SE520935C2 - Sätt och anordning för kontroll av en jordbearbetningsmaskins arbetscykeleffektivitet - Google Patents

Description

30 2000f06> l 3 \\CURRENT\DB\Publíc\DOC\P\ 16870595 .doc MD 2 520 935 gen tömmer föraren det upptagna materialet vid en speciell tömningsplats. Arbetsredskapen återförs därefter till högen för att påbörja arbetscykeln igen.

Jordbearbetningsindustrin har en ökande önskan att öka produktiviteten i arbetscykeln. Även om höga drag- kraftsnivåer hos maskiner har allmänt sett befunnits öka produktiviteten i arbetscykeln, (rimpull = dragkrafts- nivå = den dragkraft som en maskin kan generera), har man funnit att en maskin som har förmåga att generera höga dragkraftsbelopp kan negativt påverka vissa delar av ar- betscykeln. Under exempelvis grävdelen av arbetscykeln, har maskinens dragkraftsförmåga visat sig motverka lyftkraften hos arbetsredskapet, vilket negativt inverkar på maskinens förmåga att lyfta materiallast. Föreliggande uppfinning av- ser att eliminera problemen som sammanhänger med alstring av höga dragkraftsbelopp under en sådan arbetscykels gräv- del.

Uppfinningen i korthet Ovanstående och andra problem löses enligt uppfin- ningen med en anordning innefattande en regulator som mot- tar lägessignalerna, bestämmer vinkelläget för arbetsred- skapet, mottar faktiska och önskade motorvarvtalssignaler, modifierar önskade motorvarvtalet som svar på arbetsredska pets vinkelläge och en mjukvarutabell som lagrar ett fler- tal skalvärden, som motsvarar ett flertal vinkellägen sam- mankopplade med arbetsredskapet, ur vilken tabell regula- torn väljer minst ett av flertalet skalvärden som svar på arbetsredskapets vinkelposition, multiplicerar det valda skalvärdet med önskat motorvarvtal, och styr motorns varv- tal baserat på det modifierade önskade motorvarvtalet för att styra drivlinemomentet.

Vidare löses problemen med den kända tekniken med ett sätt innefattande stegen: 15 20 25 30 2000-06-13 \\CuRRENT\nB\Pub11c\r>oc\P\16s7u59s.doc MD 3 520 955 avkånning av arbetsredskapspositionen och som ett svar därpå avgivande av tillhörande positionssignaler, avkänning av motorvarvtalet och som ett svar därpå avgivande av motorvarvtalssignal, alstring av en signal som ett tecken på det önskade motorvarvtalet; upptagning av positionssignalerna, bestämning av ar- betsredskapets vinkelläge, upptagning av verklig och önskad motorvarvtallsignal och, modifiering av den önskade motorvarvtalssignalen som ett svar på arbetsredskapets vinkelläge, lagra ett flertal skalvärden som motsvarar ett flertal vinkelvärden hos ar- betsredskapet, välja ut minst ett av flertalet skalvärden som svar på arbetsredskapets vinkelposition, multiplicerade de valda skalvärdena med det önskade motorvarvtalet, och styra motorvarvtalet baserat på det modifierade önskade mo- torvarvtalet för att styra drivlinemomentet.

Kort beskrivning av ritningarna För en bättre förståelse av uppfinningen hänvisas i det följande till bifogade ritningar, där: fig. 1 i en sidovy visar en främre del av en lastar- maskin eller hjullastare; fig. 2 visar ett blockdiagram av hjullastarens driv- lina; fig. 3 visar ett blockdiagram av ett utförande av ett elektroniskt styrsystem för hjullastaren; och fig. 4 visar ett blockschema av ett annat utförande av ett elektroniskt styrsystem för hjullastaren.

Föredraget utförande av uppfinningen D..

