EP0943051A1 - Einrichtung zum dämpfen von schwingungen von teilschnittschrämmaschinen - Google Patents

Einrichtung zum dämpfen von schwingungen von teilschnittschrämmaschinen

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EP0943051A1
EP0943051A1 EP97945654A EP97945654A EP0943051A1 EP 0943051 A1 EP0943051 A1 EP 0943051A1 EP 97945654 A EP97945654 A EP 97945654A EP 97945654 A EP97945654 A EP 97945654A EP 0943051 A1 EP0943051 A1 EP 0943051A1
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EP
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arm
cutting
hydraulic
actuator
vibrations
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EP97945654A
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Peter Kogler
Gottfried Siebenhofer
Nikolaus Sifferlinger
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Sandvik Mining and Construction GmbH
Original Assignee
Tamrock Voest Alpine Bergtechnik GmbH
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Publication date
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C27/00—Machines which completely free the mineral from the seam
    • E21C27/20—Mineral freed by means not involving slitting
    • E21C27/24—Mineral freed by means not involving slitting by milling means acting on the full working face, i.e. the rotary axis of the tool carrier being substantially parallel to the working face
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C31/00—Driving means incorporated in machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam
    • E21C31/12—Component parts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/24—Remote control specially adapted for machines for slitting or completely freeing the mineral

Definitions

  • the invention relates to a device for damping vibrations of part-cutting machines with a cantilever arm which can be pivoted about two axes, on which cutting tools are rotatably mounted, the cantilever arm being connected to a hydraulic actuator which can be acted upon by fluid via a valve arrangement, fluid in Depending on the measured values from sensors, the drive is fed.
  • the cutting tools When hard material is removed, the cutting tools are exposed to high, shock-like loads depending on the speed of advance and the speed of rotation of the cutting heads, and it can already be seen from AT-PS 377 056, for example, to arrange vibration sensors as a measured variable for the tool load, which are subsequently used the swiveling speed and / or the speed of rotation of the tools can be influenced for the purpose of reducing the tool load.
  • a vibration sensor was provided in this known design, the signals of which are connected via control electronics to the swivel drive of the cutting arm, and in particular the controllable valves of a hydraulic swivel drive. In the event of excessive vibrations, the cutting performance of the cutting machine was reduced.
  • the aim of the invention is now to propose a simple and possibly also retrofitted device with which an effective damping of vibrations from part-cutting machines can be achieved.
  • the device according to the invention should manage with a minimum of additional parts and should be compact, and furthermore should influence the efficiency and the performance of the swivel drive for the extension arm as little as possible.
  • the device according to the invention essentially consists in that at least one sensor for detecting vibrations, acceleration, loading and / or position of the arm is connected to the cantilever arm or the hydraulic actuator, the signal lines of which are connected to a control device, which control device is connected to a hydraulic circuit for unilaterally acting on that actuator to compensate for the registered evasive movement of the cantilever arm, the position of which is kept essentially constant during the advance of the cutting tools.
  • the cut is usually made after the break-in in such a way that one of the two swivel drives is locked in its position, whereas the feed movement is effected via the second drive.
  • the vertical swivel drive When cutting in the horizontal direction, the vertical swivel drive is thus fixed in the desired position, the propulsion being effected by swiveling the arm horizontally. Because the measurement signals of the sensor are now made available to a control device which is to act on the drive which is to be held in its respectively selected position, impermissible load peaks can be eliminated. It is thus according to the invention Only one working area of the actuator to be kept in a constant position, for example the vertical actuator, is acted upon when an evasive movement is registered, so that vibrations can also be compensated for, without this affecting the cutting performance. The control can be fine-tuned to the registered direction of the higher load.
  • the compensatory control impulses thus cause a cyclical readjustment movement in order to counteract evasive movements, so that the cutting arm as a whole can be kept quieter and vibrations can be dampened. Since a certain high pressure level must be made available for such compensatory loading of a working space of an actuating cylinder for a short time, the training is developed in a particularly advantageous manner in such a way that, in addition to the hydraulic pump for the hydraulic actuator, a fluid pressure accumulator is arranged, which is used to compensate for the evasive movement of the arm can be placed in connection with a working space of the actuator.
