FI125724B - Menetelmä työkoneen puomiston ohjaamiseksi puomiston pään etäisyyden mukaan - Google Patents

Description

MENETELMÄ TYÖKONEEN PUOMISTON OHJAAMISEKSI PUOMISTON PÄÄN ETÄISYYDEN MUKAAN

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä työkoneen puomiston ohjaamiseksi puomiston pään etäisyyden mukaan.

Keksinnön taustaa

Työkoneeseen kiinnitettyä puomistoa on ohjattu aikaisemmin niin, että jokaista puomiston toimilaitetta ohjataan omalla erillisellä ohjaimella. Tästä kehittyneempi ohjaustapa on nk. kärkiohjaus, jota käytettäessä puomistolla varustetun työkoneen (esim. metsäkoneen, kaivinkoneen tai muun puomistolla varustetun materiaalinkäsittelykoneen tai esim. henkilönostimen) käyttäjä ohjaa tavallisesti työkoneessa olevaa puomistoa niin, että yhden ohjaimen ohjaustoiminnoilla (esim. ohjausvivun kääntö tiettyyn suuntaan ja siihen nähden päinvastaiseen suuntaan) ohjataan puomiston liikettä vaakasuorassa suunnassa ja toisen ohjaimen ohjaustoiminnoilla puomiston pään liikenope-utta pystysuunnassa. Tällaista ohjausmenetelmää käytettäessä tavallisin nykyisin käytetty menetelmä säätää työkoneen puomiston pään liikenopeutta on sellainen, jossa tiettyä toimilaitteen liikenopeutta vastaava ohjaimen asento on aina sama riippumatta siitä, kuinka kaukana puomiston pää on työkoneesta. Tämän seurauksena esim. puomistoa käännettäessä puomiston pään ollessa kaukana (etäisyyden puomiston kiinnityspisteeseen ollessa suuri) melko pienikin ohjaimen asennon muutos aikaansaa suuren nopeus-muutoksen puomiston päässä, kun taas puomiston pään ollessa lähellä työkonetta (etäisyyden puomiston kiinnityspisteeseen ollessa pieni) melko suurikaan ohjaimen asennon muutos ei lisää kovinkaan paljon puomiston pään nopeutta. Nykyisin tunnetaan myös sellainen työkoneessa (metsäkoneessa) oleva puomisto, jonka pään liikenopeuden ja puomiston liikkeitä ohjaavilla ohjaimien asennon välistä suhdetta säädetään siten, että puomiston pään liikenopeus säilyy aina vakiona riippumatta siitä, millä etäisyydellä kyseisen metsäkoneen alustakoneesta puomiston pää sijaitsee. Tämä aikaansaadaan siten, että esim. puomistoa käännettäessä puomistoa kääntävän toimilaitteen maksimiliikenopeutta rajoitetaan sitä enemmän, mitä kauempana puomiston pää on sen kiinnityspisteestä. Tällaiseen säätömenetelmään perustuva metsäkoneen puomisto on esitetty julkaisussa EP 2116128 A1.

Sijainnista riippumatta aina samalla nopeudella liikkuvan puomiston pään epäkohtana on se, että tiettyä ohjaimen asentoa vastaava vakionopeus, jota käytetään kaikilla etäisyyksillä on aina kompromissi, koska siinä tilanteessa, mikäli vakionopeus määrätään siten, että puomiston pään nopeuden säätäminen onnistuu helposti puomiston pään sijaitessa lähellä työkonetta, on puomiston pään maksinopeus yleensä liian hidas silloin, kun puomiston päätä liikutetaan kaukana työkoneesta, koska siellä tarvittavat siirtomatkat ovat usein paljon suurempia kuin lähellä työkonetta koska puomin kääntyessä sen pyyhkäisemä alue on suurempi. Toisaalta, jos kaikilla etäisyyksillä tiettyä ohjaimen asentoa vastaavaksi puomiston pään vakionopeudeksi valitaan nopeus, jota käyttämällä puomiston pään maksiminopeus on riittävän suuri puomiston pään ollessa kaukana työkoneesta, tulee nopeuden säädöstä liian herkkä pienille ohjausvivun asennon muutoksille silloin kun puomiston pää on lähellä työkonetta, koska siellä siirtomatkat ovat pieniä ja liikkeiden tulee olla helposti tarkasti säädettäviä, mikä taas ei onnistu jos puomiston pään maksiminopeus, joka saavutetaan kääntämällä ohjain ääriasentoon on suuri, koska silloin pientäkin ohjaimen asennon muutosta vastaa suurehko puomiston pään nopeuden muutos.

