SE536147C2 - Styranordning för en fjärrstyrd, elektriskt driven arbetsmaskin - Google Patents

Abstract

SAM MANDRAG Uppfinningen avser en styranordning för en fjärrstyrd, elektriskt driven arbetsmaskin(1) som är körbar såsom ett fordon och försörjs med ström via en kabel (2, 2') avseddatt anslutas till ett eldistributionsnät, och vilken arbetsmaskin innefattar en i ettvertikalplan manövrerbar arm (10) som är vridbar för svängning i ett horisontalplanomkring en vertikal axel (C) på maskinen och i sin fria ände avsedd att bära ettarbetsverktyg (14), en manöverlåda (4) avsedd för fjärrstyrning av arbetsmaskinenvarvid en operatör (3) vandrande bredvid arbetsmaskinen står via kabel eller trådlöst, iförbindelse med en styrdator (25) som bildar del av en i arbetsmaskinen ingåendeCAN-buss baserat programmerbart hydrauliskt styrsystem (22) som omfattar ettelektriskt drivet pumporgan (19) och en elektriskt styrd manöverventil (21a, 21b) somlevererar drivflöde till arbetsmaskinens verkställande organ (30, 31, 32, 33), varvidmanöverlådan omfattar ett par styrspakar (4a, 4b) samt tillordnade knappar (4d, 4e)och rattar som genom påverkan tillåter arbetsmaskinen omställas i olika funktions ellerarbetslägen för styrspakarna. Enligt uppfinningen är arbetsmaskinen (1) från ettnormalt driftsläge omställbar till ett driftsläge med begränsad effekt varvid volymflödettill arbetsmaskinens verkställande organ (30, 31, 32, 33) begränsas genomparameterjustering av de styrkurvor (26a, 26b) som det programmerbara CAN-bussbaserade hydraulsystemet (22) använder för reglering av manöverventilens (21a,21b) öppenförhållande för genompassage av hydraulflöde till verkställande organ. O:\leg\besk\111107\111107 besk.docx

Description

25 30 35 535 14? 2 driva arbetsfordonets olika verkställande organ för omställning och manövrering av maskindelar blir dlmensionerande för hydraulsystemet. Till detta kommer också energibehovet för drivning av ett av manöverarmen uppburet arbetsverktyg, vilket innebär att pumporganet, med avseende på arbetsfordonets totala energibehov, normalt väljs med lämplig grad av överkapacitet för att även klara av att driva arbetsverktyget.

Då arbetsmaskinen skall tas i bruk på avsedd plats uppstår inte sällan problemet att den aktuella platsen saknar eldistributionsnät för lågspänning som kan leverera erforderlig effekt till arbetsmaskinen, dvs. nätet tillhandahåller erforderlig nätspänning exempelvis 380- 400V men kan inte leverera den nätström arbetsmaskinen kräver. Exempelvis inträder inte sällan problemet att det tillgängliga eldistributionsnätet på platsen är begränsat såtillvida att det bara erbjuder 16 A i huvudsäkringstal medan arbetsmaskinen kräver ett väsentligt högre säkringstal för att kunna köras exempelvis 32 A. Därigenom fördröjs eller försvåras ibruktagandet av arbetsmaskinen väsentligt eller i värsta fall omöjiiggörs, i de fall eldistributionsnätet pà platsen helt enkelt inte bedöms att med följande av satta säkerhetskrav klara att leverera det strömuttag som krävs. Det bör underförstås att det är ytterst störande om arbetsmaskinen inte omedelbart kan tas i bruk på platsen, även i de fall det finns möjlighet att modifiera eller anpassa eldistributionsnätet så att det klarar att leverera erforderlig strömstyrka till arbetsmaskinen. Det bör underförstås att behov av större nätström och därmed högre säkringstal än vad som finns på den aktuella platsen för eldistributionsnätet inte bara innebär kostnadsökningar som sådana, utan ställer också väsentligt större krav på det extema elnätet med krav på erforderlig Iedararea. skyddsledare etc. som skall tillhandahålla drivström till eldistributionsnätet på platsen.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en styranordning för en fjärrstyrd arbetsmaskin av ovan angivet slag som eliminerar ovan nämnda problem och gör det möjligt att omedelbart utnyttja arbetsmaskinen på en arbetsplats, även vid tillfällen då aktuellt eldistributionsnät på platsen inte är anpassat för eller klarar att leverera erforderlig strömstyrka. Syftet med uppfinningen uppnås genom att anordningen erhållit de särdrag och kännetecken som anges i patentkravet 1.

