SE520540C2

SE520540C2 - Method and apparatus for controlling the setting of a construction machine's working tools

Info

Publication number: SE520540C2
Application number: SE0102877A
Authority: SE
Inventors: Hans P Dietz; Thomas G Skinner
Original assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-07-22
Also published as: SE0102877L; JP2002121761A; SE0102877D0; JP4495887B2; DE10140814A1

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for controllably positioning of a working appliance of an earth working machine. SOLUTION: The working appliance has a boom and an attachment fitted to the boom, the boom is operated by a hydraulic lift cylinder, and the attachment is operated by a hydraulic tilt cylinder. An appliance position sensor detects the elevating/lowering position of the boom and the turning position of the attachment, and generates each appliance position signal according thereto. A control device to receive the appliance position signal compares the relative position of the boom and the attachment with the predetermined boundary condition, and generates the electric valve signal. A valve assembly receives the electric valve signal, and the flow rate of the hydraulic fluid is fed controllably to each hydraulic cylinder according to the magnitude of the electric valve signal.

Description

W Ü 20 25 30 35 . . . . . . 520 540 E 2001-06-15 Ei\Pub1iC\DOC\P\Lhb7DElB3Se-d0c HD f; h; spakarna manuellt för att öppna och stänga elektrohydrau- liska ventiler, som riktar trycksatt vätska till hydraulis- ka cylindrar, vilka i sin tur orsakar att arbetsredskapet förflyttas. När bommen t.ex. skall lyftas förflyttar opera- tören styrspaken, som är förbunden med bommens hydraul- krets, till ett läge vid vilket en hydraulisk ventil orsa- kar att trycksatt vätska flödar till en lyftcylinders hu- vudände, vilket orsakar att bommen lyfts. När styrspaken återgår till ett neutralt läge stängs den hydrauliska ven- tilen och trycksatt vätska flödar inte längre till lyftcy- lindern. W Ü 20 25 30 35. . . . . . 520 540 E 2001-06-15 Ei \ Pub1iC \ DOC \ P \ Lhb7DElB3Se-d0c HD f; hrs; the levers manually to open and close electro-hydraulic valves, which direct pressurized fluid to hydraulic cylinders, which in turn cause the work tool to move. When the boom e.g. to be lifted, the operator moves the control lever, which is connected to the boom hydraulic circuit, to a position in which a hydraulic valve causes pressurized fluid to flow to the head end of a lifting cylinder, causing the boom to lift. When the control lever returns to a neutral position, the hydraulic valve closes and pressurized fluid no longer flows to the lifting cylinder.

Under vissa driftförhållanden kan tillbehöret eller länksystemet få kontakt med bommen. När tillbehöret t.ex. är placerat i tippcykeln kan tillbehöret få kontakt med bommens underparti när operatören antingen försöker få bort tillbehöret. ma sätt kan kontakt mellan tillbehöret eller länksystemet material fràn, eller lasta material i, På sam- och bommens överparti uppstå när operatören försöker "fånga" eller samla material med tillbehöret. Saknade eller skadade stöd- och tippstopp kan leda till att orimliga krafter anbringas på bommen, om den inte inspekteras och underhålls ordentligt. som de tillhörande hydrauliska kretsarna, Dessa krafter kan skada såväl bommen vilka absorberar viss del av Stöten som fortplantas genom länkningsaggrega- tet. ökande felfrekvens på de tillhörande delarna.Under certain operating conditions, the accessory or the linkage system may come into contact with the boom. When the accessory e.g. is placed in the tipping cycle, the accessory can make contact with the lower part of the boom when the operator either tries to remove the accessory. In this way, contact between the accessory or the link system can result in material from, or load material in. On the upper part of the joint and boom, occurs when the operator tries to "catch" or collect material with the accessory. Missing or damaged support and tipping stops can lead to unreasonable forces being applied to the boom, if it is not properly inspected and maintained. as well as the associated hydraulic circuits, These forces can damage both the boom which absorbs a certain part of the shock that is propagated through the linking unit. increasing error rate on the associated parts.