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen menetelmä puomiston ohjaamiseksi niin, että puomiston pään liikuttaminen tarkasti sen ollessa lähellä työkonetta ei ole liian vaativaa, mutta toisaalta puomiston pää saadaan liikkumaan riittävän nopeasti sen ollessa kaukana työkoneesta.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä, jossa puomiston pään liike-nopeuden ja kyseisen liikkeen ohjaamiseen käytettävän ohjaimen asennon välistä suhdetta säädetään siten, että puomiston pään ja työkoneen välisen etäisyyden kasvaessa tiettyä ohjaimen asentoa vastaavaa puomiston pään liikenopeutta kasvatetaan epätasaisesti koko puomiston pään ja työkoneen välisten etäisyyksien mahdollista etäisyysväliä ajatellen siten, että puomiston pään ollessa lähellä työkonetta nopeuden lisäys suhteessa ohjaimen kääntö-kulman muutokseen on pieni kun taas etäisyyden ollessa suuri se on sellai- nen, että ohjain ääriasentoon kääntämällä saavutetaan suurempi maksiminopeus kuin silloin kun puomiston pää on lähellä työkonetta. Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaisen menetelmän ansiosta puomiston ohjaaminen puomiston pään ollessa lähellä työkonetta on helpompaa kuin silloin, jos käytetään menetelmää, jossa tiettyä ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään liikeno-peus on aina vakio niin kuin julkaisussa EP 2116128 A1. Tästä huolimatta puomiston pään maksimaalinen liikenopeus sen ollessa kaukana työkoneesta on kuitenkin niin suuri, ettei puomiston liikuttelu puomiston pään ollessa kaukana metsäkoneesta ole liian hidasta, niin kuin silloin kun käytetään edellä mainittua koko puomiston pään liikealueelle vakioitua nopeudensää-töä. Lisäksi keksinnön mukaisen menetelmän etuna on se, että sen ansiosta puomiston ohjattavuutta saadaan parannettua ilman puomistoon tai ohjaimiin tehtäviä rakenteellisia muutoksia.

Keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisen aspektin mukaan puomiston pään nopeus kasvaa nopeammin lähellä puomistoa kääntävän toimilaitteen kääntymisakselia kuin lähellä puomistolla saavutettavaa maksimietäisyyttä.

Keksinnön mukaisen menetelmän toisen aspektin mukaan puomiston pään etäisyyden kasvaessa puomiston kääntymisakselista puomiston pään liike-nopeus aluksi kasvaa etäisyyden kasvaessa, mutta ennalta määrätyn raja-etäisyyden jälkeen liikenopeus pysyy pääasiassa vakiona etäisyyden edelleen kasvaessa maksimietäisyyteen saakka.

Keksinnön mukaisen menetelmän kolmannen aspektin mukaan rajaetäisyys riippuu puomiston pään kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asennosta.

Keksinnön mukaisen menetelmän neljännen aspektin mukaan rajaetäisyys kasvaa ohjaimella säädetyn puomiston pään liikenopeuden kasvaessa.

Keksinnön mukaisen menetelmän viidennen aspektin mukaan tiettyä puomiston kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään liikenopeus kasvaa rajaetäisyyteen asti lineaarisesti.

Keksinnön mukaisen menetelmän kuudennen aspektin mukaan tiettyä puo-miston kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään liikenopeus kasvaa rajaetäisyyteen asti epälineaarisesti.

Keksinnön mukaisen menetelmän seitsemännen aspektin mukaan tiettyä puomiston kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään liikenopeus kasvaa lähellä puomiston kääntymisakselia nopeammin kuin lähellä rajaetäisyyttä.

Keksinnön mukaisen menetelmän kahdeksannen aspektin mukaan puomis-toa kääntävän toimilaitteen liikenopeus on vakio tietyllä puomiston kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asennolla silloin, kun puomiston pää on rajaetäisyyden tai sitä lyhyemmän etäisyyden päässä puomiston kääntymisakselista.

Keksinnön mukaisen menetelmän yhdeksännen aspektin mukaan tiettyä puomiston kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen asentoa vastaava puomistoa kääntävän toimilaitteen liikenopeus hidastuu kohtisuoran etäisyyden kasvaessa rajaetäisyyden jälkeen niin paljon, että puomiston pään nopeus pysyy rajaetäisyyden jälkeen vakiona.

Keksinnön mukaisen menetelmän kymmenennen aspektin mukaan käänty-misakselina on puomistoa kääntävän kääntöpöydän kääntymisakseli.

Keksinnön mukaisen menetelmän yhdennentoista aspektin mukaan menetelmää käytetään metsäkoneessa olevan puomiston liikenopeuden säätämiseen.

Piirustusten kuvaus

Seuraavass a keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää metsäkonetta, jossa olevaa puomistoa ohjataan keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti, kuva 2 esittää, kuvan 1 mukaisen metsäkoneen puomiston ohjaamiseen käytettäviä ohjaimia ylhäältäpäin, kuva 3 esittää kaaviota, jossa on kuvattu kuvan 1 mukaisen metsäkoneen puomiston pään liikenopeus puomiston pään etäisyyden funktiona silloin, kun puomistoa käännetään nopeudella, joka on 50% maksiminopeudesta, kuva 4 esittää kaaviota, jossa on kuvattu kuvan 1 mukaisen metsäkoneen puomistoa kääntävän kääntöpöydän kääntymisnopeus puomiston pään etäisyyden funktiona silloin, kun puomistoa käännetään nopeudella, joka on 50% maksiminopeudesta, kuva 5 esittää kaaviota, jossa on kuvattu kuvan 1 mukaisen metsäkoneen puomiston pään liikenopeus puomiston pään etäisyyden funktiona silloin, kun puomistoa käännetään maksiminopeudella, kuva 6 esittää kaaviota, jossa on esitetty puomiston pään nopeuden korjaus-kerroin ohjaimella säädetyn nopeuden funktiona silloin, kun puomiston pään ja vertailupisteen etäisyys on 9 metriä, ja kuva 7 esittää periaatepiirrosta kuvan 2 mukaisen metsäkoneen puomistosta teoreettista tarkastelua varten yksinkertaistettuna.

