DE69931098T2

DE69931098T2 - Vorrichtung zur Änderung der Gewichtsverteilung auf den Stützen von selbstangetriebenen Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE69931098T2
Application number: DE69931098T
Authority: DE
Inventors: Romolo Bitelli
Original assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Current assignee: Caterpillar Paving Products Inc
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: DE69931098D1; ATE325002T1; EP0940274B1; EP0940274A2; ITVI980044A1; EP0940274A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variation der Gewichtsverteilung an den Aufhängungen von selbstangetriebenen Arbeitsmaschinen, insbesondere von Maschinen, die für Straßenarbeiten verwendet werden.
Wie bekannt ist, sind die Maschinen für Straßenarbeiten Arbeitsmaschinen, die sich auf Rädern oder auf Raupen bewegen, die mit dem Maschinenkörper durch hydraulische Stützen bzw. Aufhängungen verbunden sind.
Während den Bewegungen von einigen der Maschinen, beispielsweise Kaltfräsmaschinen oder Kaltplaniermaschinen für Asphalt und Beton, verschiebt sich das Förderband für das entfernte Material, welches ein wichtiger Teil der Maschine ist, um das entfernte Material auf den Anhänger zu laden. Da das Gewicht des Materials zum Gewicht des Förderbandes hinzukommt, ist klar, dass der Schwerpunkt der Maschine beträchtlichen Verschiebungen entsprechend dem Winkel unterworfen sein kann, der von dem Förderband mit Bezug zur Längsachse der Maschine beschrieben wird.
Ein weiteres Beispiel zur Verschiebung des Schwerpunktes kann bei Maschinen beobachtet werden, die für Straßenarbeiten geeignet sind, die vorstehende Räder oder Raupen haben, die, falls erforderlich, wieder eingezogen werden können, um einer schmäler werdende Straße zu folgen, oder um nicht an feste Hindernisse zu stoßen. In diesem Fall verschiebt sich der Schwerpunkt der Maschine ebenfalls.
Im Folgenden wird aus Gründen der Abkürzung und der Vereinfachung der Ausdruck "Räder" in der Beschreibung verwendet, was sowohl "Räder" als auch "Raupen" bedeuten soll.
Alle oben erwähnten Maschinen haben unabhängige hydraulische Aufhängungen, jedoch ist ein paar von Vorder- oder Hinterrädern hydraulisch verbunden, um ein automatisches Nivellierungssystem zu bilden. Dies ist nötig, weil die Aufhängungen an vier Teilen, die durch steife Aufhängungen ausgeführt werden, eine Aufhängung der Maschine nur auf drei Teilen verursachen können, anstatt eine Aufhängung, die an vier Teilen verwirklicht wird. Statt dessen wird durch Verbindung der zwei Räder ein Aufhängungsdreieck erzeugt, welches durch die berührenden Teile auf dem Boden von zwei Rädern definiert wird, die unabhängig angetrieben werden, und durch den Zwischenpunkt der Linie, die die zwei Kontaktteile auf dem Boden der zwei Räder verbindet, die hydraulisch verbunden sind, das heißt, die sogenannten automatisch nivellierenden Räder.
Bei einer solchen Verteilung, wenn man beispielsweise die Hinterräder als automatisch nivellierend ausführt, wird ein Aufhängungsdreieck hergestellt, wo zwei Spitzen den Vorderradaufhängungen entsprechen, und wobei die andere Spitze dem Zwischenpunkt der Linie entspricht, die die zwei Kontaktteile auf dem Boden der Hinterräder verbindet, die hydraulisch verbunden sind.
