1 ist eine geschlossene parallele Hydraulikschalteinrichtung zum Antreiben des Verdichters 1 angeordnet, die im folgenden beschrieben werden wird. Die hydraulische Schalteinrichtung hat einen ersten Hydraulikmotor 32 zum Drehen der Reifen 7. Der erste Motor 32 hat eine konventionelle elektronische Drehmoment-Regeleinrichtung 34 ( 1) zum Variieren des durch den Motor 32 aufgebrachten Drehmoments. Der Motor 32 kann ein Drehmoment durch Variieren der hydraulischen Verschiebung des Motors 32 durch Verstellen einer "Taumelscheibe" innerhalb des Motors 32 regeln. Alternativ kann ein Motor eingesetzt werden, der das Drehmoment durch Verstellen eines Hydraulikdrucks innerhalb des Motors regelt. Ein Variieren des Drehmoments, das von dem Motor 32 abgegeben wird, verändert die Drehgeschwindigkeit der Reifen 7 in bekannter Weise.
Die hydraulische Schalteinrichtung hat außerdem einen zweiten Hydraulikmotor 36 zum Drehen der Trommel 15. Der zweite Motor 36 hat eine konventionelle elektronische Drehmoment-Regeleinrichtung 38 zum Variieren des durch den Motor 36 aufgebrachten Drehmoments. Der Motor 36 kann ein Drehmoment durch Variieren der hydraulischen Verschiebung des Motors 36 durch Verstellen einer "Taumelscheibe" innerhalb des Motors 36 regeln. Alternativ kann ein Motor eingesetzt werden, der das Drehmoment durch Verstellen des hydraulischen Drucks innerhalb des Motors regelt. Ein Variieren des Drehmoments, das von dem Motor 36 abgegeben wird, verändert die Drehgeschwindigkeit der Trommel 15 in bekannter Weise.
Die hydraulische Schalteinrichtung hat außerdem eine Traktionsregeleinrichtung 40 (1), die die hydraulische Schalteinrichtung wahlweise und unabhängig regelt, um die Geschwindigkeit der Motoren 32, 36 zu variieren, wodurch die Drehgeschwindigkeit der Reifen und die Drehgeschwindigkeit der Trommel innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses zueinander gehalten werden.
Eine Schlupfrate von 5% gegenüber dem festen Verhältnis der Antriebselemente wird bevorzugt. Dieses Verhältnis kann jedoch etwas variieren, abhängig von der Maschine, der An des zu verdichtenden Materials und der Spezifikationen der Motoren 32 und 36. Eine Traktionsregeleinrichtung 40 ermöglicht es, daß dieses Verhältnis in einen Mikroprozessor 42, der im folgenden beschrieben werden wird, eingegeben wird, um den Betrieb des Verdichters 1 individuell durchzuführen.
Die Traktionsregeleinrichtung 40 verwendet eine erste Geschwindigkeits-Abtasteinrichtung 44 des Motors 32, die in konventioneller Weise mit dem Motor 32 geliefert wird. Die Traktionsregeleinrichtung 40 verwendet auch eine zweite Geschwindigkeits-Abtasteinrichtung 46 des Motors 36, die in üblicher Weise mit dem Motor 36 geliefert wird.
Die Geschwindigkeits-Abtasteinrichtung 44 des Motors 32 tastet die Drehgeschwindigkeit des Motors 32 ab und erzeugt ein erstes dazu proportionales elektrisches Signal. Die Geschwindigkeits-Abtasteinrichtung 46 des Motors 36 tastet die Drehgeschwindigkeit des Motors 36 ab und erzeugt ein zweites hierzu proportionales elektrisches Signal.
Der Mikroprozessor 42 ist elektronisch mit der Geschwindigkeits-Abtasteinrichtung der Motoren 32, 36 verbunden (schematisch gezeigt als 48 in den 1 und 4) und reagiert auf erste und zweite von dort kommende elektrische Signale. Der Mikroprozessor 42 emp fängt erste und zweite elektrische Signale, die die Geschwindigkeiten der Motoren 32 und 36 angeben und vergleicht die beiden Signale. Wenn die Reifen und auch die Trommel antreiben, liegen die Geschwindigkeiten der Motoren 32 und 36 in dem vorbestimmten Verhältnis zueinander, und der Mikroprozessor veranlaßt keine Aktion, die an den Motoren 32 und 36 stattfinden soll.
Wie für eine geschlossene, parallele hydraulische Schalteinrichtung für Verdichter bekannt ist, nimmt die Geschwindigkeit der durchrutschenden Elemente zu, wenn entweder die Reifen oder die Trommel durchrutschen. Der Mikroprozessor 42 stellt fest, daß das Verhältnis außerhalb des vorher ausgewählten Bereichs liegt und verringert sofort das durch die Motoren 32 und 36 auf die durchrutschenden Elemente erteilte Drehmoment, bis das Verhältnis in den Bereich zurückkommt.