Föreliggande uppfinning avser styrningen av rivlin (D momentet hos en jordbearbetningsmaskin, såsom en hjullast a.. re, för att öka maskinens arbetscykelproduktivitet_ Fig. l 10 20 25 30 35 LZUUU-Uh-l 3 \\('URRHNT\DB\E'ubl1C\ilOC\í/'\ 16870595 . doc MD 520 4955 visar en främre del 100 av en lastarmaskin 104 av hjultyp med arbetsredskapet 102, som innefattar en nyttolastbärare i form av en skopa 108. Även om föreliggande uppfinning be- skrivits med hänvisning till en maskin av hjullastaretyp, är föreliggande uppfinning lika tillämpbar för många jord- bearbetningsmaskiner, såsom lastare av bandtyp, hydraul- grävmaskiner och andra maskiner som har liknande lastred- skap. Skopan 108 är ansluten till ett lyftarmsaggregat el- ler en bom 110, som lyfts av två hydrauliska lyftmanöverdon eller cylindrar 106 (varav endast en visas) ledtapp 112 kring en bom- (tapp A), som är fäst vid maskinramen. Skopan 108 tippas medelst ett skoptiltningsmanöverdon eller en cy- En bomlänk 118 linder 114 kring en tilttapp 116 (tappen B). är fäst vid tiltcylindern 114 via tappen 120 (tappen E) och vid bommen via tappen 122 (tappen F).

En drivlina 202 som är kopplad till hjullastaren vi- sas i fig. 2. Drivlinan 202 har en motor 204, viken i sin tur har en axel 206,som är ansluten till en hydrodynamisk momentomvandlare. Motorn 204 kan exempelvis innefatta ett flertal solenoidmanövrerade bränsleinsprutare som används för att styra mängden bränsle som inmatas till motorn. Mo- mentomvandlaren 208 innefattar ett roterbart hus 212, ett impellerelement 214, ett reaktionselement 216 och ett tur- binelement 218, som är anslutet till en centralt belägen utgående axel 220. Den utgående axeln 220 utgör ingång till en flerstegstransmission 222. Utgången från transmissionen roterar en drivaxel 223, som är roterbart ansluten till en axel 225, som driver en uppsättning drivhjul 239.

Drivlinan 202 kan också innefatta en koppling av skivtyp eller en impellerkoppling 224, som är belägen mel- lan motorn 204 och momentomvandlaren 208 för att på styr- bart sätt koppla samman det roterbara huset med impeller- elementet och en lock-up koppling 226 av skivtyp för valbar koppling av det roterbara huset till turbinelementet ochi till den utgående axeln för åstadkommande av en direkt me- Ü 20 35 2000-05-13 \\CIIRRENT\DB\I ubl1c\L>UC\L'\l687059s .doc MD 5 520 935 kanisk anslutning som effektivt förbikopplar momentomvand- laren. En elektrohydraulisk impellerkopplingsventil 228 ger ett fluidumflöde för att manövrera impellerkopplingen, me- dan en elektrohydraulisk lock-up kopplingsventil 230 ger fluidumflöde för att manövrera lock-up kopplingen. En pump 231 med fast eller variabelt deplacement, avger trycksatt fluidum till kopplingarna 228, 230.

En elektronisk regulator 232 är anordnad för att sty- ra manövreringen av drivlinan. Den elektroniska regulatorn 232 innefattar företrädesvis en mikroprocessor. Det noteras att termen mikroprocessor avses innefatta mikrodatorer, mikroprocessorer, integrerade kretsar och liknande, vilka är programmerbara. Den elektroniska regulatorn innehåller erforderliga elektroniska kretsar, för att omvandla insig- naler från ett flertal sensorer, utföra åtskilliga beräk- ningar baserade på insignalerna och alstra utsignaler med tillräcklig effekt, för att driva ett flertal solenoider, vilka är avsedda för manövrering av bränsleinsprutare 210, impellerkopplingen 224 och lock-up kopplingen 226.

Mikroprocessorn är företrädesvis programmerad med ett fler- tal förvalda logiska regler för avgivande av en eller flera utsignaler som svar på mottagandet av en eller flera insig- naler.

