WO1991013215A1 - Excavator with automatic parallel positioning of its manually controllable working tool and arm system by means of sensors - Google Patents
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- WO1991013215A1 WO1991013215A1 PCT/EP1991/000377 EP9100377W WO9113215A1 WO 1991013215 A1 WO1991013215 A1 WO 1991013215A1 EP 9100377 W EP9100377 W EP 9100377W WO 9113215 A1 WO9113215 A1 WO 9113215A1
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
- E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
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- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
Definitions
- the invention relates to an excavator with automatic parallel holding of its manually controllable working tool and arm system according to the preamble of claim 1.
- the excavator according to the invention can be used for various work tools, e.g. for spiked rollers with which seeded embankments are processed. It is preferably used for digging with a backhoe, whereby working levels running parallel to the standing level can be worked on, but also upward or downward slopes.
- the arm system of the excavator according to the invention comprises at least the boom and the arm to which the working tool is articulated.
- the upper carriage forms the abutment of the jib.
- the invention relates to excavators of the latter type, in which a two-part, bent boom in the form of a rocker arm is used, which in conjunction with a stick of corresponding length results in an arm system of maximum reach as soon as the arm system is stretched.
- Such excavators work particularly efficiently on extensive excavation levels, but on the other hand allow normal road transport with a folded arm system.
- the arm system of the excavator according to the invention is actuated regularly with the aid of hydraulic working cylinders which form the swivel drives. The required swivel angle can be made possible by connecting the piston rods of such working cylinders to handlebar systems or to cantilever arms of the arm system.
- the hydraulic working cylinders of the swivel drives of the working tool and the arm system are actuated by the excavator operator via directional control valves via the manual control on the cabin, which is usually arranged on the uppercarriage.
- the excavator operator has the option of controlling all three working cylinders of the working tool and the arm system independently of one another with the manual control.
- the operator Before the digging movement of such an excavator can be initiated by the excavator operator, the operator must stretch the arm system so far that the working tool reaches its starting position, which does not always correspond to the maximum range of the arm system. The excavator operator must then pivot the work tool into a position that is to be regarded as favorable. If the working tool is designed as a backhoe, it has a knife for peeling off the bottom, which is often equipped with teeth and forms a guide surface with the adjoining bottom plate, which, due to the selected position relative to the bottom, forms the so-called cutting angle forms. This depends, among other things, on the hardness of the material to be mined.
- the excavator driver mostly controls the boom or the stick with one of the swivel drives, the control system correcting the drive of the working tool.
- the excavator operator must be able to change the position of the working tool, for example to fill a bucket, to empty it or to set it before the start of excavation.
- the excavator driver has the option of actuating the swivel drive of the work tools, which is usually also in the form of a hydraulic working cylinder, with the control.
- the operator of the excavator must make corrections to the work tool while digging. This results from the fact that the harder the soil, the greater the hardness of the ground and the difference in hardness along the gravel path is the rule. If you start the digging process e.g. in the harder ground with the correct cutting angle and leaves it unchanged along the grazing path, the knife or its guide surface in the softer ground section penetrates deep into the ground unintentionally. Conversely, with an optimal cutting angle for the soft bottom part of the scraping straight in the hard section, there is no removal because the cutting angle is too small. The spoon simply slides over the prospect. Possibly. the superstructure with its substructure is even brought into a tilt position. Without correcting the cutting angle during the
- the digging process remains in hard areas of the Mountains and in soft spots of the
- the excavator according to the invention therefore has the aforementioned parallel holding of its working tool. This ensures that the working tool is kept parallel to itself during the excavation by swiveling in a vertical plane, so that the excavator operator only needs to carry out the minimal pulse-like correction control for optimizing the cutting angle after the inclination of the digging plane has been determined.
- the invention differs from such backhoe excavators, which mechanically force the work tool to remain parallel (DBP 18 00 045).