Wie gesagt, muss der Schwerpunkt der Maschine notwendigerweise innerhalb des Aufhängungsdreiecks sein, um ein Umkippen der Arbeitsmaschine zu vermeiden, da in manchen Fällen der Schwerpunkt der Arbeitsmaschinen Verschiebungen während des Betriebs ausgesetzt ist, und da es nötig ist, dass Arbeitsmaschinen sicher arbeiten. Dies ist der Grund, warum es nötig ist, die Konfiguration des Aufhängungsdreiecks der Maschinen zu modifizieren, so dass auch im Fall einer Verschiebung von beträchtlichen Gewichten auf den Aufhängungen der Schwerpunkt der Arbeitsmaschine in diesem Dreieck eingeschlossen ist.
Weiterhin sei hingewiesen auf EP 0 692 183 A1 , die auf Aufhängungsmittel für ein Arbeitsfahrzeug gerichtet ist, wie beispielsweise auf einen Traubenernter, der einen übergreifenden Rahmen aufweist, der an seinen vorderen und hinteren Enden durch doppelt wirkende Hydraulikzylinder getragen wird, die ausgefahren oder zurückgezogen werden können, um den Rahmen zu nivellieren. Die hinteren Zylinder sind normalerweise blockiert, um das Fahrzeug mit einer festen Hinterachse zu versehen, während die vorderen Zylinder hydraulisch verbunden sind, um sie sich entgegengesetzt zueinander ausfahren oder einfahren zu lassen, um das Fahrzeug mit einer Gelenkachse zu versehen. Die Hydraulikzylinder werden durch zwei Steuerventile geregelt, die das Anheben, das Absenken und die seitliche Nivellierung des Rahmens gestatten. Während Nivellierungsvorgängen wird die hydraulische Verbindung zwischen den vorderen Zylindern automatisch durch ein Steuerventil unterbrochen, um die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern.
US-A-5 219 181 offenbart die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 und ein Anti-Roll-System zur Lenkungskompensation in einem Fahrzeug, welches ein differenzielles Hydrauliksignal erzeugt, bei dem ein Druckpotenzial einer ersten Kurvenrichtung und einem komplementären rückwärtsgerichteten hydraulischen Potenzial entspricht. Das System weist ein Paar von Hinterrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen und ein Paar von Vorderrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen auf. Ein Hydraulikkreislauf ist angeschlossen, um das Druckpotenzial zu leiten, um die Kolben in einer ersten Hinterrad-Zylinder-Kolben-Anordnung und einer ersten Vorderrad-Zylinder-Kolben-Anordnung zu bewegen, während das Rückleitungssignal ausgeführt wird, um die Kolben in der zweiten Vorderrad-Zylinder-Kolben-Anordnung und der zweiten Hinterrad-Zylinder-Kolben-Anordnung zu bewegen. Eine Hydraulikleitung verbindet direkt entsprechende Enden der Hinterrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen, um eine hydraulische Verbindung zwischen diesen Anordnungen vorzusehen, und zwar ansprechend auf die Zuleitung des differenziellen Hydrauliksignals. Ein Kippbegrenzungsmerkmal ist in den Vorderrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen vorgesehen und ist mit dem Hydraulikkreislauf verbunden, um die maximale Verdrängung der Kolben in den Hinterrad und Vorderrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen zu begrenzen. In einem Fahrzeug reagiert das System auf eine Lenkung, indem es bewirkt, dass die Vorderrad- und Hinterrad-Zylinder-Kolben-Anordnungen das Fahrzeug in eine Richtung kippen, um der Rollkraft bzw. Längsneigungskraft des Fahrzeuges entgegen zu wirken, die durch den Lenkvorgang verursacht wird. Das Kippbegrenzungselement wirkt dahingehend, dass es das Ausmaß der Verkippung begrenzt, die durch das System der Erfindung erzeugt wird, um einer Rollkraft des Fahrzeugs entgegen zu wirken. Sensoren sehen eine Anzeige der Lenkrichtung des Fahrzeuges vor, jedoch keine Anzeige für den Grad der Lenkung.
