EP1084308A1 - Verfahren zur regelung insbesondere der schwenkeinrichtung einer mobilen arbeitsmaschine - Google Patents

Verfahren zur regelung insbesondere der schwenkeinrichtung einer mobilen arbeitsmaschine

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EP1084308A1 EP99925003A EP99925003A EP1084308A1 EP 1084308 A1 EP1084308 A1 EP 1084308A1 EP 99925003 A EP99925003 A EP 99925003A EP 99925003 A EP99925003 A EP 99925003A EP 1084308 A1 EP1084308 A1 EP 1084308A1
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    • E02F9/2278—Hydraulic circuits
    • E02F9/2296—Systems with a variable displacement pump

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating in particular the pivoting device of a mobile machine, in particular a construction machine, such as a hydraulic excavator or the like.
  • the object of the invention is to be seen in the fact that while maintaining the overall economy of the mobile machine, in particular the construction machine, the full power of the drive motor, in particular when braking masses, such as. B, an uppercarriage, can be used without the maximum speed of the drive motor being exceeded.
  • This object is achieved by a method for controlling, in particular, the pivoting device of a mobile working machine, in particular a construction machine, such as a hydraulic excavator or the like, by driving a hydraulic pump operating in a closed circuit, in particular a pivoting circuit, via at least one drive motor, in particular a diesel engine, which in turn feeds at least one hydraulic motor, the energy of which is transmitted via a downstream, in particular mechanical transmission, to a mass to be accelerated or braked, in particular to a slewing ring of an uppercarriage which interacts with working equipment, with a target / actual comparison in particular when braking the mass the nominal and the limit speed of the drive motor is carried out and when a predeterminable speed, in particular the limit speed of the drive motor, the brake pressure is reduced in a closed circuit, in particular in the swivel circle.
  • the subject matter of the invention includes several approaches.
  • the current in particular the pilot control current, which acts in particular on the swivel hydraulics, can be reduced.
  • the brake pressure in the closed swivel circle and thus the support torque on the drive motor, in particular the diesel motor decrease.
  • a valve can be switched when the certain speed is exceeded, so that one or more main pumps have to deliver against a pressure relief valve.
  • the swivel pumps, the main pumps and the drive motor, in particular the diesel motor, are mechanically connected to one another via a gear, in particular a pump distributor gear.
  • a gear in particular a pump distributor gear.
  • a possible failure of the drive motor, in particular the diesel engine, can thus be counteracted with both solutions, so that the power of the same can be fully used without adversely affecting the economy of the mobile working machine, in particular the construction machine.
  • the subject of the invention is not only for braking rotatable masses, such as. B. the uppercarriage of the working machine, especially the construction machine, can be used. There is also the possibility of using the method for vehicles which, due to the descent, tend to cause the speed of the drive motor to move into critical areas and possibly to exceed them.
  • Regulatory procedure 1 and 2 show different control methods of a swivel mechanism of a construction machine, not shown. The same components are provided with the same reference symbols.
  • a diesel engine 1 designed as a drive motor can be seen, which is connected to a hydraulic pump 3 via a pump distributor gear 2.
  • the hydraulic pump 3 feeds a hydraulic motor 4.
  • the hydraulic pump 3 and the hydraulic motor 4 are operated in a closed swivel circuit 5.
  • the power of the hydraulic motor 4 is transmitted to a mass 7, here an uppercarriage, not shown, of the construction machine via a swivel gear 6 connected downstream.
  • Via a hand lever 8 provided in the cabin of the construction machine the swivel angle 3 ′ of the hydraulic pump 3 is changed via a hydraulic pilot control 9.
  • the solution shown in FIG. 1 includes an electrical pilot control 10, which u. a. includes electronic components 11, 12.
  • the component 11 is provided for the target / actual comparison of the nominal and the limit speed of the diesel engine 1, while the component 12 represents a control element by means of which the pilot current acting on the swivel hydraulics is reduced when the predetermined speed is exceeded.
  • the braking pressure of the closed swivel circuit 5 and thus the supporting torque on the diesel engine 1 decreases.
  • the control element 12 overrides the control element 13 interacting with the hand lever 8 or its current output, so that when the mass 7 is braked, the critical speed of the diesel engine 1 does not Case - not even when the operator actuates the lever 8 incorrectly.
  • FIG. 2 shows a further variant of the regulation of a swiveling circle of a construction machine, which is also not shown.
