DE69821754T2

DE69821754T2 - Vorrichtung zur Regulation der Aushebetiefe einer Baumaschine

Info

Publication number: DE69821754T2
Application number: DE69821754T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Watanabe; Kazuo Fujishima; Masakazu Haga
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: EP0979901A1; EP0979901B1; DE69821754D1; CN1229449A; KR100309419B1; EP0979901A4; WO1998059118A1; JP3811190B2; US6275757B1; CN1078287C; KR20000068221A

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs, durch das eine Ausschachtung vorgenommen werden kann, bei der der Bereich begrenzt wird, innerhalb dessen ein vorderer Aufbau bewegt werden kann, und das in einer Baumaschine mit einem vorderen Aufbau mit mehreren Gelenken, insbesondere einem hydraulischen Bagger mit einem vorderen Aufbau montiert ist, der vordere Elemente, wie einen Arm, einen Ausleger und eine Schaufel, umfaßt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei einem hydraulischen Bagger werden die vorderen Elemente, wie ein Ausleger, von einem Bediener betätigt, der jeweilige manuelle Steuerhebel bedient. Da die vorderen Elemente jedoch durch Gelenke zur relativen Drehung miteinander gekoppelt sind, ist es sehr schwierig, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs durch Betätigen der vorderen Elemente Ausschachtungsarbeiten auszuführen. In Anbetracht des Vorstehenden sind in der JP, A, 8-333768, der WO 95/30059 und der WO 95/33100 Steuersysteme zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs vorgeschlagen, die auf die Erleichterung derartiger Ausschachtungsarbeiten abzielen.
Das in der JP, A, 8-333768 offenbarte Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine umfaßt einen vorderen Aufbau mit mehreren Gelenken, der aus mehreren, in vertikaler Richtung drehbaren vorderen Elementen, mehreren hydraulischen Stellgliedern zum Antreiben der mehreren vorderen Elemente, mehreren Betätigungseinrichtungen zur Vorgabe der Betätigung der mehreren vorderen Elemente und mehreren, durch eine Manipulation der Betätigungseinrichtungen angesteuerten, hydrauli schen Steuerventilen besteht, die die jeweiligen Strömungsmengen des den mehreren hydraulischen Stellgliedern zugeführten Hydraulikfluids steuern, wobei das Steuersystem ferner eine Bereichseinstelleinrichtung zum Einstellen eines Bereichs, in dem der vordere Aufbau bewegt werden kann, eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen von die Position und Stellung des vorderen Aufbaus betreffenden Statusvariablen, eine erste Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Position und der Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Signale von der ersten Erfassungseinrichtung, eine zweite Berechnungseinrichtung zum Berechnen der von der Ansteuerung zumindest eines bestimmten, einem ersten bestimmten vorderen Element zugeordneten Stellglieds unter den mehreren hydraulischen Stellgliedern abhängigen Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus, eine dritte Berechnungseinrichtung zum Empfangen der von der ersten und der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Werte und zum derartigen Berechnen eines von der Ansteuerung zumindest eines zweiten, bestimmten, einem bestimmten zweiten vorderen Element zugeordneten Stellglieds unter den mehreren hydraulischen Stellgliedern abhängigen Grenzwerts für die Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der empfangenen Werte, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs begrenzt wird, wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe von dessen Grenze befindet, und eine Signalmodifikationseinrichtung zum derartigen Modifizieren eines Betätigungssignals von der dem zweiten bestimmten Stellglied zugeordneten Betätigungseinrichtung umfaßt, daß die vom Antrieb des zweiten bestimmten Stellglieds abhängige Geschwindigkeit der vorderen Vorrichtung den Grenzwert nicht überschreitet. Wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe seiner Grenze befindet, berechnet die dritte Berechnungseinrichtung einen von der Ansteuerung des bestimmten, dem bestimmten zweiten vorderen Element zugeordneten zweiten Stellglieds abhängigen Grenzwert für die Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus, und die Signalmodifikationseinrichtung modifiziert ein Betätigungssignal von der dem zweiten bestimmten Stellglied zugeordneten Betätigungseinrichtung so, daß die vom Antrieb des zweiten bestimmten Stellglieds abhängige Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus den Grenzwert nicht überschreitet. Daher wird eine Richtungsänderungssteuerung ausgeführt, bei der die Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verlangsamt wird, wodurch der vordere Aufbau entlang der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden kann. Daher kann gleichmäßig und effizient eine Ausschachtung ausgeführt werden, bei der die Grenze des eingestellten Bereichs als Sollausschachtungsebene, d. h. als eingestellte Ausschachtungstiefe, eingestellt ist, wobei verhindert wird, daß die Schaufel über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt wird.
Bei dem in der WO 95/30059 offenbarten, Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs wird der Bereich, innerhalb dessen der vordere Aufbau bewegt werden kann, vorab eingestellt. Eine Steuereinheit berechnet die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Signale von Winkelsensoren und ebenso einen Sollgeschwindigkeitsvektor des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der Signale von den Steuerhebeleinheiten. Wenn der vordere Aufbau sich innerhalb des eingestellten Bereichs nicht in der Nähe seiner Grenze befindet, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor unverändert beibehalten. Wenn sich der vordere Aufbau innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe seiner Grenze befindet, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor modifiziert, um die Vektorkomponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs zu reduzieren.
Dann werden hydraulische Steuerventile so betätigt, daß der modifizierte Sollgeschwindigkeitsvektor erhalten wird. Dadurch kann die Ausschachtung in einem begrenzten Bereich effizient und gleichmäßig ausgeführt werden.
Bei dem in der WO 95/33100 offenbarten Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs wird unter Berücksichtigung des Umstands, daß sich die Dosierungscharakteristika eines hydraulischen Steuerventils (eines Stromventils) bei dem in der WO 95/30059 offenbarten Steuersystem abhängig von der Last des vorderen Aufbaus verändern, die von dem Abschnitt zur Berechnung des Sollsteuerdrucks verwendete Funktionsbeziehung entsprechend der lastabhängigen Veränderung der Dosiercharakteristika des Steuerventils verändert, und der Sollsteuerdruck wird unter Verwendung der modifizierten Funktionsbeziehung berechnet. So kann unabhängig von einer Laständerung eine hoch genaue Steuerung realisiert werden, bei der sich die Spitze des vorderen Aufbaus nach Maßgabe des Sollgeschwindigkeitsvektors bewegt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Werden Ausschachtungsarbeiten ausgeführt, ist die Härte des auszuschachtenden Bodens im allgemeinen nicht insgesamt gleichmäßig, sondern der Boden enthält oft Bereiche, in dem die Härte teilweise zunimmt. Es existieren beispielsweise Bodenbedingungen, unter denen die Beschaffenheit eines Teils des Bodens härter als die anderer Teile des Bodens ist oder unter denen Steine, Beton, Holzabfälle, etc. im Boden konzentriert sind. Wird der in der vorstehend erwähnten JP, A, 8-333768 vorgeschlagene Stand der Technik bei Ausschachtungsarbeiten unter derartigen Bodenbedingungen angewendet, kann der vordere Aufbau nicht mit der von der zweiten Berech nungseinrichtung berechneten Geschwindigkeit bewegt werden, und die Richtungsänderungssteuerung erfolgt nicht länger in geeigneter Weise.
Es wird beispielsweise von einem Fall ausgegangen, in dem in einem Zustand, in dem der vordere Aufbau vor dem Körper einer Baumaschine ausgestreckt ist, d. h. in einem Zustand, in dem der Ausleger als ein Bauteil unter den vorderen Elementen abgesenkt und der Arm in bezug auf den Ausleger angehoben (ausgefahren) ist, der Arm angezogen wird, um unter der bereichsbegrenzenden Ausschachtungssteuerung Ausschachtungsarbeiten auszuführen. Wenn die Schaufel in einem derartigen Fall einen harten Bodenabschnitt erreicht, wird die Last eines Armantriebsstellglieds erhöht, wodurch das Hydraulikfluid schwerer in das Armantriebsstellglied strömen kann. Daher wird der Arm mit einer geringeren Geschwindigkeit angezogen, als befohlen. Dadurch ist die von der zweiten Berechnungseinrichtung berechnete Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus höher als die tatsächliche Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus, und der Grenzwert wird auf der Grundlage der relativ höheren Geschwindigkeit berechnet, wodurch eine Steuerung ausgeführt wird, durch die der Ausleger angehoben wird. Daher ist der Ausleger relativ zum Vorgang des Anziehens des Arms zu hoch angeordnet, und die Bahn, entlang der sich die Schaufelspitze bewegt, bis sie die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht, tendiert dazu, sich nach oben von der Grenze zu entfernen.
Aus diesem Grund kann die Schaufel bei dem vorstehend beschriebenen Anwendungsbeispiel den harten Bodenabschnitt nicht ausreichend aufgraben, wodurch der harte Bodenabschnitt teilweise unaufgegraben bleibt und ein unerwarteter Vorsprung auf der Ausschachtungsebene erhalten bleibt. Dadurch tritt das Problem auf, daß mehrfach zusätzliche Arbeiten ausgeführt werden müssen, um die Ausschachtung bis zur Grenze des eingestellten Bereichs abzuschließen, und daß die zur Erzeugung der Sollausschachtungsebene erforderliche Arbeitszeit soweit verlängert wird, daß die veranschlagte Frist überschritten wird.
Auch bei dem in der WO 95/30059 vorgeschlagenen Stand der Technik kann die Spitze der Schaufel nicht nach Maßgabe des berechneten Sollgeschwindigkeitsvektors bewegt werden, wenn die Schaufel unter ähnlichen Bodenbedingungen einen harten Bodenabschnitt erreicht, und die Bahn, entlang der sich die Schaufelspitze bewegt, bis sie die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht, tendiert dazu, sich nach oben von der Grenze zu entfernen. Dadurch wird die Richtungsänderungssteuerung nicht mehr auf geeignete Weise ausgeführt.
Bei dem in der WO 95/33100 offenbarten Stand der Technik wird die im Abschnitt zur Berechnung des Sollsteuerdrucks verwendete Funktionsbeziehung entsprechend einer lastabhängigen Veränderung der Dosiercharakteristika des Stromventils verändert, und der Sollsteuerdruck wird unter Verwendung der modifizierten Funktionsbeziehung berechnet. So kann unabhängig von Veränderungen der Last eine hoch genaue Steuerung realisiert werden, so daß die Schaufelspitze nach Maßgabe des berechneten Sollgeschwindigkeitsvektors bewegt wird. Dieser Stand der Technik basiert auf dem Konzept, den tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeitsvektor der Schaufelspitze so einzustellen, daß er bei jeder Last mit dem berechneten Sollgeschwindigkeitsvektor übereinstimmt, wodurch die Genauigkeit der Steuerung verbessert wird. Dieses Verfahren gemäß dem Stand der Technik erfordert jedoch das Sammeln und Registrieren einer großen Menge an Modifikationsdaten zum genauen Modifizieren der im Abschnitt zur Berechnung des Sollsteuerdrucks verwendeten Funktionsbeziehung entsprechend der Veränderungen der Last. Zu diesem Zweck sind viel Zeit und Arbeit erforderlich. Bei der Steuerung der kombinierten Betätigung des Auslegers und des Arms bei der bereichsbegrenzenden Ausschachtungssteuerung werden insbesondere, wenn die Stellung des vorderen Aufbaus bei einer Veränderung der kombinierten Beziehung zwischen dem Arm und dem Ausleger verändert wird, die Lastcharakteristika der zugehörigen Stromventile verändert, und dadurch verändern sich die Modifikationsgrößen ebenfalls entsprechend. Dies bedeutet, daß die Modifikationsdaten unter Berücksichtigung sämtlicher möglicher kombinierter Beziehungen zwischen Arm und Ausleger erstellt werden müssen. Es ist jedoch sehr schwierig, die Modifikationsdaten unter Berücksichtigung dieser sämtlichen kombinierten Beziehungen zu erfassen. Zudem müssen die Daten bei jeder Veränderung des Modells des Produkts und bei jeder Veränderung des Typs von Stromventilen neu erstellt und als Lastkompensationsdaten gespeichert werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine zu schaffen, durch das der Boden bei Ausschachtungsarbeiten unter Verwendung der bereichsbegrenzenden Ausschachtungssteuerung ohne Beeinträchtigung durch die Härte des auszuschachtenden Bodens bis zur Grenze eines eingestellten Bereichs aufgegraben werden kann und bei dem die für die Steuerung erforderliche Software leicht erstellt werden kann.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung ein Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs geschaffen, das in einer Baumaschine installiert ist, die einen vorderen Aufbau mit mehreren Gelenken, der aus mehreren, in bezug aufeinander vertikal drehbar miteinander gekoppelten, vorderen Elementen einschließlich eines ersten und eines zweiten vorderen Elements aufgebaut ist, mehrere hydraulische Stellglieder einschließlich eines ersten und eines zweiten hydraulischen Stellglieds zum Antreiben des ersten und des zweiten vorderen Elements, mehrere Betätigungseinrichtungen einschließlich einer ersten und einer zweiten Betätigungseinrichtung zur Vorgabe einer Betätigung des ersten und des zweiten vorderen Elements und mehrere hydraulische Steuerventile einschließlich eines ersten und eines zweiten hydraulischen Steuerventils umfaßt, die bei einer Betätigung der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung zur Steuerung jeweiliger Strömungsmengen des dem ersten und dem zweiten hydraulischen Stellglied zugeführten Hydraulikfluids angesteuert werden, wobei das Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs eine erste Berechnungseinrichtung zur Berechnung der durch zumindest die erste Betätigungseinrichtung unter den mehreren Betätigungseinrichtungen vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus, eine zweite Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines Grenzwerts, dessen absoluter Wert bei einer Annäherung des vorderen Aufbaus an die Grenze eines eingestellten Bereichs reduziert wird, und eine Signalmodifikationseinrichtung zum derartigen Verändern eines Betätigungssignals von zumindest der zweiten Betätigungseinrichtung unter den mehreren Betätigungseinrichtungen unter Verwendung der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Bewegungsgeschwindigkeit und des von der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Grenzwerts umfaßt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau der Grenze nähert, während eine Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung entlang der Grenze zugelassen wird, wobei das Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs ferner eine erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer auf den vorderen Aufbau einwirkenden Last und eine Grenzwertmodifikationseinrichtung zum Verändern des Grenzwerts nach Maßgabe der Größe der von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Last umfaßt.