Detta kommer troligtvis att öka underhåll och medföra För att minska krafterna som verkar på arbetsredska- pet har system utvecklats för att långsammare och mjukare stanna arbetsredskapets rörelse. Ett sådant system beskrivs i US-A-5,6l7,723. Där visas en metod som använder sensorer för joystick och arbetsredskapslägen för att styra en plötslig förändring av tröghet för en entreprenadmaskins arbetsredskap. Även om detta system nöjaktigt reducerar ar- betsredskapets hastighet vid plötsliga förändringar av styrinställningar från operatörer, kan det inte användas 10 20 25 30 35 520 540 3 EODL-Dñ-lk EI \Pub1ic\l)0(\P\Ll:ß7|JlJ63S0-dnc HD för att styra ett arbetsredskaps rörelse som svar pà sakna- de stöd- eller tippstopp. Ett alternativt system beskrivs i US-A-5,5ll,458. Detta system använder detektorer för cylin- derläge och -rörelseriktning för att åstadkomma en lugn cy- linderdämpningseffekt. Trots att även detta system kan vara lämpligt för sitt avsedda syfte, kan inte heller detta an- vändas för att styra ett arbetsredskaps rörelse som svar pà saknade stöd- eller tippstopp. Den föreliggande uppfinning- en inriktas mot att övervinna ett eller flera av problemen enligt ovan.This will probably increase maintenance and entail In order to reduce the forces acting on the work tool, systems have been developed to stop the movement of the work tool more slowly and smoothly. Such a system is described in US-A-5,617,723. It shows a method that uses sensors for joysticks and work tool modes to control a sudden change in inertia for a construction machine's work tool. Although this system satisfactorily reduces the speed of the implement in the event of sudden changes in control settings by operators, it cannot be used 10 20 25 30 35 520 540 3 EODL-Dñ-lk EI \ Pub1ic \ l) 0 (\ P \ Ll: ß7 | JlJ63S0-dnc HD to control the movement of a work tool in response to missing support or tipping stops An alternative system is described in US-A-5,5ll, 458. This system uses cylinders for position and direction of movement to provide Although this system may also be suitable for its intended purpose, it cannot be used to control the movement of a work tool in response to missing support or tipping stops. The present invention is directed to overcoming one or more of the problems as above.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt en aspekt av den föreliggande uppfinningen be- skrivs en anordning för att styrbart ställa in ett arbets- redskap. Arbetsredskapet innefattar en bom och ett tillbe- hör som är fäst därvid, där bommen påverkas av en hydrau- lisk lyftcylinder och tillbehöret påverkas av en hydraulisk vippcylinder. Lägessensorer för arbetsredskapet känner av bommens höjdläge och tillbehörets svängläge, och framstäl- ler som svar respektive lägessignaler för arbetsredskapet.Summary of the Invention According to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for steerably adjusting a work tool. The work tool comprises a boom and an accessory attached to it, where the boom is actuated by a hydraulic lifting cylinder and the accessory is actuated by a hydraulic tilting cylinder. Position sensors for the work tool sense the height of the boom and the pivot position of the accessory, and in response produce the respective position signals for the work tool.

En styrenhet tar emot lägessignalerna för arbetsredskapet, jämför bommens och tillbehörets relativa läge och framstäl- ler en elektrisk ventilsignal. Ett ventilaggregat tar emot den elektriska ventilsignalen och tillhandahåller regler- bart hydraulvätskeflöde till de respektive hydrauliska cy- lindrarna som svar pá en elektrisk ventilsignals värde.A control unit receives the position signals for the work implement, compares the relative position of the boom and accessories and produces an electric valve signal. A valve assembly receives the electric valve signal and provides controllable hydraulic fluid flow to the respective hydraulic cylinders in response to the value of an electric valve signal.

Enligt en annan aspekt av den föreliggande uppfin- ningen àstadkoms en metod för att styrbart ställa in en schaktmaskins arbetsredskap. Arbetsredskapet innefattar en bom och ett tillbehör som är fäst därvid, där bommen pàver- kas av en hydraulisk lyftcylinder och tillbehöret pâverkas av en hydraulisk vippcylinder. Metoden innefattar stegen att känna av lyft- och vippcylindrarnas lägen och framstäl- la respektive lägessignaler för arbetsredskapet, ta emot lägessignalerna för arbetsredskapet och framställa en elektrisk ventilsignal baserad pà ett relativt läge för 10 15 20 25 30 ;. .-... 520 540 H EUIJI-UB~LL El\PubliC\D0{\P\1b6?UU63S@-døc NP bommen och tillbehöret, jämföra bommens och tillbehörets relativa lägen med ett förutbestämt gränsläge samt ta emot den elektriska ventilsignalen och reglerbart tillhandahålla hydraulvätskeflöde till de respektive hydrauliska cylind- rarna som svar pà bommens och tillbehörets relativa lägen i jämförelse med det förutbestämda gränsläget.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controllably setting a work machine of a dozer. The work tool comprises a boom and an accessory attached thereto, where the boom is actuated by a hydraulic lifting cylinder and the accessory is actuated by a hydraulic tilting cylinder. The method comprises the steps of sensing the positions of the lifting and tilting cylinders and producing the respective position signals for the work tool, receiving the position signals for the work tool and producing an electric valve signal based on a relative position of 10 15 20 25 30 ;. .-... 520 540 H EUIJI-UB ~ LL El \ PubliC \ D0 {\ P \ 1b6? UU63S @ -døc NP boom and accessories, compare the relative positions of the boom and accessories with a predetermined limit position and receive the electric valve signal and controllably provide hydraulic fluid flow to the respective hydraulic cylinders in response to the relative positions of the boom and accessories in comparison with the predetermined limit position.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig. 1 är en sidovy av en lastmaskins eller hjullas- tares framparti.Brief description of the drawings Fig. 1 is a side view of the front of a loader or wheel loader.

Fig. 2 är en schematisk illustration av en utförings- form av styrsystemet för arbetsredskapet enligt den före- liggande uppfinningen.Fig. 2 is a schematic illustration of an embodiment of the control system for the work tool according to the present invention.

Fig. 3 är en uppslagstabell ”look-up table” för mjuk- vara associerad med stödförstärkning.Fig. 3 is a look-up table for software associated with support reinforcement.

Fig. 4 är en uppslagstabell för mjukvara associerad med tippförstärkning.Fig. 4 is a look-up table for software associated with tilt gain.

Fig. 5 är en schematisk illustration av en annan ut- föringsform av styrsystemet för arbetsredskapet enligt den föreliggande uppfinningen.Fig. 5 is a schematic illustration of another embodiment of the control system for the work tool according to the present invention.

