EP3613903B1 - Verfahren zur überwachung der strukturbelastung einer trägermaschine mit bohr- und rammgerät sowie arbeitsmaschine mit ramm- und bohrgerät - Google Patents

Verfahren zur überwachung der strukturbelastung einer trägermaschine mit bohr- und rammgerät sowie arbeitsmaschine mit ramm- und bohrgerät Download PDF

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EP3613903B1
EP3613903B1 EP19188296.8A EP19188296A EP3613903B1 EP 3613903 B1 EP3613903 B1 EP 3613903B1 EP 19188296 A EP19188296 A EP 19188296A EP 3613903 B1 EP3613903 B1 EP 3613903B1
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drilling
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rig
monitoring
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Liebherr Werk Nenzing GmbH
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02D11/00—Methods or apparatus specially adapted for both placing and removing sheet pile bulkheads, piles, or mould-pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D13/00—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers
    • E02D13/06—Accessories for placing or removing piles or bulkheads, e.g. noise attenuating chambers for observation while placing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/02—Placing by driving
    • E02D7/06—Power-driven drivers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/26—Placing by using several means simultaneously

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the structural loading of a carrier machine with a drilling and piling device that is accommodated on a leader of the carrier machine.
  • Such work machines with drilling and ramming devices include a carrier device with a chassis that accommodates an optionally rotatably mounted superstructure.
  • the superstructure in turn sees a leader to accommodate the required drilling or pile driver.
  • the vertical inclination of the leader can be varied via support cylinders or neck cylinders.
  • the drilling rig is actuated by a cable pull and a telescopic Kelly rod, particularly when drilling Kelly.
  • Such drilling and piling equipment are designed and dimensioned for defined work processes. When used properly with predefined work processes, the permissible loads on the device structure and its subcomponents are usually complied with.
  • the task is therefore to show a system or method that can reliably detect impermissible loads.
  • a control of the carrier machine or the drilling or piling device taking into account the known device configuration and one or more status values, the current structural load (hereinafter simply "load") of the overall machine, the carrier device and/or the drilling and piling device and/or dynamically calculated at least one subcomponent.
  • the structure of the machine generally means all load-bearing elements of the machine.
  • the controller knows the maximum permissible load values and, based on this, can determine at least one reference or target value or at least one limit value for a measurable variable. Corresponding measured values are then monitored against this at least one setpoint/guideline or limit value in order to detect an impermissible overloading of the machine or certain subcomponents at an early stage and can be detected reliably.
  • the actual or measured values can be recorded directly by suitable sensors or calculated indirectly from sensor values.
  • the dynamic calculation of one or more limit values takes place, taking into account the current or set-up machine geometry, including, among other things, the dimensions of the machine and the built-in and mounted individual components, their weight and material properties, the leader length set, the selected ballast, etc.
  • the dynamics of the permissible load is essentially based on the dynamic change in the state of the machine during regular drilling and piling work, so the current phase of the usual work process has an influence on the current load of individual subcomponents.
  • Possible condition values are the positions of moving components, such as the leader position, cable pull of a drilling cable, in particular a Kelly winch, the condition of individual drives, e.g. the drilling drive, a chassis, etc.
  • a maximum force acting on a sub-component can be determined as a possible limit value.
  • a maximum force acting on a cylinder A dynamic, ie application- and situation-dependent, calculation of the maximum permissible force on at least one support cylinder or neck cylinder, which is necessary for the alignment of the leader, is conceivable here.
  • a support cylinder can be used to adjust the leader inclination relative to the vertical.
  • possible maximum forces can also be calculated for the basic arm cylinder or cylinders, a leader support foot, etc.
  • a maximum force that may act on at least one connection point as a maximum could also be calculated as a possible limit value for the maximum permissible load.
  • a possible connection point to consider is, for example, a connecting bolt for attaching the leader to the carrier machine. The corresponding actual forces within the cylinders or the at least one connection point are then detected by sensors during the work processes and compared against corresponding limit values in order to be able to reliably detect possible overloading of the machine or individual subcomponents that could endanger the structure.
  • the necessary information regarding the device configuration can preferably be entered manually by the operator.
  • Manual input is simplified by fully or partially automatic sensory detection of the device configuration.