Bei der wie vorstehend dargelegt konstruierten, vorliegenden Erfindung berechnet die zweite Berechnungseinrichtung den Grenzwert, dessen absoluter Wert verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau der Grenze des eingestellten Bereichs nähert, und die Signalmodifikationseinrichtung verändert das Betätigungssignal von zumindest der zweiten Betätigungseinrichtung unter den mehreren Betätigungseinrichtungen so, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau der Grenze nähert, wogegen eine Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung entlang der Grenze zugelassen wird. Daher wird die Richtungsänderungssteuerung in bezug auf die Grenze des eingestellten Bereichs ausgeführt, wodurch der vordere Aufbau entlang der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden kann. Dieses Merkmal haben auch die in der JP A, 8-333768, der WO 95/30059 und der WO 95/33100 offenbarten Systeme gemäß dem Stand der Technik.
Ferner erfaßt bei der vorliegenden Erfindung die erste Erfassungseinrichtung bei der Implementierung der vorstehend beschriebenen Richtungsänderungssteuerung die auf den vorderen Aufbau einwirkende Last, und die Grenzwertmodifikationseinrichtung verändert den Grenzwert entsprechend der Größe der von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Last. Diese Änderung des Grenzwerts führt dazu, daß der Grenzwert bei einer großen Last nur wirksam werden kann, wenn die Schaufelspitze näher an die Grenze des eingestellten Bereichs gelangt, als wenn die Last gering ist. Das Phänomen, daß der vordere Aufbau die Tendenz hat, sich aufgrund einer Ausschachtungslast nach oben zu bewegen, wird dadurch unterdrückt. Dadurch kann die Ausschachtung selbst dann bis zur Grenze des eingestellten Bereichs ausgeführt werden, wenn der aufzugrabende Boden hart und die Ausschachtungslast groß sind, ohne daß die Härte des Bodens Auswirkungen hat.
Zudem basiert die vorliegende Erfindung auf dem Konzept, daß es ausreicht, wenn der vordere Aufbau bis zum Erreichen der Grenze so gesteuert wird, daß er unabhängig von dem Geschwindigkeitsvektor (der Bahn) der Schaufelspitze schließlich die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht, ohne von der Grenze abzuweichen, entlang der die Ausschachtung erfolgen soll, wenn unter der vorstehend beschriebenen bereichsbegrenzenden Steuerung Boden, beispielsweise harter Boden, aufgegraben wird, der eine große Last darstellt. Der Grenzwert wird zu diesem Zweck abhängig von der Last verändert. Daher muß die Modifikation des Grenzwerts nicht streng präzise sein, und die Software im Vergleich zum Fall einer lastabhängigen Veränderung der Dosiereigenschaften leicht erstellt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Steuersystem verändert die Einrichtung zum Verändern des Grenzwerts vorzugsweise den Grenzwert so, daß er an einer Position effektiv wird, die näher an der Grenze des eingestellten Bereichs liegt, wenn die von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßte und auf den vorderen Aufbau einwirkende Last zunimmt.
Ebenso ist die von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßte und auf den vorderen Aufbau einwirkende Last der Lastdruck des ersten hydraulischen Stellglieds.
Die von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßte und auf den vorderen Aufbau einwirkende Last kann der Lastdruck des zweiten hydraulischen Stellglieds sein.
Vorzugsweise ist der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung veränderte Grenzwert ein Grenzwert für die Geschwindigkeit in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs, und die Signalmodifikationseinrichtung verändert ein Betätigungssignal von der zweiten Betätigungseinrichtung so, daß die Komponente der Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs den Grenzwert nicht überschreitet.
Ferner kann die von der ersten Berechnungseinrichtung berechnete Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus eine Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus sein, der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung veränderte Grenzwert kann ein Koeffizient zur Veränderung einer Komponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs sein, und die Signalmodifikationseinrichtung kann die Betätigungssignale von der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung so verändern, daß eine Geschwindigkeitskomponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus nach Maßgabe des Koeffizienten verändert wird.
Alternativ kann die von der ersten Berechnungseinrichtung berechnete Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus eine Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus sein, der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung veränderte Grenzwert kann ein Grenzwert für eine Komponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs sein, und die Signalmodifikationseinrichtung kann die Betätigungssignale von der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung so verändern, daß ei ne Geschwindigkeitskomponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus so verändert wird, daß sie den Grenzwert nicht überschreitet.
Anstelle der Grenzwertmodifikationseinrichtung kann eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtung zur Begrenzung der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus nach Maßgabe der von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Größe der Last vorgesehen sein.
Überdies umfassen die mehreren vorderen Elemente vorzugsweise einen Ausleger und einen Arm eines hydraulischen Baggers, wobei das erste vordere Element der Arm und das zweite vordere Element der Ausleger ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für die Baumaschine zeigt;
2 zeigt das Erscheinungsbild des hydraulischen Baggers, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird;
3 ist ein funktionales Blockdiagramm, das die Steuerfunktionen einer Steuereinheit zeigt;
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Methode zum Einstellen eines Ausschachtungsbereichs bei der bereichsbegrenzenden Ausschachtungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Beziehung zwischen dem Grenzwert für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze und dem Abstand zwischen der Schaufelspitze und der Grenze des einge stellten Bereichs zeigt, wobei die Beziehung zur Bestimmung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze verwendet wird;
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein Beispiel des von einem Abschnitt zur Modifikation des Grenzwerts ausgeführten Berechnungsprozesses zeigt;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lastdruck und einem Modifikationskoeffizienten zur Verwendung in dem Blockdiagramm gemäß 6 zeigt;
8 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel des von einem Abschnitt zur Modifikation des Grenzwerts ausgeführten Berechnungsprozesses zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand und einem Grundwert des Grenzwerts zur Verwendung in dem Blockdiagramm gemäß 8 zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lastdruck und einem Modifikationskoeffizienten zur Verwendung in dem Blockdiagramm gemäß 8 zeigt;
11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein weiteres Beispiel des von einem Abschnitt zur Modifikation des Grenzwerts ausgeführten Berechnungsprozesses zeigt;
12 ist eine Darstellung, die Unterschiede des Vorgangs zur Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze durch den Ausleger zeigt, wenn sich die Schaufelspitze innerhalb des eingestellten Bereichs befindet, wenn sie sich auf der Grenze des eingestellten Bereichs befindet und wenn sie sich außerhalb des eingestellten Bereichs befindet;
13 ist eine Darstellung, die ein Beispiel der Bahn zeigt, entlang der die Schaufelspitze durch den Modifikationsvorgang bewegt wird, wenn sie sich innerhalb des eingestellten Bereichs befindet;
14 ist eine Darstellung, die ein Beispiel der Bahn zeigt, entlang der die Schaufelspitze durch den Modifikationsvorgang bewegt wird, wenn sie sich außerhalb des eingestellten Bereichs befindet;
15 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiels der Beziehung zwischen dem Grenzwert für die Geschwindigkeit des Schaufelendes und dem Abstand zwischen dem Schaufelende und der Grenze des eingestellten Bereichs zeigt, wobei die Beziehung zur Bestimmung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit des Schaufelendes verwendet wird;
16 ist ein Diagramm, das ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für die Baumaschine zeigt;
17 ist ein Diagramm, das die Steuerfunktionen einer Steuereinheit zeigt;
18 ist ein Diagramm, das ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem hydraulischen Antriebssystem für die Baumaschine zeigt;
19 ist ein Diagramm, das die Steuerfunktionen einer Steuereinheit zeigt;
20 ist ein Ablaufdiagramm, das das eine Verarbeitungssequenz eines Abschnitts zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt;
21 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand Ya zwischen der Schaufelspitze und der Grenze des eingestell ten Bereichs und einem Koeffizienten h zur Verwendung durch den Abschnitt zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt;
22 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Bahn zeigt, entlang der das Schaufelende unter der Richtungsänderungssteuerung gemäß der Berechnung bewegt wird;
23 ist ein Diagramm, das eine Methode zum Modifizieren des Koeffizienten h in Abhängigkeit vom Lastdruck eines Armzylindes zeigt;
24 ist ein Ablaufdiagramm, das eine weitere Verarbeitungssequenz des Abschnitts zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt;
25 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Abstand Ya und Vcyf = Funktion f(Ya) zur Verwendung durch den Abschnitt zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt;
26 ist ein Diagramm, das eine Methode zur Modifikation einer Koordinatenkomponente Ya in Abhängigkeit vom Lastdruck des Armzylinders zeigt;
27 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz eines Rückholsteuerabschnitts zeigt;
28 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Bahn zeigt, entlang der die Schaufelspitze nach Maßgabe der Berechnung bei der Rückholsteuerung bewegt wird;
29 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zur Modifikation eines Koeffizienten K zur Verwendung bei der Rückholsteuerung in Abhängigkeit vom Lastdruck des Armzylinders zeigt;
30 ist ein Diagramm, das die Steuerfunktionen einer Steuereinheit eines Steuersystems zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitungssequenz eines Abschnitts zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufel zeigt;
32 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Lastdruck des Armzylinders und dem Modifikationskoeffizienten für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze zeigt; und
33 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Auswirkungen einer Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze.
BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen beschrieben, bei denen die vorliegende Erfindung auf einen hydraulischen Bagger angewendet wird.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Gemäß 1 umfaßt ein hydraulischer Bagger, für den die vorliegende Erfindung angewendet wird, eine Hydraulikpumpe 2, mehrere durch Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe 2 angetriebene hydraulische Stellglieder einschließlich eines Auslegerzylinders 3a, eines Armzylinders 3b, eines Schaufelzylinders 3c, eines Schwenkmotors 3d und eines linken und eines rechten Verfahrmotors 3e, 3f, mehrere Steuerhebeleinheiten 14a–14f, die jeweils den hydraulischen Stellgliedern 3a–3f zugeordnet sind, mehrere Stromventile 15a–15f zum Steuern der jeweiligen Strömungsmengen des den hydraulischen Stellgliedern 3a–3f zugeführten Hydraulikfluids, die jeweils zwischen der Hydraulikpumpe und den mehreren hydraulischen Stellgliedern 3a–3f angeschlossen sind und entsprechend jeweiligen Betätigungssignalen von den Steuerhebeln 14a–14f gesteu ert werden, und ein Entlastungsventil 6, das geöffnet wird, wenn der Druck zwischen der Hydraulikpumpe 2 und den Stromventilen 15a–15f einen vorab eingestellten Wert übersteigt. Die vorstehend aufgezählten Komponenten bilden ein hydraulisches Antriebssystem zum Antreiben der angetriebenen Elemente des hydraulischen Baggers.
In einer unteren Leitung, die sich vom Armzylinder 3b erstreckt, ist ein Drucksensor 41a angeordnet. Der Drucksensor 41a erfaßt die bei der Ausschachtung auf den Armzylinder 3b einwirkende Last in Form eines Drucks.
Wie in 2 gezeigt, besteht der hydraulische Bagger aus einem vorderen Aufbau 1A mit mehreren Gelenken, der einen Ausleger 1a, einen Arm 1b und eine Schaufel 1c umfaßt, die in bezug aufeinander vertikal drehbar miteinander gekoppelt sind, und einem Körper 1b mit einer oberen Schwenkstruktur 1d und einer unteren Verfahrstruktur 1e. Das Basisende des Auslegers 1a des vorderen Aufbaus 1A wird vom vorderen Abschnitt der oberen Struktur 1d gehalten. Der Ausleger 1a, der Arm 1b, die Schaufel 1c, die obere Schwenkstruktur 1d und die untere Verfahrstruktur 1e bilden angetriebene Elemente, die jeweils von dem Auslegerzylinder 3a, dem Armzylinder 3b, dem Schaufelzylinder 3c, dem Schwenkmotor 3d und dem linken und dem rechten Verfahrmotor 3e, 3f angetrieben werden. Diese angetriebenen Elemente werden entsprechend Anweisungen von den Steuerhebeleinheiten 14a–14f betätigt.
Die Steuerhebeleinheiten 14a–14f sind jeweils elektrische Hebel, die ein elektrisches Signal (eine Spannung) als Betätigungssignal ausgeben. Die Stromventile 15a–15f weisen an ihren beiden Enden elektromagnetische Antriebsabschnitte 30a, 30b–35a, 35b mit elektrohydraulischen Umwandlungseinrichtungen, beispielsweise elektromagnetischen Proportionalventilen, auf. Die Steuerhebeleinheiten 14a–14f führen den elektromagnetischen Antriebsabschnitten 30a, 30b–35a, 35b der zugeordneten Stromventile 15a–15f abhängig von den Beträgen und Richtungen der vom Bediener eingegebenen Eingaben als elektrische Signale dienende Spannungen zu.
Ferner sind die Stromventile 15a–15f Stromventile mit mittlerem Bypass, deren mittlere Umgehungsleitungen durch eine zentrale Bypassleitung 242 in Reihe verbunden sind. Die zentrale Bypassleitung 242 ist an ihrem stromaufseitigen Ende über eine Zufuhrleitung 243 mit der Hydraulikpumpe 2 und an ihrem stromabseitigen Ende mit einem Reservoir verbunden.