- the arm system is designed so that a hydraulic cylinder used to pivot the bucket on the one hand near the pivot axis of the dipper arm on the boom and on the other hand near the The pivot axis of the bucket engages the triangular bellcrank mounted on the dipper stick in such a way and the bellcrank is connected to the bucket via a short link so that the dipper stick, the bellcrank and the hydraulic cylinder together with the front end of the boom form a large four-bar linkage; this is coupled via a deflection triangle formed by the triangular deflection lever to a small quadrilateral joint formed by the deflection lever, the end of the dipper arm, the dipper arm and the short link; for a given length of the boom and for a given length of the dipper stick, the dimensions of the four-bar linkage and the deflecting triangle are coordinated with one another, and the
- Swiveling movement of the boom is guided in parallel over the entire swivel range of the dipper stick along the slope.
- the preselected cutting angle inevitably results from the geometry of the arm system.
- the excavator operator therefore only has to operate the digging movement with a hydraulic cylinder on the excavator's excavation device and must overlay the corrections described.
- the invention provides sensors for the control, it is independent of the geometry of the arm system. Therefore, the restrictions on the length of the dipper stick, which are required in the mechanical solution described, are eliminated and results from the dependence of the dipper arm length on the stroke of the working cylinder, which swivels the working tool and therefore specifies the smallest dipper arm length. Larger lengths are also possible in the known system, but require additional links corresponding to the change in length between the large and small four-bar linkage. This means additional masses with a large projection of the arm system, which reduce the useful content of the bucket and reduce the optimal possible reach.
- the invention is based on a previously known excavator of the latter type (DE-OS 31 34 064).
- the cutting angle of the work tool is determined via a pendulum, which adjusts a potentiometer, which together with the pendulum forms the tool sensor, which is the respective one
- a manually adjustable potentiometer supplies the controller with the setpoint, which is converted into a controlled variable in a comparison stage, which controls a directional valve via a driver that controls the rotary actuator of the working tool forming working cylinder.
- the control of the arm system is separate from this.
- the pressure in the swing cylinder of the boom is preselected using a potentiometer forming the boom sensor and is kept constant using a pressure valve.
- Cutting angle of the work tool primarily from the setpoint-actual value comparison.
- the creation of the controlled variable requires that there is actually a defined difference between the setpoint and the actual value.
- the cutting angle and thus the actual value of the control must be adjusted in order to steer the bucket deeper into the soil or out of it to steer upwards. Since keeping the cutting angle parallel requires a significant change in the actual value in order to form a controlled variable, problems arise especially when changing direction, i.e.
- the invention has for its object to provide in a simple manner an excavator of the type mentioned, which, while avoiding the disadvantages mentioned, enables movement of the working tool, in particular thus a grazing straight line, irrespective of the ground conditions, which deviates from the predetermined ideal line only to a negligible extent without having to place excessive demands on the excavator operator in terms of time and skill.
- the setpoint adjuster and thus the tool sensor can be adjusted synchronously and proportionally with the manual control of the work tool, every control measure, for example the cutting angle of a bucket, is carried out by the excavator operator so that the control remains unchanged, ie the parallel position is also enforced when the cutting angle is changed.
- the excavator operator can dig out a hard ground section with a correspondingly enlarged cutting angle and then support it again with a reduced cutting angle continue to mine the control system, since the deviations from the setpoint and actual value according to the invention are independent of the control intervention in the drive of the working tool and do not influence the control system. It has been found that this control of the excavator according to the invention completely avoids the incorrect control of the working tool which has hitherto occurred under inhomogeneous soil conditions. Even inexperienced excavator operators can use the manual control of the work tool at any time
- Excavators can nevertheless have maximum lengths and are completely independent of their geometry. It can also not be overloaded by the excavator operator because the manual control changes the setpoint and actual value of the work tool simultaneously and proportionally.
- control is further simplified in that the determination of the actual value by a measuring device is omitted in that the work tool is used to adjust the tool sensor. This makes the control independent of the inevitable fluctuations in measured values, which is particularly problematic in the case of the known inclinometers.