Detaljerad beskrivning Pig. 1 visar ett framparti 100 till en entreprenadma- skin av hjullastartyp 104 med ett arbetsredskap 105 fäst därvid, vilka bestàr av en nyttolastbärare i form av en skopa 108 fäst vid en bom 110. Trots att den föreliggande uppfinningen beskrivs i förhållande till en hjullastare kan den föreliggande uppfinningen lika väl användas till mànga entreprenadmaskiner såsom bandlastare, hydrauliska grävma- skiner och andra maskiner med liknande lastande arbetsred- skap. Skopan 108 är förbunden med ett lyftarmsaggregat el- ler bommen 110, som vridbart manövreras av två hydrauliska lyftmanövreringsorgan eller lyftcylindrar 111 (av vilka en- dast en visas) kring en bomsvängtapp 112, vilken är fäst vid maskinramen 113. En svängtapp 115 fäster i sin tur lyftcylindrarna 111 vid bommen 110. Dessutom vippas skopan 10 15 20 25 30 35 « | , . . u 520 540 EIJDI-IJB-lb EI\PubliC\D0C\P\lb&?0Ub3S9-d0C HD 108 av ett manövreringsorgan eller en cylinder 116 för skopvippning kring en vippsvängtapp 119.Detailed description Pig. 1 shows a front portion 100 of a wheel loader type construction machine 104 with a work tool 105 attached thereto, which consists of a payload carrier in the form of a bucket 108 attached to a boom 110. Although the present invention is described in relation to a wheel loader, it may The present invention is equally applicable to many construction machines such as crawler loaders, hydraulic excavators and other machines with similar loading tools. The bucket 108 is connected to a lifting arm assembly or boom 110, which is rotatably operated by two hydraulic lifting actuators or lifting cylinders 111 (only one of which is shown) around a boom pivot pin 112, which is attached to the machine frame 113. A pivot pin 115 attaches to its turn the lifting cylinders 111 at the boom 110. In addition, the bucket is tilted 10 15 20 25 30 35 «| ,. . u 520 540 EIJDI-IJB-lb EI \ PubliC \ D0C \ P \ lb &? 0Ub3S9-d0C HD 108 of an actuator or cylinder 116 for bucket tilting about a rocker pivot 119.

Skopan 108 är kinematiskt förbunden med vippcylindern 116 genom ett par bomlänkar 120 och ett par arbetsredskaps- länkar 123 (en av vardera visas). Stödstopp 124 finns pà varje bomnav 125 och har anpassad storlek och är anordnade för att gripa i motsvarande ingreppsstrukturer 128, som finns pà varje bomlänk 120. Dessutom finns ett andra par stödstopp 129 (en visas) pà bommens 110 överyta 132 och har anpassad storlek och är anordnade för att gripa i motsva- rande ingreppsstrukturer 133, som finns pà vardera arbets- redskapslänkar 123. Ett par tippstopp 134 (en visas) finns pà bommens 110 underparti 135 och har anpassad storlek och är anordnade för att gripa i motsvarande ej visade in- greppsstrukturer, som finns pà skopan 108.The bucket 108 is kinematically connected to the rocker cylinder 116 through a pair of boom links 120 and a pair of work tool links 123 (one of each is shown). Support stops 124 are provided on each boom hub 125 and are adapted in size and are adapted to engage corresponding engagement structures 128 located on each boom link 120. In addition, there are a second pair of support stops 129 (one shown) on the upper surface 132 of the boom 110 and are adapted in size and are arranged to engage in corresponding engaging structures 133, which are located on each tool link 123. A pair of tipping stops 134 (one shown) are located on the lower portion 135 of the boom 110 and are adapted in size and are arranged to engage in corresponding not shown - grip structures, located on the bucket 108.

En föredragen utföringsform av styrsystemet 200 för lyftarmen, tillämpad pà en hjullastare, illustreras schema- tiskt i fig. 2. Styrsystemet 200 för lyftarmen är anpassat för att känna av ett flertal inmatningar och som svar fram- ställa utmatningssignaler, vilka matas till olika manövre- ringsorgan i styrsystemet 200 för arbetsredskapet. Styrsy- stemet för arbetsredskapet innefattar företrädesvis en mik- roprocessorbaserad styrenhet 201.A preferred embodiment of the control arm 200 for the lifting arm, applied to a wheel loader, is schematically illustrated in Fig. 2. The control system 200 for the lifting arm is adapted to sense a plurality of inputs and in response produce output signals which are fed to different operating means in the control system 200 for the work tool. The control system for the work tool preferably comprises a microprocessor-based control unit 201.

Lägesensorer 204, 205 för arbetsredskapet känner av arbetsredskapets 105 läge i förhållande till entreprenadma- skinen 104 och framställer som svar ett flertal làgessigna- ler för arbetsredskapet. Lägessignalerna för lyftanordning- en är en funktion av de respektive hydrauliska cylindrarnas 116, 111 läge och är indikativa för storleken av respektive hydraulisk cylinders utskjutning. I den föredragna utfö- ringsformen innefattar lägesensorerna 204, 205 en lyftläge- sensor 204 för att känna av bommens 110 höjdläge och en vipplägesensor 205 för att känna av skopans 108 svängläge.Position sensors 204, 205 for the work tool sense the position of the work tool 105 in relation to the construction machine 104 and in response produce a plurality of position signals for the work tool. The position signals for the lifting device are a function of the position of the respective hydraulic cylinders 116, 111 and are indicative of the magnitude of the projection of the respective hydraulic cylinder. In the preferred embodiment, the position sensors 204, 205 include a lift position sensor 204 for sensing the height position of the boom 110 and a tilt position sensor 205 for sensing the pivot position of the bucket 108.