  • the pressure level required for the compensation can be made available at short notice from a fluid pressure accumulator, without additional superimposition and repercussions on the pump of the hydraulic drive. Pressure corrections can be made available from the pressure accumulator at very short notice, so that the hydraulic pump, which is required for the actuator, is decoupled from such load peaks.
  • valve arrangement which is used for the swivel drive or actuator of the cantilever arm can also be used directly as a valve arrangement for the desired compensation, which results in a particularly simple construction.
  • Fig.l show a schematic side view of a part cutting machine
  • Fig.2 is a circuit diagram for the hydraulic circuit.
  • Fig.l 1 is a partial cutting machine, which can be moved on a crawler track 2.
  • a cantilever arm 3 is mounted on a swivel mechanism 4 so as to be pivotable in the vertical direction about an essentially horizontal axis 5.
  • the swivel drive for this displacement about the swivel axis 5 is designated 6 and is formed by a hydraulic cylinder piston unit which is hinged to the cutting arm 3.
  • the cutting arm 3 carries rotating cutting heads 7 which can be pivoted in the vertical direction in the direction of the double arrow 8.
  • the swivel mechanism 4 is swiveled about the essentially vertical swivel axis 9.
  • a loading device 11 is also articulated on the machine frame 10.
  • a discharge conveyor 12 is shown schematically.
  • a sensor 13 is provided on the cutting arm.
  • a further sensor 14 can be arranged on the hydraulic actuator 6 or in the swivel axis 5, with which vibrations, accelerations, loads and / or the position of the cutting arm or cantilever arm 3 are detected.
  • the signals from the sensor 13 or the sensor 14 are fed to a control device 16 via a signal line 15.
  • the control device is connected to a valve arrangement for the hydraulic actuators 6, as is illustrated in more detail in FIG.
  • a valve arrangement for actuating the actuator 6 is shown schematically in FIG.
  • the hydraulic slide 17 can be brought into the respective position which enables pivoting upwards or downwards. Fluid is made available from a tank 18 via a pump 19 of the valve arrangement and thus, depending on the position of the slide valve, to a working space of the hydraulic cylinder piston units 6.
  • Corresponding check valves or control valves, which are denoted schematically by 20, are switched into the line to these vertical swivel cylinders.
  • the cylinder spaces 21 or 22 are acted upon for pivoting.
  • the lines between the pump 19 and the cylinder spaces 21 and 22 are separated and blocked, so that the selected vertical position of the cantilever arm 3 for pivoting the cutting arm 3 in a substantially horizontal direction is fixed. In this position, depending on the nature of the rock or the operating conditions, more or less force can be applied to the blocked working spaces 21. 22 of the hydraulic cylinder-piston units 6 take effect, which means that vibration states cannot be excluded due to the compressibility of the fluid. If such undesired operating states are now reported back by the sensors 13 or 14 of the control device 16, the additional switch unit 23 is activated, with fluid being pressed from one pressure accumulator 24 into one of the two cylinder spaces 21 or 22, respectively, in order to counteract these reaction forces .
  • the opposite working space 21 or 22 is thus connected to the pressure accumulator 24 in order to counteract vibrations and to hold the cutting arm 3 securely in its selected vertical position.

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Description

Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen von Teilschnittschrämmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen von Teilschnittschrämmaschinen mit einem um zwei Achsen schwenkbaren Auslegerarm, an welchem Schrämwerkzeuge rotierbar gelagert sind, wobei der Auslegerarm mit einem hydraulischen Stellantrieb verbunden ist, welcher über eine Ventilanordnung mit Fluid beaufschlagbar ist, wobei Fluid in Abhängig- keit von Meßwerten von Sensoren dem Antrieb zugeführt wird.