Das Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs gemäß dieser Ausführungsform ist in dem hydraulischen Bagger mit dem vorstehend erläuterten Aufbau installiert. Das Steuersystem umfaßt eine Einstelleinheit 7 zum Liefern einer Anweisung zum vorherigen Einstellen eines Ausschachtungsbereichs, innerhalb dessen ein vorgegebener Teil der vorderen Vorrichtung, beispielsweise die Spitze der Schaufel 1c, abhängig von der geplanten Arbeit bewegt werden kann, jeweils an den Schwenkpunkten des Auslegers, des Arms 1b und der Schaufel 1c angeordnete Winkelsensoren 8a, 8b, 8c zum Erfassen ihrer jeweiligen Drehwinkel als die Position und Stellung des vorderen Aufbaus 1A betreffende Statusvariablen, einen Neigungswinkelsensor 8d zur Erfassung des Neigungswinkels des Körpers 1B nach vorne oder hinten und eine Steuereinheit 9, die Betätigungssignale von den Steuerhebeleinheiten 14a–14f, ein Einstellsignal von der Einstelleinheit 7 und Erfassungssignale von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c, dem Neigungswinkelsensor 8d und dem Drucksensor 41a empfängt, den Ausschachtungsbereich einstellt, innerhalb dessen die Spitze der Schaufel 1c bewegt werden kann, und die Betätigungssignale so modifiziert, daß eine Steuerung für ei ne Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs ausgeführt wird.
Die Einstelleinheit 7 umfaßt eine auf einer Steuerkonsole oder einem Griff angeordnete Betätigungseinrichtung, wie einen Schalter, zum Ausgeben eines Einstellsignals zur Vorgabe der Einstellung des Ausschachtungsbereichs an die Steuereinheit 9. Weitere geeignete Hilfsmittel, wie eine Anzeige, können ebenfalls auf der Steuerkonsole vorgesehen sein.
Die Steuerfunktionen der Steuereinheit 9 sind in 3 gezeigt. Die Steuereinheit 9 hat Funktionen, die von einem Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus, einem Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung, einem Abschnitt 9c zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel, einem Abschnitt 91 zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation des Grenzwerts, einem Abschnitt 9d zur Berechnung der Geschwindigkeit des Armzylinders, einem Abschnitt 9e zur Berechnung der armabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel, einem Abschnitt 9f zur Berechnung eines Grenzwerts für die auslegerabhängige Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel, einem Abschnitt 9g zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders, einem Abschnitt 9h zur Berechnung eines Grenzwerts für den Befehl für den Ausleger, einem Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger, einem Abschnitt 9i zur Berechnung des auslegerabhängigen Befehls für die Ventile und einem Abschnitt 9k zur Berechnung des armabhängigen Befehls für die Ventile ausgeführt werden.
Der Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus berechnet auf der Grundlage der von den Winkelsensoren 8a –8c erfaßten Drehwinkel des Auslegers, des Arms und der Schaufel und des vom Neigungswinkelsensor 8d erfaßten Neigungswinkels des Körpers nach vorne oder hinten die Position und die Stellung des vorderen Aufbaus 1A.
Der Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung führt entsprechend den Anweisungen von der Einstelleinheit 7 eine Berechnung zur Einstellung des Ausschachtungsbereichs aus, innerhalb dessen die Spitze der Schaufel 1c bewegt werden kann. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Einstellen des Ausschachtungsbereichs wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Gemäß 4 empfängt der Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung als Reaktion auf eine Anweisung von der Einstelleinheit 7 die von dem Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus berechnete Position der Spitze der Schaufel 1c zu dem betreffenden Zeitpunkt, nachdem der Bediener den vorderen Aufbau betätigt hat, um die Spitze der Schaufel 1c auf die Position eines Punkts P zu bewegen, und stellt dann auf der Grundalge des ebenfalls von der Einstelleinheit 7 vorgegebenen Neigungswinkels ζ die Grenze L des begrenzten Ausschachtungsbereich ein.
Genauer sind in einem Speicher der Steuereinheit 9 die verschiedenen Abmessungen der Bauteile des vorderen Aufbaus 1A und des Körpers 1B gespeichert. Zum Einstellen des begrenzten Ausschachtungsbereichs durch den Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung berechnet der Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus auf der Grundlage der gespeicherten Daten, der von den Winkelsensoren 8a, 8b, 8c erfaßten Drehwinkel und des von dem Neigungswinkelsensor 8d erfaßten Neigungswinkels des Körpers 1B die Position des Punkts P. Zu diesem Zeitpunkt wird die Position des Punkts P als Koordinatenwerte auf einem XY-Koordinatensystem erfaßt, als dessen Ursprung beispielsweise der Schwenkpunkt des Auslegers 1a definiert ist. Das XY-Koordinatensystem ist ein am Körper 1B festgelegtes rechtwinkliges Koordinatensystem, und es wird davon ausgegangen, daß es in der vertikalen Ebene vorliegt.
Dann bestimmt der Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung auf der Grundalge der berechneten Position des Punkts P und des von der Einstelleinheit 7 vorgegebenen Neigungswinkels ζ eine Formel, die eine gerade Linie ausdrückt und der Grenze L des begrenzten Ausschachtungsbereichs entspricht. Der Berechnungsabschnitt 9b stellt ferner ein rechtwinkliges Koordinatensystem ein, dessen Ursprung auf der vorstehend erwähnten geraden Linie liegt und dessen eine Achse durch die vorstehend erwähnte gerade Linie gebildet wird, beispielsweise ein XaYa-Koordinatensystem, dessen Ursprung der Punkt P ist, und bestimmt dann die Umwandlungsdaten aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem.
Der Abschnitt 9c zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel berechnet auf der Grundlage des Abstands D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel einen Grenzwert a der zur Grenze L vertikalen Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze. Diese Berechnung erfolgt, wie in 5 gezeigt, durch vorheriges Speichern der Beziehung im Speicher der Steuereinheit 9 und Herauslesen der gespeicherten Beziehung.
In 5 repräsentiert die horizontale Achse den Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel, und die vertikale Achse repräsentiert den Grenzwert a der zur Grenze L vertikalen Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel. Wie in dem XaYa-Koordinatensystem, sind der durch die horizontale Achse repräsentierte Abstand D und der durch die vertikale Achse repräsen tierte Grenzwert a in der Richtung von außerhalb des eingestellten Bereichs zum Inneren des eingestellten Bereichs jeweils als positiv (+) definiert. Die Beziehung zwischen dem Abstand D und dem Grenzwert a ist so eingestellt, daß durch den Grenzwert a der zur Grenze L vertikalen Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel eine zum Abstand D proportionale Geschwindigkeit in der negativen (–) Richtung gegeben ist, wenn sich die Spitze der Schaufel innerhalb des eingestellten Bereichs befindet, und daß als Grenzwert a der zur Grenze L vertikalen Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel eine zum Abstand D proportionale Geschwindigkeit in der positiven (+) Richtung gegeben ist, wenn sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs befindet. Dementsprechend wird die Spitze der Schaufel innerhalb des eingestellten Bereichs nur verlangsamt, wenn die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel den Grenzwert in der negativen Richtung übersteigt und wenn die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs in der positiven (+) Richtung beschleunigt wird.
Der Abschnitt 91 zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation des Grenzwerts empfängt den Lastdruck Pba des Armzylinders 3b von dem Drucksensor 41a und modifiziert die Beziehung zwischen dem Grenzwert a für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und dem Abstand D zwischen der Grenze und der Spitze der Schaufel so, daß sie bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba einen steileren Gradienten aufweist, wie in 5 durch einen Wechsel von einer durchgehenden Linie zu einer gestrichelten Linie dargestellt. Hierbei ist der Grund dafür, daß der Abschnitt 91 zur Modifikation des Grenzwerts den unterseitigen Druck Pba des Armzylinders 3b als Lastdruck aufnimmt, daß Ausschachtungsarbeiten ausgeführt werden, indem der Arm zum Körper gezogen wird, d. h. indem das Hydraulikfluid so zugeführt wird, daß es gegen die Ausschachtungslast zur Unterseite des Armzylinders 3b strömt. Ebenso ist der Grund dafür, daß die Beziehung zwischen dem Grenzwert a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und dem Abstand D zwischen der Grenze und der Spitze der Schaufel so verändert wird, daß sie bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba einen steileren Gradienten aufweist, daß der Grenzwert bei einer größeren Ausschachtungslast an einem näher an der Grenze gelegenen Punkt eine effektive Modifikation erzeugt, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze nähert.
Der Abschnitt 9c zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmt den Grenzwert a auf der Grundlage der, wie in 5 gezeigt, abhängig vom Lastdruck veränderten Beziehung zwischen dem Grenzwert a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und dem Abstand D zwischen der Grenze und der Spitze der Schaufel.
Praktische Beispiele für Verfahren zur Modifikation des Grenzwerts a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel in Abhängigkeit von einer Veränderung des Lastdrucks Pba durch den Abschnitt 91 zur Modifikation des Grenzwerts sind nachstehend beschrieben.
(1) Verfahren zur vorherigen Bestimmung des Kompensationskoeffizienten (Ka) der Formel für die Beziehung zwischen D und a gemäß 5 als Funktionsformel des Lastdrucks Pba
6 zeigt ein Blockdiagramm des Berechnungsprozesses, und 7 zeigt graphisch eine in 6 in einem Block 200 verwendete Funktion (Ka = fka(Pba)).
Im Block 200 gemäß 6 wird unter Verwendung der in 7 gezeigten Beziehungsformel Ka = fka(Pba) ein Koeffizient Ka der in
5 gezeigten Formel für die Beziehung zwischen D und a bestimmt, der in einem Block 210 verwendet wird.
In einem Block 210 wird unter Verwendung des im Block 200 bestimmten Koeffizienten anhand der Beziehungsformel a = Ka·D der Grenzwert a bestimmt.
Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß ist der Koeffizient Ka so eingestellt, das er bei einem Anstieg des Lastdrucks Pba zunimmt, damit die in 5 gezeigte Beziehung zwischen D und a bei einem größeren Lastdruck Pba einen steileren Gradienten aufweist. Ebenso wird die in 7 gezeigte Funktion so ausgewählt, daß der Koeffizient Ka ursprünglich bei Pba = 0 den Wert Ka = Ka0 und bei einem Anstieg des Lastdrucks Pba einen größeren Wert als Ka0 aufweist. Die Beziehung zwischen Pba und Ka ist jedoch nicht auf die dargestellte beschränkt, sondern kann so ausgewählt werden, daß Ka = Ka0 gilt, wenn der Lastdruck Pba einen vorgegebenen Wert aufweist, und daß Ka < Ka0 gilt, wenn der Lastdruck geringer allein vorgegebener Wert ist. Ferner kann die Beziehung zwischen Pba und Ka durch eine Formel ausgedrückt werden, die statt einer geraden Linie eine gekrümmte Linie repräsentiert. Anders ausgedrückt kann die Beziehung zwischen Pba und Ka beliebig ausgewählt werden, solange der gewünschte Steuerungszweck erzielt werden kann, wobei sichergestellt sein muß, daß Ka bei einem Anstieg des Lastdrucks Pba zunimmt (die Beziehung zwischen D und a einen steileren Gradienten aufweist).
Obwohl die Beziehung zwischen Pba und Ka hier in Form einer Formel gegeben ist, können die Beziehung zwischen Pba und Ka auch in Form einer Tabelle im Speicher der Steuereinheit 9 gespeichert sein und ein dem Wert des Lastdrucks Pba entsprechender Tabellenwert gelesen werden.
(2) Verfahren zur Bestimmung des Grenzwerts a anhand der durch eine durchgehende Linie dargestellten Formel für die Beziehung zwischen D und a und zur Modifikation des Grenzwerts a in Abhängigkeit vom Lastdruck Pba
8 zeigt ein Blockdiagramm des Berechnungsprozesses, 9 zeigt graphisch eine gemäß 8 in einem Block 310 verwendete Funktion (a1 = Ka·D (die die in 5 durch eine durchgehende Linie dargestellte Beziehung repräsentiert)), und 10 zeigt graphisch eine gemäß 8 in einem Block 300 verwendete Funktion (Ka1 = fka1(Pba)).
Im Block 310 wird anhand der in 9 gezeigten Beziehung ein Grundwert a1 für den Grenzwert a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmt. Im Block 300 wird ein vom Lastdruck Pba des Armzylinders abhängiger Modifikationskoeffizient Ka1 für den Grundwert a1 bestimmt. Im Block 320 wird durch Multiplizieren des im Block 310 bestimmten Grundwerts a1 mit dem im Block 300 bestimmten Modifikationskoeffizienten Ka1 der Grenzwert a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmt. In dem vorstehend beschriebenen Prozeß wird die Beziehung zwischen Pba und Ka1 so eingestellt, daß die Beziehung zwischen D und a bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba einen steileren Gradienten aufweist, wie in 5 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Wird davon ausgegangen, daß bei Pba = 0 der Grundwert a1 des Grenzwerts a gegeben ist, gilt daher bei Pba = 0 Ka1 = 1, und der Modifikationskoeffizient Ka1 wird bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba erhöht, wie in 10 gezeigt.
Die Beziehung zwischen Pba und Ka1 ist nicht auf die dargestellte beschränkt, sondern kann so gewählt werden, daß Ka1 = 1 gilt, wenn der Lastdruck Pba einen vorgegebenen Wert aufweist, und daß Ka 1 < 1 gilt, wenn der Lastdruck Pba kleiner als der vorgegebene Wert ist. Ferner kann die Beziehung zwischen Pba und Ka1 durch eine Formel ausgedrückt werden, die statt einer geraden Linie eine gekrümmte Linie repräsentiert. Anders ausgedrückt kann die Beziehung zwischen Pba und Ka1 beliebig gewählt werden, so lange der beabsichtigte Steuerungszweck realisiert werden kann, wobei sichergestellt sein muß, daß Ka1 bei einem Anstieg des Lastdrucks Pba zunimmt (die Beziehung zwischen D und a einen steileren Gradienten aufweist).
Obwohl die Beziehung zwischen Pba und Ka1 hier durch eine Formel gegeben ist, können die Beziehung zwischen Pba und Ka1 auch in Form einer Tabelle im Speicher der Steuereinheit 9 gespeichert sein und ein dem Wert des Lastdrucks Pba entsprechender Tabellenwert herausgelesen werden.