Den väsentliga idén bakom uppfinningen består i att till arbetsmaskinens hydrauliska drivsystem anordna möjlighet till två alternativa drifttillstånd med val av ett driftsläge med begränsad effekt varvid volymflöde till arbetsmaskinens verkställande organ begränsas genom parameterjustering av de styrkurvor som hydraulsystemet använder för reglering av manöverventilens öppenförhållande för genompassage av hydraulflöde till verkställande organ. Som ett resultat vid val av driftslâge med begränsad effekt, kommer arbetsmaskinen att fungera precis som vanligt med erforderliga arbetstryck i hydraulsystemet, men de verkställande organen att utföra sitt ställ- och manöverarbete med något lägre hastighet genom den reducerade flödesvolymen till förbrukare. 10 15 20 25 30 35 536 14? 3 l det följande beskrivs ett utföringsexempel av uppfinningen närmare under hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka; fig.__1 visar en sidovy av en tjärrstyrd elektriskt driven arbetsmaskin enligt uppfinningen som i änden av sin manövrerbara arm bär ett arbetsverktyg i form av en hydraulhammare och som tjärrstyrs av en operatör som vandrar bredvid arbetsmaskinen, fig¿ visar schematiskt ett kretsschema över ett hydraulsystem som ingår i en ljärrstyrd elektriskt driven arbetsmaskin enligt föreliggande uppfinning, flg._§ visar mer i detalj funktionsprincipen för ett i föreliggande arbetsmaskin ingående hydraulsystem och tillhörande reglerstruktur för parameterjustering av arbetsmaskinens hydrauliska styrkrets genom val av passande ventilstyrkurva för begränsning av volymflödet till arbetsmaskinens verkställande organ, Egg visar perspektiwy uppifrån av en manöverláda, såsom den ses av en operatör vid körning av arbetsmaskinen, Fig. 4B visar i form av en sammanställning funktionerna hos manöverlàdan i arbetsläge och symboler för omställning av arbetsmaskinen fràn normaldrift till drifttillstånd med "begränsat effektläge".

I tig. 1 visas en fjärrstyrd elektriskt driven arbetsmaskin 1 utformad som en demoleringsrobot vilken försörjs med ström via en kabel 2. Arbetsmaskinen är energikrävande och för att kunna försörja denna med levererar erforderlig elkraft levererar eldistrlbutionsnätet en nätström på 32 A. Nätet är också utrustat med säkringar för att klara sådana effektbehov. Med 2' betecknas en kabel från ett eldistributionsnät som bara kan leverera en begränsad nätström, i detta fall 16 A. Det bör således inses att detta alternativa elnät inte klarar att leverera den energimångd arbetsmaskinen kräver och att vare försöka att ansluta och köra arbetsmaskinen till nämnda andra elnät med strömkabeln 2' är meningslöst eftersom 16 A såkringama skulle lösa ut.