Der Bodenverdichter hat auch eine Einrichtung 50 (1) zum Abtasten eines Bodengefälles, um einem Phänomen, das als "Reifenhüpfen" bekannt ist, entgegenzuwirken. Ein Reifenhüpfen tritt auf, wenn der Verdichter 1 auf einem abschüssigen Gelände steht, wobei die Reifen gegenüber der Trommel 15 erhöht sind. Wenn der Verdichter in dieser Orientierung ein Gefälle hinauffährt, erfahren die Reifen 7 aufgrund des geringen auf ihnen liegenden Gewichts ein Springen und unterbrochenes Durchrutschen. Reifenhüpfen tritt nicht auf, wenn der Verdichter 1 ein Gefälle hinabfährt, oder wenn die Trommel 15 gegenüber den Reifen 7 erhöht ist.
Die Gefälle-Abtasteinrichtung 50 erzeugt ein drittes elektrisches Signal, um anzuzeigen, wenn die Reifen 7 gegenüber der Trommel 15 erhöht sind. Der Mikroprozessor 42, der elektronisch mit der Gefälle-Abtasteinrichtung 50 verbunden ist, reagiert auf das dritte elektrische Signal. Der Mikroprozessor 42 sendet ein Signal zu dem Motor 32, um das auf die Reifen 7 durch den Motor 32 aufgebrachte Drehmoment sofort zu verringern, wodurch die Geschwindigkeit auf die Reifen 7 verringert wird, was bewirkt, daß das vorausgewählte Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen den Reifen 7 und der Trommel 15 aus dem Bereich läuft. Der Mikroprozessor 42 sendet sofort ein Signal zu dem Motor 36, um das auf die Trommel 15 von dem Motor 36 aufgebrachte Drehmoment sofort zu verringern, wodurch die Geschwindigkeit der Trommel 15 verringert wird, was dazu führt, daß das vorausgewählte Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen den Reifen 7 und der Trommel 15 in den Sollbereich zurückkommt.
Im Betrieb wird das Regelsystem 40 für den Traktionsantrieb eingesetzt, das die Traktionsfähigkeit der Maschine unabhängig von der Bodenbeschaffenheit durch Überwachen und Einstellen der Antriebsleistung jedes Antriebselements, um die Bodenbeschaffenheiten zu meistern, maximiert. Dies wird durch Überwachen der vorderen und hinteren Antriebselemente 7 und 15 erreicht, und wenn ein Durchrutschen festgestellt wird, reduziert das Regelsystem 40 das an dem Element erzeugte Drehmoment, während das andere Element weiterfahren kann, während das erste Element mit einer wie auch immer gearteten Traktionsleistung fährt, die auf den Boden übertragen werden kann, ohne ein Durchrutschen.
Das Geschwindigkeits-Abtastsystem 44, 46 überwacht die relative Geschwindigkeit des vorderen und hinteren Antriebselements 7 und 15 und stellt fest, wenn eines dieser Elemente zuerst beginnt, durchzurutschen. An diesem Punkt reduziert das Regelsystem 40 die Motorverstellung oder den Hydraulikdruck, wodurch das Antriebsdrehmoment an diesem Element auf den Punkt kurz vor dem Durchrutschen reduziert wird, wodurch die Traktionsleistung dieses Elements optimiert wird. Die Reaktionszeit, in der dies passiert, ist wichtig, damit das Element nicht durchrutscht und ein Loch gräbt, das schwieriger zu bewältigen wäre, als die Stufe vor dem Durchdrehen.
Dieses Konzept funktioniert auch, wenn die Reifen 7 durch eine zweite Trommel 15 ersetzt werden.
Für einen Mikroprozessor 42 wird ein Mikroprozessor bevorzugt, der von der Sauer Sundstrand Company, unter der Bezeichnung "DC2 Microcontroller", beschrieben im Handbuch BLN 95-9041-3, März 1993, geliefert wird.
Für die Motoren 32 und 36 werden Motoren bevorzugt, die von der Sauer Sundstrand Company unter der Bezeichnung "Series 51 Motors With Electric Displacement Controls and a Hall Effect Speed Pick-Up" geliefert werden. Für den Motor 32 heißt die weitere Bezeichnung von Sauer Sundstrand: 51-V-060-A-S1-N-EP-A5-J-Y-A6-NNS-015-AA-20-20-00. Für den Motor 36 heißt die weitere Bezeichnung von Sauer Sundstrand: 51-V-060-R-D1-C-EP-A5-J-Y-A6-NNS-015-AA-20-20-00.
Für die Gefälle-Abtasteinrichtung 50 wird eine Vorrichtung von der Sauer Sundstrand Company mit der Modell-Nummer MCX106A bevorzugt.