- Excavators also control with potentiometers. According to the features of claim 3, resistance values serve as measured values, which control the controlled system via a bridge circuit.
- Fig. 5 is a hydraulic control according to the invention, partly in the form of a
- Fig. 6 is a block diagram of the electrical sensors of the excavator control and
- Fig. 7 is a schematic representation of the deep-sea ice, which is used in the embodiment of FIGS. 1 to 4.
- the excavator has an arm system which is supported on an uppercarriage (1). This can be pivoted about a vertical axis on an undercarriage (1 ').
- the arm system essentially has a cantilever rocker arm (2) articulated on the superstructure (1) at (4) about a horizontal axis, which is designed in two parts and bent downwards.
- the boom system also consists of the arm (5) which can be pivoted in the vertical plane, just like the boom rocker arm (2).
- a working cylinder (6) is used to pivot the arm (5).
- a bucket (8) which can be pivoted about its pivot point (10) on the arm (5) via a working cylinder (9) and a lever system.
- the cutting angle shown can be changed using the working cylinder (9).
- FIGS. 1 to 4 A comparison of FIGS. 1 to 4 with each other shows that there are different angles ⁇ , ⁇ and ⁇ when the arm system and the bucket (8) are set to different embankment angles.
- Adjustment of the setpoint adjuster p H and the tool sensor p S with the manual control of the excavator is shown in FIG. 5.
- the control device shown has a hand lever (21) which actuates a multi-way valve (24) via hydraulic lines (22 and 23), as a result of which the working cylinder (9) can be adjusted via the lines (25, 25a and 26).
- the hydraulic pump (36), the required pressure relief valve (37) and the hydraulic oil tank (38) are shown symbolically in the figures.
- the boom cylinder (3) and the working cylinder (6) for actuating the arm (5) are controlled, the cylinder force and the cylinder speed being proportional to the size of the deflection angle in the hand lever.
- the invention is based on obtaining this hand control for the excavator operator.
- the excavator operator can, as usual, assume that, depending on the design of the hand lever of the control (21), a corresponding reaction, e.g. on the working cylinder of the deep-sea ice (9).
- the control device (21) is also used to set the target value.
- the spoon can be brought into positions in which it is filled or emptied.
- a change in the sensor p H (34) is carried out with a small actuating cylinder (35) is controllable at least in speed proportional to the hand lever adjustment.
- the bucket cylinder (9) is regulated via the hydraulic lines (28 and 29) via a multi-way valve (27) which is controlled electromagnetically.
- the values of all sensors according to FIG. 6 are present at the input of the driver (30). If there is a comparison, as shown, changes
- the control causes the driver to actuate the magnet (31 or 32) in the sense of a change in the sensor pg (33), so that the adjustment takes place.
- the embodiment according to FIG. 5 does not allow the actual and setpoint values to lag as soon as the control (21) is actuated.
- the sensor p H (34) required for specifying the setpoint is changed according to the invention with manual adjustment simultaneously with the sensor p S in the same direction and in the same size.
- an auxiliary cylinder (35) is used for this. Its rod-side volume is equal to the piston-side volume of the bucket cylinder (9).
- the hydraulic line (25) is connected to the piston side of the auxiliary cylinder (35).
- the hydraulic line (25a) connects the rod side of the auxiliary cylinder (35) to the piston side of the spoon cylinder (9).
- a valve which is not described in any more detail here, it is possible, for example, to completely extend the piston rods as the basic position on both cylinders.
- both piston rods of the auxiliary cylinders can then be switched on and off at the same time extend. Because each piston rod is coupled to a sensor (34 or 33), their values change just as synchronously as the rod positions. Via the hydraulic lines (28 and 29), which start from the multi-way valve (27), the
- Bucket cylinder (9) adjusted so that the bucket (8) is permanently parallel.
- the bucket cylinder (9) is adjusted via the hydraulic lines (25, 25a and 26) from the multi-way valve (24) when the starting position is set or when filling or emptying or correcting.