I en utföringsform innefattar lyft- och vipplàgesen- sor 204, 205 rotationspotentiometrar. Rotationspotentiomet- 10 15 20 25 30 35 EUUl-ﬂl-lb EI\PUDUC\DOC\P\LBB?HDBESE-du: UD B rarna framställer pulslängdsmodulerade signaler som svar på bommens 110 vinkelläge i förhållande till fordonet, och skopan 108 i förhållande till bommen 110. Bommens vinkellä- ge är en funktion av lyftcylinderförlängningen 111 A, l1lB, medan skopans 108 vinkelläge är en funktion av både vipp- och lyftcylinderförlängningarna 116, 111 A, 111B. Lägesen- sorernas 204, 205 funktion kan enkelt utföras av vilken an- nan sensor som helst, vilken kan mäta, antingen direkt el- ler indirekt, en hydraulisk cylinders relativa förlängning.In one embodiment, lifting and tilting position sensors 204, 205 include rotation potentiometers. The rotation potentiometers produce the pulse length modulated signals in response to the angular position of the boom 110 relative to the vehicle, and the bucket 108 relative to the vehicle. the boom 110. The angular position of the boom is a function of the lifting cylinder extension 111 A, 111B, while the angular position of the bucket 108 is a function of both the tilting and lifting cylinder extensions 116, 111 A, 111B. The function of the position sensors 204, 205 can be easily performed by any other sensor, which can measure, either directly or indirectly, the relative elongation of a hydraulic cylinder.

Rotationspotentiometrarna skulle t.ex. kunna ersättas av magnetostriktiva sensorer eller linjära lägespotentiometrer för att mäta de hydrauliska cylindrarnas förlängning.The rotation potentiometers would e.g. can be replaced by magnetostrictive sensors or linear position potentiometers to measure the elongation of the hydraulic cylinders.

Ett ventilaggregat 208 påverkas av elektriska signa- ler, vilka är framställda av styrenheten 201, och tillhan- dahåller hydraulvätskeflöde till de hydrauliska cylindrarna l11A, 111B, 116. I den föredragna utföringsformen innefat- tar ventilaggregatet 208 två huvudventiler (en huvudventil för lyftcylindrarna och en huvudventil för vippcylindern) och fyra hydrauliska manövreringsventiler (tvà för varje huvudventil). Huvudventilerna riktar trycksatt vätska till cylindrarna 111A, 1l1B, 116 och de hydrauliska manövre- ringsventilerna riktar styrvätskeflöde till huvudventiler- na. Varje hydraulisk manövreringsventil innefattar företrä- desvis en elektrohydraulisk ventil, vilken är elektriskt ansluten till styrenheten 201. Sådana ventiler är välkända och kan enkelt väljas av fackmannen utan onödigt experimen- terande. En huvudpump 212 används för att mata hydraulväts- ka till huvudspolarna, medan en styrpump 215 används för att mata hydraulvätska till de hydrauliska manövreringsven- tilerna. En av/på solenoidventil och tryckavlastningsventil 217 innefattas för att reglera styrvätskeflödet till de hydrauliska manövreringsventilerna.A valve assembly 208 is actuated by electrical signals produced by the control unit 201 and provides hydraulic fluid flow to the hydraulic cylinders 111A, 111B, 116. In the preferred embodiment, the valve assembly 208 includes two main valves (a main valve for lifting cylinders and a single cylinder). main valve for the rocker cylinder) and four hydraulic control valves (two for each main valve). The main valves direct pressurized fluid to the cylinders 111A, 111B, 116 and the hydraulic actuating valves direct control fluid flow to the main valves. Each hydraulic actuating valve preferably comprises an electrohydraulic valve, which is electrically connected to the control unit 201. Such valves are well known and can be easily selected by the person skilled in the art without undue experimentation. A main pump 212 is used to supply hydraulic fluid to the main coils, while a control pump 215 is used to supply hydraulic fluid to the hydraulic actuating valves. An on / off solenoid valve and pressure relief valve 217 are included to control the flow of control fluid to the hydraulic actuating valves.

Den föreliggande uppfinningen inriktas mot att be- stämma en elektrisk ventilsignals värde, vilken noggrant kommer att förhindra sammanstötning mellan skopan 108 eller -. _.. . . .. . . .. . . . . ,. ' j_ f- ø - - «. .. . . . . .The present invention is directed to determining the value of an electric valve signal which will accurately prevent collision between the bucket 108 or -. _ ... . ... . ... . . . ,. 'j_ f- ø - - «. ... . . . .

*V -~ -v- v v c - | - _ -pﬂ - > . . . . - . . .* V - ~ -v- v v c - | - _ -p ﬂ ->. . . . -. . .