Piirustuksissa esitettyjen suoritusmuotojen yksityiskohtainen selitys

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti ohjattavalla puomistolla 2 varustettu työkone, joka on tässä suoritusmuodossa metsäkone 1 (harvesteri), jolla voidaan kaataa, karsia ja katkaista metsässä olevia puita halutun mittaisiksi tukeiksi. Tämän metsäkoneen 1 puomiston 2 ohjausjärjestelmä käsittää kuvassa 2 esitetyt ohjaimet 20, jotka on kytketty metsäkoneessa olevaan ohjausyksikköön (ei esitetty) siten, että ohjaimilla aikaansaatavilla ohjaustoiminnoilla puomisto 2 saadaan liikkumaan halutulla tavalla. Ohjaus tapahtuu nk. kärkiohjausperiaatteella, mistä johtuen puomisto 2 on anturoitu sopivilla mittausantureilla E1, E2, E3 ja E4 niin, että puomiston 2 suunta alustakoneeseen 3, puomien 4 ja 5 asennot (kulmat) toisiinsa nähden, jatkopuomin 6 asema taittopuomiin 5 nähden sekä puomiston pään Pt asema sen kääntymisakseliin Sr nähden voidaan määrittää jatkuvatoimisesti. Tässä tapauksessa puomisto 2 on kiinnitetty alustakoneessa 3 olevaan kääntöpöytään 7 ja puomisto 2 koostuu nostopuomista 4, taittopuomista 5 ja jatkopuomista 6. Puomiston 2 päässä on pyörityslaite 8 eli nk. rotaattori ja kääntölaite 9 eli nk. tiltti sekä tilttiin 9 kiinnitetty harvesteripää 10. Tällöin kääntymisakseli Sr, jonka suhteen puomisto 2 kääntyy on kääntöpöydän 7 kääntymisakseli, joka on pystyasennossa silloin, kun metsäkone 1 on vaakasuoralla tasolla.

Ohjaimet 20, joilla kuvassa 1 esitetyn metsäkoneen puomistoa 2 ohjataan on esitetty kuvassa 2 ylhäältäpäin. Tässä tapauksessa ne ovat kaksi, ohjaamoon sijoitettua joystick-tyyppistä ohjainvipua (vasemman käden ohjausvipu 21 ja oikean käden ohjausvipu 22). Kuvasta 2 nähdään myös ohjaustoiminnot, joita ohjaimilla voidaan aikaansaada: +Yv = puomiston pään liike vaakasuorassa suunnassa alustakoneesta poispäin -Yv = puomiston pään liike vaakasuorassa suunnassa alustakoneeseen päin +Xv = puomiston pään kääntö vaakasuorassa suunnassa myötäpäivään -Xv = puomiston pään kääntö vaakasuorassa suunnassa vastapäivään +Xo = puomiston pään liike pystysuorassa suunnassa ylöspäin -Xo = puomiston pään liike pystysuorassa suunnassa alaspäin Käytännössä edellä kuvatulla tavalla toimivilla ohjaimilla aikaansaadut ohjaustoiminnot aikaansaavat sen, että esim. vasemman käden ohjausvipua 21 käännettäessä suuntaan +Yv aikaansaa tämä puomiston pään Pt liikkumisen lineaarista liikerataa myöten vaakasuorassa suunnassa poispäin kääntöpöy-dän kääntymisakselista Sr. Se kuinka paljon ohjausvipua käännetään johonkin suuntaan vaikuttaa siihen, millä nopeudella siitä aiheutuva puomiston pään Pt liike tapahtuu. Näin ollen vasemman käden ohjausvivun 21 kääntö esim. klo 1:n suuntaan aikaansaa sen, että puomiston pää Pt liikkuu ulospäin ja kääntyy koko ajan samanaikaisesti hieman myötäpäivään eli liikkuu siten vinosti oikealle ja eteenpäin. Jos samanaikaisesti käännetään oikean käden ohjausvipua 22 hieman suuntaan +Xo liikkuu puomiston pää Pt lisäksi vielä samalla käännön määrästä riippuvalla nopeudella ylöspäin eli kokonaisuutena ajatellen vinosti oikealle ja ylöspäin. Toisin sanoen ohjausvipujen avulla puomiston pää Pt saadaan liikkumaan suuntaan, joka määräytyy eri ohjaimilla aikaansaatujen ohjaustoimintojen määräämistä nopeuksista, joilla puomiston pää liikkuu kolmiulotteisessa avaruudessa (kolmen eri akselin suuntaa). Tällaista ohjaustapaa kutsutaan nopeusohjaukseksi. Mikäli tiettyjä ohjaimien asentoja vastaavien liikkeiden halutaan olevan suoraviivaisia, tulee eri akseleiden (x, y, z) suuntaisten nopeuskomponenttien (x’, y’, z’) suhteen pysyä kokoajan vakiona. Mikäli puomiston pään Pt halutaan liikkuvan lisäksi vakionopeudella on näiden nopeuskomponenttien oltava koko liikkeen ajan samansuuruisia. Perinteisellä tavalla toimivassa metsäkoneen puomistossa tämä ei toteudu, vaan esim. samaa ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään kääntönopeus kasvaa kohtisuoran etäisyyden kasvaessa puomiston kääntymisakselista, koska samaa ohjaimen asentoa vastaa aina sama puo-mistoa kääntävän toimilaitteen liikenopeus. Myös liikutettaessa puomiston päätä alustakoneesta 3 poispäin tai alustakoneeseen 3 päin puomiston pään Pt liikenopeuden ja puomiston puomeja 4 ja 5 kääntävien (tässä tapauksessa lineaariliikkeisten) toimilaitteiden liikenopeuden suhde myös muuttuu vaikka toimilaitteen liikenopeutta pidettäisiin vakiona, koska toimilaitteen liikkuvan pään ja kyseisen puomin nivelpisteen välinen kääntövarren pituus kohtisuorassa suunnassa liikesuuntaan nähden muuttuu kääntöliikkeen aikana. Näin ollen, mikäli puomiston pään Pt halutaan liikkuvan esim. tietyllä vakionopeudella on puomistoa 2 liikuttavien eri toimilaitteiden liikenopeutta koko ajan säädettävä riippuen siitä, mikä on puomien 4 ja 5 ja niitä kääntävien toimilaitteiden liikkuvan pään välinen kulma ja mikä on puomiston pään Pt etäisyys puomistoa kääntävän kääntöpöydän kääntymisakselista Sr.