- the bucket (8) is thereby brought into any position, which is done sensitively, precisely and proportionally, the operator of a conventional excavator not having to relearn.
- Another advantage of the invention results when the load limits are reached.
- the sensor p H (34) and the sensor p S (33) are always changed together when manually adjusted, the hand lever at (21) can be actuated as often as required to overcome an obstacle. If the spoon cannot be moved, the sensor p S (33) does not move and the spoon cylinder (9) remains unchanged. The position of the auxiliary cylinder (35) does not change, which is why the sensor p H (34) is not adjusted. This prevents uncontrolled movements of the arm system or the working tools of the excavator.
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Abstract
An excavator with automatic parallel positioning of its manually controllable working tool and arm system by means of sensors consists essentially of a boom rocker articulated to an upper carriage and a handle which can pivot in the vertical pivoting plane of the boom rocker and which is articulated to the working tool, preferably a dipper shovel. The excavator also has a control system for the parallel positioning containing a tool sensor which detects the position of the working tool, a reference value setter and a comparison stage with co-operates with the sensor of the arm system. The manual control system (21) of the working tool adjusts the reference value setter (PH?) and therefore, synchronously and proportionally, the tool sensor (PS?), and the arm system is controlled by means of its sensors (PF?, PM?).
Description
Bagger mit automatischer Parallelhaltung seines von Hand steuerbaren Arbeitswerkzeuges und Armsystems durch Sensoren Excavator with automatic parallel holding of its manually controllable work tool and arm system by sensors
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Bagger mit automatischer Parallelhaltung seines von Hand steuerbaren Arbeitswerkzeuges und Armsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to an excavator with automatic parallel holding of its manually controllable working tool and arm system according to the preamble of claim 1.
Der erfindungsgemäße Bagger ist für verschiedene Arbeitswerkzeuge verwendbar, z.B. für Stachelwalzen, mit denen angesäte Böschungen bearbeitet werden. Vorzugsweise dient er zum Schürfen mit einem Tieflöffel, wobei parallel zur Standebene verlaufende Arbeitsebenen bearbeitet werden können, aber auch nach oben oder nach unten verlaufende Böschungen. Das Armsystem des erfindungsgemäßen Baggers umfaßt wenigstens den Ausleger und den Stiel, an dem das Arbeitswerkzeug angelenkt ist. Das Widerlager des Auslegers bildet der Oberwagan. Darunter ist ein Teil des Baggers zu verstehen, der entweder auf einer stationären Unterkonstruktion schwenkbar oder beweglich angeordnet ist. Oder der schwenkbare Oberwagen sitzt auf einem Fahrgestell, das mit Raupen oder Rädern versehen ist. The excavator according to the invention can be used for various work tools, e.g. for spiked rollers with which seeded embankments are processed. It is preferably used for digging with a backhoe, whereby working levels running parallel to the standing level can be worked on, but also upward or downward slopes. The arm system of the excavator according to the invention comprises at least the boom and the arm to which the working tool is articulated. The upper carriage forms the abutment of the jib. This includes a part of the excavator that is either pivotable or movably arranged on a stationary substructure. Or the swiveling superstructure sits on a chassis that is equipped with caterpillars or wheels.
