FI123932B

FI123932B - Puomirakenteen ja siihen nivelletysti kiinnitetyn työkalun ohjaus

Info

Publication number: FI123932B
Application number: FI20065515A
Authority: FI
Inventors: Jarkko Jaentti
Original assignee: John Deere Forestry Oy
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2013-12-31
Also published as: US8430621B2; FI20065515A; US20130218424A1; US9345204B2; CA2597203A1; US20080041805A1; EP1889537A3; FI20065515A0; BRPI0705749A; BRPI0705749B1; CA2597203C; EP1889537A2

Description

PUOMIRAKENTEEN JA SIIHEN NIVELLETYSTI KIINNITETYN TYÖKALUN OHJAUS

KEKSINNÖN TEKNIIKAN ALA 5

Keksintö liittyy menetelmään puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitetyn työkalun ohjaamiseksi. Keksintö liittyy lisäksi puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitettävän työkalun ohjausjärjestelmään.

10 Keksintö liittyy hydraulisesti ohjattuihin puomisysteemeihin, johon on kytketty kaatopää, erityisesti kaato-kasauskoneen puomijärjestelmään ja sen ohjaukseen.

KEKSINNÖN TAUSTAA 15

Kaatopäitä (engl. felling head) käytetään laajasti pystyssä kasvavien puiden katkaisuun ja keräämiseen. Kaatopäihin voidaan useimmiten kerätä useita puunrunkoja ennen kuin puunrungot lasketaan maahan. Tämän jälkeen puunrungot kuljetetaan muualle joko kuormakoneen (engl. forwarder) tai 20 juontotraktorin (engl. skidder) avulla. Puomisysteemi ja kaatopää on tavallisesti kytketty suuritehoiseen ajoneuvoon, kuten kaato-kasauskoneeseen, josta on esitetty esimerkki patentissa US 6,173,973 B1. Eräitä kaatopäitä on esitetty julkaisuissa US 2003/02025291 A1 ja US 2002/0040741 A1. Eräs kaatopää ja kaato-kasauskone on esitetty myös kanadalaisessa julkaisussa 25 2,196,728 A1. Puomin horisontaalisella liikkeellä varustettuja ajoneuvoja on esitetty julkaisuissa US 6,443,196 B1 ja US 6,997,221 B2.

CO

δ ^ Kaatokasauskone käsittää tyypillisesti ala- ja ylävaunun. Alavaunu on varus- ό V tettu esimerkiksi kahdella telaketjulla, joiden avulla metsäkone liikkuu maas- $5 30 tossa. Alavaunun kääntöpöydän päälle asettuu ylärakenne, jossa on mm.

g ohjaamo, moottori ja nivelletty puomirakenne. Puomirakenne on esimerkiksi

CL

2-osainen käsittäen nostopuomin (engl. hoist boom) ja taittopuomin (engl.

S stick boom), jonka päähän kaatopää kiinnittyy nivelletysti.

m

CD

o c\j 35 Kaato-kasauskoneen ohjaamoon on sijoitettu käyttäjää varten kaksi ohjaus- vipua tai ohjauskahvaa. Ohjausvivut liikkuvat tyypillisesti kahteen suuntaan; sekä eteen-taakse (y-akseli) että vasemmalle-oikealle (x-akseli). Y-suunnan 2 avulla toinen ohjausvipu ohjaa nostopuomin asentoa (nosto) ja toinen taitto-puomin asentoa (taitto). Vastaavasti x-suunnan avulla toinen ohjausvipu ohjaa tyypillisesti ylävaunun pyöritystä ja toinen kaatopään asentoa.

5 Kaatopään vieminen kaadettavan puun luokse vaatii kuljettajalta yleensä molempien ohjausvipujen y-suuntaista käyttöä (nosto ja taitto). Koska nosto-puomin ja/tai taittopuomin liikuttelu muuttaa jatkuvasti kaatopään asentoa maahan nähden, on lisäksi ainakin toista ohjausvipua liikuteltava myös x-suuntaan. Kaatopäässä on puun kaatoa varten esimerkiksi saha, joka on 10 pidettävä vaakatasossa. Vastaavaa ohjausvipujen samanaikaista käyttöä vaaditaan, kun puu on saatu otettua kaatopäähän ja kaatopäätä yhdessä puun kanssa liikutellaan kohti uusia kaadettavia puita tai kun kerätty puu-nippu kaadetaan hallitusti maahan kaatopään tyhjentämiseksi. Kuljettaja joutuukin käytännössä lähes jatkuvasti kontrolloimaan samanaikaisesti mai-15 nittuja nostoa, taittoa ja kaatopään asentoa, ja lisäksi hän tyypillisesti pyörittää ylävaunua. Puomirakenteen ohjaus ja kaatopään oikeassa asennossa pitäminen vaatii käyttäjältä huomattavaa tarkkaavaisuutta ja taitoa. Useiden ohjausvipujen samanaikainen käyttö on vaikeaa ja saattaa hidastaa toimintaa.

20

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukainen menetelmä puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitetyn työkalun ohjaamiseksi on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mu-25 kainen menetelmä puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitetyn työkalun ohjaamiseksi on esitetty patenttivaatimuksessa 4. Keksinnön mukainen puomi-rakenteen ja siihen nivelletysti liitettävän työkalun ohjausjärjestelmä järjes- ^ telmä on esitetty patenttivaatimuksessa 16.

ό i $5 30 Keksinnön ansiosta käyttäjän ei tarvitse erikseen huolehtia kaatopään asensi non muuttamisesta, kun nostopuomin ja/tai taittopuomin asentoa muutetaan.

CL

Ohjausjärjestelmä huolehtii automaattisesti kaatopään asennon säilyttämi-S sestä esimerkiksi pystysuuntaisena silloin, kun nostopuomin ja/tai taitto- g puomin asentoa muutetaan. Ohjausjärjestelmä sallii kaatopään asennon ° 35 muuttamisen käyttäjän toimesta.