Claims

Bodenverdichter (1) mit a) einer Antriebseinrichtung (3) zum Tragen eines hinteren Abschnitts des Verdichters, wobei die Antriebseinrichtung auf einem Paar Reifen (7), die mit einer ersten Querachse (9) drehbar verbunden sind, befestigt ist, b) einer Trommeleinrichtung (5) zum Verdichten von Material, mit einer drehbaren Trommel (15), die auf einer zweiten, zur ersten Achse (9) parallel verlaufenden Querachse (25) befestigt ist, wobei die Trommeleinrichtung mit der Antriebseinrichtung verbunden ist, und c) einer geschlossenen parallelen Hydraulikschalteinrichtung zum Antreiben des Verdichters, wobei die Hydraulikschalteinrichtung folgende Einrichtungen aufweist: i) eine erste hydraulische Motoreinrichtung (32) zum Drehen der Reifen (7), wobei die erste Motoreinrichtung eine elektronische Drehmomentsteuereinrichtung (34) zum Variieren des durch die erste Motoreinrichtung aufgebrachten Drehmoments aufweist, ii) eine zweite hydraulische Motoreinrichtung (36) zum Drehen der Trommel (15), wobei die zweite Motoreinrichtung eine elektronische Drehmomentsteuereinrichtung (38) zum Variieren des durch die zweite hydraulische Motoreinrichtung aufgebrachten Drehmoments aufweist, gekennzeichnet durch eine Traktionssteuereinrichtung (40) mit Einrichtungen (44, 46) zum Feststellen der Drehgeschwindigkeit der ersten und zweiten hydraulischen Motoreinrichtungen (32, 36) und mit einer Mikroprozessoreinrichtung (42) zum Steuern der Hydraulikschaltungseinrichtungen, um wahlweise und unabhängig das Drehmoment jedes der ersten und zweiten Hydraulikmotoren (32, 36) zu verstellen, wodurch die Reifendrehgeschwindigkeit und die Trommeldrehgeschwindigkeit so gesteuert werden, daß sie in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander liegen, und durch eine Gefälleabtasteinrichtung (50), um festzustellen, wenn der Verdichter sich auf einem Gefälle befindet, bei dem die Trommel (15) gegenüber den Reifen (7) erhöht ist und umgekehrt, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals, um anzuzeigen, wenn die Trommel gegenüber den Reifen erhöht ist, und eines zweiten elektrischen Signals, um anzuzeigen, wenn die Trommel niedriger liegt als die Reifen, und wobei die Mikroprozessoreinrichtung (42) elektrisch mit der Gefälleabtasteinrichtung (50) verbunden ist, die auf das erste und zweite elektrische Signal reagiert, um wahlweise das Drehmoment jedes der ersten und zweiten Hydraulikmotoreinrichtungen zu variieren, wodurch das von der ersten Motoreinrichtung ausgeübte Drehmoment auf einen vorbestimmten Wert reduziert wird, um die Reifendrehgeschwindigkeit zu steuern, um zu ermöglichen, daß die Reifen mit einer geneigten Oberfläche Kontakt behalten, und wobei das durch die zweite Motoreinrichtung aufgebrachte Drehmoment eingestellt wird, um die Trommelgeschwindigkeit und die Reifengeschwindigkeit in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander aufrecht zu erhalten.
Verdichter nach Anspruch 1, bei dem die Traktionssteuereinrichtung folgende Merkmale aufweist: a) eine erste Geschwindigkeitsabtasteinrichtung (44) zum Abtasten der Drehgeschwindigkeit der ersten Hydraulikmotoreinrichtung (32) und zum Erzeugen eines dritten dazu proportionalen elektrischen Signals, b) eine zweite Geschwindigkeitsabtasteinrichtung (46) zum Abtasten der Drehgeschwindigkeit der zweiten Hydraulikmotoreinrichtung (36) und zum Erzeugen eines vierten dazu proportionalen elektrischen Signals, und c) wobei die Mikroprozessoreinrichtung (42) mit der ersten und der zweiten Geschwindigkeitsabtasteinrichtung (44, 46) elektrisch verbunden ist und auf das dritte und das vierte elektrische Signal reagiert, die durch die ersten und zweiten Geschwindigkeitsabtasteinrichtungen erzeugt werden, um das Drehmoment jedes der ersten und zweiten Hydraulikmotoreinrichtungen wahlweise zu variieren, wodurch die Reifendrehgeschwindigkeit und die Trommeldrehgeschwindigkeit so geregelt werden, daß sie zueinander in einem vorbestimmten Verhältnis liegen.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Verhältnis fest eingestellt ist, mit einem 5%-igen Schlupf.
Verdichter nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die elektronische Drehmomentsteuereinrichtung (34) der ersten und zweiten Motoreinrichtungen (32, 36) jeweils eine Einrichtung zum Variieren des Hydraulikmotor-Fördervolumens zur Veränderung des Drehmoments aufweist.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektronische Drehmomentsteuereinrichtung (34) der ersten und zweiten Motoreinrichtungen (32, 36) jeweils eine Einrichtung zum Variieren des Hydraulikmotor-Druckes zur Veränderung des Drehmoments aufweist.
Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trommeleinrichtung (5) mit der Antriebseinrichtung (3) über eine Gelenkverbindung (20) verbunden ist.