Inbesondere und vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf Bagger der letztgenannten Ausführung, bei denen ein zweiteiliger, abgeknickter Ausleger in Form einer Schwinge verwendet wird, wodurch sich in Verbindung mit einem Stiel entsprechender Länge ein Armsystem maximaler Reichweite ergibt, sobald
das Armsystem gestreckt ist. Solche Bagger arbeiten besonders rationell auf ausgedehnten Schürfebenen, lassen aber andererseits einen normalen Straßentransport mit zusammengefaltetem Armsystem zu. Das Armsystem des erfindungsgemäßen Baggers wird regelmäßig mit Hilfe hydraulischer Arbeitszylinder betätigt, welche die Schwenkantriebe bilden. Die erforderlichen Schwenkwinkel lassen sich durch den Anschluß der Kolbenstangen solcher Arbeitszylinder an Lenkersysteme oder an Kragarme des Armsystems ermöglichen. In particular and preferably, the invention relates to excavators of the latter type, in which a two-part, bent boom in the form of a rocker arm is used, which in conjunction with a stick of corresponding length results in an arm system of maximum reach as soon as the arm system is stretched. Such excavators work particularly efficiently on extensive excavation levels, but on the other hand allow normal road transport with a folded arm system. The arm system of the excavator according to the invention is actuated regularly with the aid of hydraulic working cylinders which form the swivel drives. The required swivel angle can be made possible by connecting the piston rods of such working cylinders to handlebar systems or to cantilever arms of the arm system.
Die hydraulischen Arbeitszylinder der Schwenkantriebe des Arbeitswerkzeuges und des Armsystems werden über die Handsteuerung auf der meistens auf dem Oberwagen angeordneten Kabine von dem Baggerführer über Wegeventile beaufschlagt. Bei einem erfindungsgemäßen Bagger der bevorzugten Ausführungsform hat der Baggerführer die Möglichkeit, mit der Handsteuerung alle drei Arbeitszylinder des Arbeitswerkzeuges und des Armsystems unabhängig voneinander zu steuern. The hydraulic working cylinders of the swivel drives of the working tool and the arm system are actuated by the excavator operator via directional control valves via the manual control on the cabin, which is usually arranged on the uppercarriage. In an excavator of the preferred embodiment according to the invention, the excavator operator has the option of controlling all three working cylinders of the working tool and the arm system independently of one another with the manual control.
Bevor die Schürfbewegung eines solchen Baggers vom Baggerführer eingeleitet werden kann, muß dieser das Armsystem so weit strecken, daß das Arbeitswerkzeug in seine Ausgangsstellung gelangt, die nicht immer der maximalen Reichweite des Armsystems entspricht. Sodann muß der Baggerführer das Arbeitswerkzeug in eine als günstig anzusehende Stellung verschwenken. Ist das Arbeitswerkzeug als Tieflöffei ausgebildet, so besitzt es zum Abschälen des Bodens ein Messer, das oft mit Zähnen bestückt ist und mit dem anschließenden Bodenblech insgesamt eine Führungsfläche bildet, die durch die gewählte Stellung gegenüber dem Boden den sogenannten
schnittwinkel bildet. Dieser ist u.a. von der Harte des zu schürfenden Materials abhängig. Infolge der bei dem erfindungsgemäßen Bagger vorgesehenen Parallelhaltung steuert der Baggerfahrer meistens mit einem der Schwenkantriebe den Ausleger bzw. den Stiel, wobei die Steuerung den Antrieb des Arbeitswerkzeuges korrigiert. Zu Beginn und am Ende der Schürfbewegungen muß der Baggerführer die Möglichkeit haben, die Stellung des Arbeitswerkzeuges zu ändern, z.B. um einen Tieflöffei zu füllen, zu entleeren oder vor Schürfbeginn einzustellen. Deswegen hat der Baggerfahrer die Möglichkeit, den meistens ebenfalls in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders verwirklichten Schwenkantrieb des Arbeitswerkzeuge mit der Steuerung zu betätigen. Before the digging movement of such an excavator can be initiated by the excavator operator, the operator must stretch the arm system so far that the working tool reaches its starting position, which does not always correspond to the maximum range of the arm system. The excavator operator must then pivot the work tool into a position that is to be regarded as favorable. If the working tool is designed as a backhoe, it has a knife for peeling off the bottom, which is often equipped with teeth and forms a guide surface with the adjoining bottom plate, which, due to the selected position relative to the bottom, forms the so-called cutting angle forms. This depends, among other things, on the hardness of the material to be mined. As a result of the parallel posture provided in the excavator according to the invention, the excavator driver mostly controls the boom or the stick with one of the swivel drives, the control system correcting the drive of the working tool. At the beginning and at the end of the excavation movements, the excavator operator must be able to change the position of the working tool, for example to fill a bucket, to empty it or to set it before the start of excavation. For this reason, the excavator driver has the option of actuating the swivel drive of the work tools, which is usually also in the form of a hydraulic working cylinder, with the control.