Regulatorn kan motta flera olika signaler som hänför sig till driften av drivlinan. En motorvarvtalsensor 234 avger en motorvarvtalsignal, som är en reaktion på sväng- hjulets rotation eller rotationen av ett tandhjul som är monterat på kamaxeln. En momentomvandlarevarvtalsavkännare 236 avger en momentomvandlarevarvtalssignal, som motsvarar rotationshastigheten och rotationsriktningen hos momentom- vandlarens utgående axel.

En vridspjällsregulator 240 ingår för att ange ett önskat varvtal hos motorn 204, Vridspjällsregulatorns 240 läge är manuellt valbart av föraren och ger en önskad mo- torvarvtalssignal som utgör en indikation på det önskade 20 25 30 35 2U0U>1f~í~13 \\CL'RRENT\DB\PublLC\DOC\P\1ßêflüfišåñxioc MD 520 6935 varvtalet hos motorn. Regulatorn ger en motorvarvtalskon- trollsignal för att valbart driva bränsleinsprutarna för att reglera motorvarvtalet som ett svar på signalen motsva- rande önskat motorvarvtal.

Den elektroniska regulatorn 232 mottar positionssig- naler, som alstras av positionsgivare 246, vilka mäter ar- betsredskapets 100 position. Exempelvis kan positionsgivare 246 innefatta förskjutningsgivare som avkänner cylinderut- sträckningsbeloppet i lyft- respektive tilthydraulcylind- rarna. Arbetsredskapets 100 position kan också härledas ge- nom gemensamma vinkelmätningar av arbetsredskapet. Sålunda innefattar en alternativ anordning för framställning av en arbetsredskapspositionssignal rotationsvinkelgivare såsom exempelvis rotationspotentiometrar, vilka mäter rotationen av en av lyftarmsvridtapparna, utifrån vilken geometrin hos lyftarmsaggregatet eller utsträckningen av lyftcylindrarna kan beräknas. Arbetsredskapspositionen kan beräknas utifrån antingen hydraulcylinderutsträckningsmätningar eller gemen- sam vinkelmätning med utnyttjande av trigonometriska meto- der.

Den elektroniska regulatorn 232 kan också motta trycksignaler som alstras av tryckgivare 244, vilka mäter kraften som utövas på arbetsredskapet 100. Tryckgivarna av- känner hydraultrycken i lyft- och tilthydraulcylindrarna och ger signaler som svar på trycken i de respektive hyd- raulcylindrarna. Exempelvis kan cylindertrycksgivarna av- känna lyft- och tilthydraulcylinderhuvud- resp. stångänd- trycken. Det noteras att tryckgivarna lika väl kan avkänna tryck i pumpen med variabelt deplacement, vilken avger det trycksatta fluidumet till hydraulcylindrarna.

Den elektroniska regulatorn mottar en eller flera av de ovan beskrivna signalerna och alstrar en motorvarvtals- signal för att styra motorns varvtal. Föreliggande uppfin- ning modifierar det önskade motorvarvtalet som svar på be- stämningen av huruvida maskinen gräver eller hämtar materi- W U 20 25 30 35 2000~U6~ 13 \\CURRENT\DB\ Publír\DOC\P\ 16870595 . doc MD 7 520 935 al. Genom att modifiera det önskade motorvarvtalet och så- lunda det faktiska varvtalet hos motorn, styr föreliggande uppfinning drivlinemomentet eller dragkraftsnivån för att åstadkomma optimala lyftkrafter och ge skopan möjlighet att svepa igenom en hög och hämta upp material.

Hänvisning görs nu till blockschemat enligt fig. 3, vilket representerar dragkraftsnivåregleringen 300, som sammanhänger med föreliggande uppfinning. Regulatorn 232 mottar en signal som utgör en indikation på önskat motor- varvtal. Det önskade motorvarvtalet kan bestämmas med ut- nyttjande av åtskilliga medel, inklusive bestämning av en funktion av vridspjälläge, bestämt som en funktion av mo- mentomvandlarehastighetsförhàllande, eller bestämt som en funktion av andra aspekter i drivlinedriften. Det önskade motorvarvtalet kan däröver utgöra ett förutbestämt värde som föreligger i regulatorns mjukvara. Den önskade motor- varvtalssignalen kan sålunda alstras eller framställas med ett flertal olika medel.