Koska puomiston 2 nostopuomin 4 ja taittopuomin 5 liikkeet ovat kääntöliik-keitä, aiheuttaa tämä sen, että niiden eri suuntaisten nopeuskomponenttien on koko ajan muututtava, jotta toisiinsa kytkettyjen puomien liikkeet aikaansaisivat puomiston pään Pt liikkumisen haluttua liikerataa myöten. Tästä johtuen esim. kuvan 1 mukaisessa metsäkoneessa metsäkoneen keskusyksikkö määrittää mitatuista puomiston puomien 4 ja 5 välisistä sekä puomiston 2 ja alustakoneen 3 välisistä kulmista määritetyn puomiston pään Pt sijainnin avulla nopeuden, jolla kutakin toimilaitetta on liikutettava, että tuloksena olisi ohjaimella ohjattuun suuntaan sekä ohjaimella ohjatulla nopeudella tapahtuva puomiston pään Pt liike.

Puomiston pään Pt sijainnin ja nopeuden laskentaan voidaan käyttää esimerkiksi menetelmää, joka on esitetty julkaisussa US 4, 910,673 A. Kuvissa 1-7 esitetyssä suoritusmuodossa nostopuomin 4 ja taittopuomin 5 keskinäisistä asennoista pyritään määrittämään vain puomiston pään ja kääntymisakselin Sr välinen kohtisuora etäisyys r. Puomiston 2 puomien 4-6 joustoista ja ulkoisista voimista aiheutuvaa puomiston pään Pt poikkeamaa säädetystä asemasta ei kuitenkaan pyritä korjaamaan julkaisussa US 4, 910,673 A esitetyn kaltaisella kompensaatiojärjestelmällä, joka korjaa laskennallisia nopeuksia poikkeamista mitatuilla korjausnopeuksilla suuntaan, joka on kohtisuorassa suunnassa puomiston pään todellisesta asemasta teoreettisen (oikean) liikeradan suuntaan. Menetelmässä voitaisiin kyllä käyttää kyseistä kompensaa- tiomenetelmää, mutta se ei ole manuaalisesti ohjattavan puomiston yhteydessä välttämätön, sillä tarkan liikeradan noudattaminen ei ole edes kaikissa tilanteissa tarpeen (esim. jos puomiston päässä Pt olevan harvesteripään 10 kouraan otettua puunrunkoa siirretään alueella, jossa on reilusti tilaa) ja toisaalta metsäkoneen 1 käyttäjä tekee kompensaation yleensä manuaalisesti siten, että jos puomisto 2 esim. pyrkii hieman taipumaan alaspäin eli puomiston pää Pt liikkuu enemmän alaspäin kuin mikä on säädetty suunta käyttäjä korjaa liikkeen suuntaa lisäämällä puomiston pään Pt liikkeen nopeutta ylöspäin oikean käden ohjausvivun 22 asentoa sopivasti hieman +Xo -suuntaan kääntämällä.

Keksinnön ajatuksen mukaisesti kuvassa 1 esitetyn metsäkoneen 1 puomiston 2 ohjattavuutta on kuitenkin parannettu tunnettuun tekniikkaan nähden siten, että tiettyä ohjaimen 21 tai 22 asentoa vastaava kärkinopeus puomis-toa käännettäessä kasvaa määrätyllä tavalla epätasaisesti puomiston pään ja metsäkoneen välisen kohtisuoran etäisyyden kasvaessa, kun tarkastellaan koko puomiston pään Pt ja puomistoa 2 kääntävän toimilaitteen eli kääntö-pöydän kääntymisakselin Sr välistä etäisyysväliä (ts. väliä puomiston kään-tymisakselista Sr puomiston päällä Pt saavutettavaan maksimietäisyyteen rmax). Etäisyyden arvona menetelmässä käytetään siten kuvassa 1 esitettyjen puomiston pään Pt ja puomiston 2 kääntymisakselin Sr välistä kohtisuoraa etäisyyttä r.