Normalerweise muß der Baggerführer während des Schürfens Korrekturen an dem Arbeitswerkzeug vornehmen. Das ergibt sich zwingend aus der Tatsache, daß der Schhittwinkel umso größer sein muß, je härter der Boden ist und Härteunterschiede entlang des Schürfweges die Regel sind. Beginnt man den Schürfvorgang z.B. im härteren Boden mit dem dafür richtigen Schnittwinkel und läßt diesen unverändert entlang des Schürfweges, so dringt das Messer bzw. seine Führungsfläche im weicheren Bodenabschnitt ungewollt tief in den Boden ein. Umgekehrt kommt bei optimalem Schnittwinkel für den weichen Bodenteil der Schürfgeraden im harten Abschnitt kein Abtrag zustande, weil der Schnittwinkel zu klein ist. Der Löffel rutscht einfach über die Schürffläche. U.U. wird dabei sogar der Oberwagen mit seiner Unterkonstruktion in eine Kippstellung gebracht. Ohne Korrektur des Schnittwinkels während des Typically, the operator of the excavator must make corrections to the work tool while digging. This results from the fact that the harder the soil, the greater the hardness of the ground and the difference in hardness along the gravel path is the rule. If you start the digging process e.g. in the harder ground with the correct cutting angle and leaves it unchanged along the grazing path, the knife or its guide surface in the softer ground section penetrates deep into the ground unintentionally. Conversely, with an optimal cutting angle for the soft bottom part of the scraping straight in the hard section, there is no removal because the cutting angle is too small. The spoon simply slides over the prospect. Possibly. the superstructure with its substructure is even brought into a tilt position. Without correcting the cutting angle during the
Schürfvorganges bleiben an harten Stellen des
Schürfweges Berge und an weichen Stellen des The digging process remains in hard areas of the Mountains and in soft spots of the
Schürfweges Täler zurück. Die gewünschte planebene Fläche kommt nicht zustande. Wenn der Baggerführer den Härteunterschieden entsprechend dem Schnittwinkel immer wieder anpaßt, kommt schließlich eine ebene Schürffläche auch mit der vorgegebenen Neigung zustande. Valleys back. The desired flat surface is not achieved. If the excavator operator continually adjusts the hardness differences according to the cutting angle, a level scraping surface is finally achieved with the specified inclination.
Die Erfahrung zeigt zwar, daß der Baggerführer nur mit hohem Zeitaufwand und großer Geschicklichkeit in der Lage ist, die drei Schwenkwinkel des Armsystems gleichzeitig so zu steuern, daß die Schürfebene mit einer vorgegebenen Ebene übereinstimmt. Wenn aber eine größere Genauigkeit und wirtschaftliche Arbeitsgeschwindigkeit über den gesamten möglichen Schürfweg vorherrschen sollen, müssen dem, insbesondere dem mittelmäßigen Baggerführer technische Hilfsmittel zur Verfügung gestellt werden. Daher weist der erfindungsgemäße Bagger die erwähnte Parallelhaltung seines Arbeitswerkzeuges auf. Diese sorgt dafür, daß während des Schürfens das Arbeitswerkzeug durch Schwenken in senkrechter Ebene zu sich selbst parallel gehalten wird, so daß der Baggerführer nur noch die minimale impulsartige Korrektursteuerung zur Optimierung des Schnittwinkels vorzunehmen braucht, nachdem die Neigung der Schürfebene festliegt. Experience shows that the excavator operator is only able to control the three swivel angles of the arm system with great effort and great skill, so that the grazing level coincides with a predetermined level. If, however, greater accuracy and economic working speed are to prevail over the entire possible excavation path, technical aids must be made available to him, especially to the mediocre excavator operator. The excavator according to the invention therefore has the aforementioned parallel holding of its working tool. This ensures that the working tool is kept parallel to itself during the excavation by swiveling in a vertical plane, so that the excavator operator only needs to carry out the minimal pulse-like correction control for optimizing the cutting angle after the inclination of the digging plane has been determined.