  • the monitoring result i.e. the comparison between target, limit and actual values
  • a visual, acoustic or optical representation is conceivable here in order to draw the operator's attention to impermissible deviations/exceedance.
  • one or more drives can be stopped as soon as an impermissible load condition is detected.
  • the monitoring result can also be stored for later retrieval.
  • storage takes place together with status values of the machine or directly previously executed machine movements in order to provide better evaluation options for evaluating the causes of the accident or damage afterwards, e.g. in the case of machine damage or accident situations.
  • the method according to the invention also makes it possible to envisage monitoring functions which, in the case of a corresponding piling or drilling device, do not require any additional sensors. Lowering the feed leads to an increase in the load on the Kelly winch because the BAT drives against the locked Kelly rod. Such a situation can also be determined and monitored without sensors from the existing status values of the drives.
  • the present invention also relates to a working machine with at least one drilling and piling device.
  • the work machine includes a controller for carrying out the method according to the invention. Consequently, the same advantages and properties result for the working machine as have already been shown above with the aid of the method according to the invention. A repeated description can therefore be dispensed with.
  • FIGS. 1-3 as well as the Figures 5-7 show the work machine according to the invention with drilling and piling equipment for Kelly drilling.
  • the carrier machine comprises a crawler chassis 1 on which the superstructure 2 is rotatably mounted.
  • the leader 3 At the Upper carriage 2 is mounted the leader 3 for receiving the drilling and piling equipment.
  • the leader 3 can be erected via the adjustment mechanism 4 from a transport position to the vertical position shown for drilling and ramming operations.
  • the drill 9 shown here is set in rotation by the drill drive 10 , which in turn is seated on a carriage of the telescoping Kelly linkage 6 .
  • a drill pipe 10 (see Fig. figures 2 , 3 ) are included.
  • the Kelly linkage 6 is actuated by the Kelly cable 8, which is guided from the Kelly linkage 6 via the Kelly gallows at the head of the leader 3 to the Kelly winch 13.
  • the drill 9 can be lowered into the ground via the Kelly cable 8 and the Kelly rod 6 as the drilling progresses.
  • Permissible load values of the machine or individual subcomponents are now calculated for monitoring the working machine and subsequently used as setpoint or limit values for the monitoring.
  • the currently permissible load on subcomponents of the working machine, including the maximum load for the drill rod 6, the leader 3, etc. is determined.
  • a maximum permissible force that may act on or in the support cylinders 5 can also be derived from this. By monitoring this maximum permissible force within the support cylinder 5, which can be done by comparing it with the actual force detected by sensors in the cylinder 5, a possible overloading of the drill string 6 or the leader 3 can be detected early.
  • FIG 1 a situation of the drilling and piling rig in which an allowable load on the drill pipe 6 leads to an allowable load in the support cylinders 5.
  • This is monitored by the method according to the invention, with the force measured within the support cylinder 5 only being allowed to deviate slightly from this reference or limit value.
  • the drill pipe 10 is now introduced into the ground.
  • a permissible load on the drill drive 10 can be monitored using the force within the support cylinder 5 .
  • a maximum force for the support cylinders 5 was dynamically calculated for the current work phase, namely for inserting the drill pipe 12 into the ground.
  • the scenario of figure 3 presupposes that the drill pipe 12 was inadvertently attached at an angle and is at a correspondingly inclined angle to the vertical.
  • the machine operator's attempt to correct the misalignment of the drill pipe 12 that has already been inserted into the ground by means of a feed movement v of the work machine leads to an impermissible load on the entire device structure, which can be recognized by an impermissible increase in the force within the support cylinder 5.
  • This temporary overload is displayed to the machine operator and additionally stored in a system memory as an event. If necessary, an intervention in the machine control can take place from a certain degree of overload, in order to prevent a further feed movement V, for example.
  • figure 4 shows the leader 3 that has been cut free, together with the drilling drive 10 and pressure pipe 14, for better understanding.
  • the sum of these masses of the leader 3 generate the force F 1 .
  • These masses are known to the device control of the carrier machine, so that the control can calculate the force F 1 .
  • the controller can determine the total center of gravity S of these masses and also calculate the distance from the center of gravity to the pivot point 15, the pivot point 15 passing through the connection point between Leader 3 and adjusting device 4 is formed. This distance is denoted by l 1 .