In ähnlicher Weise offenbart die DE 195 21 747 eine Rollsteuerung und Aufhängungsniveausteuerung für ein Fahrzeug. Es gibt kein Anzeichen der Bestimmung oder Erzeugung von Signalen, die proportional zu einer Veränderung der Schwerpunktkonfiguration sind.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung für die Variation der Gewichtsverteilung auf den vordern oder hinteren Aufhängungen zu verwirklichen, die hydraulisch verbunden sind, so dass eine Variation den Effekt hat, das Aufhängungsdreieck so zu modifizieren, dass der Schwerpunkt immer in dem Dreieck ist.
Ein weiteres zu erreichendes Ziel ist, dass die Variation des Aufhängungsdreieckes automatisch entsprechend der Variation der Gewichtsverteilung der Arbeitsmaschine gemacht werden kann.
Diese und andere Ziele, die später besser verständlich werden, werden durch eine Vorrichtung zur Variation des Gewichtes auf den Aufhängungen von selbstangetriebenen Arbeitsmaschinen nach Anspruch 1 erreicht, insbesondere für Straßenarbeiten. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können aus den abhängigen Ansprüchen gewonnen werden. Vorzugsweise weisen die Maschinen einen Körper auf, der auf Rädern oder Raupen durch hydraulische Aufhängungen getragen wird. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist mindestens ein Paar von Hydraulikzylindern mit Bezug zu den hinteren (oder vorderen) Aufhängungen auf. Die Hydraulikzylinder sind doppelt wirkende Zylinder, wobei jeder davon eine erste Kammer hat, die hydraulisch mit der entsprechenden ersten Kammer der anderen entsprechenden Aufhängung verbunden ist, wobei jede zweite Kammer der Zylinderselektiv durch mindestens ein Elektroventil mit einer äußeren Quelle für Hydraulikdruck verbunden ist. Die Reaktionsschubkraft, die durch den jeweiligen Hydraulikzylinder geliefert wird, ist Proportional zur Differenz der Reaktionskraft zwischen den Zylindern, wodurch die Modifikation des idealen Aufhängungsdreieckes der Arbeitsmaschine verwirklicht wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Variation des Druckes in einer zweiten Kammer von einem der zwei doppelt wirkenden Zylinder erreicht durch eine externe Druckquelle, die mit der zweiten Druckkammer durch eine Druckreduktionsvorrichtung verbunden wird. Weiterhin kann der Ausgangsdruck aus der Reduktionsvorrichtung variiert werden, um einen Druck zu ergeben, der gemäß der Anforderung variiert wird, um das Aufhängungsdreieck der Maschine dementsprechend zu modifizieren, was als nötig erachtet wird.
Gemäß einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel wird der Druck, der von der externen Quelle geliefert wird, über ein Zwei-Wege-Elektroventil verteilt, welches den Druck hält, der in beide der zweiten Kammern ausgelassen wird, wenn das Elektroventil in der Ruheposition ist, und welches selektiv die eine oder andere Kammer von jedem Zylinder auf Anforderung anschließt. Weitere Charakteristiken und Merkmale der Erfindung werden besser in der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung erklärt, die als ein veranschaulichendes jedoch nicht einschränkendes Beispiel dargelegt wird und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, wobei die Figuren folgendes darstellen:
1 und 1a eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht einer Arbeitsmaschine für Straßenarbeiten, deren Aufbau eine Verschiebung des Schwerpunktes während der Arbeit verursachen kann;
2 ein Schema der Vorrichtung der Erfindung in der Ruheposition;
3 das Aufhängungsdreieck, wenn die Vorrichtung der 2 nicht arbeitet;
4 das Schema der Vorrichtung der Erfindung mit einem Zylinder, der einer Druckvariation unterworfen ist;
5 die fortlaufende Variation des Aufhängungsdreieckes;
6 das Schema der Vorrichtung der Erfindung, wobei ein anderer Zylinder Druckvariationen unterworfen ist;
7 die Veränderung des Aufhängungsdreieckes im Vergleich zur Vorrichtung der 6.