3

Keksintö helpottaa ja nopeuttaa käyttäjän toimintaa. Kuljettajan tarve ohjata kaatopään asentoa toisen ohjausvivun x-liikkeellä putoaa keksinnön myötä hyvin vähäiseksi. Tarkkuutta ja taitoa vaativa kaatopään suorassa pitäminen jää käytännössä kokonaan automatiikan hoidettavaksi. Kuljettaja käyttää oh-5 jaussauvan x-liikettä enää lähinnä vain kaatopäähän kerättyjen puunippujen kaatamiseen ja siitä kaatopään pystyasentoon palauttamiseen.

Ohjausvipujen käyttöä voidaan yksinkertaistaa edelleen, kun sekä nosto- että taittopuomin asentoa ryhdytään samanaikaisesti ohjaamaan automaattisesti, 10 vain yhtä ohjausvipua käyttämällä. Toiminnon avulla saadaan olennaisesti suoraviivainen taittopuomin pään liike. Nyt kaatopää pysyy esimerkiksi vakio-korkeudella, kun sitä siirretään kauemmas tai lähemmäs metsäkonetta sekä nosto- että taittopuomin avulla. Toimintoa kutsutaan horisontaali- tai parallee-liliikkeeksi, joka on useimmiten olennaisesti horisontaalinen, ja jota ohjataan 15 esimerkiksi taittopuomin asentoa ohjaavan ohjausvivun avulla. Ohjausjärjestelmä sallii paralleeliliikkeen lisäksi myös nostopuomin asennon muuttamisen käyttäjän toimesta. Näin paralleeliliikkeen liikekulmaa tai -korkeutta voidaan tarvittaessa helposti säätää nostoliikkeen ohjausvivulla.

20 Kaatopään asennon automaattinen ohjaus ja paralleeliliikkeen toiminnot voidaan yhdistää. Koneen käyttö muuttuu tällöin hyvin helpoksi. Vain yhdellä ohjausvivun liikkeellä (esim. normaalisti taittopuomia ohjaava y-akseli) kaato-päätä pystytään ajamaan vaakasuuntaisesti ulos ja sisään kaatopään pysyessä samalla asetetussa asennossa, esimerkiksi pystyssä.

25

Keksinnön avulla voidaan automatisoida ja yhdistää toimintoja, joten puomisi järjestelmän käyttö ja toiminta yksinkertaistuu ja nopeutuu. Toteutus on säh- ™ köinen ja mahdollistaa helpon modifioinnin. Keksintö mahdollistaa työkalun, 0 7 esim. kaatopään levelloinnin toteuttamisen ilman kaatopään asentoa mittaa- ^ 30 via antureita tai ainakin niiden tarve vähenee oleellisesti.

CC

CL

Keksintöä voidaan soveltaa erilaisiin puomirakenteisiin, joihin työkaluja on kiinnitetty nivelen avulla siten, että työkaluja voidaan kääntää olennaisesti m g vaakasuoran linjan ympäri käyttäen työsylinteriä, joka on kiinnitetty toisaalta ^ 35 puomi rakenteeseen ja toisaalta työkaluun tai adapteriin, jonka avulla työkalu on nivelletysti kiinnitetty puomirakenteen päähän. Sovelluskohteina ovat erityisesti metsäkoneet, harvesteri, kuormakone tai niiden yhdistelmä, joiden 4 puomirakenteen päähän on kiinnitetty esimerkiksi Fl-hakemuksen 910197 mukainen harvennus- ja keräilytyökalu, tai vastaavalla periaatteella toimiva keräilytyökalu, jonka avulla energiapuuta voidaan kerätä. Työkalu käsittää tyypillisesti rungon, johon on nivelletysti kiinnitetty varret, jotka keräävät yh-5 den tai useampia puunrunkoja, ja katkaisulaiteen, joka katkaisee puunrungon, johon on tartuttu. Yleisimmin käytetään giljotiiniperiaatteelle toimivia katkaisulaitteita tai ketjusahoja.

Keksintöä voidaan soveltaa myös esimerkiksi kaivinkoneissa, joko niihin lisä-10 varusteena saatavan kaatopään tai varsinaisen kauhan ohjaamisessa. Kaivinkoneissa puomirakenne, alarakenne ja ylärakenne vastaavat melko tarkasti kaato-kasauskoneita.

Keksintöä voidaan soveltaa myös metsäkoneiden puomirakenteissa, joiden 15 rakenne on konfiguroitu pelkästään paralleeliliikettä varten. Puomiraken-teessa on siirtosylinteri, joka vaikuttaa esimerkiksi nivelmekanismin avulla puomirakenteen kahden puomin asentoon. Ohjausjärjestelmä huolehtii automaattisesti työkalun asennosta silloin, kun puomien asentoa muutetaan.

20 Puomirakenteen rakenne, vastaavien toimilaitteiden sijoittelu ja toimilaittee seen liittyvä nivelmekanismi voivat vaihdella keksintöä soveltavia puomirakenteissa. Toimilaitteen sijoittelu ja toiminta vastaa esimerkiksi julkaisun WO 01/02280 A1 ratkaisua, jossa toimielimien avulla aikaansaadaan myös pa-ralleeliliike.

25

Muut edut ja keksinnön yksityiskohdat tulevat esille keksinnön tarkemmasta ” selostuksesta ja piirustuksista.

C\J

i

v PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

5° 30 g Kuva 1 esittää sivukuvana metsäkonetta, joka on kaato-kasauskone ja

CL

jossa keksintöä sovelletaan ja kun kaatopää on lähellä metsäkonetta,

LO

m § kuva 2 esittää sivukuvana kuvan 1 metsäkonetta tilanteessa, jossa ° 35 kaatopää on siirrettynä kauaksi metsäkoneesta puomijärjestelmän avulla, 5 kuva 3 esittää metsäkoneen ohjausjärjestelmän komponentteja ja toimintaperiaatetta yksinkertaistettuna kaaviona, kuva 4 esittää kuvan 3 ohjausjärjestelmän tarkempaa toimintaa ja 5 ohjausperiaatteita yksinkertaistettuna kaaviona, ja kuva 5 esittää kuvan 3 ohjausjärjestelmän tarkempaa toimintaa ja ohjausperiaatteita vuokaaviona.