(3) Verfahren zum Speichern der in 5 durch eine durchgehende Linie dargestellte Beziehung zwischen D und a in Form einer Tabelle im Speicher, zum Abrufen eines dem Wert von D entsprechenden Wert aus dem Speicher und zum anschließenden Modifizieren des Lastdrucks Pba
11 zeigt ein Blockdiagramm des Berechnungsprozesses.
In einem Block 410 gemäß 11 wird anhand einer ähnlichen Beziehungsformel, wie der, die die durchgehende Linie in 5 repräsentiert, ein Grundwert a2 für den Grenzwert a der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmt. Hier wird eine Beziehung zwischen D und a2, die der in 5 durch die durchgehende Linie dargestellte ähnelt, in Form einer Tabelle im Speicher gespeichert. Dann wird abhängig vom Wert des Abstands D zu diesem Zeitpunkt der Grundwert a2 aus der Tabelle gelesen.
In einem Block 400 wird ein vom Lastdruck Pba des Armzylinders abhängiger Modifikationskoeffizient Ka2 für den Grundwert a2 bestimmt. In einem Block 420 wird durch Multiplizieren des im Block 410 bestimmten Grundwerts a2 mit dem im Block 400 bestimmten Modifikationskoeffizienten Ka2 der Grenzwert a für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmt. Bei dem vorstehend beschriebenen Prozeß wird die Beziehung zwischen Pba und Ka2 so eingestellt, daß die Beziehung zwischen D und a bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba einen steileren Gradienten aufweist, wie in 5 durch die gestrichelte Linie dargestellt. Wenn davon ausgegangen wird, daß bei Pba = 0 der Grundwert a2 des Grenzwerts a gegeben ist, gilt daher bei Pba = 0 Ka2 = 1, und der Modifikationskoeffizient Ka2 wird bei einer Zunahme des Lastdrucks Pba erhöht, wie bei der in 10 gezeigten Bestimmung von Ka1.
Der Abschnitt 9d zur Berechnung der Geschwindigkeit des Armzylinders schätzt auf der Grundlage des von der Steuerhebeleinheit 14b an das Stromventil 15b angelegten Befehlswerts und der Strömungsmengencharakteristika des dem Arm zugeordneten Stromventils 5b die Geschwindigkeit des Armzylinders.
Der Abschnitt 9e zur Berechnung der armabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel berechnet auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Armzylinders und der vom Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus bestimmten Position und Stellung des vorderen Aufbaus die armabhängige Geschwindigkeit b der Spitze der Schaufel.
Der Abschnitt 9f zur Berechnung des auslegerabhängigen Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel wandelt die vom Berechnungsabschnitt 9e bestimmte, armabhängige Geschwindigkeit b der Spitze der Schaufel unter Verwendung der vom Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung bestimmten Umwandlungsdaten aus dem XY-Koordinatensystem in das XaYa-Koordinatensystem um und berechnet dann die zur Grenze L parallelen und vertikalen Komponenten (bx, by) der armabhängigen Geschwindigkeit des Schaufelendes sowie auf der Grundlage des vom Berechnungsabschnitt 9c bestimmten Grenzwerts a der zur Grenze L vertikalen Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und der zur Grenze L vertikalen Komponente by der armabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel den Grenzwert c für die zur Grenze L vertikale Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel. Dieser Prozeß wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Gemäß 12 liefert die Differenz (a – by) zwischen dem vom Abschnitt 9c zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmten Grenzwert a für die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel und der vom Abschnitt 9e zur Berechnung der armabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel bestimmten, zur Grenze L vertikalen Komponente by der armabhängigen Geschwindigkeit b der Spitze der Schaufel den Grenzwert c für die zur Grenze L vertikale Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel. Dann berechnet der Abschnitt 9f zur Berechnung des auslegerabhängigen Grenzwerts für die Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel anhand der Formel c = a – by den Grenzwert c.
Die Bedeutung des Grenzwerts c wird nun für den Fall, daß sich die Spitze der Schaufel innerhalb des eingestellten Bereichs befindet, den Fall, daß sich die Schaufelspitze auf der Grenze des eingestellten Bereichs befindet, und den Fall, daß sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs befindet, gesondert beschrieben.
Befindet sich die Spitze der Schaufel innerhalb des eingestellten Bereichs, wird die Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf den zum Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a für die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze begrenzt, wodurch die zur Grenze L vertikale Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf c (= a – by) begrenzt wird. Wenn die zur Grenze L vertikale Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit b der Schaufelspitze c übersteigt, wird der Ausleger nämlich auf c verlangsamt.
Befindet sich die Spitze der Schaufel auf der Grenze L des eingestellten Bereichs, wird der Grenzwert a für die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf null (0) eingestellt, und die aus dem eingestellten Bereich hinaus gerichtete Komponente by der armabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze wird durch ein Anheben des Auslegers ausgeglichen, um die Geschwindigkeit c für die Modifikation zu liefern, so daß die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze ebenfalls null (0) wird.
Befindet sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs, wird die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf die zum Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel proportionale, aufwärts gerichtete Geschwindigkeit a begrenzt. Daher wird der Ausleger angehoben, um die Geschwindigkeit c für die Modifikation zu liefern, so daß die Spitze der Schaufel stets in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird.
Der Abschnitt 9g zur Berechnung des Grenzwerts für die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders berechnet durch eine Koordinatenumwandlung unter Verwendung der vorstehend erwähnten Umwandlungsdaten auf der Grundlage des Grenzwerts c für die zur Grenze L vertikale Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze und der Position und Stellung des vorderen Aufbaus den Grenzwert für die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders.
Der Abschnitt 9h zur Berechnung eines Grenzwerts für den Befehl für den Ausleger bestimmt auf der Grundlage der Strömungsmengencharakteristika des dem Ausleger zugeordneten Stromventils 15a einen dem vom Berechnungsabschnitt 9g bestimmten Grenzwert für die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders entsprechenden Grenzwert für den Befehl für den Ausleger.
Der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger vergleicht den vom Berechnungsabschnitt 9h bestimmten Grenzwert für den Befehl für den Ausleger mit dem Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a und gibt dann den höheren von beiden aus. Wie bei dem XaYa-Koordinatensystem ist hier der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a so definiert, daß er positiv (+) ist, wenn er die Richtung von außerhalb des eingestellten Bereichs zum Inneren des eingestellten Bereichs (d. h. die Richtung des Anhebens des Auslegers) repräsentiert. Die Funktion des Berechnungsabschnitts 9j, den höheren unter dem Grenzwert für den Befehl für den Ausleger und dem Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a auszugeben, wird wie folgt ausgeführt. Befindet sich die Spitze der Schaufel innerhalb des eingestellten Bereichs, ist der Grenzwert c negativ (–), und daher gibt der Berechnungsabschnitt 9j den Befehlswert vom Steuerhebel aus, wenn er positiv (+) ist, und denjenigen der beiden Werte, der den kleineren absoluten Wert hat, wenn der Befehlswert vom Steuerhebel negativ (–) ist. Befindet sich die Spitze der Schaufel außerhalb der Grenze des eingestellten Bereichs, ist der Grenzwert c positiv (+), und daher gibt der Berechnungsabschnitt 9j den Grenzwert c aus, wenn der Befehlswert vom Steuerhebel negativ (–) ist, und denjenigen der beiden Werte, der den größeren absoluten Wert hat, wenn der Befehlswert vom Steuerhebel positiv (+) ist.
Der Abschnitt 9i zur Berechnung des auslegerabhängigen Befehls für die Ventile gibt eine dem Befehlswert entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 30a des Stromventils 15a für ein Anheben des Auslegers aus, wenn der vom Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger ausgegebene Befehlswert positiv ist, und eine Nullspannung (eine Spannung von 0) wird an seinen Antriebsabschnitt 30b zum Absenken des Auslegers angelegt. Ist der Befehlswert negativ, werden die umgekehrten Spannungen ausgegeben.
Der Abschnitt 9k zur Berechnung des armabhängigen Befehls für die Ventile empfängt den Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14b. Repräsentiert der Befehlswert einen Befehlswert für ein Anziehen des Arms, wird eine dem Befehlswert entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 31a des Stromventils 15b für ein Anziehen des Arms ausgegeben, und an seinen Antriebsabschnitt 31 für ein Ausfahren des Arms wird eine Nullspannung (eine Spannung von 0) angelegt. Repräsentiert der Befehlswert einen Befehlswert für ein Ausstrechen des Arms, werden die umgekehrten Spannungen ausgegeben.
Die Funktionsweise der Ausführungsform mit dem vorstehend erläuterten Aufbau wird nachstehend beschrieben. Die Beschreibung erfolgt anhand verschiedener Beispiele von Arbeiten, nämlich eines Falls, in dem der Steuerhebel der Steuerhebeleinheit 14a für den Ausleger in der Richtung für ein Absenken des Auslegers betätigt wird, um den Ausleger mit der Absicht, die Spitze der Schaufel zu positionieren, nach unten zu bewegen (d. h. des Vorgangs des Absenkens des Auslegers), und eines Falls, in dem der Steuerhebel der Steuerhebeleinheit 14b für den Arm in der Richtung für ein Anziehen des Arms betätigt wird, um den Arm in der Absicht, den Boden zum Körper aufzugraben, anzuziehen (d. h. des Vorgangs des Anziehen des Arms).
Wird der Steuerhebel der Steuerhebeleinheit 14a für den Ausleger mit der Absicht, die Spitze der Schaufel zu positionieren, in der Richtung für ein Absenken des Auslegers betätigt, wird der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a in den Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts eingegeben. Gleichzeitig berechnet der Berechnungsabschnitt 9c auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung einen zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a (< 0) für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze, der Berechnungsabschnitt 9f berechnet einen Grenzwert c = a – by = a (< 0) für die auslegerabhängige Geschwindigkeit der Schaufelspitze, und der Abschnitt 9h zur Berechnung eines Grenzwerts für den Befehl für den Ausleger berechnet einen negativen Grenzwert für den Befehl für den Ausleger, der dem Grenzwert c entspricht. Wenn die Schaufelspitze hierbei weit von der Grenze L des eingestellten Bereichs entfernt ist, ist der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a größer als der vom Berechnungsabschnitt 9h bestimmte Grenzwert für den Befehl für den Ausleger, und daher wählt der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger den Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a aus. Da der ausgewählte Befehlswert negativ ist, gibt der Abschnitt 9i zur Berechnung der Be fehle für die Ventile eine entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 30b des Stromventils 15a für ein Absenken des Auslegers und eine Nullspannung (eine Spannung von 0) an den Antriebsabschnitt 30a für ein Anheben des Auslegers an, wodurch der Ausleger entsprechend dem Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a allmählich nach unten bewegt wird.
Wenn der Ausleger allmählich nach unten bewegt wird und die Spitze der Schaufel sich der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, wie vorstehend erwähnt, wird der vom Berechnungsabschnitt 9f berechnete Grenzwert c = a (< 0) der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze erhöht (der absolute Wert |a| oder |c| wird verringert). Wird der entsprechende, vom Berechnungsabschnitt 9h berechnete Grenzwert für den Befehl für den Ausleger größer als der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14a, wählt der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts als Befehl für den Ausleger den Grenzwert für den Befehl für den Ausleger aus, und der Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile begrenzt entsprechend dem Grenzwert c allmählich die an den Antriebsabschnitt 30b des Stromventils 15a für ein Absenken des Auslegers ausgegebene Spannung. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger abgesenkt wird, allmählich begrenzt, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, und der Ausleger wird angehalten, wenn die Spitze der Schaufel die Grenze L des eingestellten Bereichs erreicht. Dadurch kann die Spitze der Schaufel leicht und gleichmäßig positioniert werden.
Nachdem der vorstehend beschriebene Modifikationsprozeß als Geschwindigkeitssteuerung ausgeführt wird, kann die Spitze der Schaufel aufgrund einer Verzögerung des Ansprechverhaltens der Steuerung, wie einer in der hydraulischen Schaltung verursachten Verzögerung, und die Trägheitskraft des vorderen Aufbaus 1A über die Grenze L des eingestellten Bereichs hinaus bewegt werden, wenn die Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus 1A extrem schnell ist oder die Steuerhebeleinheit 14a abrupt betätigt wird. Tritt dieser Fall ein, wird von dem Berechnungsabschnitt 9c als zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionaler Grenzwert a (= c) für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung ein positiver Wert berechnet, und der Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt eine dem Grenzwert c entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 30a des Stromventils 15a für ein Anheben des Auslegers aus. Der Ausleger wird daher für eine Rückführung zum eingestellten Bereich mit einer zum Abstand D proportionalen Geschwindigkeit angehoben und dann angehalten, wenn die Spitze der Schaufel zur Grenze L des eingestellten Bereichs zurückgeführt wurde. Dadurch kann die Spitze der Schaufel leichter positioniert werden.
Ferner wird bei einer Betätigung des Steuerhebels der Steuerhebeleinheit 14b für den Arm in der Richtung für ein Anziehen des Arms mit der Absicht, den Boden zum Körper hin aufzugraben, der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14b in den Abschnitt 9k zur Berechnung des armabhängigen Befehls für das Ventil eingegeben, der eine entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 31a des Stromventils 15b für ein Anziehen des Arms ausgibt, wodurch der Arm nach unten zum Körper bewegt wird. Gleichzeitig wird der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14b in den Berechnungsabschnitt 9d eingegeben, der die Geschwindigkeit des Armzylinders berechnet, und der Berechnungsabschnitt 9e berechnet die armabhängige Geschwindigkeit b der Schaufelspitze. Ebenso berechnet der Berechnungsabschnitt 9c auf der Grundlage der in 5 gezeigten Be ziehung einen zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a (< 0) für die Geschwindigkeit des Schaufelendes, und der Berechnungsabschnitt 9f berechnet den Grenzwert c = a – by für die auslegerabhängige Geschwindigkeit der Schaufelspitze. Ist die Spitze der Schaufel hierbei so weit von der Grenze L des eingestellten Bereichs entfernt, daß die Bedingung a < by (|a| > |by|) erfüllt ist, wird als Grenzwert c ein negativer Wert berechnet. Daher wählt der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger den Befehlswert (= 0) von der Steuerhebeleinheit 14a aus, und der Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt sowohl an den Antriebsabschnitt 30a für ein Anheben des Auslegers als auch an den Antriebsabschnitt 30b für ein Absenken des Auslegers des Stromventils 15a eine Spannung von null (0) aus. Dadurch wird der Arm entsprechend dem Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 14b zum Körper bewegt.