  • the electronic pilot control 10 ′ contains electronic components 11 ′ and 12 ′, the component 11 ′ being responsible for the target / actual comparison of the nominal and limit speed of the diesel engine 1.
  • a valve (not shown) is switched via the control element 12 ', so that at least one main pump 14 has to deliver against a pressure relief valve 15.
  • the swivel pump 3, the main pump 15 and the In this example, diesel engine 1 are mechanically connected to one another via pump transfer case 2.
  • the critical drive torque of the swivel pump 3 arises, this torque is no longer delivered to the diesel engine 1 but to the main pump 15.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Regelung insbesondere der Schwenkeinrichtung einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine, wie einem Hydraulikbagger oder dgl., indem über mindestens einen Antriebsmotor (1), insbesondere einen Dieselmotor (1), eine in geschlossenem Kreis (5), insbesondere Schwenkkreis (5), arbeitende Hydraulikpumpe (3) angetrieben wird, die wiederum mindestens einen Hydraulikmotor (4) speist, dessen Energie über ein nachgeschaltetes, insbesondere mechanisches Getriebe (6), auf eine zu beschleunigende bzw. abzubremsende Masse (7), insbesondere einen mit Arbeitsgeräten zusammenwirkenden Drehkranz eines Oberwagens, übertragen wird, wobei insbesondere beim Abbremsen der Masse (7) ein Soll-Ist-Vergleich der Nenn- sowie der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1) durchgeführt wird und beim Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahl, insbesondere der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1), der Bremsdruck im geschlossenen Kreis (5), insbesondere im Schwenkkreis (5), abgesenkt wird.

Description

Verfahren zur Regelung insbesondere der Schwenkeinrichtung einer mobilen Arbeitsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung insbesondere der Schwenkeinrichtung einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine, wie einem Hydraulikbagger oder dgl.
Allgemein bekannt ist, daß bei mobilen Arbeitsmaschinen, wie z. B. einem Kran, einem Kranwagen oder dgl., oder aber im speziellen bei Baumaschinen, wie einem Hydraulikbagger oder dgl., deren Arbeitshydraulik, insbesondere für die Schwenkbewegung des Oberwagens vielfach mit geschlossenenem Kreis, insbesondere Schwenkkreis, betrieben wird. Beim Kontern der Drehbewegung, d. h. beim Abbremsen der durch den Oberwagen gebildeten Masse wird der Antriebsmotor, insbesondere ein Dieselmotor, durch die Hydraulikpumpe, insbesondere die Schwenkpumpe, angetrieben. Dies ist etwa vergleichbar mit der Talfahrt eines Fahrzeuges, wobei es hier - sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden - vielfach geschieht, daß die Drehzahl des Antriebsmotors die zulässige Höchstdrehzahl übersteigt. Dies ist bei schweren Baumaschinen, wie insbesodere Hydraulikgroßbaggern, die in Minen eingesetzt werden, besonders problematisch, da Schäden am Antriebsmotor zu unerwünschten Ausfällen des Hydraulikbaggers führen und die in der Regel tagtägliche Einsatzbereitschaft dieser Maschine dann nicht mehr gegeben ist.
Eine Maßnahme zur Vermeidung der Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl ist darin begründet, daß durch geeignete Steuerungsvorgänge die Drehzahl des Antriebsmotors vor der Einleitung des Bremsvorganges um eine vorgebbare Drehzahl abgesenkt wird. Dies führt jedoch bei Hydraulikgroßbaggern dazu, daß der Antriebsmotor für andere Bewegungsabläufe, wie z, B. das Anheben des Auslegers, keine ausreichende Leistung mehr aufbringen kann, so daß auch hier die Wirtschaftlichkeit der Baumaschine in Frage gestellt wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, daß bei Beibehaltung der Gesamtwirschaftlichkeit der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine, die volle Leistung des Antriebsmotors, insbesondere beim Abbremsen von Massen, wie z. B, einem Oberwagen, ausgenutzt werden kann, ohne daß die Höchstdrehzahl des Antriebsmotors überschritten wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung insbesondere der Schwenkeinrichtung einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine, wie einem Hydraulikbagger oder dgl., indem über mindestens einen Antriebsmotor, insbesondere einen Dieselmotor, eine in geschlossenem Kreis, insbesondere Schwenkkreis, arbeitende Hydraulikpumpe angetrieben wird, die wiederum mindestens einen Hydraulikmotor speist, dessen Energie über ein nachgeschaltetes, insbesondere mechanisches Getriebe, auf eine zu beschleunigende bzw. abzubremsende Masse, insbesondere einen mit Arbeitsgeräten zusammenwirkenden Drehkranz eines Oberwagens, übertragen wird, wobei insbesondere beim Abremsen der Masse ein Soll - Ist - Vergleich der Nenn- sowie der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors durchgeführt wird und beim Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahl, insbesondere der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors, der Bremsdruck im geschlossenen Kreis, insbesondere im Schwenkkreis, abgesenkt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Erfindungsgegenstand beinhaltet mehrere Lösungsansätze.