10 KEKSINNÖN TARKEMPI KUVAUS

Seuraavassa selitetään tarkemmin sitä, miten puomirakennetta voidaan ohjata ohjausjärjestelmän avulla silloin, kun puomirakenne on kiinnitetty moottoriajoneuvoon, joka on työtä suorittava kone. Tällöin puomirakenteen päähän 15 on kiinnitetty sopiva työkalu työn suoritusta varten.

Kuvissa 1 ja 2 on esitetty ajoneuvo, joka on metsäkone ja erityisesti kaato-kasauskone 1. Kaato-kasauskone käsittää alavaunun 2, jonka avulla kaato-kasauskone liikkuu maastossa. Alavaunu 2 on varustettu esimerkiksi kah-20 della telaketjulla. Alavaunun 2 kääntöpöydän päälle on sijoitettu ylärakenne 3 ohjaamoineen ja moottoreineen. Ylärakenteeseen 3 on nivelletty puomirakenne 4. Kääntöpöydän avulla ylärakennetta 3 ja puomirakennetta 4 voidaan pyörittää pystysuoran linjan ympäri. Puomirakenne käsittää tyypillisesti kaksi puomia, joista tässä esimerkissä käytetään myös nimityksiä nostopuomi ja 25 taittopuomi. Paralleeliliikettä varten tarkoitetuissa puomirakenteissa puomia voidaan kutsua myös siirtopuomiksi. Kuvissa 1 ja 2 puomirakenne 4 on 2-” osainen käsittäen nostopuomin 9 ja taittopuomin 8, jonka päähän kaatopää 5

O

™ on kiinnitetty. Kaatopää 5 toimii työtä suorittavan koneen työkaluna, ό i $5 30 Puomirakenne käsittää liikuttelua varten toimilaitteita, jotka tässä esimerkissä g ovat työsylintereitä ja joista käytetään myös nimityksiä nostosylinteri ja tait-

CL

tosylinteri. Paralleeliliikettä varten tarkoitetuissa puomirakenteissa työsylinte- S riä voidaan kutsua myös siirtosylinteriksi. Nostopuomin 9 pää on kiinnitetty m g nivelen avulla ylärakenteeseen 3 ja nostopuomin 9 uloin pää on ohjattavissa ° 35 ylös ja alas. Nostopuomia 9 voidaan liikuttaa yhdellä tai kahdella nostosylin- terillä 10, joka on nivelletysti kiinnitetty sekä nostopuomiin 9 että ylärakenteeseen 3. Nostosylinteri 10 on 2-toiminen työsylinteri, jonka pituus, liikenopeus 6 ja liikesuunta ovat ohjattavissa paineisen väliaineen, tavallisimmin hydrauliik-kaöljyn, avulla. Väliaine on toimisuure, johon vaikutetaan toimielimellä, esimerkiksi venttiilillä.

5 Taittopuomin 8 pää on kiinnitetty nivelen avulla nostopuomin 9 uloimpaan päähän ja taittopuomin 8 uloin pää on ohjattavissa ylös ja alas, ja samalla myös eteen-ja taaksepäin. Taittopuomia 8 liikuttaa taittosylinteri 11, joka on nivelletysti kiinnitetty sekä nostopuomiin 9 että taittopuomiin 8. Taittosylinteri on 2-toiminen työsylinteri 11, jonka pituutta, liikenopeutta ja liikesuuntaa oh-10 jataan paineisen väliaineen avulla. Puomit kytkeytyvät toisiinsa nivelmeka-nismilla 4a, johon myös taittosylinteri 11 kuuluu. Työsylinteri kytkeytyy puomiin joko suoraan tai sopivan nivelmekanismin välityksellä.

Kaatopää 5 on kiinnitetty nivelen 12 avulla taittopuomin 8 päähän ja kaato-15 pää 5 on kallistettavissa eteenpäin ja taaksepäin nivelen 12 kautta kulkevan vaakasuoran linjan ympäri. Taittopuomin 8 päässä on puomirakenteen adapteri 6, joka on kiinnittynyt kaatopäähän 5 ja joka kallistuu kaatopään 5 mukana nivelen 12 ympäri. Kaatopäätä 5 ohjaa kallistussylinteri 7, joka on nivelletysti kiinnitetty sekä taittopuomiin 8 että kaatopäähän 5, esitetyssä 20 esimerkissä adapterin 6 välityksellä. Kallistussylinteri 7 ohjaa adapterin 6 asentoa ja samalla kaatopään 5 kallistumista. Kallistussylinteri 7 on 2-toimi-nen työsylinteri, jonka pituus, liikenopeus ja liikesuunta ovat ohjattavissa paineisen väliaineen avulla.

25 Kaatopäätä 5 voidaan myös kiertää esim. vaakasuoran linjan ympäri käyttäen kääntölaitetta, joka on kiinnitetty adapterin 6 ja kaatopään 5 väliin. Ky- ” seinen vaakasuora linja on poikittain, tavallisesti kohtisuorassa nivelen 12

O

™ kautta kulkevaan linjaan nähden. Adapteri 6 ja kääntölaite muodostavat myös

O

V osan kaatopäätä 5.

^ 30 g Kaato-kasauskone 1, puomirakenne 4, työsylinterit 7, 10 ja 11 sekä kaatopää

CL

5 ovat rakenteeltaan sinänsä tunnettuja ja niissä sovelletaan periaatteita, S jotka ovat alan ammattimiehelle tuttuja. Tässä selityksessä käydään läpi kek- m g sinnön kannalta olennaiset seikat ja keksinnön piirteet, jotka eivät ole tun- ° 35 nettuja muualta. Kaato-kasauskoneen 1 ohjausjärjestelmän toimintaperiaat teet ovat myös sinänsä tunnettuja, mutta siinä sovelletaan keksinnön mukaisia uusia periaatteita. Ohjausjärjestelmän modifiointi ja konfigurointi käy alan 7 ammattimiehelle selväksi tässä selostuksessa olevan keksinnön selostuksen perusteella.