Y . , f . . . . , _ , - - f n n. ... ... ,_. , W Ü 20 25 30 35 520 540 ëUÛl-UB-Lb E!\Pub1ic\|)0C\P\LL67Dﬂﬂ3Se- dot HD länksystemen 120, bommen 123 och bommen 110 om skopan 108, 110 och/eller länksystemen 120, 123 saknar eller har ett skadat stöd- eller tippstopp. Styrenheten 201 innefattar företrädesvis RAM- och ROMmoduler som lagrar mjukvarupro- gram, vilka utför vissa av den föreliggande uppfinningens funktioner. RAM- och ROMmodulerna lagrar vidare mjukvara för ett flertal uppslagstabeller, som används för att avgö- ra den elektriska ventilsignalens värde, vilket motsvarar skopans 108 relativa inriktning eller närhet till bommen 110 (baserat pà vipp- och lyftcylinderförlängning). Styren- heten 201 tar emot lägessignalerna för lyftanordningen och framställer en elektrisk ventilsignal med ett värde som motsvarar cylindrarnas 111, 116 förlängning.Y. , f. . . . , _, - - f n n. ... ..., _. , W Ü 20 25 30 35 520 540 ëUÛl-UB-Lb E! \ Pub1ic \ |) 0C \ P \ LL67D ﬂﬂ3 Sedot HD link systems 120, boom 123 and boom 110 if bucket 108, 110 and / or link systems 120, 123 are missing or has a damaged support or tipping stop. The controller 201 preferably includes RAM and ROM modules that store software programs that perform some of the functions of the present invention. The RAM and ROM modules further store software for a plurality of look-up tables, which are used to determine the value of the electric valve signal, which corresponds to the relative orientation or proximity of the bucket 108 to the boom 110 (based on rocker and lift cylinder extension). The control unit 201 receives the position signals for the lifting device and produces an electric valve signal with a value corresponding to the extension of the cylinders 111, 116.

Ventilaggregatet 208 tar emot den elektriska ventil- signalen och kan, beroende pá hur nära bommen 110 är i för- hållande till skopan 108, modifiera det befintliga hydraul- vätskeflödet till respektive hydrauliska cylinder som svar pà ett värde av den elektriska ventilsignalen. De tidigare nämnda uppslagstabellerna kan t.ex. innefatta skalfaktorer associerade med varje förlängningsmätning av bàda cylind- rarna 111, 116. Skalfaktorn kan ha ett värde i området från 0 till 100 %. Beroende pà skalvärdet, vilket tillhandahålls i uppslagstabellen, kommer styrenheten 201, om bommens 110 inriktning eller närhet i förhållande till skopan 108 är sådan att skopan 108 skulle ha träffat ett stöd- eller tippstopp, att framställa en elektrisk ventilsignal med ett skalvärde av 0%, varigenom flöde operativt reduceras i den relevanta hydraulventilen, i förhållande till operatörsin- ställningar för detta hydraulflöde, tillräckligt mycket för att stoppa förflyttning av t.ex. skopan 108. Omvänt innebar ett skalvärde av 100% ett "säkert" tillstànd, vilket tillä- ter oavbruten fullständig operatörsstyrning av den relevan- ta hydraulventilen. Skalfaktorer mellan 0% och 100% innebär ett "varnings"-tillstànd i vilket ett operatörvalt hydraul- vätskeflöde till den relevanta hydraulventilen reduceras 10 15 20 25 30 35 520 540 EEIUI-DG-lk Ei\Pub1ic\l)0C\P\lbB7DG63se-dot ND proportionerligt för att reducera skopans 108 rörelse en- ligt önskemål. Trots att alla utföringsformer som är be- skrivna häri är inriktade mot att reducera eller stoppa skopans 108 rörelse anses det att den föreliggande uppfin- ningen kan inriktas mot att bryta eller reducera skopans 108 rörelse, bommens 110 eller bådas.The valve assembly 208 receives the electric valve signal and can, depending on how close the boom 110 is in relation to the bucket 108, modify the existing hydraulic fluid flow to the respective hydraulic cylinder in response to a value of the electric valve signal. The previously mentioned look-up tables can e.g. include scale factors associated with each elongation measurement of both cylinders 111, 116. The scale factor may have a value in the range of 0 to 100%. Depending on the scale value provided in the look-up table, the control unit 201, if the alignment or proximity of the boom 110 relative to the bucket 108 is such that the bucket 108 would have hit a support or tip stop, will produce an electric valve signal with a scale value of 0%. whereby flow is operatively reduced in the relevant hydraulic valve, in relation to operator settings for this hydraulic flow, sufficiently to stop the movement of e.g. bucket 108. Conversely, a scale value of 100% meant a "safe" condition, which allows uninterrupted complete operator control of the relevant hydraulic valve. Scaling factors between 0% and 100% indicate a "warning" condition in which an operator-selected hydraulic fluid flow to the relevant hydraulic valve is reduced 10 15 20 25 30 35 520 540 EEIUI-DG-lk Ei \ Pub1ic \ l) 0C \ P \ lbB7DG63se -dot ND proportional to reduce the movement of the bucket 108 as desired. Although all of the embodiments described herein are directed to reducing or stopping the movement of the bucket 108, it is contemplated that the present invention may be directed to breaking or reducing the movement of the bucket 108, the boom 110, or both.

Såsom bör vara uppenbart för fackmannen anpassas skalfaktorerna för att motsvara den verkliga fysiska gräns, vilken representeras av de saknade stöd- eller tippstoppen 124, 129, 134. Såsom bör vara uppenbart för fackmannen re- presenterar skalfaktorerna ett förutbestämt gränsförhàllan- de, vilket antingen reducerar, stänger av eller tillåter oavbrutet flöde till den aktuella cylindern eller cylind- rarna 111, 116. När så är fallet kan eventuell skada på skopan 108, bommen 110 eller båda undvikas.As should be apparent to those skilled in the art, the scale factors are adjusted to correspond to the actual physical boundary, which is represented by the missing support or tip stops 124, 129, 134. As should be apparent to those skilled in the art, the scale factors represent a predetermined boundary condition, which either reduces , shuts off or allows uninterrupted flow to the relevant cylinder or cylinders 111, 116. In this case, any damage to the bucket 108, the boom 110 or both can be avoided.