En Fjärrstyrt arbetsmaskin av föreliggande typ tillverkas och säljs under varumärket ”BROKK” och vid vilken maskintyp en operatör 3 vandrande bredvid maskinen styr och manövrerar maskinen medelst en bärbar manöverläda 4 eller fjärrkontroll uppburen på kroppen via ett bälte eller sele. Manöverlàdan 4 innefattar två manöverspakar av vilka de ena är belägen till vänster 4a och den andra till höger 4b samt har manöverlådan en serie knappar och rattar som genom påverkan och inställning kan förmå arbetsmaskinen att utföra önskade rörelser eller genom inmatning av data arbetsmaskinen förses med erforderliga instruktioner. Arbetsmaskinen 1 omfattar allmänt ett chassi 5 med en överdel 6 och en underdel 7. Överdelen 6 är vridbart lagrad på underdelen 7 för svängning i ett horisontalplan omkring en vertikal axel C. Arbetsmaskinens 1 underdel 7 är försedd med en framdrivningsanordning 8a som omfattar larvband 8b. Arbetsmaskinen har ett antal stödben 7b för lyftande av arbetsmaskinen fràn ett underlag. 10 15 20 25 30 35 535 14? 4 Den beskrivna arbetsmaskinen 1 är något förenklad och visas med färre komponenter än vad som är normalt för att principskissen skall bli tydlig. Arbetsmaskinen 1 har en manövrerbar arm 10 som är uppburen på den vridbara överdelen 6 och vilken för manövrering av armen omfattar fyra hydrauliska funktioner som från arbetsmaskinens chassi betraktat inbegriper svängning av en ett antal inbördes ledbara armdelar 11, 12, 13. l änden av armen finns ett arbetsverktyg 14 fastsatt via ett s.k. snabbfäste 15. Nämnda armdelar 11, 12, 13 svänger inbördes kring väsentligen horisontella axlar A.

Som bäst framgår av fig. 1 och 4 A står operatören 3 via manöverenheten 4 i förbindelse med arbetsmaskinen via kabel eller trådlöst exempelvis via Bluetooth eller radiokontroll. Wa manöverlådan 4 kan arbetsmaskinen 1 omstållas i olika arbetslagen (working modes)" såsom illustreras i fig. 4B. Vid byte av arbetsläge befinner sig manöverlàdan 4 omställd i ett s.k. inställningsläge (setup mode). Byte av arbetslåge kan bara ske när manöverlådan 4 befinner sig i nämnda inställningsläge van/id valt arbetsläge visas med hjälp av symboler som tänds på en bildskärm 4c eller display på manöverlàdan 4. Enligt föreliggande uppfinning är i nämnda inställningsläge också valbart ett driftstillstånd med kraftbegrånsning som kan aktiveras genom att sättas i läge på eller av; (On, Off). I detta kraftbegrånsande läge reduceras volymflödet av hydraulmedium till arbetsmaskinens verkställande organ. Att det kraftbegränsande läget är aktiverat, l läge på (On), indikeras på manöverlådans 4 display 4c.

I fig. 2 visas ett kretsschema 22 för ett hydraulsystem avsett för styming av arbetsmaskinen Som framgår av kretsschemat är arbetsmaskinen 1 utrustad med en trefas elektrisk motor 19 som driver en hydraulpump 20 med fast deplaeement och med vilken pump maskinens samtliga verkställande organ förses med hydraulmedium. I detta förenklade utföringsexempel redogörs bara närmare för manöverarrnens 10 respektive första hydraulcylinder 30 (bomcylinder), andra och tredje hydraulcylinder (armcylinder) 31 resp. 32, samt en fjärde hydraulcylinder 33 (bryt- eller svängcylinder för arbetsverktyget). Mellan varje verkställande organ 30, 31, 32, 33 och pumpen 20 finns en manöverventil 21a, 21b som styr hydraulvåtskan från hydraulpumpen 20 till det verkställande organet så att arbetsmaskinen kan manövreras på önskat sätt genom påverkan av manöverlådans 4 båda manöverspakar 4a, 4b såväl vad gäller manöverarmens 10 rörelser som köming av arbetsmaskinen 1 pä larvbanden 8. Med 23 betecknas allmänt en i hydraulsystemet ingående reglerstrukfur för styming av arbetsmaskinens verkställande organ 30, 31, 32, 33. De heldragna linjema betecknar hydraulikledningar och de streckade linjema ledningar för elektriska signaler. Som beskrivits härovan år hydraulpumpen 20 inrättad att förse manöverarmens 10 verkställande organ med hydraulmedium. Det hydrauliska systemets 23 första flödesreglerande ventil 21a har till uppgift att reglera hydraulflöde till ett hydrauldrivet arbetsverktyg, i detta fall en brythammare 14, och är kopplad hydrauliskt till pumpen 20 via en prioriteringsventil 24 och 10 15 20 25 30 35 536 14? 5 elektriskt till en i CAN-systemet ingående datorenhet 25. Prioriteringsventilen 24 är i föreliggande utföringsexempel inrättad att alltid prioritera hydraulflöde till arbetsverktyget (den hydrauliska brythammaren) före övriga förbrukare. Det vill säga om brythammaren 14 och manöverarmens 10 verkställande organ 30, 31, 32, 33 används samtidigt så är det brythammaren som dominerar eller har företräde. De verkställande organen aktiveras långsamt och manöverarmen rör sig lite saktare. Denna i sig väl kända prioritering utförs helt hydrauliskt.