Kuvan 1 mukaisesti kallistussylinterin 7 avulla kaatopäätä 5 voidaan kallistaa 5 esim. asennosta P1 asentoon P2 nivelen 12 ympäri, jolloin kallistussylinteri 7 liikkuessaan pitenee. Kuvan 2 mukaisesti kaatopäätä 5 voidaan siirtää pa-ralleeliliikkeen avulla paikasta L1 paikkaan L2 olennaisesti vaakasuuntaista reittiä 13 pitkin, jolloin nostosylinteri 10 ja taittosylinteri 11 toimivat samanaikaisesti. Koska nostosylinteri 10 ja taittosylinteri on kiinnitetty puomiraken-10 teen 4 alle, niin nostosylinteri 10 lyhenee ja taittosylinteri 11 pitenee. Työsy-linterien sijoittelu voi myös vaihdella, jolloin taittosylinteri voidaan kiinnittää myös puomirakenteen 4 päälle, jolloin taittosylinteri lyhenee, kun kaatopää 5 siirtyy paikkaan L2. Kun kaatopää 5 on paikassa L1, niin puomirakenne 4 on kuvan 1 mukaisessa asennossa. Siirron aikana kaatopää 5 pidetään esim. 15 pystyasennossa P1 kallistussylinteriä 7 ohjaamalla. Kallistussylinteri 7, nostosylinteri 10 ja taittosylinteri 11 toimivat samanaikaisesti.

Kuvassa 3 on esitetty tarkemmin ohjausjärjestelmän 21 toiminta toimielimien 22, 23, ja 24 ohjaamiseksi. Toimielimet vaikuttavat toimisuureeseen, joka 20 tässä tapauksessa on väliaine, jota ohjataan työsylintereille ja sieltä pois. Väliaineen paine ja tilavuusvirta puolestaan kontrolloivat työsylinterien 7, 10 ja 11 nopeutta. Työsylinterit puolestaan ohjaavat puomirakenteen 4 haluttuun asentoon. Esitetylle ohjausjärjestelmälle 21 syötetään asetusarvoja 15 ja 16, joista puomirakenteen 4 asento ja liikkeet riippuvat. Käyttäjä antaa asetusar-25 vot manuaalisesti käyttäen tarvittavia laitteita, erityisesti käyttäen ohjaussauvoja 19 ja 20 joiden liikesuunnat vastaavat työsylinterien 7, 10 ja 11 lii-” kesuuntia. Ohjaussauvan neutraalissa asennossa työsylinterit jäävät paikoil- ^ leen.

i o $5 30 Ohjausjärjestelmällä 21 on nivelmoodi, jolloin ohjaussauvalla 19 ohjataan g taittosylinteriä 11. Asetusarvon antamiseen käytetään liikkeitä y-suunnassa,

CL

joilla joko lyhennetään ja pidennetään taittosylinteriä 11. Tässä esimerkissä S myös kallistussylinterille 7 annetaan asetusarvo ohjaussauvalla 19, jolloin m g käytetään liikkeitä x-suunnassa, joilla joko lyhennetään ja pidennetään kal- ° 35 listussylinteriä 7. Ohjaussauvalla 20 ohjataan nostosylinteriä 10, jolloin käy tetään liikkeitä y-suunnassa. Esitetyssä esimerkissä ohjaussauvan 20 liike eteenpäin laskee puomirakennetta 4 ja liike taaksepäin nostaa puomiraken- 8 netta 4. Ohjaussauvalla 20 on haluttaessa myös x-suuntainen liike, jolla yleensä ohjataan ylävaunun pyöritystä. Edellä kuvatusta ohjausjärjestelystä on mahdollista saada myös esimerkiksi sellainen muunnos, että ohjaussauvojen 19 ja 20 y-suunnat ohjaavat toimintoja ristiin, ts. ohjaussauva 19 ohjaa 5 nostoa ja ohjaussauva 20 ohjaa taittoa.

Ohjausjärjestelmällä 21 on nivelmoodin lisäksi paralleeliliikettä varten paral-leelimoodi, joka kytketään toimintaan esim. painikkeella 25, joka on joko ohjaussauvassa 19, sen välittömässä läheisyydessä tai muualla käyttäjän ulot-10 tuvilla. Paralleelimoodissa ohjaussauvalla 19 ja sen asetusarvolla ohjataan samanaikaisesti sekä nostosylinteriä 10 että taittosylinteriä 11 siten, että esim. liike reittiä 13 pitkin on mahdollinen käyttäen ainoastaan yhtä ohjaussauvaa 19. Ohjaussauvan 19 y-suuntainen liike eteenpäin vie kaatopäätä 5 kauemmas ja liike taaksepäin tuo kaatopään 5 lähemmäs ylärakennetta 3. 15 Normaalisti nostosylinteriä 10 voidaan ohjata ohjaussauvan 20 y-suunnalla myös paralleeliliikkeen aikana. Edellä kuvatusta ohjausjärjestelystä on mahdollista saada myös esimerkiksi sellainen muunnos, että ohjaussauvojen 19 ja 20 y-suunnat ohjaavat toimintoja ristiin, ts. ohjaussauva 19 ohjaa nostoa ja ohjaussauva 20 ohjaa paralleeliliikettä.

20

Ohjausjärjestelmä 21 käsittää lisäksi kaatopään levellointimoodin, joka kytketään toimintaan esim. painikkeella 29, joka voi olla kiinni ohjaussauvassa, sen välittömässä läheisyydessä tai muualla käyttäjän ulottuvilla. Kaatopään levellointimoodissa kai I istussy I interi n 7 toiminta riippuu mm. asetusarvoista 25 15 ja 16. Kallistussylinterin 7 toimintaa ohjataan ohjaussauvojen 19 ja 20 antamien noston, taiton ja kaatopään asennon signaalien perusteella. Kaato- ” pään levellointimoodi on käytettävissä sekä nivel- että paralleelimoodissa.

o ™ Kun käytössä on sekä kaatopään levellointimoodi että paralleelimoodi, niin V kaikkia työsylintereitä 7, 10 ja 11 yhdessä kyetään ohjaamaan pelkästään $£ 30 ohjaussauvan 19 y-liikkeellä. Kaatopään levellointimoodi voidaan ottaa g käyttöön myös ohjausjärjestelmässä, jossa ei ole paralleelimoodia.