Wenn der Arm allmählich auf den Körper zu bewegt wird und die Spitze der Schaufel sich der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, wie vorstehend erwähnt, wird der vom Berechnungsabschnitt 9c berechnete Grenzwert a für die Geschwindigkeit des Schaufelendes erhöht (der absolute Wert |a| wird verringert). Wenn der Grenzwert a größer als die durch den Berechnungsabschnitt 9e bestimmte, zur Grenze L vertikale Komponente by der armabhängigen Geschwindigkeit b der Schaufelspitze wird, ist als vom Berechnungsabschnitt 9f berechneter Grenzwert c = a – by für die auslegerabhängige Geschwindigkeit der Schaufelspitze ein positiver Wert gegeben. Dementsprechend wählt der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts als Befehl für den Ausleger den vom Berechnungsabschnitt 9h berechneten Grenzwert aus, und der Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt eine dem Grenzwert c entsprechende Spannung an den Antriebsabschnitt 30a des Stromventils 15a für ein Anheben des Auslegers aus. Daher erfolgt der Vorgang des Anhebens des Auslegers zum Modifizieren der Geschwindigkeit der Schaufelspitze so, daß die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze proportional zum Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel allmählich begrenzt wird. Daher erfolgt die Steuerung zur Richtungsänderung so, daß sich die unveränderte, zur Grenze L parallele Komponente bx der armabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze und die vorstehend beschriebene, entsprechend dem Grenzwert c modifizierte Geschwindigkeit ergeben, wie in 13 gezeigt, wodurch die Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs ausgeführt werden kann.
Nimmt hierbei die Ausschachtungslast zu, kann das Hydraulikfluid schwerer in den Armzylinder 3b strömen, und die Geschwindigkeit des Arms wird verringert. Daher wird die vom Abschnitt 9e zur Berechnung der armabhängigen Geschwindigkeit der Spitze der Schaufel berechnete Geschwindigkeit b der Schaufelspitze höher als die tatsächliche Geschwindigkeit. Da der Grenzwert c der zur Grenze L vertikalen Komponente der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze vom Berechnungsabschnitt 9f auf der Grundalge der resultierenden höheren Geschwindigkeit berechnet wird, um durch Anheben des Auslegers eine Steuerung auszuführen, wird die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger 1a angehoben wird, in bezug auf den Vorgang des Anziehens des Arms relativ zu schnell, wodurch das Phänomen auftritt, daß der vordere Aufbau dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen.
Bei dieser Ausführungsform modifiziert der Abschnitt 91 zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation des Grenzwerts bei ei ner Zunahme der Ausschachtungslast und einer Erhöhung des unterseitigen Drucks Pba des Armzylinders 3b den Grenzwert a abhängig von der Last des Armzylinders. Diese Modifikation des Grenzwerts a führt dazu, daß der Grenzwert a bei einem hohen Lastdruck Pba nur dann einen ausreichend hohen Wert aufweist, wenn sich die Spitze der Schaufel näher an der Grenze L befindet, als wenn der Lastdruck Pba niedrig ist. Anders ausgedrückt wird der Vorgang des Anhebens des Auslegers zum Modifizieren der Geschwindigkeit der Schaufelspitze wirksam, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze L weiter nähert. Daher gleicht die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger unter der Steuerung zur Richtungsänderung angehoben wird, die verringerte Geschwindigkeit des Arms selbst dann aus, wenn das Hydraulikfluid schwerer in den Armzylinder strömt und die Geschwindigkeit des Arms verringert wird, wodurch das Phänomen, daß der vordere Aufbau dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen, unterdrückt wird. Dadurch kann die Ausschachtung entlang der Grenze L selbst bei einem hohen Lastdruck bzw. einer hohen Ausschachtungslast in einem näheren Verhältnis ausgeführt werden.
Auch in dem vorstehend beschriebenen Fall kann die Spitze der Schaufel aus den oben genannten Gründen über die Grenze L des eingestellten Bereichs hinaus bewegt werden. Wenn dieser Fall eintritt, wird vom Berechnungsabschnitt 9c auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung als zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionaler Grenzwert a der Geschwindigkeit der Schaufelspitze ein positiver Wert berechnet, der vom Berechnungsabschnitt 9f berechnete Grenzwert c = a – by (> 0) der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze wird proportional zum Grenzwert a erhöht, und die vom Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile an den Antriebsabschnitt 30a des Stromventils 15a für ein Anheben des Auslegers ausgegebene Spannung wird entsprechend dem Grenzwert c erhöht. Befindet sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs, wird daher der Ausleger angehoben, um die Geschwindigkeit der Schaufelspitze zu modifizieren, so daß die Schaufelspitze mit einer zum Abstand D proportionalen Geschwindigkeit zum eingestellten Bereich zurückgeführt wird. Daher wird eine Ausschachtung ausgeführt, bei der die zur Grenze L parallele Komponente bx der armabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze unverändert bleibt und die vorstehend beschriebene Geschwindigkeit entsprechend dem Grenzwert c modifiziert wird, wodurch die Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs ausgeführt werden kann, während die Spitze der Schaufel allmählich zurückgeführt und entlang der Grenze L bewegt wird, wie in 14 gezeigt. Dementsprechend kann die Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs nur durch Anziehen des Arms gleichmäßig ausgeführt werden.
Wenn sich die Spitze der Schaufel bei dieser Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, innerhalb des eingestellten Bereichs befindet, wird die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze entsprechend dem zum Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a begrenzt. Dementsprechend kann die Spitze der Schaufel durch Absenken des Auslegers leicht und gleichmäßig positioniert werden, und die Spitze der Schaufel kann durch Anziehen des Arms entlang der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden. Dadurch kann die Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs gleichmäßig und effizient ausgeführt werden.
Befindet sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs, wird der vordere Aufbau entsprechend dem zum Ab stand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a so gesteuert, daß der vordere Aufbau in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird. Dementsprechend kann der vordere Aufbau zur präzisen Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs selbst dann entlang der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, wenn er rasch bewegt wird.
Da in diesem Zusammenhang die Spitze der Schaufel unter der Steuerung zur Richtungsänderung, wie vorstehend beschrieben, bereits vorab verlangsamt wird, werden die Strecke, um die sich die Spitze der Schaufel über den eingestellten Bereich hinaus bewegt, verringert und der bei der Rückführung der Spitze der Schaufel in den eingestellten Bereich verursachte Stoß erheblich abgemildert. Dementsprechend kann der vordere Aufbau selbst bei einer raschen Bewegung gleichmäßig entlang der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden, wodurch eine gleichmäßige Ausschachtung innerhalb eines begrenzten Bereichs möglich ist.
Ferner kann aufgrund der Unterdrückung des Phänomens, daß das Hydraulikfluid schwerer in den Armzylinder strömt und die Geschwindigkeit des Arms verringert wird, während die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger angehoben wird, beibehalten wird, wodurch der vordere Aufbau die Tendenz hat, sich nach oben zu bewegen, die Ausschachtung entlang der Grenze L selbst bei einem hohen Lastdruck bzw. einer hohen Ausschachtungslast in einem näheren Verhältnis ausgeführt werden. Dadurch kann die Anzahl der zum Erreichen der Grenze L erforderlichen Schritte selbst dann verringert werden, wenn der aufzugrabende Boden hart ist.
Zudem basiert das Verfahren zur Modifikation des Grenzwerts a bei dieser Ausführungsform auf dem Konzept, daß es ausreicht, wenn der vordere Aufbau unter der Steuerung zur Bereichsbegren zung so gesteuert wird, daß er unabhängig vom Geschwindigkeitsvektor (der Bahn) der Spitze der Schaufel bis zum Erreichen der Grenze ohne von der Grenze abzuweichen, entlang der die Ausschachtung ausgeführt werden soll, schließlich die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht, wenn das Aufgraben des Bodens, beispielsweise eines harten Bodens, eine große Last darstellt. Daher ist bei dem Prozeß zur Modifikation des Grenzwerts a in Abhängigkeit vom Lastdruck kein genauer Wert erforderlich, und die Steuerung kann durch eine grobe Modifikation ausgeführt werden, die gerade ausreicht, die Ausschachtung so auszuführen, daß die Spitze der Schaufel nicht von der Grenze abweicht, entlang der die Ausschachtung ausgeführt werden soll. Daher muß die vorstehend erwähnte Beziehung zwischen dem Lastdruck Pba und dem Modifikationskoeffizienten Ka bzw. Ka1 oder Ka2, die vom Abschnitt 91 zur Modifikation des Grenzwerts verwendet wird, nicht streng präzise sein, und die vom Abschnitt 91 zur Modifikation des Grenzwerts verwendete Software (das Programm) kann leicht erstellt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß das Verfahren zum Modifizieren der Beziehung zwischen dem Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel und dem Grenzwert a für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze nicht auf das Verfahren der derartigen Modifikation einer geraden Linie begrenzt ist, daß sie einen steileren Gradienten aufweist, wie in 5 gezeigt, und daß die Beziehung zwischen ihnen so modifiziert werden kann, daß sie sich allmählich von einer geraden Linie zu einer gekrümmten Linie ändert, wie in 15 gezeigt. Dies entspricht einem Fall, in dem die Modifikationskoeffizienten Ka, Ka1 oder Ka2, die in den 7 und 10 gezeigt sind, beispielsweise durch eine Formel ausgedrückt werden, die eine gekrümmte Linie repräsentiert. Der entscheidende Punkt ist, daß der Grenzwert a so modifiziert wird, daß der Vorgang des Anhebens des Auslegers zum Modifizieren der Geschwindigkeit der Schaufelspitze bei zunehmenden Lastdruck an einer näher an der Grenze L gelegenen Position eingeleitet wird.
Obwohl bei dieser Ausführungsform der unterseitige Druck des Armzylinders als Last erfaßt wird, kann die Last ferner beispielsweise durch Erfassen der Druckdifferenz zwischen der Unterseite und der Stabseite des Armzylinders oder durch Erfassen des als Lastreaktion auf die Stabseite des Armzylinders 3a aufgebrachten Drucks bestimmt werden. Alternativ können diese Verfahren zur Bestimmung der Größe der Last kombiniert verwendet werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 16 und 17 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung für einen hydraulischen Bagger mit Steuerhebeleinheiten zur hydraulischen Steuerung verwendet. In den 16 und 17 sind Elemente und Funktionen, die mit den in den 1 bis 3 gezeigten übereinstimmen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 16 umfaßt ein hydraulischer Bagger, für den diese Ausführungsform angewendet wird, anstelle der elektrischen Steuerhebeleinheiten 14a–14f Steuerhebeleinheiten 4a–4f zur hydraulischen Steuerung. Die Steuerhebeleinheiten 4a–4f treiben die zugehörigen Stromventile 5a–5f durch jeweilige Steuerdrücke an. Genauer führen die Steuerhebeleinheiten 4a–4f den hydraulischen Antriebsabschnitten 50a–55b der zugehörigen Stromventile über Steuerleitungen 44a–49b die jeweiligen Steuerdrücke in Abhängigkeit von den Größen und Richtungen der Eingaben zu, die vom Bediener durch Manipulieren der Steuerhebel 40a–40f eingegeben werden.
Ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs gemäß dieser Ausführungsform ist in einem hydraulischen Bagger installiert, wie vorstehend erläutert. Das Steuersystem umfaßt zusätzlich zu den für die in 1 gezeigte Ausführungsform verwendeten Komponenten jeweils in den Steuerleitungen 45a, 45b der Steuerhebeleinheit 4b für den Arm angeordnete Drucksensoren 61a, 61b zum Erfassen der Steuerdrücke als Eingangsgrößen von der Steuerhebeleinheit 4b, ein auf der Seite seines primären Anschlusses mit einer Steuerpumpe 43 verbundenes elektromagnetisches Proportionalventil 10 zum Verringern und Ausgeben eines Steuerdrucks von der Steuerpumpe 43 nach Maßgabe eines elektrischen Signals, ein an die Steuerleitung 44a der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger und den sekundären Anschluß des elektromagnetischen Proportionalventils 10a angeschlossenes Wechselventil 12 zum Auswählen des höheren Drucks unter dem Steuerdruck in der Steuerleitung 44a und dem vom elektromagnetischen Proportionalventil 10a ausgegebenen Steuerdruck und zum anschließenden Aufbringen des ausgewählten Drucks auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a und ein in der Steuerleitung 44b der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger angeordnetes elektromagnetisches Proportionalventil 10b zum Reduzieren und Ausgeben des Steuerdrucks in der Steuerleitung 44b nach Maßgabe eines elektrischen Signals.
Die Unterschiede zwischen den Steuerfunktionen der Steuereinheit 9b gemäß dieser Ausführungsform und der Steuereinheit 9 gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
Ein Abschnitt 9Bd zur Berechnung der Geschwindigkeit des Armzylinders schätzt die Geschwindigkeit des Armzylinders auf der Grundlage von durch die Drucksensoren 61a, 61b erfaßten Befehlswerten (Steuerdrücken) für das Stromventil 5b anstelle des von der Steuerhebeleinheit 4b für das Stromventil 5b eingegebenen Befehls werts und der Strömungsmengenkennlinie des dem Arm zugeordneten Stromventils 5b.
Ebenso bestimmt ein Abschnitt 9Bh zur Berechnung eines Grenzwerts für den Steuerdruck für den Ausleger auf der Grundlage der Strömungsmengenkennlinie des dem Ausleger zugeordneten Stromventils 5a einen dem vom Berechnungsabschnitt 9g bestimmten Grenzwert c für die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders entsprechenden Grenzwert für den Steuerdruck (den Befehl) für den Ausleger.