Beim Abbau von hartem Material werden die Schrämwerkzeuge je nach Vortriebsgeschwindigkeit und Rotationsgeschwindigkeit der Schrämköpfe hohen, stoßartigen Belastungen ausgesetzt, und es ist beispielsweise der AT-PS 377 056 bereits zu entnehmen, Er- schütterungssensoren als Meßgröße für die Werkzeugbelastung anzuordnen, über welche in der Folge die Schwenkgeschwindigkeit und/oder die Rotationsgeschwindigkeit der Werkzeuge zum Zwecke der Verringerung der Werkzeugbelastung beeinflußt werden kann. Zu diesem Zweck war bei dieser bekannten Ausbildung ein Erschüt- terungssensor vorgesehen, dessen Signale über eine Steuerelektronik mit dem Schwenkantrieb des Schrämarmes, und insbesondere den steuerbaren Ventilen eines hydraulischen Schwenkantriebes, verbunden sind. Bei übermäßigen Erschütterungen wurde somit die Abbauleistung der Schrämmaschine reduziert.
Aus der DE-PS 34 27 962 ist bereits eine Einrichtung bekannt geworden, mit welcher die Auslegerarmstellvorrichtung für Gewin- nungs- und Vortriebsmaschinen hydraulisch verspannt werden konn- te. Auch dieser Ausbildung liegt die Überlegung zugrunde, daß Teilschnittschrämmaschinen, insbesondere Walzenschrämmaschinen, beim Anfahren in harte Mineralschichten besonders starken Erschütterungen unterworfen sind. Die Erschütterungen und Vibrationen werden über die in das Material eingreifenden Schrämwerk- zeuge auf den Auslegerarm übertragen, wobei derartige Erschütterungen aufgrund der Elastizität des Druckzyiinders des Stellantriebes für den Auslegerarm zu deutlichen Schwingungen des Schrämarmes Anlaß geben können. Wenn zu allem Überfluß hier Resonanz im System auftritt, können derartige Vibrationen zerstörende Wirkung haben. Durch die der DE-PS 34 27 962 zu entnehmenden Maßnahmen wird nun der Druck in den Stellzylindern erhöht, wodurch aber das zugrunde liegende Problem der Elastizität der Druckzylinder in nicht ausreichender Weise gelöst wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine einfache und ggf. auch nachträglich nachzurüstende Einrichtung vorzuschlagen, mit wel- eher ein wirkungsvolles Dämpfen von Schwingungen von Teilschnittschrämmaschinen gelingt. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll hierbei mit einem Minimum an zusätzlichen Teilen auskommen und kompakt ausgebildet sein können, und weiters die Effizienz und die Leistung des Schwenkantriebes für den Auslegerarm so we- nig wie nur möglich beeinflussen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Einrichtung im wesentlichen darin, daß mit dem Auslegerarm oder dem hydraulischen Stellantrieb wenigstens ein Sensor zur Erfassung von Erschütterungen, Beschleunigung, Belastung und/oder Position des Armes verbunden ist, dessen Signalleitungen mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, welche Steuereinrichtung mit einer hydraulischen Schaltung zum einseitigen Beaufschlagen desjenigen Stellantriebes zur Kompensation der registrierten Ausweichbewegung des Auslegerarmes verbunden ist, dessen Stellung während des Vorschubes der Schrämwerkzeuge im wesentlichen konstant gehalten ist. Beim Schrämen mit einer Teilschnittschrämmaschine wird üblicherweise nach erfolgtem Einbruch in einer Weise geschrämt, daß einer der beiden Schwenkantriebe in seiner Position verriegelt wird, wohingegen über den zweiten Antrieb die Vorschubbewegung bewirkt wird. Bei einem Schrämen in horizontaler Richtung wird somit der vertikale Schwenkantrieb in der gewünschten Position festgelegt, wobei der Vortrieb durch horizontales Verschwenken des Armes erfolgt. Dadurch, daß nun die Meßsignale des Sensors einer Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche denjeni- gen Antrieb beaufschlagen soll, welcher in seiner jeweils gewählten Position gehalten