CL

m £ Kuvassa 3 on esitetty tarkemmin myös toimielimet 22, 23 ja 24, jotka ovat

LO

g yhteydessä väliaineen järjestelmään, johon kuuluu painelinja 17, jossa on ° 35 paineista väliainetta ja paluulinja 18, jonne väliaine palautetaan. Väliaineen järjestelmä on sinänsä tunnettu ja sen avulla tuotetaan väliaineen paine ja tilavuusvirta. Väliaine on toimisuure, jonka pääsyä työsylintereihin 7, 10 ja 11 9 kontrolloidaan toimielimien 22, 23 ja 24 avulla. Ohjattava suure on työsylinte-rin nopeus ja liikesuunta ja ohjaava suure ohjausjärjestelmästä 21 saatava esim. virtasignaali 26, 27 tai 28. Järjestelmä voi käsittää myös useita erillisiä painelinjoja ja paluulinjoja. Toimielin 22 on kallistussylinteriä 7 varten, toimie-5 Iin 23 on nostosylinteriä 10 varten ja toimielin 24 on taittosylinteriä 11 varten. Toimielin on esitetyssä esimerkissä venttiili, jota ohjataan virtasignaalilla ja joka antaa virtasignaaliin verrannollisen tilavuusvirran, joka syötetään työsy-linteriin. Ohjausjärjestelmän 21 rakenne voi poiketa esitetystä ja olla esitettyä hajautetumpi, tai se voi muodostaa osan laajempaa ohjausjärjestelmää. Oh-10 jausjärjestelmänä on esim. PC-pohjainen ohjausjärjestelmä, joka on sinänsä tunnettu ja jossa keksinnön periaatteita sovelletaan, ja joka lisäksi käsittää tarvittavat sovellukset esim. ohjausalgoritmeja varten. Venttiilit on esitetty periaatetasolla ja ne käsittävät esimerkiksi sähköisesti ohjatut 3-asentoiset 4-tiesuuntaventtiilit. Toiminnot voidaan toteuttaa myös proportionaalisuunta-15 venttiileillä. Proportionaaliventtiiliin liitetyllä ohjaus-ja vahvistinkortilla voidaan asettaa esim. tarvittavat kiihdytys- ja hidastusrampit sinänsä tunnetulla tavalla.

Ohjausjärjestelmän varusteisiin kuuluu esim. näyttömoduuli, PC-näppäimistö 20 ja keskusyksikkö prosessoreineen ja muisteineen. Keksinnön eri esimerkkien toteuttamiseksi vaadittava sovellus ja sen sisältämä ohjelmisto asennetaan ohjausjärjestelmän keskusyksikköön, jossa on tarvittava RAM- ja massamuisti. Ohjausjärjestelmä hyödyntää sinänsä tunnettua käyttöjärjestelmää, jonka alaisuudessa sovellusta ajetaan. Laitteistossa ja käyttöjärjestelmässä 25 on tarvittavat sovellukset ja protokollat tiedonsiirtoon muiden laitteiden kanssa. Käyttöjärjestelmä on sopivimmin tunnetun tekniikan mukainen valmis ” järjestelmä, joka tarjoaa jopa valmiit palvelut tiedonsiirron datavirran siirtoon

O

^ esim. CAN-väylässä (Controller Area Network), ό $5 30 Kuva 4 esittää ohjausjärjestelmän ohjausalgoritmin toimintaperiaatetta, jota g kuvataan eri liikkeiden asetusarvoja vastaavien sisääntulojen (input) 30, 31 ja

CL

32 avulla sekä ohjaavaa suuretta vastaavan ulostulon (output) 34 avulla.

S Ohjaava suure syötetään toimielimelle ja sitä käytetään mm. kaatopään kal- m § listuksen ohjaamiseen. Ohjausalgoritmi hyödyntää tallennettuja, aseteltavia ° 35 parametreja. Asiaa käsitellään tarkemmin alla.

10

Kuvassa 4 on esitetty tarkemmin erityisesti kaatopään levellointimoodin toiminta, ja muut moodit toimivat alla esitetyn mukaisesti.

Tarkastellaan ensiksi tilanteita, jossa kaatopään levellointimoodi ei ole käy-5 tössä. Nivelmoodissa kallistussylinteriä 7 ohjaava ulostulo 34 (tilt_command) on verrannollinen ainoastaan sisääntuloon 31 (tilt_joystick), joka vastaa ohjaussauvan 19 x-liikkeen avulla annettua ase- tusarvoa (e.g. tilt_command = tiltjoystick). Nivelmoodissa ja paralleeli-moodissa taittosylinteriä 11 ohjaa vastaavasti sisääntulo 30 (stickjoystick, 10 si Joystick), joka vastaa ohjaussauvan 19 y-liikettä (e.g. stick_command = stickjoystick, sl_command = sljoystick). Nivelmoodissa ja paralleeli-moodissa nostosylinteriä 10 ohjaa vastaavasti sisääntulo 32 (hoistjoystick), joka vastaa ohjaussauvan 20 y-liikettä (e.g.

hoist_command = hoistjoystick). Tämän lisäksi nostosylinteriä 10 ohjaa 15 sisääntulo 30 (sljoystick), kun käytössä on paralleelimoodi (e.g. hoist_command = hoistjoystick + sljoystick). Nivelmoodia ja paralleeli-liikkeen moodia voidaan haluttaessa täydentää parametreillä ja ohjauseli-millä, joiden periaatteita on kuvattu kaatopään levellointimoodin yhteydessä.

20 Kaatopään levellointimoodissa ohjausalgoritmia ja sen ulostuloa 34 (tilt_command) voidaan yleisesti kuvata muodossa: tilt_command = tiltjoystick + (ffjioist * hoistjoystick) + (ff_stick * stickjoystick) + (ff_sl * sljoystick).

25 Nivelmoodissa, kaatopään levellointimoodin ollessa käytössä, kallistussylinteriä 7 ohjaava ulostulo 34 (tilt_command) on verrannollinen sisääntuloon ” 30 (stickjoystick) ja parametriin ff_stick (e.g. ff_stick * stickjoystick), o ^ sekä sisääntuloon 31 (tiltjoystick), ja lisäksi myös sisääntuloon 32

O

V (hoistjoystick) ja parametriin ffjioist (e.g. ffjioist * hoistjoystick). Pa- $5 30 rametrit ff_stick ja ffjioist ovat aseteltavia parametreja ja eräänlaisia vah- vistuksia.