Überdies ist durch die Bereitstellung der elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b und des Wechselventils 12 der Abschnitt 9j zur Berechnung des maximalen Werts für den Befehl für den Ausleger nicht mehr erforderlich, und ein Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile funktioniert wie folgt. Wenn der vom Abschnitt 9Bh zur Berechnung eines Grenzwerts für den Steuerdruck für den Ausleger bestimmte Grenzwert für den Steuerdruck positiv ist, gibt der Berechnungsabschnitt 9Bi eine dem Grenzwert entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10a auf der Seite für ein Anheben des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck auf den Grenzwert begrenzt wird, und er gibt eine Spannung von null (0) an das elektromagnetische Proportionalventil 10b auf der Seite für das Absenken des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck null (0) wird. Ist dagegen der Grenzwert für den Steuerdruck negativ, gibt der Berechnungsabschnitt 9Bi eine dem Grenzwert entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10b aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils auf der Seite für ein Absenken des Auslegers aufgebrachte Steuerdruck begrenzt wird, und er gibt eine Spannung von null (0) an das elektromagnetische Proportionalventil 10 auf der Seite für ein Anheben des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck null (0) wird.
Die Funktionsweise der Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, nachstehend im Zusammenhang mit einem Absenken des Auslegers und einem Anziehen des Arms beschrieben.
Wird der Steuerhebel der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger mit der Absicht, die Spitze der Schaufel zu positionieren, in der Richtung für ein Absenken des Auslegers betätigt, wird über die Steuerleitung 44b ein Steuerdruck, der den Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 4a repräsentiert, auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils 5a auf der Seite für ein Absenken des Auslegers aufgebracht. Gleichzeitig berechnet der Berechnungsabschnitt 9c auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung einen zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a (< 0) für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze, der Berechnungsabschnitt 9f berechnet den Grenzwert c = a – by = a (< 0) für die auslegerabhängige Geschwindigkeit des Schaufelendes, und der Abschnitt 9Bh zur Berechnung eines Grenzwerts für den Steuerdruck für den Ausleger berechnet einen dem Grenzwert c entsprechenden, negativen Grenzwert für den Befehl für den Ausleger. Der Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt eine dem Grenzwert entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10b aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils auf der Seite für ein Absenken des Auslegers aufgebrachte Steu erdruck begrenzt wird, und er gibt eine Spannung von null (0) an das elektromagnetische Proportionalventil 10a auf der Seite für ein Anheben des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck null (0) wird. Ist die Spitze der Schaufel hierbei weit von der Grenze L des eingestellten Bereichs entfernt ist, hat der vom Berechnungsabschnitt 9Bh bestimmte Grenzwert für den Steuerdruck für den Ausleger einen großen absoluten Wert, und der Steuerdruck von der Steuerhebeleinheit 4a ist kleiner als dieser absolute Wert. Daher gibt das elektromagnetische Proportionalventil 10b den Steuerdruck von der Steuerhebeleinheit 4a unverändert aus, wodurch der Ausleger entsprechend dem Steuerdruck von der Steuerhebeleinheit 4a allmählich nach unten bewegt wird.
Wenn der Ausleger allmählich nach unten bewegt wird und die Spitze der Schaufel sich der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, wie vorstehend erwähnt, wird der vom Berechnungsabschnitt 9f berechnete Grenzwert c = a (< 0) der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze erhöht (der absolute Wert |a| oder |c| wird verringert), und der absolute Wert des entsprechenden, vom Berechnungsabschnitt 9Bh bestimmten Grenzwerts für den Befehl für den Ausleger (< 0) wird verringert. Wenn der absolute Wert des Grenzwerts kleiner als der Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 4a wird und die vom Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile an das elektromagnetische Proportionalventil 10b ausgegebene Spannung entsprechend verringert wird, reduziert das elektromagnetische Proportionalventil 10b den Steuerdruck von der Steuerhebeleinheit 4a und gibt ihn aus, um den auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils 5a auf der Seite für ein Absenken des Auslegers aufgebrachten Steuerdruck nach Maßgabe des Grenzwerts c allmählich zu begrenzen. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger gesenkt wird, allmählich begrenzt, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, und der Ausleger wird angehalten, wenn die Spitze der Schaufel die Grenze L des eingestellten Bereichs erreicht. Dadurch kann die Spitze der Schaufel leicht und gleichmäßig positioniert werden.
Wenn sich die Spitze der Schaufel über die Grenze L des eingestellten Bereichs hinaus bewegt, wird vom Berechnungsabschnitt 9c als zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionaler Grenzwert a (= c) für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung ein positiver Wert berechnet, und der Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile gibt eine dem Grenzwert c entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10a aus, wodurch der dem Grenzwert a entsprechende Steuerdruck auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a auf der Seite für ein Anheben des Arms aufgebracht wird. Der Ausleger wird dadurch zur Rückführung zum eingestellten Bereich mit einer zum Abstand D proportionalen Geschwindigkeit angehoben und wird dann angehalten, wenn die Spitze der Schaufel zur Grenze L des eingestellten Bereichs zurückgeführt wurde. Dadurch kann die Spitze der Schaufel leichter positioniert werden.
Wenn ferner der Steuerhebel der Steuerhebeleinheit 4b für den Arm mit der Absicht, den Boden zum Körper hin aufzugraben, in der Richtung für ein Anziehen des Arms betätigt wird, wird ein den Befehlswert von der Steuerhebeleinheit 4b repräsentierender Steuerdruck auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 51a des Stromventils 5b auf der Seite für ein Anziehen des Arms aufgebracht, wodurch der Arm nach unten zum Körper bewegt wird. Gleichzeitig wird von dem Drucksensor 61a der Steuerdruck von der Steuerhebeleinheit 4b er faßt und dann in den Berechnungsabschnitt 9Bd eingegeben, der die Geschwindigkeit des Armzylinders berechnet, und der Berechnungsabschnitt 9e berechnet die armabhängige Geschwindigkeit b der Schaufelspitze. Ebenso berechnet der Berechnungsabschnitt 9c auf der Grundlage der in 5 gezeigten Beziehung den zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a (< 0) für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze, und der Berechnungsabschnitt f berechnet den Grenzwert c = a – by der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze. Wenn die Spitze der Schaufel hierbei so weit von der Grenze L des eingestellten Bereichs entfernt ist, daß die Beziehung a < by (|a| > |by|) gegeben ist, wird für den Grenzwert c ein negativer Wert berechnet. Daher gibt der Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile eine dem Grenzwert entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10b aus, so daß der Steuerdruck, mit dem der hydraulische Antriebsabschnitt 50b des Stromventils auf der Seite für ein Absenken des Auslegers beaufschlagt wird, begrenzt wird, und er gibt eine Spannung von null (0) an das elektromagnetische Proportionalventil 10a auf der Seite für ein Anheben des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck null (0) wird. Da die Steuerhebeleinheit 4a zu diesem Zeitpunkt nicht betätigt wird, wird kein Steuerdruck an den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils 5a aufgebracht. Dadurch wird der Arm nach Maßgabe des Steuerdrucks von der Steuerhebeleinheit 4b zum Körper bewegt.
Wenn der Arm allmählich zum Körper bewegt wird und die Spitze der Schaufel sich der Grenze L des eingestellten Bereichs nähert, wie vorstehend erwähnt, wird der vom Berechnungsabschnitt 9c berechnete Grenzwert a für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze erhöht (der absolute Wert |a| wird verringert). Wenn der Grenzwert a größer als die vom Berechnungsabschnitt 9e bestimmte, zur Grenze L vertikale Komponente by der armabhängigen Geschwindigkeit b der Schaufelspitze wird, ist der vom Berechnungsabschnitt 9f berechnete Grenzwert c = a – by der auslegerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze ein positiver Wert. Dementsprechend gibt der Abschnitt 9Bi zur Berechnung der Befehle für die Ventile eine dem Grenzwert entsprechende Spannung an das elektromagnetische Proportionalventil 10a auf der Seite für ein Anheben des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50a des Stromventils 5a aufgebrachte Steuerdruck begrenzt wird, und er gibt eine Spannung von null (0) an das elektromagnetische Proportionalventil 10b auf der Seite für ein Absenken des Auslegers aus, so daß der auf den hydraulischen Antriebsabschnitt 50b des Stromventils 5b aufgebrachte Steuerdruck null (0) wird. Daher wird der Ausleger angehoben, um die Geschwindigkeit der Schaufelspitze zu ändern, wobei die zur Grenze L vertikale Komponente der Geschwindigkeit der Schaufelspitze proportional zum Abstand D zwischen der Grenze L und der Spitze der Schaufel allmählich begrenzt wird. Dadurch erfolgt eine Steuerung zur Richtungsänderung, bei der die zur Grenze L parallele Komponente bx der armabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze unverändert bleibt und die vorstehend beschriebene Geschwindigkeit entsprechend dem Grenzwert c modifiziert wird, wie in 13 gezeigt, wodurch die Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs ausgeführt werden kann.
Wird hierbei die Ausschachtungslast erhöht, kann das Hydraulikfluid schwerer in den Armzylinder 3b strömen, und die Geschwindigkeit des Arms wird verringert, wie vorstehend erwähnt. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger 1a angehoben wird, unter der Steuerung zur Richtungsänderung relativ zu hoch, wodurch das Phänomen verursacht wird, daß der vordere Aufbau dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen.
Auch bei dieser Ausführungsform modifiziert der Abschnitt 91 zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation des Grenzwerts abhängig vom Lastdruck des Armzylinders den Grenzwert a, wenn die Ausschachtungslast zunimmt und der unterseitige Druck Pba des Armzylinders 3b erhöht wird. Diese Modifikation des Grenzwerts a führt dazu, daß der Grenzwert a bei einem hohen Lastdruck Pba nur dann einen ausreichend hohen Wert aufweist, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze L weiter nähert, als bei einem niedrigen Lastdruck Pba. Anders ausgedrückt wird der Ausleger erst angehoben, um die Geschwindigkeit des Schaufelendes zu modifizieren, wenn sich die Spitze der Schaufel der Grenze L weiter nähert. Daher wird die Geschwindigkeit, mit der der Ausleger unter der Steuerung zur Richtungsänderung angehoben wird, selbst dann durch die verringerte Geschwindigkeit des Arms ausgeglichen, wenn das Hydraulikfluid schwerer in den Armzylinder fließt und die Geschwindigkeit des Arms verringert wird, wodurch das Phänomen unterdrückt wird, daß der vordere Aufbau dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen. Dadurch kann die Ausschachtung entlang der Grenze L selbst dann dichter ausgeführt werden, wenn der Lastdruck bzw. die Ausschachtungslast hoch ist.
Wenn sich die Spitze der Schaufel über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt, wird vom Berechnungsabschnitt 9c für den zum Abstand D zwischen der Grenze L des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel proportionalen Grenzwert a für die Geschwindigkeit des Schaufelendes auf der Grundalge der in 5 gezeigten Beziehung ein positiver Wert berechnet, der vom Berechnungsabschnitt 9f berechnete Grenzwert c = a – by (> 0) der ausle gerabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze wird proportional zum Grenzwert a erhöht, und die vom Abschnitt 9i zur Berechnung der Befehle für die Ventile an das elektromagnetische Proportionalventil 10a auf der Seite für ein Anheben des Auslegers ausgegebene Spannung wird entsprechend dem Grenzwert c erhöht. Befindet sich die Spitze der Schaufel außerhalb des eingestellten Bereichs, wird daher der Vorgang des Anhebens des Auslegers zur Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze so ausgeführt, daß die Spitze der Schaufel mit einer zum Abstand D proportionalen Geschwindigkeit zum eingestellten Bereich zurückgeführt wird. Daher wird eine Ausschachtung ausgeführt, bei der die zur Grenze L parallele Komponente bx der armabhängigen Geschwindigkeit der Schaufelspitze unverändert bleibt und die vorstehend besprochene Geschwindigkeit entsprechend dem Grenzwert c modifiziert wird, wodurch eine Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs ausgeführt werden kann, bei der die Spitze der Schaufel allmählich zur Grenze L zurückgeführt und die Grenze L entlang bewegt wird, wie in 14 gezeigt. Dementsprechend kann die Ausschachtung entlang der Grenze L des eingestellten Bereichs nur durch Anziehen des Arms gleichmäßig ausgeführt werden.
Durch diese Ausführungsform können, wie vorstehend beschrieben, bei einem hydraulischen Bagger mit Betätigungseinrichtungen mit hydraulischer Steuerung ähnliche Vorteile wie die durch die erste Ausführungsform erzielbaren erzielt werden.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 18 bis 29 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung für ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs des in der WO 95/30059 offenbarten Typs verwendet, bei dem sämtliche Betäti gungssignale modifiziert werden. In den 18 bis 29 sind Elemente und Funktionen, die den in den 1 oder 16 und 3 oder 17 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 18 umfaßt ein Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs zusätzlich zu den bei der in 16 gezeigten zweiten Ausführungsform verwendeten Bauteilen jeweils in den Steuerleitungen 44a, 44b der Steuerhebeleinheit 4a für den Ausleger angeordnete Drucksensoren 60a, 60b zum Erfassen der Steuerdrücke als eingegebene Größen von der Steuerhebeleinheit 4a und jeweils in den Steuerleitungen 45a, 45b für den Arm angeordnete elektromagnetische Proportionalventile 11a, 11b zum Reduzieren und Ausgeben der Steuerdrücke in den Steuerleitungen 45a, 45b entsprechend jeweiligen elektrischen Signalen. Die Signale von den Drucksensoren 60a, 60b werden in eine Steuereinheit 9c eingegeben, die die an die elektromagnetischen Proportionalventile 11a, 11b angelegten Signale ausgibt.