  • figure 5 shows the same situation according to figure 4 with leader 3 attached to the base machine.
  • figure 6 shows the load-bearing behavior when attempting to pull the tube 9 out of the ground.
  • the force F 2 acting on the drilling drive 10 can be determined via the cable pull measurement of the feed winch installed in the device.
  • the distance between the line of action of this force F 2 and the pivot point 15 is dimensioned with l 2 .
  • a force F 3 acts on the leader 3 in addition to the previous loads.
  • the distance between the line of action of this force F 3 and the pivot point 15 is dimensioned with l 3 .
  • F 3 also generates a moment about the pivot point 15, which changes the force F R .
  • This deviation of the measured force from the calculated one Force can be determined and serves as an indicator of a possible overloading of the machine or the support cylinder 5. If the detected deviation exceeds a limit value, suitable countermeasures can be taken by the machine control.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Strukturbelastung einer Trägermaschine mit einem Bohr- und Rammgerät, das an einem Mäkler der Trägermaschine aufgenommen ist.
  • Derartige Arbeitsmaschinen mit Bohr- und Rammvorrichtung umfassen ein Trägergerät mit einem Fahrwerk, das einen gegebenenfalls drehbar gelagerten Oberwagen aufnimmt. Der Oberwagen sieht wiederum einen Mäkler zur Aufnahme des benötigten Bohr-bzw. Rammgerätes vor. Über Stützzylinder bzw. Nackenzylinder lässt sich die Vertikalneigung des Mäklers variieren. Das Bohrgerät wird insbesondere beim Kelly-Bohren über einen Seilzug und eine teleskopierbare Kellystange betätigt.
  • Derartige Bohr- und Rammgeräte sind für definierte Arbeitsabläufe konzipiert und dimensioniert. Bei sachgemäßer Verwendung mit vordefinierten Arbeitsabläufen werden die zulässigen Belastungen der Gerätestruktur und deren Teilkomponenten üblicherweise eingehalten.
  • In der Praxis ist es jedoch nicht unüblich von den vorgegebenen Arbeitsabläufen in gewissen Maßen abzuweichen. Da die Gerätestruktur vom Hersteller aus Sicherheitsgründen üblicherweise überdimensioniert ausgelegt wird, können in der Praxis temporäre und geringfügige Überbelastungen der Struktur ohne Schäden abgefangen werden. Wird dieser Sicherheitskorridor allerdings überschritten, können schwerwiegende Schäden an der Struktur auftreten. Im Schadensfall ist es dann oft schwierig oder unmöglich dem Anwender eine unsachgemäße Verwendung mit unzulässiger Belastung nachzuweisen. Dies liegt unter anderem daran, dass eine Überbelastung an verschiedensten Stellen der Geräte auftreten können, eine Ausstattung sämtlicher relevanter Strukturpunkte mit entsprechender Sensorik jedoch unwirtschaftlich bzw. technisch kaum umsetzbar ist.
  • Aufgabe ist es daher, ein System bzw. Verfahren aufzuzeigen, welches unzulässige Belastungen zuverlässig erkennen kann.
  • Aus der EP2378053 ist ein Verfahren zum überwachen der Kippsicherheit einer ähnlichen Maschine bekannt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine Steuerung der Trägermaschine bzw. des Bohr- bzw. Rammgerätes unter Berücksichtigung der bekannten Gerätekonfiguration sowie ein oder mehrerer Zustandswerte die aktuelle Strukturbelastung (nachfolgend einfach "Belastung") der Gesamtmaschine, des Trägergerätes und/oder des Bohr- und Rammgerätes und/oder wenigstens einer Teilkomponente dynamisch berechnet. Mit der Struktur der Maschine sind generell alle lasttragenden Elemente der Maschine gemeint.
  • Die Steuerung kennt die maximal zulässigen Belastungswerte und kann darauf basierend wenigstens einen Richt- bzw. Sollwert oder wenigstens einen Grenzwert für eine messbare Größe bestimmen. Korrespondierende Messwerte werden dann gegen diesen wenigstens einen Soll/Richt- bzw. Grenzwert überwacht, um eine unzulässige Überbelastung der Maschine bzw. bestimmter Teilkomponenten frühzeitig und zuverlässig erfassen zu können. Die Ist- bzw. Messwerte können unmittelbar durch geeignete Sensoren erfasst werden oder mittelbar aus Sensorwerten berechnet werden.
  • Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur noch von Grenzwerten gesprochen, wobei die Ausführungen ohne Einschränkung auch für die Berechnung etwaiger Soll- bzw. Richtwerte gelten.
  • Die dynamische Berechnung ein oder mehrerer Grenzwerte erfolgt gemäß vorteilhafter Ausgestaltung unter Berücksichtigung der aktuellen bzw. gerüsteten Maschinengeometrie, umfassend unter anderem die Abmessung der Maschine sowie der verbauten und montierten Einzelkomponenten, deren Gewichts- und Materialeigenschaften, der eingestellten Mäklerlänge, der gewählten Ballastierung, usw.. Die Dynamik der zulässigen Belastung beruht im wesentlich auf der dynamischen Veränderung des Maschinenzustandes während der regulären Bohr- und Rammarbeit, so hat die aktuelle Phase des üblichen Arbeitsablaufes Einfluss auf die aktuelle Belastung einzelner Teilkomponenten. Mögliche Zustandswerte sind die Positionen beweglicher Komponenten, wie bspw. die Mäklerstellung, Seilzug eines Bohrseils, insbesondere einer Kelly-Winde, der Zustand einzelner Antriebe, bspw. des Bohrantriebs, eines Fahrwerks, etc.
  • Als möglicher Grenzwert kann gemäß bevorzugter Ausführung eine, auf eine Teilkomponente wirkende Maximalkraft bestimmt werden. Beispielsweise eine Maximalkraft, die auf einen Zylinder wirkt. Denkbar ist hier eine dynamische, d.h. anwendungs- und situationsabhängige Berechnung der maximal zulässigen Kraft auf wenigstens einen Stützzylinder bzw. Nackenzylinder, der für die Ausrichtung des Mäklers notwendig ist. Insbesondere kann durch einen solchen Stützzylinder die Mäklerneigung gegenüber der Vertikalen eingestellt werden. Mögliche Maximalkräfte lassen sich aber auch für den oder die Grundarmzylinder, einen Mäklerstützfuss usw. berechnen.
  • Es lassen sich jedoch nicht nur Maximalkräfte für Zylinder berechnen, als möglicher Grenzwert für die maximal zulässige Belastung könnte auch eine Maximalkraft berechnet werden, die maximal auf wenigstens eine Verbindungsstelle einwirken darf. Eine mögliche zu betrachtende Verbindungsstelle ist bspw. ein Verbindungsbolzen zur Befestigung des Mäklers an der Trägermaschine. Die entsprechenden Ist-Kräfte innerhalb der Zylinder bzw. der wenigstens einen Verbindungsstelle werden dann während der Arbeitsabläufe sensorisch erfasst und gegen korrespondierende Grenzwerte abgeglichen, um mögliche strukturgefährdende Überbelastungen der Maschine oder einzelner Teilkomponenten zuverlässig erkennen zu können.
  • Die notwendigen Informationen bezüglich der Gerätekonfiguration können bevorzugt manuell durch den Bediener eingegeben werden. Vereinfacht wird die manuelle Eingabe durch eine voll- oder teilautomatische sensorische Erfassung der Gerätekonfiguration.