CL

LO

S Paralleelimoodissa, kaatopään levellointimoodin ollessa käytössä, ohjausal- m § goritmi toimii muutoin edellä kuvatun kaltaisesti, paitsi että sisääntulona 30 ° 35 onkin nyt sljoystick, jonka kanssa käytetään parametria ff_sl (e.g. ff_sl * sljoystick) ja joka yleisimmin poikkeaa nivelmoodin parametrista ff_stick. Vaikka paralleeli-ja nivelmoodeissa käytetään samaa ohjaussauvaa 19, niin 11 asetusarvo 30 vaihtelee valitusta moodista riippuen ja ohjattujen toimielimien valikoima vaihtelee.

Summain 35 kuvaa sisääntulojen yhteisvaikutusta ja ohjauselin 33 kuvaa 5 esimerkiksi tehtäviä tarkistuksia, jotka liittyvät esimerkiksi ulostulon 34 mahdollisiin maksimi- ja minimiarvoihin. Ohjauselimen 33 yhteydessä voidaan tehdä muitakin ohjausalgoritmiin liittyviä toimenpiteitä, jotka katsotaan tarpeellisiksi tai jotka hienosäätävät toimintaa.

10 Edellä esitetyn esimerkin mukaisesti kaatopään levellointimoodissa ohjaussauvojen 19 ja 20 y-liikkeet (nosto ja taitto) vaikuttavat normaalisti puomira-kenteen 4 asentoon, mutta nyt lisäksi myös kaatopään 5 asentoon. Nostoa ja taittoa (nivelmoodi) tai näistä yhdistettyä paralleeliliikettä (paralleelimoodi) ajettaessa ohjausjärjestelmä huolehtii kaatopään 5 asennosta automaatti-15 sesti, mutta manuaalinen kaatopään 5 asennon korjaus on tässä esimerkissä myös mahdollinen ohjaussauvan 20 x-liikkeellä (tiltjoystick). Ohjausjärjestelmä toimii siten, että viimeisin manuaaliohjauksella asetettu kaatopään asento pyritään säilyttämään puomirakennetta käytettäessä.

20 Paralleeliliike voidaan esimerkin mukaisessa laitteessa aikaansaada jonkin ohjausalgoritmin avulla, jolloin sisääntulon 30 (sl_joystick) perusteella liikutetaan samanaikaisesti sekä nostosylinteriä 10 että taittosylinteriä 11 siten, että ohjataan sekä toimielintä 23 että toimielintä 24 suureilla, jotka ovat verrannollisia sisääntuloon 30.

25

Vaihtoehtoisesti, tunnetun tekniikan mukaisesti, nostosylinteri 10 ja tait-” tosylinteri 11 voidaan kytkeä jollakin toimielimellä toiminnallisesti sarjaan niin, 0 ^ että esim. toimielin 24 yksistään ohjaa sekä nostosylinteriä 10 että tait- ό V tosylinteriä 11. Tällöin toimielintä 24 ohjataan sopivalla suureella, joka on $5 30 verrannollinen sisääntuloon 30.

CC

CL

Paralleeliliikettä varten on tunnetun tekniikan mukaisesti puomirakenteita, S johon työsylinteri on kytketty siten, että työsylinteri vaikuttaa kahden puomin m § asentoon. Puomirakenteessa on tyypillisesti nivelmekanismi, jonka välityk- ° 35 sellä työsylinteri vaikuttaa molempiin puomeihin. Toiseen puomiin vaikuttaa lisäksi toinen työsylinteri nostoa varten. Puomirakenteella on paralleelimoodi mutta ei nivelmoodia.

12 Määrittämällä kutakin ohjaussauvan käytettyä liikesuuntaa (eteenpäin, taaksepäin) varten ainakin yksi parametri kaatopään levellointimoodille saavutetaan hyvä ja monipuolinen kaatopään automaattiohjaus. Parametrit voidaan 5 määrittää poikkeamaan lineaarisesta siten, että saadaan halutulla tavalla epälineaarinen ohjaus, jolla otetaan huomioon esimerkiksi toimielimen epälineaarisuus tai käyttäytyminen. Parametrina voi siis olla funktio, johon oh-jausarvo syötetään.

10 Parametri ff_hoist voidaan siis jakaa kahdeksi parametriksi ff_hoist_up ja ff_hoist_down, riippuen siitä millä puolella ohjaussauva 20 on suhteessa neutraaliasentoon. Nostopuomia 9 nostettaessa käytössä on ff_hoist_up ja kaatopäätä 5 kallistetaan eteenpäin sen asento, esimerkiksi P1, säilyttäen. Vastaavasti, nostopuomia 9 laskettaessa käytössä on ff_hoist_down ja 15 kaatopäätä 5 kallistetaan taaksepäin.

Nivelmoodin parametri ff_stick voidaan jakaa kahdeksi parametriksi ff_stick_out ja ff_ stick Jn, riippuen siitä millä puolella ohjaussauva 19 on suhteessa neutraaliasentoon. Esimerkiksi, mikäli taittopuomin 8 päätä vie-20 dään kauemmas ja käytössä on ff_stick_out, niin vastaavasti kaatopäätä 5 kallistetaan eteenpäin siten, että kaatopään 5 asento säilyy, esimerkiksi asento P1. Vastaavasti, mikäli taittopuomin 8 päätä tuodaan lähemmäs ylärakennetta 3 ja käytössä on ff_stick_in, niin kaatopäätä 5 kallistetaan taaksepäin.

25

Paralleelimoodissa parametri ff_sl voidaan jakaa kahdeksi parametriksi ” ff_sl_out ja ff_ sljn, riippuen siitä millä puolella ohjaussauva 19 on suh- o ™ teessä neutraaliasentoon, ts. asentoon, jossa sisääntulo/ohjausarvo on nolla.