Kuvien 1-7 mukaisen suoritusmuodon tapauksessa epätasainen nopeuden kasvu on toteutettu niin, että pisteen Pt ja kääntymisakselin välisen kohtisuoran etäisyyden r kasvaessa kasvaa samaa puomiston päätä Pt liikettä ohjaavan ohjaimen asentoa vastaava puomiston pään nopeus tiettyyn raja-etäisyyteen n asti ja tämän rajaetäisyyden n jälkeen se pysyy vakiona vaikka etäisyys edelleen kasvaisikin. Rajaetäisyys n määrittelee siten sylinterimäi-sen tilan, jonka sisällä nopeus kasvaa lähestyttäessä rajaetäisyyttä n ja jonka ulkopuolella nopeus on vakio. Kuten edellä mainittiin tällaisella puomiston pään Pt nopeudensäätömenetelmällä saadaan aikaan se, että tiettyä ohjaimen 21 tai 22 asennon muutosta vastaava puomiston pään Pt nopeuden Vt muutos on pienempi puomiston pään Pt ollessa lähellä alustakonetta 3 kuin kaukana siitä. Tämä helpottaa puomiston pään Pt liikuttelua sen ollessa lähellä alustakonetta 3, mutta ei tee puomiston pään Pt liikuttelusta liian hidasta sen ollessa kaukana alustakoneesta 3.

Kuvassa 3 on esitetty esimerkkinä kuvan 1 mukaisen metsäkoneen puomis-ton pään Pt liikenopeus eri etäisyyksillä puomistoa 2 käännettäessä 50% ohjauksella eli silloin kun vasemman käden ohjausvipu 21 on käännettynä puoliväliin koko liikealueestaan suuntaan -Xv tai +Xv. Tällöin puomiston pää Pt liikkuu pisteen Pt ja kääntymisakselin Sr välisen kohtisuoran etäisyyden r funktiona kuvan 3 käyrän mukaisilla nopeuksilla. Etäisyyden r ollessa pienempi kuin 5 metriä puomiston pään nopeus Vt kasvaa kohtisuoran etäisyyden r kasvaessa lineaarisesti. Kohtisuoran etäisyyden r ollessa 5 metriä tai sitä enemmän nopeus on vakio (kaavion mukaan n. 1,7 m/s).

Kuvassa 7 on esitetty (selvyyden vuoksi) hieman yksinkertaistettu esitys todellisesta puomistosta 2. Siinä on seuraavan teoreettisen tarkastelun yksinkertaistamiseksi kääntöpöydän 7 ja nostopuomin 4 välillä olevat nivelöidyt nostopuomin kiinnityspisteen rakenteet korvattu jäykällä rakenteella, joka pyörii kääntöpöydän kääntymisakselin Sr suhteen samankeskisesti. Yllä mainitut todellisessa rakenteessa olevat nivelet voidaan käytännön toteutuksessa huomioida todellisessa puomistossa 2 määrittämällä näiden nivelten aiheuttama puomiston pään sijainnin muutos mittaamalla myös näiden nivelten välisten jäsenten välisiä kulmia vastaavilla antureilla kuin E1-E4.

Kuvan 7 mukaisessa puomistossa pelkästään puomistoa 2 käännettäessä (ts. silloin kun puomiston nostopuomi 4, taittopuomi 5 ja jatkopuomi 6 pysyvät paikoillaan) puomiston pään Pt liikenopeus (kärkinopeus) vt saadaan laskettua yhtälöstä

(1) missä vt = kärkinopeus r = kääntöpöydän pyörimisakselin Sr ja puomiston pään Pt välinen kohtisuora etäisyys oust = kääntöpöydän kulmanopeus.

Etäisyys r saadaan määritettyä laskennallisesti, kun tiedetään nostopuomin 4 ja kääntöpöydän 7 välinen kulma, taittopuomin 5 ja nostopuomin välinen kulma sekä jatkopuomin 6 asema taittopuomiin 5 nähden. Kuten edellä mai- riittiin nämä asentokulmat sekä jatkopuomin 6 sijaintitieto saadaan mittaus-antureilta E1-E4. Näin ollen metsäkoneen 1 ohjausyksiköllä on tarvittavat tiedot kohtisuoran etäisyyden r arvon määrittämiseksi puomiston 2 ollessa missä tahansa asennossa. Näiden tietojen perusteella kääntöpöydän 7 kääntymisnopeus ja vasemman käden ohjausvivun 21 välinen suhde voidaan säätää toimimaan kohtisuorasta etäisyydestä r riippuen halutulla tavalla ohjausyksikköä ohjelmoimalla.