Zum einen kann insbesondere über die elektronische Vorsteuerung der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine, beim Überschreiten der bestimmten Drehzahlgrenze der insbesondere auf die Schwenkhydraulik einwirkende Strom, insbesondere der Vorsteuerstrom, reduziert werden. Durch diese Maßnahme sinkt der Bremsdruck im geschlossenen Schwenkkreis und somit das Stützmoment auf den Antriebsmotor, insbesondere den Dieselmotor. Durch diese Maßnahme wird ein Ansteigen der Drehzahl des Antriebsmotors, insbesondere des Dieselmotors, in Bereiche oberhalb der kritischen Grenzdrehzahl sicher vermieden werden, ohne daß aufwendige Änderungen an der Steuerung der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine vorgenommen werden müssen. Zum anderen kann beim Überschreiten der bestimmten Drehzahl ein Ventil geschaltet werden, so daß eine oder mehrere Hauptpumpen gegen ein Überdruckventil fördern müssen. Diese Lösung ist gegen der zuerst angeführten jedoch als nachrangig zu werten, da bauliche Änderungen der Hydraulikanlage vorgenommen werden müssen und darüber hinaus sich eine zusätzliche Wärmeentwicklung im Hydrauliksystem einstellt. Das Bremsmoment, insbesondere der Schwenkhydraulik, wird somit durch die Einleitung dieser zusätzlichen Energie im Hydrauliksystem verheizt.
Die Schwenkpumpen, die Hauptpumpen und der Antriebsmotor, insbesondere der Dieselmotor, sind über ein Getriebe, insbesondere ein Pumpenverteilergetriebe mechanisch miteinander verbunden. Beim Entstehen des kritischen Antriebsmomentes der Schwenkpumpe wird dieses Moment dann nicht mehr an den Dieselmotor abgegeben sondern an die Hauptpumpe(n). Kritische Drehzahlbereiche des Antriebsmotors, insbesondere des Dieselmotors, können durch diese Maßnahme wirksam vermieden werden.
Mit beiden Lösungen kann somit einem möglichen Ausfall des Antriebsmotors, insbesondere des Dieselmotors, entgegengewirkt werden, so daß die Leistung desselben vollständig genutzt werden kann, ohne die Wirtschaftlichkeit der mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine, nachteilig zu beeinflussen.
Der Erfindungsgegenstand ist nicht nur für das Abbremsen von drehdaren Massen, wie z. B. des Oberwagens der Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine, einsetzbar. Es besteht auch die Möglichkeit das Verfahren für Fahrzeuge einzusetzen, die bedingt durch Talfahrt dazu neigen, daß sich die Drehzahl des Antriebsmotors in kritische Bereiche bewegt und diese ggf. auch überschreitet.
Der Erfindungsgegenstand ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 und 2 Verschiedene Prinzipskizzen des erfindungsgemäßen
Regelungsverfahrens Die Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Regelungsverfahren eines Schwenkwerkes einer nicht weiter dargestellten Baumaschine. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Erkennbar sind ein als Antriebsmotor ausgebildeter Dieselmotor 1 , der über ein Pumpenverteilergetriebe 2 mit einer Hydraulikpumpe 3 verbunden ist. Die Hydraulikpumpe 3 speist einen Hydraulikmotor 4. Die Hydraulikpumpe 3 und der Hydraulikmotor 4 werden in geschlossenem Schwenkkreis 5 betrieben. Die Leistung des Hydraulikmotors 4 wird über ein nachgeschaltetes Schwenkgetriebe 6 auf eine Masse 7, hier einen nicht dargestellten Oberwagen der Baumaschine übertragen. Über einen in der Kabine der Baumaschine vorgesehenen Handhebel 8 wird über eine hydraulische Vorsteuerung 9 der Schwenkwinkel 3 ' der Hydraulikpumpe 3 verändert.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Lösung beinhaltet eine elektrische Vorsteuerung 10, die u. a. elektronische Bauteile 11, 12 umfaßt. Das Bauteil 11 ist in diesem Beispiel zum Soll - Ist - Vergleich der Nenn- sowie der Grenzdrehzahl des Dieselmotors 1 vorgesehen, während das Bauteil 12 ein Regelungselement darstellt, über welches beim Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl der auf die Schwenkhydraulik wirkende Vorsteuerstrom reduziert wird. Dadurch sinkt der Bremsdruck des geschlossenen Schwenkkreises 5 und somit das Stützmoment auf den Dieselmotor 1. Das Regelungselement 12 übersteuert hierbei das mit dem Handhebel 8 zusammenwirkende Regelungselement 13 bzw. dessen Stromabgabe, so daß beim Abbremsen der Masse 7 die kritische Drehzahl des Dieselmotors 1 in keinem Fall - auch nicht bei ungewolltem fehlerhaften Betätigen des Handhebels 8 durch die Bedienperson - überschritten wird.