O

-7 Esimerkiksi, vietäessä kaatopäätä 5 kauemmas reittiä 13 pitkin paikasta L1 ^ 30 paikkaan L2 käytetään ff_sl_out parametria ja kaatopäätä 5 kallistetaan au- £ tomaattisesti eteenpäin siten, että kaatopään 5 asento, esimerkiksi P1, säi-

CL

lyy. Vastaavasti, kaatopäätä 5 lähemmäs tuotaessa käytössä on ff_sl_in parametri ja kaatopäätä 5 kallistetaan taaksepäin, m <x» o ° 35 Parametrit saavat tässä selventävässä esimerkissä arvoja minimi- ja maksi miarvon väliltä, esim. 0 - 100% (0,0 - 1,0). Esimerkiksi, mikäli parametrin ff_hoist_up arvo on 50% ja ohjaussauvan 20 y-suunta antaa nostolle mak- 13 simiasetusarvon 100% tai maksimisisääntulon 32, niin kallistussylinterin 7 ohjaava suure tai ulostulo 34 on 50% maksimista. Toisin sanoen, ulostulo 34 antaa toimielimelle 23 esim. 100% ohjauksen työsylinterin 10 liikuttamiseksi ja toimielimelle 22 50% ohjauksen työsylinterin 7 liikuttamiseksi. Paramet-5 reillä asetetaan työsylinterien liikenopeuksille halutut suhteet, joilla kaatopää 5 saadaan pysymään halutussa asennossa.

Kaatopään levelloinnin ohjausalgoritmin toimintaa voidaan haluttaessa helposti säätää parametreillä. Esimerkiksi, kun kaatopään levellointimoodi on 10 asetettuna toimintaan, se saadaan toimimattomaksi esimerkiksi jonkin ohjaussauvan tai liikesuunnan yhteydessä. Säätö tapahtuu asettamalla parametreille halutut arvot. Jos halutaan esimerkiksi, että kaatopään levellointi toimii vain paralleeliliikettä ulos ajettaessa, mutta ei sisään ajettaessa, niin asetetaan parametri ff_sl_in nollaksi. Jos vastaavasti halutaan paralleelilii-15 kettä sisään ajettaessa levelloinnin toimivan vain osittain eli alilevelloiden, niin asetetaan parametrin ff_sl_in arvo johonkin nollan ja täydellisen levelloinnin antavan parametriarvon välille. Haluttaessa toiminta ylilevelloivaksi asetetaan ff_sl_in arvo täydellisen levelloinnin antavaa parametriarvoa suuremmaksi.

20

Kuvan 4 ulostulo 34 esittää ohjausventtiilin saamaa ohjausta, jolloin 0% kuvaa suljettua venttiiliä ja 100% kuvaa täysin avointa venttiiliä. Ulostulo tilt_command on rajattu välille -100% - +100%, jolloin miinus-suunta ja plus-suunta kuvaavat kallistusta eri suuntiin, lähtien esim. asennosta P1. Ulostulo 25 -100% - 0% vastaa venttiilin ensimmäistä asentoa ja ulostulo 0% - 100% vastaa venttiilin toista asentoa. Ulostulon ollessa 0% on venttiili kuvan 3 mu- ” kaisessa keskiasennossa. Ulostuloon tilt command ja muidenkin liikkeiden o — ™ ulostuloihin liitetään tyypillisesti myös ramppitoiminnot liittyen työsylinterin

O

V liikkeellelähtöön ja pysäyttämiseen, jolloin esimerkiksi kai I istussy I interi 7 $5 30 vastaa nopeasti ohjaussauvan 19 liikkeeseen, ts. ramppi on lyhyt. Paralleeli liliikkeen kanssa käytetty ramppi voi olla puolestaan pitkä, jolloin liikkeet ovat rauhallisempia.

LO

§ Ulostulojen, esimerkiksi ulostulojen tilt_command ja tilt_ff_command vä- ° 35 Nile, voidaan määritellä keskinäisiä riippuvuuksia. Esimerkiksi ulostuloa tilt_command voidaan priorisoida tilanteissa, joissa ohjausjärjestelmä huomaa kuljettajan yrittävän voimakkaasti ohjata kouran kallistusta manuaalisesti 14 eri suuntaan kuin ohjausalgoritmi. Priorisointi pyrkii takaamaan sen, että kuljettaja saa kaikissa tilanteissa halutessaan manuaaliohjauksella kaatopään kallistukselle maksimaalisen liikenopeuden.

5 Kuvassa 5 ohjausalgoritmin toimintaa on esitetty tarkemmin vuokaaviona. Proseduurin 36 ensimmäisessä vaiheessa 38 lasketaan kallistussylinteriä 7 ohjaava ulostulo tilt_command, joka on verrannollinen ainoastaan kaatopään kallistuksen manuaaliohjauksen sisääntuloon tiltjoystick. Seuraa-vassa vaiheessa 37 tarkastellaan onko kaatopään levellointimoodi kytketty 10 toimintaan. Ellei levellointi ole toiminnassa, niin jo valmiiksi laskettu ulostulo lähetetään eteenpäin toimielimelle ja palaudutaan vaiheen 41 kautta vaiheeseen 38. Mikäli kaatopään levellointimoodi on käytössä, niin edetäänkin vaiheeseen 39, jossa kallistussylinteriä 7 ohjaava ulostulo tilt_command on verrannollinen myös muiden sisääntulojen perusteella määriteltyyn riippu-15 vuuteen tilt_ff_command. Manuaaliohjauksesta (tiltjoystick) ja levelloin-tiohjauksesta (tilt_ff_command) saadaan laskettua yksi yhdistetty ulostulo, joka lähetetään ohjauselimelle ja palaudutaan linjaa 40 pitkin vaiheeseen 38. Ohjausjärjestelmä tarkastelee jatkuvasti sisääntulojen tilaa sekä käytössä olevaa moodia ja määrittää jatkuvasti esitettyä riippuvuutta asetusarvojen ja 20 ohjaavan suureen välillä.

Keksinnön eräitä esimerkkejä on edellä esitetty yksityiskohtaisesti. Esimerkkien muunnokset ja variaatiot ovat alan ammattimiehelle ilmeisiä perustuen edellä olevaan selostukseen. Keksintöä ei ole rajattu vain edellä esitettyihin 25 esimerkkeihin, vaan määritellään oheisten patenttivaatimuksien mukaisesti.