Die Erfindung unterscheidet sich von derartigen Löffelbaggern, welche auf mechanischem Wege eine Parallelhaltung des Arbeitswerkzeuges erzwingen (DBP 18 00 045). Bei diesen Baggern ist das Armsystem so ausgebildet, daß ein zum Schwenken des Löffels dienender hydraulischer Zylinder einerseits in der Nähe der Schwenkachse des Löffelstiels am Ausleger und andererseits an einem in der Nähe der
Schwenkachse des Löffels am Löffelstiel gelagerten dreieckförmigen Umlenkhebel derart angreift und der Umlenkhebel mit dem Löffel über einen kurzen Lenker so verbunden ist, daß der Löffelstiel, der Umlenkhebel und der hydraulische Zylinder zusammen mit dem vorderen Ende des Auslegers ein großes Gelenkviereck bilden; dieses ist über ein von dem dreieckförmigen Umlenkhebel gebildetes Umlenkdreieck mit einem von dem Umlenkhebel, dem Ende des Löffelstiels, dem Löffelstiel und dem kurzen Lenker gebildeten kleinen Gelenkviereck gekoppelt; bei gegebener Länge des Auslegers und bei gegebener Länge des Löffelstiels sind die Abmessungen der Gelenkvierecke, sowie des Umlenkdreiecks so aufeinander abgestimmt, und das große Gelenkviereck ist beim Einstellen des Schnittwinkels des Löffels auf die Neigung einer zu bearbeitenden Böschung mit Hilfe des hydraulischen Zylinders derart verändert und dadurch der Böschungsneigung angepaßt, daß der Löffel während der Grabbewegung unter Berücksichtigung der der Böschungsneigung entsprechenden The invention differs from such backhoe excavators, which mechanically force the work tool to remain parallel (DBP 18 00 045). In these excavators, the arm system is designed so that a hydraulic cylinder used to pivot the bucket on the one hand near the pivot axis of the dipper arm on the boom and on the other hand near the The pivot axis of the bucket engages the triangular bellcrank mounted on the dipper stick in such a way and the bellcrank is connected to the bucket via a short link so that the dipper stick, the bellcrank and the hydraulic cylinder together with the front end of the boom form a large four-bar linkage; this is coupled via a deflection triangle formed by the triangular deflection lever to a small quadrilateral joint formed by the deflection lever, the end of the dipper arm, the dipper arm and the short link; for a given length of the boom and for a given length of the dipper stick, the dimensions of the four-bar linkage and the deflecting triangle are coordinated with one another, and the large four-bar linkage is changed and adjusted in this way when adjusting the cutting angle of the bucket to the inclination of a slope to be worked with the help of the hydraulic cylinder adapted to the slope inclination, that the bucket during the digging movement taking into account that corresponding to the slope slope
Schwenkbewegung des Auslegers annähernd über den gesamten Schwenkbereich des Löffelstiels entlang der Böschung parallelgeführt wird. Hierbei ergibt sich der einmal vorgewählte Schnittwinkel zwangsläufig aus der Geometrie des Armsystems. Der Baggerführer hat deswegen nur noch die Grabbewegung mit einem hydraulischen Zylinder an der Schürfeinrichtung des Baggers zu betätigen und muß die beschriebenen Korrekturen überlagern. Swiveling movement of the boom is guided in parallel over the entire swivel range of the dipper stick along the slope. Here the preselected cutting angle inevitably results from the geometry of the arm system. The excavator operator therefore only has to operate the digging movement with a hydraulic cylinder on the excavator's excavation device and must overlay the corrections described.