Figur 2 zeigt eine weitere ebenfalls erfindungsgemäße Variante der Regelung eines Schwenkkreises einer nicht weiter dargestellten Baumaschine. Die elektronische Vorsteuerung 10'beinhaltet analog zu Figur 1 elektronische Bauteile 11 'sowie 12', wobei das Bauteil 11 ' für den Soll - Ist - Vergleich von Nenn- und Grenzdrehzahl des Dieselmotors 1 zuständig ist. Beim Überschreiten der vorgegebenen Drehzahl, insbesondere der kritischen Grenzdrehzahl, wird über das Regelungselement 12' ein nicht weiter dargestelltes Ventil geschaltet, so daß mindestens eine Hauptpumpe 14 gegen ein Überdruckventil 15 fördern muß. Die Schwenkpumpe 3, die Hauptpumpe 15 und der Dieselmotor 1 sind in diesem Beispiel über das Pumpenverteilergetriebe 2 mechanisch miteinander verbunden. Beim Entstehen des kritischen Antriebsmomentes der Schwenkpumpe 3 wird dieses Moment nicht mehr an den Dieselmotor 1 sondern an die Hauptpumpe 15 abgegeben.
Die Lösung gemäß Fig. 1 ist derjenigen gemäß Fig. 2 vorzuziehen, da bei Fig. 2 bauliche Veränderungen an der Hydraulikanlage vorgenommen werden müssen und sich eine zusätzliche Wärmeentwicklung im Hydrauliksystem einstellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung insbesondere der Schwenkeinrichtung einer mobilen Arbeitsmaschine, insbesondere einer Baumaschine, wie einem Hydraulikbagger oder dgl., indem über mindestens einen Antriebsmotor, insbesondere einen Dieselmotor (1), eine in geschlossenem Kreis, insbesondere Schwenkkreis (5), arbeitende Hydraulikpumpe (3) angetrieben wird, die wiederum mindestens einen Hydraulikmotor (4) speist, dessen Energie über ein nachgeschaltetes, insbesondere mechanisches Getriebe (6), auf eine zu beschleunigende bzw. abzubremsende Masse (7), insbesondere einen mit Arbeitsgeräten zusammenwirkenden Drehkranz eines Oberwagens, übertragen wird, wobei insbesondere beim Abremsen der Masse (7) ein Soll - Ist - Vergleich der Nenn- sowie der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1) durchgeführt wird und beim Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahl, insbesondere der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1), der Bremsdruck im geschlossenen Kreis, insbesondere im Schwenkkreis (5), abgesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über eine im Bereich der Arbeitsmaschine, insbesondere der Baumaschine, vorgesehene elektronische Steuerung (10, 10'), insbesondere eine Vorsteuerung, beim Überschreiten der Drehzahl, insbesondere der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1), der auf die Hydraulik, insbesondere die Schwenkhydraulik (5), einwirkende Strom, insbesondere der Vorsteuerstrom, reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Überschreiten der Drehzahl, insbesondere der Grenzdrehzahl des Antriebsmotors (1), mindestens ein Ventil betätigt wird, wobei mindestens eine Pumpe (14) gegen mindestens ein Überdruckventil (15) fördert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (14, 3), insbesondere die Schwenkpumpe (3), die Hauptpumpe (14) und der Antriebsmotor (1), insbesondere der Dieselmotor, über ein zwischen dem Antriebsmotor (1) und der Hydraulikpumpe (3) vorgesehenes Pumpenverteilergetriebe (2) mechanisch miteinander verbunden werden.
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