Fig. 3 respektive 4 visar en utföringsform av upp- slagstabeller, vilka innefattar en stödförstärkningstabell 300 respektive en tippförstärkningstabell 400. Stöd- och tippförstärkningstabellerna 300, 400 representerar tredi- mensionella uppslagstabeller, vilka lagrar ett flertal skalvärden som motsvarar lyft- och vippcylindrarnas 111, 116 läge när skopan 108 är stödd bakåt i ett bärtillstånd respektive roterad till ett tippningstillstånd. Med hänvis- ning till de bäda figurerna representeras det förut nämnda "säkra" tillståndet av områdena 301, 401 och motsvarar en skalfaktor av 100% (oavbrutet hydraulvätskeflöde). Områden hänvisade till som 304, 404 representerar det förut nämnda "farliga" tillståndet, vilket utlöser en skalfaktor av 0% (stannad rörelse av t.ex. skopan 108). De områden som hän- visas till som 305, 405 representerar det förut nämnda "varnings"-tillståndet i vilket det operatörvalda vätske- flödet reduceras i förhållande till skalfaktorns värde (mellan 0 till 100%). Trots att skalvärdet beskrivs kan likväl ett begränsningsvärde användas, vilket är uppenbart för fackmannen. 10 15 20 25 30 35 520 540 §¶§^ 3 EUCIL-Ûß-H; E? \PuhliC\DOC\P\Ll=B7UD63SE-d0<: HI) En annan utföringsform 500 av den föreliggande upp- finningen kommer nu att beskrivas enligt fig. 5. Sàsom vi- sas ästadkommer första och andra joystickar 501, 502 opera- törstyrning av arbetsredskapet 105. Joystickarna 501, 502 innefattar en styrspak 505, vilken är rörlig längs en en- skild axel. Som tillägg till rörlighet längs en första axel (horisontell) kan styrspaken 505 emellertid även förflyttas längs en andra axel, vilken är vinkelrät med den horison- tella axeln. Den första joysticken 501 styr bommens 110 lyftfunktion. Den andra joysticken 502 styr skopans 108 vippfunktion._ En joysticklägesensor 506 känner av joystickstyrspa- kens 505 läge och genererar som svar en elektrisk operatör- kommandosignal. Den elektriska signalen matas till en in- gäng i styrenheten 201. Joysticklägesensorn 506 innefattar företrädesvis en rotationspotentiometer, vilken framställer en pulslängdmodulerad signal som svar pä styrspakens sväng- läge; vilken sensor som helst, som kan framställa en elekt- risk signal som svar pà styrspakens svängläge, skulle emel- lertid kunna vara verksam tillsammans med den föreliggande uppfinningen.Figs. 3 and 4, respectively, show an embodiment of look-up tables, which comprise a support reinforcement table 300 and a tilt-reinforcement table 400, respectively. position when the bucket 108 is supported rearwardly in a carrying condition and rotated to a tilting condition, respectively. With reference to the two figures, the aforementioned "safe" condition is represented by the areas 301, 401 and corresponds to a scale factor of 100% (uninterrupted hydraulic fluid flow). Areas referred to as 304, 404 represent the aforementioned "dangerous" state, which triggers a scale factor of 0% (stopped movement of eg bucket 108). The ranges referred to as 305, 405 represent the aforementioned "warning" state in which the operator-selected fluid flow is reduced relative to the scale factor value (between 0 to 100%). Although the scale value is described, a limit value can still be used, which is obvious to the person skilled in the art. 10 15 20 25 30 35 520 540 §¶§ ^ 3 EUCIL-Ûß-H; E? Another embodiment 500 of the present invention will now be described according to Fig. 5. As shown, first and second joysticks 501, 502 provide operator control. of the work tool 105. The joysticks 501, 502 comprise a control lever 505, which is movable along a single shaft. However, in addition to movement along a first axis (horizontal), the joystick 505 can also be moved along a second axis, which is perpendicular to the horizontal axis. The first joystick 501 controls the lifting function of the boom 110. The second joystick 502 controls the tilt function of the bucket 108._ A joystick position sensor 506 senses the position of the joystick joystick 505 and in response generates an electrical operator command signal. The electrical signal is supplied to an input of the control unit 201. The joystick position sensor 506 preferably comprises a rotary potentiometer, which produces a pulse length modulated signal in response to the pivot position of the control lever; however, any sensor which can produce an electrical signal in response to the pivot position of the control lever could be operative in conjunction with the present invention.

Styrenheten 201 tar emot lägessignalerna för lyftan- ordningen och operatörkommandosignaler, modifierar opera- törkommandosignalen genom att multiplicera skalfaktorn med operatörkommandosignalens värde samt framställer en elekt- risk ventilsignal med ett värde som är svar pà den modifie- rade operatörkommandosignalen. Ventilaggregatet 108 tar emot den elektriska ventilsignalen och tillhandahåller hyd- raulvätskeflöde till respektive hydraulisk cylinder som svar pä en elektrisk ventilsignals värde.The control unit 201 receives the position signals for the lifting device and operator command signals, modifies the operator command signal by multiplying the scale factor by the value of the operator command signal and produces an electric valve signal with a value in response to the modified operator command signal. The valve assembly 108 receives the electric valve signal and provides hydraulic fluid flow to the respective hydraulic cylinder in response to the value of an electric valve signal.