  • Es besteht die Möglichkeit, dass das Überwachungsergebnis, d.h. der Vergleich zwischen Soll-, Grenz und Ist-Werten einer Bedienperson zur Anzeige gebracht wird. Denkbar ist hier eine visuelle, akustische oder auch optische Darstellung, um den Bediener auf unzulässige Abweichungen/Überschreitung hinzuweisen. Hinausgehend über die reine Anzeige des Überwachungsergebnisses kann ergänzend auch aktiv in den Arbeitsablauf, d.h. die Maschinensteuerung eingegriffen werden, um bspw. ernsthafte Strukturschäden durch Überlastsituationen zu vermeiden. Bspw. können ein oder mehrere Antriebe gestoppt werden, sobald ein unzulässiger Belastungszustand erkannt wird. Denkbar ist es ebenfalls, gezielte Gegenbewegungen auszuführen, um die Belastung in den zulässigen Bereich zurückzuführen. Ferner ist es möglich, lediglich einen Teil möglicher Bewegungsfreiheitsgrade zu blockieren, insbesondere solche, die zu einer weiteren Zunahme des überwachten Belastungsgrades führen würden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann das Überwachungsergebnis auch für den späteren Abruf gespeichert werden. Idealerweise erfolgt eine Speicherung zusammen mit Zustandswerten der Maschine bzw. unmittelbar zuvor ausgeführten Maschinenbewegungen, um im Nachhinein, bspw. im Fall von Maschinenschäden oder Unfallsituationen, bessere Evaluierungsmöglichkeiten für die Auswertung der Unfall- bzw. Schadensgründe bereitzustellen.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind aber auch Überwachungsfunktionen vorstellbar, die bei einem entsprechenden Ramm- bzw. Bohrgerät keinerlei zusätzliche Sensorik benötigen. Ein Vorschub Senken führt zu einer Laststeigerung an der Kelly-Winde, weil der BAT gegen die verriegelte Kelly-Stange fährt. Eine derartige Situation lässt sich auch ohne Sensorik aus vorliegenden Zustandswerten der Antriebe bestimmen und überwachen.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls eine Arbeitsmaschine mit wenigstens einem Bohr- und Rammgerät. Die Arbeitsmaschine umfasst eine Steuerung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demzufolge ergeben sich für die Arbeitsmaschine dieselben Vorteile und Eigenschaften, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung kann deshalb verzichtet werden.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels aufgezeigt werden. Es zeigen:
    • Figuren 1-3:
    Seitenansichten der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit Bohr- und Rammgerätes bei unterschiedlichen Belastungszuständen und
    Figuren 4-7:
    weitere Seitenansichten der Arbeitsmaschine zur Erläuterung der auftretenden Kräfte und Berechnung des Belastungszustandes.
  • Die Figuren 1-3 als auch die Figuren 5-7 zeigen die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit Bohr- und Rammgerät zum Kelly-Bohren. Die Trägermaschine umfasst ein Raupenfahrwerk 1, auf diesem der Oberwagen 2 drehbar gelagert ist. Am Oberwagen 2 ist der Mäkler 3 für die Aufnahme des Bohr- und Rammgerätes montiert.
  • Der Mäkler 3 kann über den Verstellmechanismus 4 von einer Transportposition in die gezeigte Vertikalposition für den Bohr- und Rammbetrieb aufgerichtet werden, die Mäklerneigung zur Vertikalen lässt sich über die Stützzylinder 5 variieren, die an der Verstelleinrichtung 4 bzw. am Mäkler 3 angreifen. Der hier gezeigte Bohrer 9 wird über den Bohrantrieb 10 in Rotation versetzt, welcher wiederrum auf einem Schlitten des teleskopierbaren Kelly-Gestänges 6 sitzt. Am Druckrohr 14 kann ein Bohrrohr 10 (s. Figuren 2, 3) aufgenommen werden. Die Betätigung des Kelly-Gestänges 6 erfolgt durch das Kelly-Seil 8, das vom Kelly-Gestänge 6 über den Kelly-Galgen am Kopf des Mäklers 3 bis zur Kelly-Winde 13 geführt ist. Der Bohrer 9 kann dem Bohrfortschritt entsprechend über das Kelly-Seil 8 und das Kelly-Gestänge 6 ins Erdreich abgelassen werden.
  • Zur Überwachung der Arbeitsmaschine werden nun zulässige Belastungswerte der Maschine bzw. einzelner Teilkomponenten berechnet und nachfolgend als Soll- oder Grenzwerte für die Überwachung herangezogen.
  • Im Einzelnen wird aus vorliegenden Daten zum Rüstzustand bzw. der Maschinengeometrie, d.h. Art und Typ des Bohr- und Rammgerätes inklusive Informationen über die aktuelle Mäklerlänge, der Ballastierung 11, sowie etwaigen Zustandswerten, bspw. Status des Fahrwerkantriebes, Oberwagendrehwinkel, Seilzug im Kelly-Seil 8, Position und Stellung des Mäklers 3, Status des Bohrantriebes, usw. die aktuell zulässige Belastung auf Teilkomponenten der Arbeitsmaschine, unter anderem die maximale Belastung für das Bohrgestänge 6, den Mäkler 3, etc. bestimmt. Daraus ableitbar ist ebenfalls eine maximal zulässige Kraft, die auf bzw. in den Stützzylindern 5 wirken darf. Durch Überwachung dieser maximal zulässigen Kraft innerhalb des Stützzylinders 5, was durch einen Abgleich mit der sensorisch erfassten Ist-Kraft im Zylinder 5 erfolgen kann, kann eine mögliche Überbelastung des Bohrgestänges 6 bzw. des Mäklers 3 frühzeitig erkannt werden.