Sedan det önskade motorvarvtalet väl blivit känt, be- stämmer regulatorn läget för arbetsredskapet och modifierar det önskade motorvarvtalet baserat pä redskapets läge. Med hänvisning till blocket 305, mottar regulatorn redskapspo- sitionssignalerna och skalar med ledning därav signalen av- seende önskat motorvarvtal med avseende på redskapsläget, som representerar ett grävtillstànd. Exempelvis mottar en- ligt fig. 1 regulatorn redskapspositionssignaler och be- stämmer vinkeln hos en imaginär linje som passerar genom tapparna A och B relativt en horisontell referenslinje. Om vinkeln för linjen som passerar genom tapparna A och B re- lativt en horisontal referenslinje (vinkeln A och B) är li- ka med eller mindre än noll, anses redskapet vara i en grävposition. Sålunda representerar vinkeln AB lyftvinkeln för bommen 110 eller lyftvinkeln för arbetsredskapet 102.

Regulatorn bestämmer dessutom vinkeln vid skärningen mellan tvä linjer, varav den ena passerar genom tapparna E och F 20 25 35 PfWOÛ-FWï-'l 'i \\!_'1_lRPENT\l'\P\Pnhl 1'*\I'v(1lI\I'\1f**?7Û59s.doC MYJ 520 9835 och den andra passerar genom tapparna F och B (vinkeln EFB). Vinkeln EFB representerar sväng- eller tiltvinkeln för skopan 108, vilken sträcker sig från en dumpposition till en upplyft position. Sålunda modifierar föreliggande uppfinning det önskade motorvarvtalet för att reducera ma- skinens dragkraftsnivà då (1) bommen 110 befinner sig i en grävposition och (2) skopan 108 har inhämtat material och lyfts upp.

I det föredragna utförande används en uppslagningsta- bell för att lagra ett flertal skalvärden, som svarar mot ett flertal värden som sammanhänger med vinkeln AB och ett flertal värden som sammanhänger med vinkeln EFB. Tabellen innehåller värden som är baserade på empiriska uppgifter.

Baserat på vinkelinformationen, väljer regulatorn ett skal- värde och multiplicerar skalvärdet med det önskade motor- varvtalet för att reducera det faktiska motorvarvtalet och sålunda maskinens dragkraftsnivà. Regulatorn reglerar mo- torvarvtalet som svar på det önskade modifierade motorvarv- talet. Skalvärdet ligger företrädesvis mellan värdena 1,0 och 0,90. Värden mindre än 1 sammanhänger exempelvis med AB-vinklar som är mindre än O° och EFB-vinklar mellan 48 och 155°. Notera att de verkliga värdena på kartan kan va- riera i beroende av önskat uppträdande. Exempelvis kan un- der vissa grävomständigheter, då skopan har en stor an- greppsvinkel och lyftvinkeln är huvudsakligen mindre än noll, vara att föredra om maskinens maximala dragkraftsnivä används för att penetrera marken. Slutligen kan det vara uppenbart för en fackman inom teknikomràdet att uppslag- ningstabellen kan ersättas av en empirisk ekvation för att framställa skalvärdet baserat på arbetsredskapets vinkelpo- sition.

Ett annat utförande av föreliggande uppfinning fram- går av blockschemat enligt fig. 4. Utförandet som visas i fig. 4 representerar en metod för bestämning av ett önskat motorvarvtal baserat på momentomvandlarens hastighetsför- 15 20 25 35 2000-06-13 \\CUF(>C\P\10870595.dont MI' 9 520 935 hållande och redskapets pumptryck. Regulatorn mottar momen- tomvandlarens varvtalssignal och motorns varvtalssignal och beräknar på ett välkänt sätt momentomvandlarehastighetsför- hållandet. Regulatorn 232 mottar dessutom trycksignaler och baserat på momentomvandlarehastighetsförhållandet, bestäm- mer regulatorn ett önskat motorvarvtal.