Den elektriska ventilsignalens värde bestäms i sin tur genom att multiplicera skalfaktorn med operatörkomman- dosignalens värde.The value of the electric valve signal is in turn determined by multiplying the scale factor by the value of the operator command signal.

Medan den föreliggande uppfinningen väsentligen har visats och beskrivits med hänvisning till den föredragna 10 15 20 25 30 520 540 '''' " ECIUI-DB-lb [i\Public\DOC\P\]|!=B70Uß3S0-d0C HD utföringsformen ovan, är det följaktligen underförstått för fackmannen att olika ytterligare utföringsformer kan vara tänkbara utan att frångå den föreliggande uppfinningens an- demening och omfång.While the present invention has been substantially shown and described with reference to the preferred ECIUI-DB-1b [i \ Public \ DOC \ P \] |! = B70Uß3SO-dOC HD embodiment above Accordingly, it is to be understood by those skilled in the art that various further embodiments may be conceivable without departing from the scope and scope of the present invention.

Industriell tillämpbarhet Entreprenadmaskiner, såsom hjullastare och grävmaski- ner, innefattar arbetsredskap som kan flyttas genom ett an- tal lägen under en arbetscykel. Den typiska arbetscykeln innefattar att ställa in bommen och skopan i ett grävläge för att fylla skopan med material, ett tippläge där bommen är lyft och skopan vippad framåt för att avlägsna material från skopan samt ett transportläge där bommen är sänkt och skopan tippad bakåt i ett stödläge.Industrial applicability Construction machinery, such as wheel loaders and excavators, includes work tools that can be moved through a number of positions during a work cycle. The typical work cycle includes setting the boom and bucket in a digging position to fill the bucket with material, a tipping position where the boom is lifted and the bucket tilted forward to remove material from the bucket and a transport position where the boom is lowered and the bucket tipped backwards in a support position .

Den föreliggande uppfinningen åstadkommer en metod och apparat för att automatiskt begränsa skopans 108 has- tighet när skopan 108 närmar sig en position i förhållande till bommen 110, i vilken skopan 108 eller länksystemen 120, 123 skulle ha stött i en fysisk gräns som är associe- rad med ett saknat stöd- eller tippstopp 124, 128, 129, 133, 134. Vid sammanstötning med gränsen stoppas skopans vilket skulle kunna orsakas av att skopan 108 "slår i" bommen 110. 108 rörelse, varigenom ev. skada förhindras, Det är underförstått att medan de föredragna utfö- ringsformernas funktion beskrivs i samband med bommen och åtföljande hydrauliska kretsar, är den föreliggande uppfin- ningen enkelt anpassbar för att styra arbetsredskaps lägen för andra typer av entreprenadmaskiner. Den föreliggande uppfinningen skulle t.ex. kunna utnyttjas för att styra ar- betsredskap på hydrauliska grävmaskiner, grävmaskiner och liknande maskiner med hydrauliskt verkande arbetsredskap.The present invention provides a method and apparatus for automatically limiting the speed of the bucket 108 as the bucket 108 approaches a position relative to the boom 110 in which the bucket 108 or link systems 120, 123 would have abutted within a physical boundary associated with the bucket. row with a missing support or tipping stop 124, 128, 129, 133, 134. In the event of a collision with the boundary, the bucket is stopped, which could be caused by the bucket 108 "hitting" the boom 110. 108 movement, whereby ev. It is understood that while the function of the preferred embodiments is described in connection with the boom and associated hydraulic circuits, the present invention is readily adaptable to control tool position for other types of construction machinery. The present invention would e.g. can be used to control work tools on hydraulic excavators, excavators and similar machines with hydraulically operating work tools.

Andra aspekter, ändamål och fördelar med den förelig- gande uppfinningen kan erhållas från en studie av ritning- arna, beskrivningen och de bifogade patentkraven.Other aspects, objects, and advantages of the present invention may be obtained from a study of the drawings, description, and appended claims.

Claims

W H 20 25 30 35 520 540 EUDL-GB-LL Ei \ Pub1iC \ DOC \ P \ Ll-.l7UUB3Si-duc HD - »n» PATENTKRAV

A device for controllably setting a working (105), (105) support and tipping stop, each having a physical boundary and (119) and an accessory (108) therewith, the boom (110) being actuated by a hydraulic the lifting cylinder (111) and the accessory (108) are actuated by a hydraulic tilting cylinder (116), comprising: (204, 205) sensing the height position of the boom (110) and the tool of the accessory (108) which work tools have attachable includes a boom which are attached position sensors for the work tool, which pivot position and in response produce the respective position signals for the work tool; a control unit (201) which receives the position signals for (110) and the relative position of the accessory (108) with a predetermined boundary ratio the working tool, compares the boom and produces an electric valve signal; and (208) the valve signal and controllably providing hydraulic fluid 11B, a valve assembly that receives the electric flow to at least one hydraulic cylinder (11A, 116) in response to the value of an electric valve signal.

Device according to claim 1, comprising at least one look-up table, which comprises a plurality of position values for the work tool which correspond to a plurality of scale values.

Device according to claim 2, wherein the control unit (201) selects a scale value from the respective look-up table (108) and in response produces the electric valve signal with a value corresponding to the selected scale factor from the position of the boom (110) and the accessory, respectively.