Kuvassa 4 on esitetty kuvan 3 mukaisen toiminnon ohjaamisessa käytetty kääntöpöydän 7 nopeuden korjauskerroin (pystyakselilla) puomiston pään Pt ja kääntöpöydän 7 kääntymisakselin Sr välisen etäisyyden funktiona, kun vasemman käden ohjausvipu on säädetty säätövälinsä puoliväliin (50% ohjaukselle). Kuten kuvasta 4 nähdään metsäkoneen 1 ohjausyksikön käyttämä korjauskerroin puomistoa 2 kääntävän kääntöpöydän 7 nopeuteen on vakio rajaetäisyyteen η saakka eli kääntöpöydän 7 nopeus on tällä välillä aina sama, mutta rajaetäisyyden η jälkeen se laskee niin, että puomiston pään Pt ja kääntymisakselin Sr välisen kohtisuoran etäisyyden kasvun vaikutus tulee huomioitua siten, että puomiston pään Pt nopeus vt pysyy koko ajan vakiona puomiston pään ollessa kauempana vertailupisteestä Pr kuin rajaetäisyys n.

Kuvassa 5 on esitetty puomiston pään Pt nopeus vt silloin, kun käytetään puomiston 2 kääntämiseen 100% ohjausta eli vasemman käden ohjausvipu 21 on käännettynä täysin ääriasentoonsa joko suuntaan -Xv tai +Xv. Kuten kuvasta 5 nähdään rajaetäisyys η ei olekaan enää sama kuin käytettäessä 50% ohjausta, vaan se on kasvanut arvoon n = 9 m. Toisin sanoen kuvan 1 mukaisessa metsäkoneessa 1 rajaetäisyys n muuttuu ohjausvivun 21 asennon funktiona siten, että ohjausvivun ollessa puolivälissä n(50%) = 5 m ja kun se on ääriasentoon käännettynä n(100%) = 9 m.

Kuvassa 6 on esitetty se, miten tällainen ohjaus vaikuttaa puomiston pään Pt nopeuteen puomistoa 2 pelkästään kääntöpöydän 7 avulla käännettäessä (ts. puomiston puomien 4-6 ollessa toisiinsa nähden paikoillaan). Ohjaimen ohjauksen ollessa välillä 0 ... 50%:iin (täydestä nopeudesta) kärkinopeus kasvaa hitaammin ja 50%:sta 100%:iin nopeammin eli 100%:n ohjauksella nopeus on sama kuin siinä tapauksessa jos kärkinopeus Vt olisi kasvanut koko ajan niin paljon kun se kasvaa puomiston pään etäisyyden s ollessa välillä 0 ... η.

Edellä esitetty esimerkkisovellus liittyi metsäkoneeseen. Keksinnön mukaisella menetelmällä ohjattava puomisto voi olla yhtä hyvin muun työkoneen kuin metsäkoneen yhteydessä oleva puomisto. Puomisto, jota ohjataan voisi siten olla esim. kaivinkoneen tai mikä tahansa muun metsäkoneen tai kaivinkoneen puomiston kaltaisella nivelpuomistolla varustetun työkoneen, kuten esim. materiaalikuormaimen tai henkilönostimen puomisto.

Edellä esitetyssä esimerkkisovelluksessa kuvattu puomisto muodostui kahdesta toisiinsa ja kääntöpöytään kääntyvästi kiinnitetystä puomista eli nostoja taittopuomista sekä taittopuomin päästä ulos- ja takaisin taittopuomin sisään liikutettavasta jatkopuomista. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan kuitenkin soveltaa myös esim. sellaisiin puomistoihin, joissa on vain yksi työkoneeseen kääntyvästi kiinnitetty puomi tai jossa puomistoon kuuluu kolme tai useampia toisiinsa ja työkoneeseen nivelöidysti kiinnitettyjä puomeja. Puomien määrä ja liittyminen toisiinsa huomioidaan puomiston pään ja puo-mistoa kääntävän toimilaitteen kääntymisakselin kohtisuoran etäisyyden r määrittämisessä. Tämän perusteella määritetään laskennallisesti sellainen puomistoa kääntävän toimilaitteen liikenopeus, että haluttu tiettyä ohjausvi-vun asentoa vastaava puomiston pään liikenopeus saadaan muodostettua. Puomien asentoa/sijaintia toisiinsa nähden mitataan jatkuvasti sopivilla antureilla (esim. kulma- tai lineaariantureilla) niin, että saadaan työkoneen ohjausyksikölle tarvittavat tiedot puomiston pään sijainnista siten, että sen ja puomistoa kääntävän toimilaitteen kääntymisakselin välinen etäisyys tiedetään kaikissa tilanteissa. Tällöin työkoneen ohjausyksikkö voi säätää puomistoa kääntävälle toimilaitteelle liikenopeuden, joka tuottaa kyseistä ohjaimen asentoa sekä puomiston pään ja puomiston kääntölikkeen kääntymisakselin välistä etäisyyttä vastaavan puomiston pään liikenopeuden.