Die Steuerfunktionen der Steuereinheit 9C sind in 19 gezeigt. Die Steuereinheit 9C hat Funktionen, die von einem Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus, einem Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung, einem Abschnitt 90c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit, einem Abschnitt 90d zur Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsvektors für die Schaufelspitze, einem Abschnitt 90e zur Steuerung der Richtungsänderung, einem Abschnitt 90f zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit nach der Modifikation, einem Abschnitt 90g zur Berechnung der Rückführsteuerung, einem Abschnitt 90h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit nach der Modifikation, einem Abschnitt 9C1 zur Modifikation des von der Ausschachtungslast ab hängigen Grenzwerts, einem Abschnitt 90i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeit, einem Abschnitt 90j zur Berechnung des Sollsteuerdrucks und einem Abschnitt 90k zur Berechnung der Befehle für die Ventile ausgeführt werden.
Der Abschnitt 9a zur Berechnung der Stellung des vorderen Aufbaus und der Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung haben die gleichen Funktionen, wie die in 3 gezeigten gemäß der ersten Ausführungsform.
Der Abschnitt 90c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit empfängt die von den Drucksensoren 60a, 60b, 61a, 61b erfaßten Werte der Steuerdrücke, bestimmt die Strömungsmengen der Stromventile 5a, 5b und berechnet die Sollgeschwindigkeiten des Auslegerzylinders 3a und des Armzylinders 3b anhand der bestimmten Strömungsmengen. Der Abschnitt 90d zur Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsvektors für die Schaufelspitze bestimmt anhand der vom Abschnitt 9b zur Berechnung der Bereichseinstellung bestimmten Position der Schaufelspitze, der vom Abschnitt 90c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit bestimmten Sollzylindergeschwindigkeiten und der verschiedenen, im Speicher der Steuereinheit 9C gespeicherten Abmessungen des vorderen Aufbaus 1A einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vc für die Spitze der Schaufel 1c. Zu diesem Zeitpunkt wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc als Werte auf dem in 4 gezeigten XaYa-Koordinatensystem bestimmt.
Im Abschnitt 90e zur Steuerung der Richtungsänderung wird die vertikale Vektorkomponente so modifiziert, daß sie bei einer Annäherung der Schaufelspitze an die Grenze des eingestellten Bereichs allmählich reduziert wird, wenn sich die Spitze der Schaufel 1c innerhalb des eingestellten Bereichs in der Nähe seiner Grenze befindet und der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc eine Komponente in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs aufweist.
20 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuersequenz des Abschnitts 90e zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt. Zunächst wird im Schritt 100 bestimmt, ob die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, d. h. der Ya-Koordinatenwert Vcy auf dem XaYa-Koordinatensystem, positiv oder negativ ist. Ist der Ya-Koordinatenwert Vcy positiv, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor der Schaufelspitze so ausgerichtet ist, daß sie von der Grenze des eingestellten Bereichs weg bewegt wird. Daher wird der Steuerungsprozeß mit dem Schritt 101 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx und der Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc jeweils unverändert als Vektorkomponenten Vcxa, Vcya nach der Modifikation eingestellt werden. Ist der Ya-Koordinatenwert Vcy negativ, bedeutet dies, daß der Geschwindigkeitsvektor der Schaufelspitze so ausgerichtet ist, daß sie näher zur Grenze des eingestellten Bereichs bewegt wird. Daher wird der Steuerungsprozeß mit dem Schritt 102 fortgesetzt, in dem zur Implementierung der Steuerung zur Richtungsänderung der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc unverändert als Vektorkomponente Vcxa nach der Modifikation eingestellt wird und ein durch Multiplikation des Ya-Koordinatenwerts Vcy mit einem Koeffizienten h ermittelter Wert als Vektorkomponente Vcya nach der Modifikation eingestellt wird.
Hierbei nimmt der Koeffizient h, wie in 21 gezeigt, den Wert eins (1) an, wenn der Abstand Ya zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs größer als ein vorab eingestellter Wert Ya1 ist, wird von eins (1) allmählich reduziert, wenn der Abstand Ya kleiner als der vorab eingestellte Wert Ya1 ist, und nimmt den Wert null (0) an, wenn der Abstand Ya null (0) wird, d. h. wenn die Schaufelspitze die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht. Diese Beziehung zwischen h und Ya ist im Speicher der Steuereinheit 9C gespeichert.
Durch Modifizieren der vertikalen Vektorkomponente Vxy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, wie vorstehend beschrieben, wird die vertikale Vektorkomponente Vcy so reduziert, daß die Geschwindigkeit der Verringerung der vertikalen Vektorkomponente Vcy zunimmt, wenn sich der Abstand Ya verringert, wodurch der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc in den Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt wird, wie in 22 gezeigt. Anders ausgedrückt kann der Koeffizient h als eine Art Grenzwert bezeichnet werden, da die vertikale Vektorkomponente Vcy nach Maßgabe des Koeffizienten h begrenzt wird, wenn der Abstand Ya nicht größer als Ya1 ist.
Der Abschnitt 9C1 zur Modifikation des von der Ausschachtungslast abhängigen Grenzwerts empfängt vom Drucksensor 41a den Lastdruck Pba des Armzylinders 3b und modifiziert den Koeffizienten h abhängig vom Lastdruck Pba. Wie in 23 gezeigt, wird der Koeffizient h so modifiziert, daß er einen größeren Gradienten aufweist, wenn der Lastdruck Pba des Armzylinders 3b zunimmt. Gleichzeitig wird ein Punkt Ya1, an dem der Koeffizient h beginnt, sich bei einer Verringerung des Abstands Ya zu verringern, auf Ya = 0 verschoben. Im Abschnitt 90e zur Steuerung der Richtungsänderung wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc unter Verwendung des so modifizierten Koeffizienten h modifiziert. Dadurch wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vc in Vca umgewandelt, und der Punkt Ya1 des Beginns der Richtungsänderung wird näher zur die Grenze verschoben (Ya = 0). Eine Entfernung der Schaufel von der Grenze wird daher selbst bei einer höheren Ausschachtungslast sicherer verhindert.
Anders ausgedrückt läßt der Koeffizient h die Modifikation an einem Punkt wirksam werden, der näher an der Grenze liegt, wenn die Ausschachtungslast zunimmt.
24 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Steuersequenz des Abschnitts 90e zur Steuerung der Richtungsänderung zeigt. Wenn im Schritt 100 festgestellt wird, daß die zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc (d. h. der Ya-Koordinatenwert des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc) negativ ist, wird der Steuerungsprozeß mit einem Schritt 102A fortgesetzt, in dem anhand der in 25 gezeigten, im Speicher der Steuereinheit 9C gespeicherten Funktionsbeziehung Vcyf = f(Ya) ein dem Abstand Ya zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs entsprechender, verlangsamter Ya-Koordinatenwert f(Ya) bestimmt wird, und der kleinere unter dem Ya-Koordinatenwert f(Ya) und Vcy wird dann als Vektorkomponente Vcya nach der Modifikation eingestellt. Dies hat den Vorteil, daß die Geschwindigkeit der Schaufel bei einer Annäherung der Schaufelspitze an die Grenze des eingestellten Bereichs nicht weiter verringert wird, wenn die Spitze der Schaufel 1c langsam bewegt wird, wodurch der Bediener die Arbeit durch eine Manipulation des Steuerhebels ausführen kann.
Hierbei dient der Ya-Koordinatenwert f(Ya) als Grenzwert für Vcy, und der Abschnitt 9C1 zur Modifikation des Grenzwerts modifiziert den Ya-Koordinatenwert f(Ya) in Abhängigkeit von der Größe des Lastdrucks Pba des Armzylinders 3b. Wie in 26 gezeigt, wird der Ya-Koordinatenwert f(Ya) ebenfalls so modifiziert, daß er bei einem Anstieg des Lastdrucks Pba des Armzylinders 3a einen größeren Gradienten aufweist. In dem in dem Ablaufdiagramm gemäß 24 gezeigten Schritt 102A wird daher ein Punkt, an dem die Komponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc größer als der Ya-Koordinatenwert f(Ya) ist und anstelle von Vcy f(Ya) ausgewählt wird, zur Grenze verschoben (Ya = 0). Dadurch wird eine Entfernung der Schaufel von der Grenze selbst bei einer großen Ausschachtungslast sicherer verhindert.
Im Abschnitt 90g zur Rückführsteuerung wird der Sollgeschwindigkeitsvektor abhängig vom Abstand zwischen der Grenze des eingestellten Bereichs und der Schaufelspitze so modifiziert, daß die Schaufelspitze in den eingestellten Bereich zurückgeführt wird, wenn die Spitze der Schaufel 1c den eingestellten Bereich verläßt.
27 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuersequenz des Abschnitts 90g zur Rückführsteuerung zeigt. Zunächst wird in einem Schritt 110 festgestellt, ob der Abstand Ya zwischen der Spitze der Schaufel 1c und der Grenze des eingestellten Bereichs positiv oder negativ ist. Ist der Abstand Ya positiv, bedeutet dies, daß sich die Schaufelspitze noch im Inneren des eingestellten Bereichs befindet. Daher wird der Steuerungsprozeß mit einem Schritt 111 fortgesetzt, in dem der Xa-Koordinatenwert Vcx und der Ya-Koordinatenwert Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc jeweils auf null (0) eingestellt werden, um die vorstehend beschriebene Steuerung zur Richtungsänderung vorrangig auszuführen. Ist der Abstand Ya negativ, bedeutet dies, daß sich die Schaufelspitze über die Grenze des eingestellten Bereichs hinaus bewegt hat. Daher wird der Steuerungsprozeß mit einem Schritt 112 zur Implementierung der Rückführsteuerung fortgesetzt, der Xa-Koordinatenwert Vcx des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc wird unverändert als Vektorkomponente Vcxa nach der Modifikation eingestellt, und ein durch Multiplikation des Ya-Koordinatenwerts Vcy mit einem Koeffizienten -K ermittelter Wert wird als Vektorkomponente Vcya des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc nach der Modifikation eingestellt. Der Koeffizient K ist ein beliebiger Wert, der unter dem Gesichtspunkt der Steuereigenschaften bestimmt wird, und -Kvcy repräsentiert einen Geschwindigkeitsvektor in umgekehrter Richtung, der bei einer Verringerung des Abstands Ya kleiner wird.
Durch Modifizieren der vertikalen Vektorkomponente Vcy des Sollgeschwindigkeitsvektors Vc, wie vorstehend beschrieben, wird der Sollgeschwindigkeitsvektor Vx in einen Sollgeschwindigkeitsvektor Vca umgewandelt, so daß die vertikale Vektorkomponente Vcy verringert wird, wenn sich der Abstand Ya verringert, wie in 28 gezeigt.
Der Abschnitt 9C1 zur Modifikation des Grenzwerts modifiziert den Koeffizienten K abhängig von der Größe des Lastdrucks Pba des Armzylinders 3b. Wie in 29 gezeigt, wird der Koeffizient K so modifiziert, daß er einen größeren Wert aufweist, wenn der Lastdruck des Armzylinder 3b zunimmt. Daher wird zusätzlich zur Modifikation des Koeffizienten h durch den Abschnitt 90e zur Steuerung der Richtungsänderung und beider Steuerverstärkungen unter der „Steuerung zur Richtungsänderung" und der „Rückführsteuerung" der Koeffizient K modifiziert. Dementsprechend kann die Spitze der Schaufel selbst dann so gesteuert werden, daß sie sich zur Grenze zurück bewegt, wenn die Last zunimmt und die Schaufelspitze sich über die Grenze hinaus bewegt hat, da die Richtungsänderung unter der Steuerung zur Richtungsänderung nicht vor einer weitern Annäherung an die Grenze veranlaßt wird.
Im Übrigen kann der Koeffizient K zur Verwendung bei der Rückführsteuerung auf einen konstanten Wert eingestellt werden, wenn eine Änderung des Koeffizienten K in Abhängigkeit vom Lastdruck des Armzylinders 3b nicht sonderlich nötig ist.
Die Abschnitte 90f, 90h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit nach der Modifikation berechnen anhand der von den Steuerabschnitten 90e, 90g bestimmten, modifizierten Sollgeschwindigkeitsvektoren die Sollzylindergeschwindigkeiten für den Auslegerzylinder 3a und den Armzylinder 3b.
Der Abschnitt 90i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeit wählt die höhere (den maximalen Wert) der von den Abschnitten 90f, 90h zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit berechneten Sollzylindergeschwindigkeiten und stellt sie als auszugebende Sollzylindergeschwindigkeit ein.
Der Abschnitt 90j zur Berechnung des Sollsteuerdrucks berechnet anhand der vom Abschnitt 90i zur Auswahl der Sollzylindergeschwindigkeit ausgewählten, auszugebenden Sollzylindergeschwindigkeit die Sollsteuerdrücke in den Steuerleitungen 44a, 44b, 45a, 45b.
Der Abschnitt 90k zur Berechnung der Befehle für die Ventile berechnet anhand der vom Abschnitt 90j zur Berechnung der Sollsteuerdrücke berechneten Sollsteuerdrücke Befehlswerte für die elektromagnetischen Proportionalventile 10a, 10b, 11a, 11b, damit diese Sollsteuerdrücke bereitgestellt werden können. Die Befehlswerte werden von Verstärkern verstärkt und dann in Form elektrischer Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile ausgegeben.
Weitere Einzelheiten hinsichtlich der jeweiligen Abschnitte vom Abschnitt 9c zur Berechnung der Sollzylindergeschwindigkeit bis zum Abschnitt 90k zur Berechnung der Befehle für die Ventile sind in der WO 95/30059 beschrieben.
Bei der Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird der Koeffizient h (bzw. der Ya-Koordinatenwert f(Ya)) vom Abschnitt 9C1 zur Modifikation des von der Ausschachtungslast ab hängigen Grenzwerts abhängig vom Lastdruck des Armzylinders modifiziert, wenn bei dem Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs des Typs, bei dem sämtliche Betätigungssignale modifiziert werden, die Ausschachtungslast zunimmt und der unterseitige Druck Pba des Armzylinders 3b ansteigt, so daß eine Entfernung der Schaufel von der Grenze selbst bei einer großen Ausschachtungslast sicherer verhindert wird. Dadurch können ähnliche Vorteile erzielt werden, wie sie durch die erste und zweite Ausführungsform erzielbar sind.