Mit Bezug auf die oben erwähnten Figuren hat eine Arbeitsmaschine, beispielsweise eine Fräsmaschine oder eine Kaltplaniermaschine, die mit 10 bezeichnet wird, zwei vordere Aufhängungen die mit 1 und 2 bezeichnet werden, und zwei hintere Aufhängungen, die mit 3 und 4 bezeichnet werden, die schematisch ebenfalls in 2 zu sehen sind.
Die Fräsmaschine hat auch ein bewegbares Förderband 5, welches sich um 40 Grad bis 45 Grad zur Lenksachse der Maschine bewegen kann. Während die Maschine 10 auf den vorderen Raupen 1 und 2 durch einfach wirkende Hydraulikzylinder getragen wird, sind die hinteren Aufhängungen der Raupen 3 und 4 mit der Maschine durch doppelt wirkende Zylinder 7 bzw. 8 verbunden. Insbesondere hat der Zylinder 7 eine obere erste Kammer 71 und eine untere zweite Kammer 72, während der Zylinder 8 eine obere erste Kammer 81 und eine untere zweite Kammer 82 hat. Der Kolben 73 für den Zylinder 7 und der Kolben 83 für den Zylinder 8 trennen die oberen und unteren Kammern voneinander. Die Stange 74 des Kolbens 73 ist mit der Aufhängung des Rades oder der Raupe 3 verbunden, und die Stange 84 des Kolbens 83 ist mit der Aufhängung des Rades oder der Raupe 4 verbunden. Die ersten Kammern 71 und 81 sind hydraulisch durch die Rohrleitung 78 verbunden, so dass, wenn der Druck in den zweiten Kammern 72 bzw. 82 nicht vorhanden ist, in den ersten Kammern 71 und 81 ein Strömungsmittel mit einem gewissen und immer gleichen Druck ist. Weil die Drücke in den zwei Kammern als ein Effekt der Verbindung durch die Rohleitung 78 gleich sind, werden daher die Kolben 73 und 83 immer auf den zwei Rädern oder Raupen unabhängig von der Verteilung der Gewichte auf der Arbeitsmaschine und unabhängig von der Position des Schwerpunktes getragen.
Wenn P das Gewicht ist, welches auf den hinteren Aufhängungen getragen wird, trägt im Wesentlichen jede Raupe 3 und 4, und daher jeder Kolben 73 und 83, der damit verbunden ist, ein Gewicht von P/2. Dies wird in 3 unter Verwendung eines idealen Aufhängungsdreieckes veranschaulicht, welches mit A, B, C bezeichnet wird, wobei die zwei Spitzen A und B den Aufhängungen der Vorderräder entsprechen, und wobei die Spitze C dem mittleren Teil des Teils entspricht, welches die hinteren Aufhängungen 3 und 4 verbindet. Offensichtlich ist der Schwerpunkt G innerhalb des Aufhängungsdreieckes A, B, C gelegen.
Wenn die Arbeitsmaschine das Förderband 5 bewegt, welches das Material auslässt, beispielsweise in der in 5 angezeigten Position, nimmt die elektronische Steuereinheit 11 das Signal 51 auf, welches den Drehwinkel des Förderbandes anzeigt, und überträgt ein Signal 110 an das Elektroventil 12 und ein Signal 111 an die Druckreduktionsvorrichtung 13. In dieser Weise reduziert die Druckreduktionsvorrichtung 13, die mit der Hydraulikdruckquelle oder Pumpe 9 durch eine Rohrleitung 91 verbunden ist, den Druck gemäß dem Signal 111, welches von der elektronischen Steuereinheit 11 geliefert wird, und der reduzierte Druck läuft durch die Rohrleitung 92 und kommt beim Elektroventil 12 an. Ein solches Elektroventil, welches durch das Signal 110 erregt wird, ist in der vom Schalter X gesteuerten Position offen und gestattet, dass das unter Druck gesetzte Öl bei der zweiten Kammer 72 des Zylinders 7 ankommt.