Det hydrauliska systemet 23 innefattar vidare en andra flödesreglerande ventil 20b i fonn av en manöverarmsventil som är inrättad att reglera hydraulflödet till arbetsmaskinens verkställande organ, dvs. den första cylindern 31 (bomcylinder), den andra och den tredje armcylinder 32, 33, samt den fjärde cylinder 34 utgörande bryt- eller svängcylinder för det uppbuma arbetsverktyget 14. Genom inverkan av en i respektive manöverventil 21a, 21b ingående slid (ej visad) kan man fä ett bestämt flöde ut till ett verkställande organ via ledningarna. Sliden manövreras elektriskt och förflyttas en bestämd sträcka i ventilen 21a, 21b när en spak 4a, 4b på manöverlàdan 4 påverkas. Det bör underförstås att slidens förflyttning i ventilen 21a, 21b är proportionell mot spakutslaget 4a, 4b. Datorenheten 25 är ansluten till nämnda första och andra manöverventil 21a, 21 b för reglering av dem. Spakama 4a, 4b, liksom manöverlàdan 4 som helhet är anslutna till datorenheten 25. Hydraulsystemet 23 är av lastavkännande typ, vilket innebär att pumpen 20 enbart levererar vätska när den behövs och dit den behövs.. Som nämnts härovan âr volymflödet av hydraulmedium för respektive manöverventil 21a, 21b proportionellt mot spakutslaget och möjligheten att styra och reglera denna proportionalitet i hydraulsystemet 23 av CAN-typ beskrivs mer ingående i det följande, Norrnalfallet är dock att nämnda spakar ger ett hydraulflöde från manöverventilen 21a, 21b som är proportionellt mot utslaget. Som nämnts är en fördel med denna kända typ av hydraulsystem av CAN-typ som använder ett elektriskt styr- och övervakningssystem med inbyggd mjukvara att hydraulsystemet kan programmeras att uppträda på olika sätt. Programmering sker via styrdatorn 25 varvid l denna lagrade ventilstyrkurvor avgör slidemas utstyrning (öppengrad) vid spakpàverkan. Precis som vanligt styr spakutslaget 4a, 4b hastigheten på en utgående cylinder eller en motors rotation vid påverkan. Mjukvaran gör det möjligt att genom sk. parameterjustering förändra och anpassa av de styrkurvor som hydraulsystemet 23 använder. Styrkurvorna kan anpassas så att proportionaliteten mellan spakutslag och slidens rörelse i manöverventilen 21a, 21b förändras och därmed också det volymsflöde av hydraulmedium som levereras till respektive verkställande organ 30, 31, 32, 33.