werden soll, können unzulässige Belastungsspitzen eliminiert werden. Es wird somit erfindungsgemäß jeweils nur ein Arbeitsraum des in konstanter Stellung zu haltenden Stellantriebes, beispielsweise des Vertikalstellantriebes, dann beaufschlagt, wenn eine Ausweichbewegung registriert wird, sodaß auch Erschütterungen kompensatorisch entgegengewirkt werden kann, ohne daß dies die Schrämleistung beeinflußt. Die Steuerung kann hierbei feinfühlig an die jeweils registrierte Richtung der höheren Belastung angepaßt werden. Die kompensato- rischen Steuerimpulse bewirken somit eine zyklische Nachstellbewegung, um Ausweichbewegungen entgegenzuwirken, sodaß insge- samt der Schrämarm ruhiger gehalten werden kann und Erschütterungen gedämpft werden. Da für eine derartige kompensatorische Beaufschlagung eines Arbeitsraumes eines Stellzylinders kurzfristig ein bestimmtes hohes Druckniveau zur Verfügung gestellt werden muß, ist die Ausbildung in besonders vorteilhafter Weise dahingehend weitergebildet, daß zusätzlich zur Hydraulikpumpe für den hydraulischen Stellantrieb ein Fluiddruckspeicher angeordnet ist, welcher für die Kompensation der Ausweichbewegung des Armes mit jeweils einem Arbeitsraum des Stellantriebes in Verbindung setzbar ist. Aus einem Fluiddruckspeicher kann kurz- fristig das für die Kompensation erforderliche Druckniveau zur Verfügung gestellt werden, ohne daß es zu zusätzlichen Überlagerungen und Rückwirkungen auf die Pumpe des Hydraulikantriebes kommt. Aus dem Druckspeicher können überaus kurzfristig Druckkorrekturen zur Verfügung gestellt werden, sodaß die Hydraulik- pumpe, welche für den Stellantrieb benötigt wird, von derartigen Belastungsspitzen entkoppelt wird.
Prinzipiell ist es möglich, einen derartigen Druckspeicher gemeinsam mit einer gesonderten Ventilanordnung für die jeweilige Kompensation zu schalten. In besonders einfacher Weise kann aber auch die Ventilanordnung, welche für den Schwenkantrieb bzw. Stellantrieb des Auslegerarmes herangezogen wird, unmittelbar als Ventilanordnung für die gewünschte Kompensation eingesetzt werden, wodurch sich eine besonders einfache Bauweise ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l eine schematische Seitenansicht einer Teilschnittschrämmaschine und Fig.2 ein Schaltbild für die hydraulische Schaltung.
In Fig.l ist mit 1 eine Teilschnittschrämmaschine bezeichnet, welche auf einem Raupenfahrwerk 2 verfahrbar ist.
Ein Auslegerarm 3 ist an einem Schwenkwerk 4 um eine im wesentlichen horizontale Achse 5 in Höhenrichtung verschwenkbar ge- lagert. Der Schwenkantrieb für diese Verlagerung um die Schwenkachse 5 ist mit 6 bezeichnet und von einem hydraulischen Zylinderkolbenaggregat gebildet, welches gelenkig am Schrämarm 3 angeschlagen ist. Der Schrämarm 3 trägt rotierbar gelagerte Schrämköpfe 7 , welche im Sinne des Doppelpfeiles 8 in Höhenrich- tung verschwenkbar sind. Für die Vorschubbewegung wird das Schwenkwerk 4 um die im wesentlichen vertikale Schwenkachse 9 verschwenkt .
Am Maschinenrahmen 10 ist weiters eine Ladeeinrichtung 11 an- gelenkt. Am Hinterende der Maschine ist ein Abförderer 12 schematisch dargestellt.
Am Schrämarm ist ein Sensor 13 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann ein weiterer Sensor 14 am hydraulischen Stell- antrieb 6 oder in der Schwenkachse 5 angeordnet werden, mit welchem Erschütterungen Beschleunigungen, Belastungen und/oder die Position des Schrämarmes bzw. Auslegerarmes 3 erfaßt werden. Die Signale des Sensors 13 oder des Sensors 14 werden über eine Signalleitung 15 einer Steuereinrichtung 16 zugeführt. Die Steuereinrichtung ist mit einer Ventilanordnung für die hydraulischen Stellantriebe 6 verbunden, wie dies in Fig.2 näher veranschaulicht wird.