Puomiston pään liikenopeuden Vt välillä 0 ... η ei välttämättä tarvitse kuitenkaan kasvaa lineaarisesti niin kuin edellä esitetyssä esimerkkisovelluksessa, vaan nopeuden kasvu voi joissakin keksinnön mukaisen menetelmän suoritusmuodoissa olla myös epälineaarista. Jossakin tapauksessa voi olla järkevää, että puomiston pään nopeus kasvaa puomiston pään ja puomiston kääntöakselin kohtisuoran etäisyyden kasvaessa aluksi hitaammin ja sitten hieman tai jonkin verran nopeammin rajaetäisyyteen saakka. Jossakin toisessa sovelluksessa nopeuden kasvu voi olla lähellä kääntymisakselia nope- ampaa kuin lähellä rajaetäisyyttä. Puomiston pään liikenopeuden muuttumiseen ei myöskään tarvitse liittyä rajaetäisyyttä, jonka jälkeen nopeus olisi vakio, vaan liikenopeus voi esim. kasvaa aluksi nopeammin ja sen jälkeen vähitellen hitaammin ja hitaammin etäisyyden kasvaessa kohti puomiston päällä saavutettavaa maksimietäisyyttä. Nopeus voi myös kasvaa monella muulla tavalla epätasaisesti, kun tarkastellaan koko puomiston pään ja sitä kääntävän toimilaitteen kääntymisakselin välisen kohtisuoran etäisyyden vaihteluväliä. Jossakin suoritusmuodossa nopeus voi kasvaa esim. niin, että kasvu on lähellä kääntymisakselia hidasta ja nopeutuu sitten jonkin verran nopeammin etäisyyden vaihteluvälin keskivaiheilla, mutta on jälleen hitaampaa lähellä puomiston päällä saavutettavaa maksimietäisyyttä. Edelleen myös sellainen säätötapa, jossa nopeuden kasvu on hitaampaa kääntymisakselin lähellä kuin lähellä puomiston päällä saavutettavaa maksimietäisyyttä, on mahdollinen.

Joissakin, esim. kuvien 1-7 kaltaisissa työkoneissa, keksinnön mukaista puomiston pään nopeudensäätömenetelmää voisi olla sovellettu vaihtoehtoisesti vain esim. pelkkään puomiston lineaariliikkeen säätöön (ts. puomiston pään liikkeen poispäin alustakoneesta ja takaisin alustakoneeseen päin) tai näihin molempiin eli sekä lineaari- että kääntöliikkeen säätöön samanaikaisesti. Lineaariliikkeen nopeutta tällä tavoin säädettäessä on ohjausyksikön säädettävä toimilaitteiden liikenopeutta niin, että puomiston pää liikkuu keksinnön ajatuksen mukaisesti tietyllä nopeudella, joka riippuu puomiston pään ja kääntymisakselin välisestä kohtisuorasta etäisyydestä sekä liikettä ohjaavan ohajaimen asennosta. Tällöin on määritettävä puomiston pään lineaari-liikkeestä aiheutuvien liikkeen nopeuskomponenttien x’, y’ ja z’ sekä toimilaitteiden liikenopeuden välinen yhteys, joka riippuu kullakin hetkellä eri puomien välisistä kulmista sekä esim. kuvien 1-7 mukaisessa sovelluksessa lisäksi jatkopuomin asemasta. Puomiston eri puomien asemasta riippuva puomiston pään ja eri puomeja liikuttavien toimilaitteiden liikenopeuksien välinen yhteys on mahdollista määrittää laskennallisesti esim. julkaisussa US 4, 910,673 A esitetyllä tavalla trigonometrisesti. Keksinnön mukainen menetelmä ei siis rajoitu edellä kuvattuihin esimerkkisovelluksiin, vaan voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (10)

1. Menetelmä työkoneen (1) puomiston pään (Pt) ohjaamiseksi puomiston pään (Pt) etäisyyden mukaan, jossa menetelmässä puomistoa (2) kääntävän toimilaitteen (7) tiettyä ohjaimen (21) asentoa vastaavaa puomiston pään (Pt) liikenopeutta säädetään sen mukaan, millä kohtisuoralla etäisyydellä (r) puomiston pää (Pt) sijaitsee puomiston (2) kääntymisakselista (Sr) tunnettu siitä, että puomistoa (2) kääntöpöydän kääntymisakselin (Sr) suhteen kääntävän toimilaitteen (7) liikenopeutta säädetään siten, että ohjaimen (21) asennon pysyessä tietyssä puomistoa (2) liikkumaan ohjaavassa asennossa, mutta puomiston pään (Pt) kohtisuoran etäisyyden (r) kasvaessa puomiston (2) kääntymisakseliin (Sr) nähden puomiston pään (Pt) nopeus (vt) kasvaa epätasaisesti niin, että puomiston päällä (Pt) on ainakin kolme eri nopeutta, kun tarkastellaan koko etäisyysväliä puomiston (2) kääntymisakselista (Sr) puomiston päällä (Pt) saavutettavaan maksimietäisyyteen (rmax) ja että puomiston pään (Pt) etäisyyden (r) kasvaessa kääntymisakselista (Sr) puomiston pään (Pt) liikenopeus (vt) aluksi kasvaa etäisyyden (r) kasvaessa, mutta ennalta määrätyn rajaetäisyyden (n) jälkeen liikenopeus (vt) pysyy pääasiassa vakiona etäisyyden (r) edelleen kasvaessa maksimietäisyyteen (rmax) saakka.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att gränsavståndet (n) beror på läget av ett styrdon (21) som styr kranspetsens (Pt) svängrörelse.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että rajaetäisyys (n) riippuu puomiston pään (Pt) kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen (21) asennosta.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att gränsavståndet (n) ökar när den med styrdonet (21) justerade rörelsehastigheten (vt) av kranspetsen (Pt) ökar.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että rajaetäisyys (η) kasvaa ohjaimella (21) säädetyn puomiston pään (Pt) liikenopeuden (vt) kasvaessa.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknat av att kranspetsens (Pt) rörelsehastighet (vt) som motsvarar ett bestämt läge av styrdonet (21) som styr kranens (2) svängrörelse ökar linjärt ända till gränsavståndet (η).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että tiettyä puomiston (2) kääntölii kettä ohjaavan ohjaimen (21) asentoa vastaava puomiston pään (Pt) liikenopeus (vt) kasvaa rajaetäisyyteen (n) asti lineaarisesti.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknat av att kranspetsens (Pt) rörelsehastighet (vt) som motsvarar ett bestämt läge av styrdonet (21) som styr kranens (2) svängrörelse ökar olinjärt ända till gränsavståndet (η).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että tiettyä puomiston (2) kääntölii kettä ohjaavan ohjaimen (21) asentoa vastaava puomiston pään (Pt) liikenopeus (vt) kasvaa rajaetäisyyteen (n) asti epälineaarisesti.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat av att kranspetsens (Pt) rörelsehastighet (vt) som motsvarar ett bestämt läge av styrdonet (21) som styr kranens (2) svängrörelse ökar snabbare nära svängaxeln (Sr) än nära gränsavståndet (n).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että tiettyä puomiston (2) kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen (21) asentoa vastaava puomiston pään (Pt) liikenopeus (vt) kasvaa lähellä kääntymisakselia (Sr) nopeammin kuin lähellä rajaetäisyyttä (n).