Det har visat sig möjligt att lösa problemen med bristfälliga eldistributionsnät och nät som inte klarar att leverera erforderlig energimäng till arbetsmaskiner av denna typ genom att medelst styrsystemets mjukvara åstadkomma ett för operatören valbart driftsläge som 10 15 20 25 30 35 535 'l47 6 erbjuder lägre effekt. Med arbetsmaskinen omställd i det lägre effektläget kommer spakpåverkan, som operatören uppfattar som normal, att resultera i att manöverventilen 21a, 21b bara levererar ett reducerat volymflöde till verkställande organ. Det vill säga. i det fall eldistributionsnätet på platsen inte kan leverera erforderlig effekt (strömstyrka) kan arbetsmaskinen på ett enkelt sätt av operatören omställas till ett driftstillstånd där arbetsmaskinen kan köras med reducerad effekt. Detta valbara effektläge med reducerad hydraulmediumvolym erhålls genom parameterjustering av de ventilstyrkurvor som finns lagrade i hydraulsystemet 23 styrdator 25 så att proportionaliteten mellan spakutslag och slidens rörelse l manöverventilen 21a, 21b upplevs som normalt för operatören, men innebär att volymflödet av hydraulmedium till de verkställande organen begränsas. För att underlätta för operatören 3 sätts arbetsmaskinen 1 i reducerat effektläge medelst valbara menyer i manöverlådan 4.

I fig. 3 visas hydraulsystemet 23 närmare och som framgår härvid betecknas med 22 det kretsschema av elektrohydrauliska ventilblock som tillsammans med styrdatorn 25 styr och reglerar rörelsen hos till arbetsmaskinens första och andra verkställande organ, dvs. den första cylindem 30 (bomcylinder), den andra armcylinder 31. Den elektriska manövreringen av ventilerna 21a, 21b sköts via datorenheten 25. Eventuella övriga i manöverarrnen 10 ingående hydraulcylindrar manövreras styrs på liknande sätt av ytterligare ventilsektioner i blocket, ett ytterligare block visas antytt med punktstreckad konturlinje i fig. 3. En av de båda i manöverlàdan 4 ingående styrspakarna 4a bildar en första signalgivare för operatörens ordergivning till datorenheten 25. Med den elektroniska styrspaken 4a alstras styrsignaler som leds till datorenheten 25 och från denna via manöverventilen 22b förmedlas ett av en ventilstyrkurva 26a, 26b bestämd mängd hydraulflöde till de respektive verkställande organen 30, 31. Styrspaken 4a kommunicerar med styrenheten 22 respektive övriga komponenter via ett integrerat CAN-gränssnitt. Likaså kan parametrering av programfunktioner utföras via CAN-gränssnittet, till exempel med en till styrdatorn 25 ansluten bärbar servicedator. Omställning av arbetsmaskinen 1 från normal drift till driftstillstånd för kraftbegränsning, 'power-limiting" i läge on aktiveras av operatören med hjälp av menyerna på manöverenheten 4 och vilka kommandon tas emot via digitala ingångar i styrdatorn 25. CAN-signaler och kommandon på de digitala ingångama bearbetas i task och maintask och startar och awerkar styrrutiner i styrdatom 25. Programrutinerna styr via PWM-utgångar proportionalmagneter i de elektrohydrauliska ventilerna i blocken 21a, 21 b. l datorenheten 25 finns ventilstyrkurvor 26a, 26b i fonn av mjukvara för vart och ett av respektive verkställande organen 30, 31 och eventuellt övriga verkställande organ lagrade.

Styrförloppet för normal drift respektive drift med kraftbegränsning "power-limiting" är uppdelade i två grupper, nämligen en grupp med förprogrammerade bestämda ventilstyrkurvor 26a, 26b för respektive verkställande cylinder 31, 32 Utgående från valt 10 15 20 535 14? 7 driftsläge med de förprogrammerade bestämda ventilstyrkurvoma 26a, 26b för respektive verkställande cylinder kontrolleras rörelserna. Vidare finns korrektionsfaktorkurvor 27a resp. 27b som har till uppgift att parameterjustera (anpassa) ventilstyrkurvorna 26a, 26b genom att förskjuts dessa pà lämpligt sätt sä att utflödet av hydraulmedium fràn manöverventilen 22a, 22b pá ett i förväg bestämt sätt reduceras. Korrektionsfaktorkurvoma 27a, 27b sätts utgående fràn den beräknade volym flöde som hydraulsystemet kan leverera vid en bestämd maximalt tillgänglig energimängd. Korrektionsfaktorkurvoma 27a, 27b kompenserar och korrigerar ventilstyrkurvoma 26a. 26b så att manöverarrnens 10 verkställande organ 30, 31 och eventuella andra organ kan utföra sina ställ- och manöverrörelser vid ett begränsat volymflöde.