In Fig.2 ist eine Ventilanordnung zum Betätigen des Stellan- triebes 6 schematisch ersichtlich. Zum Verschwenken des Schrämarmes 3 in Höhenrichtung in Richtung des Doppelpfeiles 8 kann der Hydraulikschieber 17 in die jeweilige Position gebracht wer- den, wodurch eine Aufwärts- oder Abwärtsverschwenkung ermöglicht wird. Fluid -wird hierbei aus einem Tank 18 über eine Pumpe 19 der Ventilanordnung und damit je nach Stellung des Schieberventils jeweils einem Arbeitsraum der Hydraulikzylinderkolben- aggregate 6 zur Verfügung gestellt. In die Leitung zu diesen Vertikalschwenkzylindern sind entsprechende Rückschlagventile bzw. Steuerventile eingeschaltet, welche schematisch mit 20 bezeichnet sind. Wahlweise werden hierbei die Zylinderräume 21 oder 22 zum Verschwenken beaufschlagt. In der in Fig.2 darge- stellten Position des Hydraulikschieberventiles 17 sind die Leitungen zwischen der Pumpe 19 und den Zylinderräumen 21 bzw. 22 getrennt und gesperrt, sodaß für ein Verschwenken des Schrämarmes 3 in im wesentlichen horizontaler Richtung -die gewählte Vertikalstellung des Auslegerarmes 3 fixiert ist. In dieser Posi- tion kann nun je nach Gesteinsbeschaffenheit oder Betriebsbedingungen mehr oder minder große Kraft auf die jeweils gesperrten Arbeitsräume 21 bez. 22 der Hydraulikzylinderkolbenaggregate 6 wirksam werden, wodurch aufgrund der Kompressibilität des Fluids Schwingungszustände nicht ausgeschlossen werden. Wenn nun derartige unerwünschte Betriebszustände von den Sensoren 13 bzw. 14 der Steuereinrichtung 16 rückgemeldet werden, wird die zusätzliche Schaltereinheit 23 angesteuert, wobei aus einem Druckspeicher 24 Fluid in jeweils einen der beiden Zylinderräume 21 bzw. 22 gepreßt wird, um diesen Reaktionskräften entgegenzuwir- ken. Je nach registrierter Ausweichbewegung des Auslegerarmes 3 in Richtung des Doppelpfeiles 8 wird somit jeweils der gegenüberliegende Arbeitsraum 21 bzw. 22 mit dem Druckspeicher 24 in Verbindung gesetzt, um Schwingungen entgegenzuwirken und den Schrämarm 3 sicher in seiner gewählten vertikalen Position zu halten.

Claims

Patentansprüche :
1. Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen von Teilschnittschrämmaschinen (1) mit einem um zwei Achsen (5,9) schwenkbaren Auslegerarm (3), an welchem Schrämwerkzeuge (7) rotierbar gelagert sind, wobei der Auslegerarm (3) mit einem hydraulischen Stellantrieb (6) verbunden ist, welcher über eine Ventilanordnung mit Fluid beaufschlagbar ist, wobei Fluid in Abhängigkeit von Meßwerten von Sensoren (13,14) dem Antrieb (6) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Auslegerarm (3) oder dem hydraulischen Stellantrieb (6) wenigstens ein Sensor (13,14) zur Erfassung von Erschütterungen, Beschleunigung, Belastung und/oder Position des Armes (3) verbunden ist, dessen Signalleitungen (15) mit einer Steuereinrichtung (16) verbunden sind, welche Steuereinrichtung (16) mit einer hydraulischen Schaltung zum einseitigen Beaufschlagen desjenigen Stellantriebes (6) zur Kompensation der registrierten Ausweichbewegung des Auslegerarmes (3) verbunden ist, dessen Stellung während des Vorschubes der Schrämwerkzeuge (7) im wesentlichen konstant gehalten ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Hydraulikpumpe (19) für den hydraulischen Stellantrieb (6) ein Fluiddruckspeicher (24) angeordnet ist, welcher für die Kompensation der Ausweichbewegung des Armes (3) mit jeweils einem Arbeitsraum (21,22) des Stellantriebes (6) in Ver- bindung setzbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilanordnung die Ventilanordnung für den Schwenkantrieb des Auslegerarmes (3) verwendet ist.
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