Auf diese Weise wird der Druck, der auf dem Kolben 73 aufgebracht wird, die Differenz zwischen dem Druck sein, der gleichmäßig auf die zwei Kammern 71 und 81 aufgebracht wird, und dem Druck, der durch die Vorrichtung durch die Hydraulikdruckquelle oder die Pumpe 9 und die Druckreduktionsvorrichtung 13 geliefert wird.
Daher ist der erreichte Effekt die unterschiedliche Reaktion bzw. Gegenwirkung in den Aufhängungen der Räder oder Raupen 3 und 4. Es ist klar, dass auf diese Weise das Rad oder die Raupe 4 ein größeres Gewicht tragen können, und sich somit die Spitze 10 des Aufhängungsdreieckes nach C' bewegt, wie in 5 zu sehen.
Folglich fällt der Schwerpunkt G, der sich zu G' wegen der Bewegung des Förderbandes 5 bewegt hat, immer in das Aufhängungsdreieck A, B, C', was somit der Maschine Stabilität verleiht.
6 und 7 zeigen das gleiche Verhalten der Vorrichtung der Erfindung, wenn das Förderband 5 der Arbeitsmaschine in der entgegengesetzten Richtung orientiert ist. In diesem Fall wird der Sensor, der am Förderband gelegen ist, ein Signal 52 zu der elektronischen Steuereinheit 11 liefern, die wiederum ein Signal 112 liefert, welches den Schalter Y anstelle dem Schalter X des Elektroventils 12 aktiviert, während die Druckreduktionsvorrichtung 13 gemäß dem Signal 113 eingestellt ist, welches von der elektronischen Steuereinheit 11 empfangen wurde, um einen Druck P1 zu ergeben, der anders ist als der zuvor angeforderte Druck P.
Mit diesen Signalen werden das Elektroventil 12 und die Druckreduktionsvorrichtung 13 so angeordnet, dass der Druck die zweite Kammer 82 des Zylinders 8 erreicht. Folglich wird es eine Variation des Gesamtdruckes auf dem Kolben 83 geben, der anders als der Druck auf dem Kolben 72 ist, so dass das Aufhängungsdreieck durch die Bewegung der Spitze C zur Spitze C'' verändert wird. Wenn der neue Schwerpunkt G'' sich aus der vorherigen Position G bewegt hat, bleibt der neue Scherpunkt innerhalb des Aufhängungsdreieckes.
Der Nutzen der Vorrichtung der Erfindung ist offensichtlich, weil während des Betriebes der Maschine und während der Bewegung des Förderbandes und der Gewichte, die auf der Maschine und auf dem Band ruhen, die Maschine dadurch reagiert, dass sie das Aufhängungsdreieck der Maschine modifiziert, um immer sichere Bedingungen aufrecht zu erhalten.
Wie zuvor erwähnt, kann die Vorrichtung der Erfindung auch auf Maschinen angewandt werden, die anders als in Beispiel sind. Beispielsweise kann sie auf Maschinen mit Rädern angewandt werden, die von der Kontur der Maschine vorstehen und geeignet sind, um in speziellen Bedingungen zurückgezogen oder hereingeschwenkt zu werden. Die Modifikation der Distanz der Räder beinhaltet eine Modifikation des Aufhängungsdreiecks und daher die Notwendigkeit, ein solches Aufhängungsdreieck an mögliche Bewegungen des Schwerpunktes der Maschine anzupassen, was nötig ist, wenn die Vorrichtung der Erfindung auf solche Formen oder Arten von Maschinen angewandt wird.