  • Konkret zeigt Figur 1 eine Situation des Bohr- und Rammgerätes, bei dieser eine zulässige Belastung am Bohrgestänge 6 zu einer zulässigen Last in den Stützzylindern 5 führt. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren überwacht, wobei die gemessene Kraft innerhalb der Stützzylinder 5 nur geringfügig von diesem Richt- bzw. Grenzwert abweichen darf. Im Szenario gemäß Figur 2 wird nun das Bohrrohr 10 in das Erdreich eingebracht. Auch hier kann eine zulässige Belastung des Bohrantriebs 10 anhand der Kraft innerhalb der Stützzylinder 5 überwacht werden. Auch hierzu wurde eine Maximalkraft für die Stützzylinder 5 dynamisch für die aktuelle Arbeitsphase berechnet, nämlich für das Einbringen des Bohrrohres 12 in das Erdreich.
  • Dem Szenario der Figur 3 geht voraus, dass das Bohrrohr 12 versehentlich schräg angesetzt wurde und in einem entsprechend geneigten Winkel zur Vertikalen steht. Der Versuch des Maschinenführers durch eine Vorschubbewegung v der Arbeitsmaschine die Fehlstellung des bereits ins Erdreich eingebrachten Bohrrohres 12 zu korrigieren führt zu einer unzulässigen Belastung der gesamten Gerätestruktur, was durch ein unzulässiges Ansteigen der Kraft innerhalb der Stützzylinder 5 erkannt werden kann. Diese temporäre Überbelastung wird dem Maschinenführer angezeigt und ergänzend in einem Systemspeicher als Ereignis gespeichert. Gegebenenfalls kann ab einem gewissen Grad der Überlastung ein Eingriff in die Maschinensteuerung erfolgen, um bspw. eine weitere Vorschubbewegung V zu unterbinden.
  • Eine mögliche konkrete Umsetzung zur Überwachung der Kraft im Stützzylinder 5 wird nachfolgend anhand der Figuren 4-7 erläutert. Figur 4 zeigt zum besseren Verständnis den freigeschnittenen Mäkler 3 samt Bohrantrieb 10 und Druckrohr 14. Die Summe dieser Massen des Mäklers 3 erzeugen die Kraft F 1. Der Gerätesteuerung der Trägermaschine sind diese Massen bekannt, so dass die Steuerung die Kraft F 1 berechnen kann. Ebenso kann die Steuerung den Gesamtschwerpunkt S dieser Massen bestimmen und auch den Abstand des Schwerpunktes zum Drehpunkt 15 berechnen, wobei der Drehpunkt 15 durch den Verbindungspunkt zwischen Mäkler 3 und Verstelleinrichtung 4 gebildet wird. Dieser Abstand ist mit l 1 bezeichnet.
  • Sofern F 1 und l 1 beide ungleich Null sind, erzeugt der freigeschnittene Mäkler 3 ein Drehmoment um den Anlenkpunkt 15. Dieses Moment muss durch die Stützzylinder 5 aufgenommen bzw. gestützt werden. Der Hebelarm der Stützzylinder 5 kann von der Steuerung der Trägermaschine ebenfalls ermittelt werden, da die Mäklerneigung gemessen wird und die erforderlichen geometrischen Parameter bekannt sind. Dem Hebelgesetz entsprechend kann also die Kraft FR in den Stützzylindern 5 bestimmt werden: F R = F 1 ∗ l 1 l
    Figure imgb0001
  • Figur 5 zeigt dieselbe Situation gemäß Figur 4 mit dem an der Trägermaschine angebauten Mäkler 3.