CO

o

(M

ö to

X

cc

CL

LO

CO

O

C\l

Claims

15

1. Menetelmä puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitetyn työkalun ohjaamiseksi, joka puomirakenne (4) käsittää ensimmäisen puomin (9) 5 ja sitä ohjaavan ensimmäisen toimilaitteen (10), toisen puomin (8), joka on nivelletty ensimmäiseen puomiin ja sitä ohjaavan toisen toimilaitteen (11), ja työkalun asentoa ohjaavan kolmannen toimilaitteen (7), jolloin menetelmässä: ohjataan ensimmäisellä asetusarvolla (32) ensimmäistä toimilai-10 tetta ja annetaan kyseinen ensimmäinen asetusarvo manuaalisesti, tavoitteena pelkästään ensimmäisen puomin asennon muuttaminen, ja ohjataan toisella asetusarvolla (30) toista toimilaitetta ja annetaan kyseinen toinen asetusarvo manuaalisesti, tavoitteena pelkästään toisen puomin asennon muuttaminen, 15 tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi: ohjataan automaattisesti kolmatta toimilaitetta (7) käyttäen ohjaukseen suuretta (34), joka on verrannollinen sekä ensimmäiseen asetusar-voon että toiseen asetusarvoon, tavoitteena työkalun asennon muuttaminen samanaikaisesti ensimmäisen puomin, tai toisen puomin, tai niiden molem-20 pien muuttaessa asentoaan, ja määritetään kyseinen suure automaattisesti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjataan, samanaikaisesti automaattisen ohjauksen kanssa, kolmannella asetusarvolla (31) kolmatta toimilaitetta työkalun kallistamiseksi eteenpäin tai 25 taaksepäin, ja annetaan kyseinen kolmas asetusarvo manuaalisesti, tavoitteena työkalun asennon korjaaminen. CO δ

^ 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, i ’ ’ 0 V että mainittu suure (34) on verrannollinen yhteisesti sekä ensimmäiseen, toi- $5 30 seen että kolmanteen asetusarvoon. CC CL

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tun- nettu siitä, että ohjataan metsäkoneeseen liitetyn puomirakenteen (4) työka- m g lua. ° 35 16

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että asetetaan yksi tai useampi mainituista asetusarvoista yhden tai useamman manuaalisen ohjaussauvan (19, 20) välityksellä.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ohjataan kolmatta toimilaitetta (7) toimielimellä (22), johon mainittu suure (34) vaikuttaa ja joka kontrolloi väliaineen tilavuusvirtaa kolmanteen toimilaitteeseen.

7. Puomirakenteen ja siihen nivelletysti liitettävän työkalun oh jausjärjestelmä, joka käsittää: ensimmäisen puomin (9) ja sitä ohjaavan ensimmäisen toimilaitteen (10), toisen puomin (8), joka on nivelletty ensimmäiseen puomiin ja 15 sitä ohjaavan toisen toimilaitteen (11), työkalun asentoa ohjaavan kolmannen toimilaitteen (7), laitteen (20) ensimmäisen asetusarvon (32) antamiseksi manuaalisesti ja pelkästään ensimmäisen toimilaitteen ohjaamiseksi, ja laitteen (19) toisen asetusarvon (30) antamiseksi manuaalisesti 20 ja pelkästään toisen toimilaitteen ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä käsittää lisäksi: ohjaukseen käytetyn suureen (34), joka on tarkoitettu kolmannen toimilaitteen ohjaamiseen automaattisesti ensimmäisen toimilaitteen ohjauksen aikana, tai toisen toimilaitteen ohjauksen aikana, tai niiden molempien 25 ohjauksen aikana, ja ohjausalgoritmin, joka on konfiguroitu määrittämään mainittu ” suure, joka on verrannollinen sekä ensimmäiseen asetusarvoon että toiseen O ^ asetusarvoon. i o $5 30

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen ohjausjärjestelmä, tunnettu g siitä, että ohjausjärjestelmä käsittää lisäksi paralleeliliikettä varten moodin, CL jossa toinen asetusarvo (30) ohjaa samanaikaisesti sekä ensimmäistä toimiin laitetta että toista toimilaitetta, m CD o ° 35

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen ohjausjärjestelmä, tun nettu siitä, että ohjausjärjestelmä käsittää lisäksi laitteen (19) kolmannen asetusarvon (31) antamiseksi manuaalisesti ja pelkästään kolmannen toimi 17 laitteen ohjaamiseksi, jolloin mainittu ohjausalgoritmi on konfiguroitu määrittämään mainittu suure (34) riippuvaiseksi yhteisesti sekä ensimmäisestä, toisesta että kolmannesta asetusarvosta.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen ohjausjärjes telmä, tunnettu siitä, että ohjausalgoritmi käsittää yhden tai useampia aseteltavia parametreja, jotka määrittävät ohjaavan suureen (34) ja kunkin ohjaukseen käytetyn asetusarvon välisen riippuvuuden.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen ohjausjärjes telmä, tunnettu siitä, että mainitut laitteet (19, 20) käsittävät manuaalisesti ohjattavan ohjaussauvan.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 7-11 mukainen ohjausjärjes-15 telmä, tunnettu siitä, että ohjausjärjestelmä käsittää toimielimen (22) kolmatta toimilaitetta (7) varten, jolloin toimielin on konfiguroitu kontrolloimaan tilavuusvirtaa kolmanteen toimilaitteeseen, ja jolloin mainittu suure (34) on konfiguroitu ohjaamaan mainittua toimielintä.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 7-12 mukainen ohjausjärjes telmä, tunnettu siitä, että puomirakenne (4) on kytkettynä metsäkoneeseen, työkalu (5) on kytkettynä puomirakenteeseen ja kolmanteen toimilaitteeseen.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen ohjausjärjestelmä, tun-25 nettu siitä, että metsäkone on kaato-kasauskone ja työkalu on kaatopää.

” 15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen ohjausjärjestelmä, tun- o ^ nettu siitä, että metsäkone on harvesteri tai kuormakone ja työkalu on ener- O V giapuun katkaisuun ja keräilyyn tarkoitettu energiapuun harvesteripää. ^ 30 X cc CL m LO LO CO o o CVJ 18