Claims

Einrichtung zur Änderung der Gewichtsverteilung auf die Stützen von selbstgetriebenen Arbeitsmaschinen, insbesondere für Straßenarbeiten, wobei die Einrichtung Folgendes aufweist: mindestens ein Paar von Hydraulikzylindern (7,8), die mit hinteren Aufhängungen (3, 4) oder vorderen Aufhängungen (1, 2) assoziiert sind, wobei die Hydraulikzylinder (7, 8) doppelt wirkende Zylinder sind, die jeweils eine erste Kammer (71, 81) und eine zweite Kammer (72, 82), getrennt durch einen entsprechenden Kolben (73, 83), aufweisen, wobei die erste Kammer (71, 81) jedes Zylinders des mindestens einen Paars von Hydraulikzylindern (7, 8) hydraulisch mit der entsprechenden ersten Kammer (71, 81) des anderen Zylinders des mindestens einen Paars von Hydraulikzylindern (7, 8) verbunden ist; mindestens ein Elektroventil (12), das in der Lage ist, eine ausgewählte der zweiten Kammern (72, 82) des mindestens einen Paars von Hydraulikzylindern mit einer externen Hydraulikdruckquelle (9) zu verbinden, während es die entsprechende andere der zweiten Kammern (72, 82) des mindestens einen Paars von Hydraulikzylindern mit einem Hydraulikströmungsmittelreservoir verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroventil (12) betätigt wird und der von der Druckquelle (9) an das Elektroventil (12) gelieferte Hydraulikdruck eingestellt wird ansprechend auf Signale (51, 52), die proportional sind zu einer Änderung der Schwerpunktkonfiguration der Arbeitsmaschine.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Elektroventil ein Zweiweg-Elektroventil (12) ist, das in der Lage ist, jede der zweiten Kammern (72, 82) mit einem Hydraulikströmungsmittelreservoir in einer Ruhe- oder Neutralposition zu verbinden, um den Druck jeder der zweiten Kammern (72, 82) jedes der doppelt wirkenden Hydraulikzylinder entlastet zu halten.
Einrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Elektroventil (12) ansprechend ist auf Signale (110, 112), die durch eine elektronische Steuereinheit (11) geliefert werden, und zwar ansprechend auf den Empfang der Signale (51, 52), die proportional sind zu der Änderung der Schwerpunktkonfiguration der Arbeitsmaschine.
Einrichtung gemäß einem der vorgehenden Ansprüchen, wobei eine Druckminderungseinrichtung (13) zwischen der Druckquelle (9) und dem Elektroventil (12) vorgesehen ist, wobei die Druckminderungsvorrichtung (13) in der Lage ist, den an das Elektroventil (12) gelieferten Druck zu verändern.
Einrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Druckminderungsvorrichtung (13) in der Lage ist, den an das Elektroventil gelieferten Druck ansprechend auf Signale (111, 113) zu verändern, die von einer elektronischen Steuereinheit (11) geliefert werden, und zwar ansprechend auf den Empfang der Signale (51, 52), die proportional sind zu der Änderung der Schwerpunktkonfiguration der Arbeitsmaschine.
Selbstgetriebene Arbeitsmaschine (10), die eine Einrichtung gemäß einem der vorgehenden Ansprüche aufweist, wobei die Arbeitsmaschine ferner Folgendes aufweist: ein bewegliches Förderband (5), das in der Lage ist, in abgewinkelte Positionen bezüglich der Längsrichtung der Arbeitsmaschine (10) geschwenkt zu werden, was eine Änderung der Schwerpunktkonfiguration der Arbeitsmaschine (10) ergibt, und einen Sensor, der geeignet ist zum Erzeugen eines Signals (51, 52), das die Winkelposition des Förderbandes (5) anzeigt.
Maschine (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Maschine (10) auf den vorderen Aufhängungen (1, 2) durch einzeln wirkende Hydraulikzylin der und auf den hinteren Aufhängungen (3, 4) durch die doppelt wirkenden Hydraulikzylinder (7, 8) getragen wird.
Maschine (10) gemäß Anspruch 7, wobei das Förderband (5) nahe dem Vorderteil der Maschine an der Maschine befestigt ist.