Mera i detalj bestämmer regulatorn hydraulfluidum- trycket som erfordras för att driva arbetsredskapet. Regu- latorn mottar signaler som utgör en indikation på fluidum- trycken som sammanhänger med hydraulcylindrarna och bestäm- mer det erforderliga redskapstrycket. Exempelvis kan det erforderliga redskapstrycket sättas lika med det större av fluidumtrycken som hänför sig till hydraulcylindrarna eller till pumptrycket. I detta fall bestämmer regulatorn det önskade motorvarvtalet baserat på det erforderliga redskap- strycket. Vid det sålunda beskrivna utförandet, svarar det önskade motorvarvtalet mot ett maximalt drivlinemoment som baseras på det faktiska motorvarvtalet och redskapstrycket.

Såsom exempelvis framgår vid 405, används ett mjukva- ruuppslagningstabellverk för att lagra ett flertal av de önskade motorvarvtalsvärdena som svarar mot ett flertal mo- mentomvandlarevarvtalsförhållandevärden och redskapstrycks- värden. Regulatorn väljer det önskade motorvarvtalsvärdet som svar på momentomvandlarevarvtalsförhållandet och red- skapstrycket. Värdena som inryms i uppslagningstabellverket kan baseras på empiriska, matematiska ekvationer eller and- ra sådana medel. Vidare kan det önskade motorvarvtalet dessutom bestämmas som svar på resultatet av lösningen av en empirisk ekvation, Sedan det önskade motorvarvtalet fastställts, modifi- erar regulatorn det önskade motorvarvtalet såsom beskrivits ovan.

Föreliggande uppfinning mod fierar företrädesvis det önskade motorvarvtalet för att reducera dragkraften som, svar på bestämda delar av grävcykeln. Man har funnit att ZÜÜÜ-UL-t l 3 \\C'\JRRENT\IIB\P\1DI lL'\DOC\l>'\1687U59s .doc MD 52o”955 lyftkraften vid vissa redskapspositioner förändras negativt av en alltför stor dragkraftsnivà; därför reduceras den för arbetsredskapet tillgängliga lyftkraften för att lyfta sko- pan genom en hög härdat material. Genom att optimera motor- varvtalet, kan dragkraftsnivån optimeras på samma sätt för att uppnå önskade lyftkrafter.

Andra aspekter, ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning skall framgå genom en studie av bifogade rit- ningar, beskrivningen och bifogade patentkrav.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 020905 MS E:\HEM\Er\3 Martín\P\P 1687>059\P 1687-059 Nya krav dcc ï' 5200955 PATENTKRAV

1. Anordning för styrning av vridmomentet i en (202) varvid drivlinan drivlina till en maskin med ett arbetsredskap (202) (204) ett flertal lägesgivare som avkänner läget för (102), innefattar en motor som har: arbetsredskapet (102) och som ett svar därpå alstrar lägessignaler, en motorvarvtalsgivare som avkänner motorns varvtal och som, med ledning av denna avkänning, alstrar en motorvarvtalssignal; medel för alstring av en signal som utgör en indikation på det önskade motorvarvtalet; och en regulator som mottar lägessignalerna, bestämmer (202), önskade motorvarvtalssignaler, modifierar önskade (102) vinkelläge och en mjukvarutabell som lagrar ett flertal vinkelläget för arbetsredskapet mottar faktiska och motorvarvtalet som svar på arbetsredskapets skalvärden, som motsvarar ett flertal vinkellägen (102), regulatorn väljer minst ett av flertalet skalvärden som (1o2) sammankopplade med arbetsredskapet ur vilken tabell svar på arbetsredskapets vinkelposition, multiplicerar det valda skalvärdet med önskat motorvarvtal, och styr motorns varvtal baserat pà det modifierade önskade motorvarvtalet för att styra drivlinemomentet.