Unter Bezugnahme auf die 30 bis 33 wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obwohl bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Grenzwert in Abhängigkeit von der Ausschachtungslast modifiziert wird, wird bei dieser Ausführungsform die berechnete Geschwindigkeit der Schaufelspitze abhängig von der Ausschachtungslast modifiziert. In den 30 bis 33 sind die Elemente und Funktionen, die den in den 1 und 3 gezeigten entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Gemäß 30 umfaßt eine Steuereinheit 9D gemäß dieser Ausführungsform anstelle des in 3 gezeigten Abschnitts 91 zur ausschachtungslastabhängigen Modifikation des Grenzwerts einen Abschnitt 9m zur lastabhängigen Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze zur Modifikation der durch den Berechnungsabschnitt 9e berechneten, armabhängigen Geschwindigkeit b der Schaufelspitze.
Eine Berechnungssequenz des Modifikationsabschnitts 9m ist in 31 in Form eines Ablaufdiagramms gezeigt. Zunächst empfängt der Modifikationsabschnitt 9m in einem Schritt 100 vom Drucksensor 41a den Lastdruck Pba des Armzylinders 3b und be stimmt anhand der Beziehung zwischen dem Druck Pba des Armzylinders und des in 32 gezeigten Koeffizienten Kv zur Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze einen Koeffizienten Kv zur Modifikation der Geschwindigkeit des Schaufelendes zu diesem Zeitpunkt. Dann wird in einem Schritt 110 die armabhängige Geschwindigkeit b der Schaufelspitze unter Verwendung des im Schritt 100 bestimmten Koeffizienten Kv zur Modifikation der Geschwindigkeit auf der Grundlage der folgenden Berechnungsformel modifiziert: b' = Kv·b
Wie in 33 gezeigt, wird die Geschwindigkeit b des Schaufelendes bei dem vorstehend erwähnten Modifikationsprozeß in b' umgewandelt, und die entsprechende, zur Grenze L des eingestellten Bereichs vertikale Geschwindigkeitskomponente wird in by' umgewandelt. Daher wird ein Grenzwert c' für die auslegerabhängige Geschwindigkeit der Schaufelspitze, der durch die Differenz zwischen dem Grenzwert a und der vertikalen Geschwindigkeitskomponente by' der Geschwindigkeit bei einer Position D der Schaufelspitze zu diesem Zeitpunkt gegeben ist, in der Richtung zur Grenze L größer als der Grenzwert c, der gegeben ist, wenn keine Modifikation vorliegt. Dadurch wird der an den Ausleger ausgegebene Befehl entsprechend reduziert, und eine Entfernung der Arbeitsvorrichtung von der Grenze wird selbst bei einer großen Ausschachtungslast sicherer verhindert.
Zudem basiert das Verfahren zur Modifikation der Geschwindigkeit b bei dieser Ausführungsform ebenfalls auf dem Konzept, daß es ausreicht, wenn der vordere Aufbau so gesteuert wird, daß er unabhängig vom Geschwindigkeitsvektor (der Bahn) der Spitze der Schaufel bis zum Erreichen der Grenze schließlich die Grenze des eingestellten Bereichs erreicht, ohne von der Grenze abzuweichen, entlang der die Ausschachtung ausgeführt werden soll, wenn das Aufgraben des Bodens, beispielsweise eines harten Bodens, unter der Steuerung zur Bereichsbegrenzung eine große Last darstellt. Daher ist beim Prozeß der Modifikation der Geschwindigkeit b in Abhängigkeit vom Lastdruck kein genauer Wert erforderlich, und die Steuerung kann durch eine grobe Modifikation gerade ausreichend ausgeführt werden, um die Ausschachtung so auszuführen, daß sich die Spitze der Schaufel nicht von der Grenze entfernt, entlang der die Ausschachtung ausgeführt werden soll. Dadurch muß auch in 32 gezeigte die Beziehung zwischen dem Lastdruck Pba und dem Modifikationskoeffizienten Kv nicht streng präzise sein, und die Software (das Programm) zur Verwendung durch den Abschnitt 9m zur Modifikation der Geschwindigkeit kann leicht erstellt werden.
Daher ermöglicht die Modifikation der Geschwindigkeit der Schaufelspitze in Abhängigkeit von der Ausschachtungslast ebenfalls das Erzielen ähnlicher Vorteile, wie der durch die erste Ausführungsform erzielbaren, bei der der Grenzwert modifiziert wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde der Abstand zur Grenze des eingestellten Bereichs als Abstand zwischen der Grenze und der Spitze der Schaufel beschrieben. Unter dem Gesichtspunkt der einfacheren Implementierung der vorliegenden Erfindung kann statt dessen jedoch auch der Abstand zwischen der Grenze und einem Stift am Ende des Arms verwendet werden. Wenn der Ausschachtungsbereich eingestellt wird, um einen Zusammenstoß des vorderen Aufbaus mit einem anderen Gegenstand zu verhindern, kann ferner der Abstand zwischen der Grenze und jedem anderen geeigneten Teil verwendet werden, mit dem möglicherweise ein Zusammenstoß verursacht werden könnte.
Obwohl das hydraulische Antriebssystem, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, als System mit offenem Kreislauf beschrieben wurde, für das Stromventile mit mittlerer Umgehungsleitung verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung auch auf ein System mit geschlossenem Kreislauf anwendbar, für das Stromventile mit geschlossener Mitte verwendet werden.
Die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen der Grenze des eingestellten Bereichs und der Spitze der Schaufel und dem Grenzwert für die Geschwindigkeit der Schaufelspitze oder der berechneten Geschwindigkeit des Schaufelendes ist nicht auf die vorstehend beschriebene, lineare, proportionale Beziehung beschränkt, sondern kann auf unterschiedliche Weise eingestellt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind so aufgebaut, daß der Sollgeschwindigkeitsvektor unverändert ausgegeben wird, wenn die Spitze der Schaufel weit von der Grenze des eingestellten Bereichs entfernt ist. In diesem Zustand kann der Sollgeschwindigkeitsvektor jedoch zu jedem anderen Zweck modifiziert werden.
Obwohl die Vektorkomponente des Sollgeschwindigkeitsvektors in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs als zur Grenze des eingestellten Bereichs vertikale Vektorkomponente beschrieben wurde, kann sie von der vertikalen Richtung abweichen, solange die Spitze der Schaufel in der Richtung längs der Grenze des eingestellten Bereichs bewegt werden kann.
Bei der zweiten und dritten Ausführungsform, bei denen die vorliegende Erfindung für einen hydraulischen Bagger mit Steuerhebeleinheiten für eine hydraulische Steuerung verwendet wird, werden elektromagnetische Proportionalventile als elektrohydraulische Umwandlungseinrichtungen und Druckverringerungseinrichtungen verwendet. Die elektromagnetischen Proportionalventile können jedoch durch beliebige andere geeignete elektrohydraulische Umwandlungseinrichtungen ersetzt werden.
Obwohl sämtliche Steuerhebeleinheiten und Stromventile bei der zweiten und dritten Ausführungsform dem hydraulisch gesteuerten Typ angehören, können auch nur zumindest die dem Ausleger und die dem Arm zugeordneten Steuerhebeleinheiten und Stromventile dem hydraulisch gesteuerten Typ angehören.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Erfindungsgemäß kann bei Ausschachtungsarbeiten unter Verwendung der bereichsbegrenzenden Ausschachtungssteuerung der Boden bis zur Grenze des eingestellten Bereichs aufgegraben werden, ohne daß die Härte des aufzugrabenden Bodens eine Beeinträchtigung darstellt. Dadurch können zusätzliche Arbeit eingespart, die Arbeitseffizienz verbessert und eine Verzögerung geplanter Arbeiten vermieden werden. Da ferner zur Modifikation des Grenzwerts bzw. der berechneten Geschwindigkeit kein streng präziser Prozeß erforderlich ist, kann der Modifikationsprozeß durch ein einfaches Programm implementiert werden.

Claims

Steuersystem zur Begrenzung eines Ausschachtungsbereichs, das in einer Baumaschine installiert ist, die einen vorderen Aufbau (1A) mit mehreren Gelenken, der aus mehreren, in Bezug aufeinander vertikal drehbar miteinander gekoppelten, vorderen Elementen (1a–1c) einschließlich eines ersten und eines zweiten vorderen Elements (1b, 1a) aufgebaut ist, mehrere hydraulische Stellglieder (3a–3f) einschließlich eines ersten und eines zweiten hydraulischen Stellglieds (3b, 3a) zum Antreiben des ersten und des zweiten vorderen Elements, mehrere Betätigungseinrichtungen (14a–14f; 4a–4f) einschließlich einer ersten und einer zweiten Betätigungseinrichtung (14b, 14a; 4b, 4a) zur Vorgabe einer Betätigung des ersten und des zweiten vorderen Elements und mehrere hydraulische Steuerventile (15a–15f; 5a–5f) einschließlich eines ersten und eines zweiten hydraulischen Steuerventils (15b, 15a; 5b, 5a) umfaßt, die bei einer Betätigung der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung zur Steuerung jeweiliger Strömungsmengen des dem ersten und dem zweiten hydraulischen Stellglied zugeführten Hydraulikfluids angesteuert werden, wobei das Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs eine erste Berechnungseinrichtung (9e; 90d) zur Berechnung der durch zumindest die erste Betätigungseinrichtung (14b; 4b) unter den mehreren Betätigungseinrichtungen vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit (b; Vc) des vorderen Aufbaus (1A), eine zweite Berechnungseinrichtung (9c; 90e) zur Berechnung eines Grenzwerts (a; h; f(Ya)), dessen absoluter Wert bei einer Annäherung des vorderen Aufbaus an die Grenze eines eingestellten Bereichs reduziert wird, und eine Signalmodifikationseinrichtung (9f–9j; 9f–9Bi, 12; 90e–90k, 12) zum derartigen Verändern eines Betätigungssignals von zumindest der zweiten Betätigungseinrichtung (14a; 4a) unter den mehreren Betätigungseinrichtungen unter Verwendung der von der ersten Berechnungseinrichtung berechneten Bewegungsgeschwindigkeit und des von der zweiten Berechnungseinrichtung berechneten Grenzwerts umfaßt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs verringert wird, wenn sich der vordere Aufbau der Grenze nähert, während eine Bewegung des vorderen Aufbaus in der Richtung entlang der Grenze zugelassen wird, wobei das Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine ferner eine erste Erfassungseinrichtung (41a) zur Erfassung einer auf den vorderen Aufbau (1A) einwirkenden Last und eine Grenzwertmodifikationseinrichtung (91; 9C1) zum Verändern des Grenzwerts (a; h; f(Ya)) nach Maßgabe der Größe der von der ersten Erfassungseinrichtung erfaßten Last umfaßt.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die Grenzwertmodifikationseinrichtung (91; 9C1) den Grenzwert (a; h; f(Ya)) so verändert, daß er an einer näher an der Grenze des eingestellten Bereichs liegenden Position wirksam wird, wenn die von der ersten Erfassungseinrichtung (41a) erfaßte und auf den vorderen Aufbau (1A) einwirkende Last zunimmt.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die von der ersten Erfassungseinrichtung (41a) erfaßte und auf den vorderen Aufbau (1A) einwirkende Last der Lastdruck des ersten hydraulischen Stellglieds (3b) ist.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die von der ersten Erfassungseinrichtung (41a) erfaßte und auf den vorderen Aufbau (1A) einwirkende Last der Lastdruck des zweiten hydraulischen Stellglieds (3a) ist.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung (91) veränderte Grenzwert ein Grenzwert (a; f(Ya)) der Geschwindigkeit in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs ist und die Signalmodifikationseinrichtung (9f–9j; 9f–9Bi, 12; 90e–90k, 12) ein Betätigungssignal von der zweiten Betätigungseinrichtung (14a; 4a) so verändert, daß eine Komponente der Geschwindigkeit des vorderen Aufbaus (1A) in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs den Grenzwert nicht überschreitet.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die von der ersten Berechnungseinrichtung (90d) berechnete Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus (1A) eine Sollgeschwindigkeit (Vc) des vorderen Aufbaus ist, der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung (9C1) veränderte Grenzwert ein Koeffizient (h) zur Veränderung einer Komponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs ist und die Signalmodifikationseinrichtung (90e–90k, 12) die Betätigungssignale von der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung (14b, 14a; 4b, 4a) so verändert, daß eine Geschwindigkeitskomponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus nach Maßgabe des Koeffizienten verändert wird.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die von der ersten Berechnungseinrichtung (90d) berechnete Bewegungsgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus (1A) eine Sollgeschwindigkeit (Vc) des vorderen Aufbaus ist, der von der Grenzwertmodifikationseinrichtung (9C1) veränderte Grenzwert ein Grenzwert (f(Ya)) für eine Komponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus in der Richtung zur Grenze des eingestellten Bereichs ist und die Signalmodifikationseinrichtung (90e–90k, 12) die Betätigungssignale von der ersten und der zweiten Betätigungseinrichtung (14b, 14a; 4b, 4a) so verändert, daß eine Geschwindigkeitskomponente der Sollgeschwindigkeit des vorderen Aufbaus so verändert wird, daß sie den Grenzwert nicht überschreitet.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem anstelle der Grenzwertmodifikationseinrichtung (91; 9C1) eine Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtung (9m) zur Begrenzung der von der ersten Berechnungseinrichtung (9e; 90d) berechneten Bewegungsgeschwindigkeit (b; Vc) des vorderen Aufbaus nach Maßgabe der von der ersten Erfassungseinrichtung (41a) erfaßten Größe der Last vorgesehen ist.
Steuersystem zur Begrenzung des Ausschachtungsbereichs für eine Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die mehreren vorderen Elemente einen Ausleger (1a) und einen Arm (1b) eines hydraulischen Baggers umfassen, wobei das erste vordere Element der Arm (1b) und das zweite vordere Element der Ausleger (1a) ist.