The device according to claim 1, wherein the position signal for (110) is indicative of the elongation of the lifting cylinder (111A, B) of the implement, which corresponds to the height position of the boom, WU 20 25 30 35 520 540 LE EIJUI-ÛB-LL E! \ Public \ DOC \ P \ LL! 7UDB3S @ -dot HD and the position signal of the work implement, which corresponds to the pivotal position of the bucket (108), are indicative of extension of the tilt cylinder (116).

The device of claim 1, wherein the accessory comprises a bucket (108).

Device according to claim 1, dry-controlled joystick (501, 502), comprising an operator which produces an operator command signal for controlling the movement of the work tool (105).

The apparatus of claim 6, wherein the control unit (201) receives the position signals for the work tool and the operator command signal, determines the relative position of the boom (110) and the accessory (108), and produces an electric valve signal corresponding to the boom (110) and the accessory. (108) relative position.

Device according to claim 7, comprising at least one look-up table, which comprises a plurality of position values for the work tool, which correspond to a plurality of scale values.

Device according to claim 8, wherein the control unit (201) selects a value from the respective look-up table which from the outside (110) (108) multiplies the value by the value of an operator control signal and the relative position of the boom and accessories respectively, in response producing the electric valve signal with a value equal to the product.

The device of claim 1, wherein the predetermined boundary condition corresponds to the physical boundary of at least one of the support stops or the tip stop (134). 10 H 20 25 30 '~; I. . 520 540 2001-06-11: E = \ Public \ D0 (\ P \ ll = 6? Û063se-d0C HI)

An apparatus for use with a construction machine (104), comprising: a work tool (105), comprising a boom and an accessory (108); an operator-controlled joystick (501, 502), which produces (110) an operator command signal for controlling the movement of the work tool (105); (204, 205) senses the height position of the boom (110) and the position sensors of the accessory (108) for a work tool, which pivot position and in response produce the respective position signals for the work tool; A control unit (201), which receives the position signals of the work tool and the operator command signal, compares and the predetermined limit ratio of the accessory (108) and produces the relative position of an electric boom (110) with a valve signal; and a valve assembly (208), which receives the electric valve signal and controllably provides hydraulic fluid flow to at least one hydraulic cylinder (111A, 111B, 116) in response to the value of an electric valve signal.

A method of steerably adjusting a construction machine's work tool (105), (105) comprises a boom (110) and an accessory attached thereto, the work tool (105) lifting cylinder (111) for lifting and lowering the boom (105). 110) (IIIA, IIIB, 116) for which work tool includes (108) a hydraulic and a hydraulic rocker cylinder for tipping and supporting the accessory (108), comprising the steps of: sensing the lifting and rocker cylinders (111A, 111B, 116) positions and produce respective position signals for the work tool; 10 U 20 25 30 35 H 1. »- EUÛl-DG-Lb E! \ Publ i <\ l> 0C \ P \ 1.l-.67UDñ3se - doc .f ff §2ß 540 at: LH receive the position signals for the work tool and produce an electric valve signal based on a relative position of the boom (110) and the accessory (108); (110) and the positions of the accessory with a predetermined limit position; and comparing the relative receive of the electric valve signal of the boom (108) and controllably providing hydraulic fluid flow to at least one hydraulic cylinder (111A, 111B, 116) (110) and accessory (108) relative position in comparison with the predetermined in response to the boom boundary position .

The method of claim 12, comprising the steps of storing a look-up table that stores a plurality of scale values that correspond to the position of the lifting and tilting cylinders (111A, 111B, 116).

The method of claim 13, selecting a scale value based on the relative positions and comprising the step of responsively controlling the movement of at least one of the boom (110) or accessory (108).

The method of claim 14, comprising the step of stopping the movement of at least one of the boom (110) or accessory (108) when the relative position is substantially equal to the predetermined boundary position. including the step of re- (110)

The method of claim 14, inducing the movement to at least one of the boom or accessory (108) as the relative positions approach the predetermined boundary position.

A method of controllably moving a construction tool (104) (105) (501, 502) position, the work tool (110) and an accessory (unloading) machine in response to an operator controlled joystick (105) Sßm. a boom 10 B 20 25 30 35 520 540 E ﬂ ÜL-ÛB-lh EI \ Public \ D0C \ P \ Ll = B7DD63Se-d0 <2 HD is attached to it, which working tool (105) comprises a hydraulic lifting cylinder (111A, 111B) for lifting and lowering the boom (110) and a hydraulic rocker cylinder (116) for tipping and supporting the accessory, comprising the steps of: sensing the positions of the lift and rocker cylinders (111A, 111B, 116) and producing respective position signals for bet tool; sensing the position of the joystick (101, 102) and producing an operator command signal; receiving the position signals for the work tool and the operator command signal; (110) and the positions of the accessory with a predetermined limit position; comparing the relative reducing operator command signal of the boom (108) based on the relative positions of the boom (110) and the accessory (108) relative to the predetermined boundary condition and producing an electric valve signal based on the reduced operator command signal; and receive the electric valve signal and controllably provide hydraulic fluid flow to the respective hydraulic cyc- (lllA, lllB, ll6) (110) and to- (108) relative positions in comparison with the precliners based on the set limit position of the boom accessory.

A method according to claim 17, comprising the step of selecting a scale value from a look-up table based on the position of the lifting or tilting cylinder (111A, 111B, 116), multiplying the scale value by the value of the operator command signal and in response producing the electric valve signal with a value equal to the product of the multiplication.

The method of claim 17, comprising the step of stopping the movement of at least one of the boom (110) or accessory (108) when the relative position is substantially equal to the predetermined boundary position.