I fig. 4 visas med symboler i vilka arbetslägen maskinen är omställd. Med arbetsmaskinen 1 omställd i positionen för lägesval av köming av arbetsmaskinen 1 med reducerad effekt (power-limiting) visas symbolen för val av ”Driftstillstånd” varvid bildskärmen 4c tänds och vid aktivering av funktionen i läge "Pâ" eller (On) indikeras detta pà manöverlàdans 4 display 4c.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningarna visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentkrav angivna uppfinningstanken.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 536 14? 8 PÅTENTKRAV . Styranordning för en fjärrstyrd, elektriskt driven arbetsmaskin (1) som är körbar såsom ett fordon och försörjs med ström via en elkabel (2, 2') avsedd att anslutas till ett eldistributionsnät, och vilken arbetsmaskin innefattar en i ett vertikalplan manövrerbar arm (10) som är vridbar för svängning i ett horisontalplan omkring en vertikal axel (C) på maskinen och i sin fria ände avsedd att bära ett arbetsverktyg (14), en manöverlàda (4) avsedd för fiärrstyming av arbetsmaskinen varvid en operatör (3) vandrande bredvid arbetsmaskinen står via kabel eller trådlöst, i förbindelse med en styrdator (25) som bildar del av en i arbetsmaskinen ingående CAN-buss baserat programmerbart hydrauliskt styrsystem (22) som omfattar ett elektriskt drivet pumporgan (19) och en elektriskt styrd manöverventil (21a, 21b) som levererar drivflöde till arbetsmaskinens verkställande organ (30, 31, 32, 33), varvid manöverlådan omfattar ett par styrspakar (4a, 4b) samt knappar (4d, 4e) och rattar som genom påverkan tillåter arbetsmaskinen omstâllas i olika funktions eller arbetslägen för styrspakarna, k ä n n e t e c k n a d av att arbetsmaskinen (1) från ett normalt driftsläge är omställbar till ett driftsläge med begränsad effekt varvid volymflödet av hydraulmedium till arbetsmaskinens verkställande organ (30, 31, 32, 33) begränsas genom parameterjustering av de styrkurvor (26a, 26b) som det programmerbara CAN-bussbaserade hydraulsystemet (22) använder för reglering av manöverventllens (21a, 21b) öppenförhållande för genompassage av hydraulflöde till verkställande organ. . Styranordning enligt kravet 1, varvid parameterjustering av ventilstyrkurvoma (26a, 26b) sker genom inverkan av korrektionsfaktorkurvor (27a, 27b) vilka är lagrade som mjukvara i styrdatom (25). . Styranordning enligt något av kraven 1 - 2, varvid omställning från normalt driftsläge för arbetsmaskinen till ett driftsläge med begränsad effekt sker direkt via valbara menyer och knappar (4d, 4e) i manöverlädan (4). . Styranordning enligt något av kraven 1 - 3, varvid ventilstyrkurvoma (26a, 26b) är så anpassade att proportionaliteten mellan spakutslag och rörelsen för en i manöverventilen (21a, 21b) ingående slid förändras genom inverkan av korrektionsfaktorkurvor (27a, 27b) så att det volymsflöde av hydraulmedium som levereras till ett respektive verkställande organ (30, 31, 32, 33) reduceras. 536 '147 9 5. Styranordning enligt något av kraven 1 - 4, varvid de korrektionsfaktorkurvor (27a, 27b) som lagrade som mjukvara i styrdatom (25) är anpassade att vid val av driftsläge med begränsad effekt tillåta en arbetsmaskin att anslutas och drivas av ett elektriskt nät som bara är säkrat för uttag av maximalt sexton (S16 A) ampere nätström. -qpnn--í-nï--