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1-6, kännetecknat av att rörelsehastigheten av ett ställdon (7) som svänger kranen (2) är konstant vid ett bestämt läge av styrdonet (21) som styr kranens (2) svängrörelse, när kranspetsen (Pt) befinner sig på gränsavståndet (n) eller på ett kortare vinkelrät avstånd (r) från svängaxeln (Sr).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että puomistoa (2) kääntävän toimilaitteen (7) liikenopeus on vakio tietyllä puomiston (2) kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen (21) asennolla silloin, kun puomiston pää (Pt) on rajaetäisyyden (n) tai sitä lyhyemmän kohtisuoran etäisyyden (r) päässä kääntymisakselista (Sr).

8. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat av att rörelsehastigheten av ställdonet (7) som svänger kranen (2), vilken hastighet motsvarar läget av styrdonet (21) som styr kranens (2) svängrörelse, blir långsammare när det vinkelräta avståndet (r) efter gränsavståndet (η) ökar så mycket att kranspetsens (Pt) hastighet (Vt) förblir konstant efter gränsavståndet (n).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että tiettyä puomiston (2) kääntöliikettä ohjaavan ohjaimen (21) asentoa vastaava puomistoa (2) kääntävän toimilaitteen (7) liikenopeus hidastuu kohtisuoran etäisyyden (r) kasvaessa rajaetäisyyden (n) jälkeen niin paljon, että puomiston pään (Pt) nopeus (Vt) pysyy rajaetäisyyden (η) jälkeen vakiona.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1-8, kännetecknat av att vridaxeln (Sr) är vridaxeln av ett svängbord (7) som svänger kranen (2).

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kääntöakselina (Sr) on puomistoa (2) kääntävän kääntöpöydän (7) kääntymisakseli.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että menetelmää käytetään metsäkoneessa (1) olevan puomiston (2) liikeno-peuden säätämiseen. Förfarande för styrning av kranspetsen (Pt) i en arbetsmaskin (1) enligt kranspetsens (Pt) avstånd, i vilket förfarande kranspetsens (Pt) rörelsehastighet, vilken motsvarar ett bestämt läge av ett styrdon (21) som styr ställdonet (7) som svänger kranen (2), justeras på basis av det, på vilket vinkelräta avstånd (r) kranspetsen (Pt) befinner sig från kranens (2) svängaxel (Sr), kännetecknat av att rörelsehastigheten av ställdonet (7) som svänger kranen (2) relativt vridaxeln (Sr) av ett svängbord justeras på så sätt att när styrdonet (21) förblir i ett bestämt läge som styr kranens (2) rörelse, men kranspetsens (Pt) vinkelräta avstånd (r) ökar relativt kranens (2) svängaxel (Sr), ökar kranspetsens (Pt) hastighet (vt) ojämnt på så sätt att kranspetsen (Pt) har minst tre olika hastigheter, när man betraktar det hela avståndsspannet från kranens (2) svängaxel (Sr) till maximiavståndet (rmax) som nås med kranspetsen (Pt), och att när kranspetsens (Pt) avstånd (r) från svängaxeln (Sr) ökar, ökar kranspetsens (Pt) rörelsehastighet (vt) i början när avståndet (r) ökar, men efter ett förutbestämt gränsavstånd (η) förblir rörelsehastigheten (vt) huvudsakligen konstant när avståndet (r) ökar vidare ända till maximiavståndet (rmax).

10. Förfarande enligt något av patentkraven 1-9, kännetecknat av att förfarandet används för justering av rörelsehastigheten av en kran (2) i en skogsmaskin (1).