  • Figur 6 zeigt das Tragverhalten bei dem Versuch, das Rohr 9 aus dem Boden zu ziehen. Die auf den Bohrantrieb 10 wirkende Kraft F 2 kann über die im Gerät installierte Seilzugmessung der Vorschubwinde bestimmt werden. Der Abstand der Wirklinie dieser Kraft F 2 zum Drehpunkt 15 ist mit l 2 bemasst. Die jetzt auftretende Kraft in den Stützzylindern 5 ergibt sich mit: F R = F 1 ∗ l 1 + F 2 ∗ l 2 l
    Figure imgb0002
  • Wenn nun versucht wird, das schief sitzende Rohr 9 mittels Fahrwerk 1 einzurichten, wirkt zusätzlich zu den bisherigen Lasten eine Kraft F 3 auf den Mäkler 3. Der Abstand der Wirklinie dieser Kraft F 3 zum Drehpunkt 15 ist mit l 3 bemasst.
  • Solange l 3 <> 0 ist, erzeugt auch F 3 ein Moment um den Drehpunkt 15, welches die Kraft FR verändert. Diese Abweichung der gemessenen Kraft von der berechneten Kraft kann ermittelt werden und dient als Indikator einer möglichen Überbelastung der Maschine bzw. der Stützzylinder 5. Überschreitet die erfasste Abweichung einen Grenzwert, so können durch die Maschinensteuerung geeignete Gegenmaßnahmen ergriffen werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Überwachung der Strukturbelastung einer Trägermaschine mit Bohr- und Rammgerät, das an einem Mäkler der Trägermaschine aufgenommen ist, wobei eine Steuerung der Trägermaschine unter Berücksichtigung der aktuellen Gerätekonfiguration der Trägermaschine und ein oder mehreren Zustandswerten die aktuell zulässige Strukturbelastung ein oder mehrerer Teilkomponenten der Maschine berechnet und daraus wenigstens einen dynamischen Grenz- oder Sollwert für eine messbare, auf eine Teilkomponente der Trägermaschine wirkende Maximalkraft bestimmt, wobei ein oder mehrere, zu den Grenzwerten korrespondierende Ist-Werte sensorisch erfasst und gegen die Grenz- oder Sollwerte überwacht werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein Grenzwert eine auf eine Maschinenkomponente wirkende Maximalkraft bestimmt wird, insbesondere eine auf wenigstens einen Zylinder wirkende Maximalkraft, idealerweise eine auf wenigstens einen Stützzylinder zur Ausrichtung des Mäklers und/oder einen Grundarmzylinder zur Verstellung des Mäklers wirkende Maximalkraft.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzwert eine auf wenigstens eine Verbindungsstelle wirkende Maximalkraft berechnet wird, insbesondere für mindestens einen Verbindungsbolzen zur Befestigung des Mäklers am Oberwagen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die berücksichtigte Gerätekonfiguration die Maschinengeometrie und/oder eine Ballastierung und/oder die Mäklerlänge und/oder einen Parameter einer sonstiges Maschinenkomponente umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandswert der Seilzug der Hauptwinde des Ramm- und Bohrgerätes, insbesondere einer Kelly-Winde und/oder einer Vorschubwinde gemessen und für die Berechnung des Grenzwertes berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerätekonfiguration automatisch durch eine passende Sensorik zumindest teilweise erfasst wird und/oder zumindest teilweise manuell in eine Steuerung eingebbar ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungsergebnis einer Bedienperson angezeigt wird und/oder in Reaktion auf das Überwachungsergebnis ein oder mehrere Maschinensteuerungen automatisiert ausgeführt werden, bspw. ein oder mehrere die Belastung des Gerätes steigernde Maschinenbewegungen gestoppt oder verlangsamt werden.
  8. Arbeitsmaschine mit einem Ramm- und Bohrgerät und einer Steuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP19188296.8A 2018-07-31 2019-07-25 Verfahren zur überwachung der strukturbelastung einer trägermaschine mit bohr- und rammgerät sowie arbeitsmaschine mit ramm- und bohrgerät Active EP3613903B1 (de)

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DE102018118561.8A DE102018118561A1 (de) 2018-07-31 2018-07-31 Verfahren zur Überwachung einer Trägermaschine mit Bohr- und Rammgerät sowie Arbeitsmaschine mit Ramm- und Bohrgerät

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EP3613903A1 EP3613903A1 (de) 2020-02-26
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