2. Anordning enligt krav 1, vid vilken regulatorn bestämmer och modifierar det önskade motorvarvtalet med ledning av huruvida åtminstone ett av redskapen (102) befinner sig i ett grävläge och situationen är sådan att (102) redskapet har tagit upp material. lO l5 20 25 30 35 Il 520 935 innefattande en (208), avkänner den utgående hastigheten hos momentomvandlaren och

3. Anordning enligt krav 2, hastighetsgivare för en momentomvandlare vilken vilken, som ett svar därpå alstrar en momentomvandlarehastighetssignal, vid vilken den önskade motorvarvtalssignalen alstras som en funktion av (208) varvtal och det faktiska motorvarvtalet och innefattar ett (244), resp. hydraulcylindrarna på arbetsredskapet och som ett förhållandet mellan momentomvandlarens utgående flertal tryckgivare som avkänner hydraultrycket i de svar därpå avger tillhörande trycksignaler och vid vilken den önskade motorvarvtalssignalen alstras som svar på hydraulfluidumtrycket som efterfrågas av arbetsredskapet (102) på grundval av trycksignalerna.

4. Anordning enligt krav 3, innefattande en (405), önskade motorvarvtalsvärden som svarar mot ett flertal mjukvaruuppslagningstabell vilken lagrar ett flertal momentomvandlarevarvtalsförhållandevärden och redskapstryckvärden, vid vilken regulatorn väljer de önskade motorvarvtalsvärdena som svar på momentomvandlarevarvtalsförhållandet och redskapstrycket.

5. Sätt för styrning av momentet i en drivlina (202) till en maskin med ett arbetsredskap (102), varvid drivlinan (202) innefattar en motor (204), vilket sätt innefattar: avkänning av arbetsredskapspositionen och som ett svar därpå avgivande av tillhörande positionssignaler, avkänning av motorvarvtalet och som ett svar därpå avgivande av motorvarvtalssignal, alstring av en signal som ett tecken på det önskade motorvarvtalet; lO 15 20 25 30 35 /3 520 955 upptagning av positionssignalerna, bestämning av arbetsredskapets (102) vinkelläge, upptagning av verklig och önskad motorvarvtallsignal och, modifiering av den önskade motorvarvtalssignalen som ett svar på arbetsredskapets (102) vinkelläge, lagra ett flertal skalvärden som motsvarar ett flertal vinkelvärden hos arbetsredskapet, välja ut minst ett av flertalet skalvärden som svar på arbetsredskapets (102) vinkelposition, multiplicerade de valda skalvärdena med det önskade motorvarvtalet, och styra motorvarvtalet baserat på det modifierade önskade motorvarvtalet för att styra drivlinemomentet.

6. Sätt enligt krav 5, innefattande stegen för bestämning av att åtminstone ett av redskapen (102) är i (102) att det önskade motorvarvtalet modifieras som svar därpå. ett grävläge och redskapet har inhämtat material samt

7. Sätt enligt krav 6, innefattande alstring av önskad motorvarvtalssignal som svar på läget hos en motors vridspjäll.

8. Sätt enligt krav 7, innefattande åtminstone ett av stegen: - avkänning av utgående varvtal hos momentomvandlaren (208), varvid som ett svar därpå alstras en momentomvandlarevarvtalssignal, där den önskade motorvarvtalssignalen alstras som en funktion av förhållandet mellan det utgående momentomvandlarevarvtalet och det verkliga motorvarvtalet, avkänning av hydraultrycket i de resp. hydraulcylindrarna på arbetsredskapet (102), varvid som ett svar på därpå resp. trycksignaler alstras, där den önskade ”I 520 935 motorvarvtalssignalen alstras som svar på det av arbetsredskapets (102) efterfrågade hydraulfluidumtrycket baserat på trycksignalerna och lagring av ett flertal önskade motorvarvtalsvärden, vilka svarar mot ett flertal momentomvandlarevarvtalsförhållandevärden och redskapstrycksvärden, och varvid det önskade motorvarvtalsvärdet väljs som ett svar på momentomvandlarevarvtalsförhâllandet och redskapstrycket.