Dadurch, daß die Erfindung Sensoren für die Steuerung vorsieht, ist sie von der Geometrie des Armsystems unabhängig. Deswegen fallen die Beschränkungen der Länge des Löffelstieles fort, die bei der beschriebenen mechanischen Lösung erforderlich ist
und sich aus der Abhängigkeit der Löffelstiellänge von dem Hub des Arbeitszylinders ergibt, der das Arbeitswerkzeug schwenkt und deshalb die kleinste Löffelstiellänge vorgibt. Zwar sind größere Längen auch bei dem bekannten System möglich, erfordern aber weitere, der Längenänderung entsprechende Lenker zwischen großem und kleinen Gelenkviereck. Das bedeutet zusätzliche Massen mit großer Ausladung des Armsystems, welche den Nutzinhalt des Löffels mindern und die optimal mögliche Reichweite verringern. Because the invention provides sensors for the control, it is independent of the geometry of the arm system. Therefore, the restrictions on the length of the dipper stick, which are required in the mechanical solution described, are eliminated and results from the dependence of the dipper arm length on the stroke of the working cylinder, which swivels the working tool and therefore specifies the smallest dipper arm length. Larger lengths are also possible in the known system, but require additional links corresponding to the change in length between the large and small four-bar linkage. This means additional masses with a large projection of the arm system, which reduce the useful content of the bucket and reduce the optimal possible reach.
Zwar lassen sich weitere Lenker mit einer hydraulischen Parallelhaltung vermeiden, bei der man die Parallelführung des Arbeitswerkzeuges mit einem zusätzlichen hydraulischen Antrieb, einem sogenannten Masterzylinder, erzwingt (DBP 24 39 967). Aber auch hiermit ist der Nachteil eines zu hohen technischen Aufwandes verbunden, wobei die Parallelführung überdies bei Löffelstieldrehwinkeln von über 100° entartet. Das setzt der Verlängerung des Armsystem und damit der Reichweite enge Grenzen. Diese sind bei Verwendung von Sensoren aufgehoben. Additional handlebars with hydraulic parallel posture can be avoided, in which the parallel guidance of the work tool is forced with an additional hydraulic drive, a so-called master cylinder (DBP 24 39 967). But this is also associated with the disadvantage of too high a technical outlay, the parallel guidance also degenerating at dipper arm rotation angles of over 100 °. This limits the extension of the arm system and thus the range. These are canceled when sensors are used.
Die Erfindung geht von einem vorbekannten Bagger der letztgenannten Art aus (DE-OS 31 34 064). Hierbei wird der Schnittwinkel des Arbeitswerkzeuges über ein Pendel ermittelt, welches ein Potentiometer verstellt, das zusammen mit dem Pendel den Werkzeugsensor bildet, welcher den jeweiligen The invention is based on a previously known excavator of the latter type (DE-OS 31 34 064). Here, the cutting angle of the work tool is determined via a pendulum, which adjusts a potentiometer, which together with the pendulum forms the tool sensor, which is the respective one
Schnittwinkel in einen diesem proportionalen Widerstandswert umsetzen soll. Ein von Hand einstellbares Potentiometer liefert der Steuerung den Sollwert, der in einer Vergleichsstufe in eine Regelgröße umgesetzt wird, die über einen Treiber ein Wegeventil ansteuert, das den den Schwenkantrieb
des Arbeitswerkzeuges bildenden Arbeitszylinder beaufschlagt. Hiervon ist die Steuerung des Armsystems getrennt. Der Druck im Schwenkzylinder des Auslegers wird über ein den Auslegersensor bildendes Potentiometer vorgewählt und ständig über ein Druckventil konstant gehalten. Should convert the angle of intersection into a resistance value proportional to this. A manually adjustable potentiometer supplies the controller with the setpoint, which is converted into a controlled variable in a comparison stage, which controls a directional valve via a driver that controls the rotary actuator of the working tool forming working cylinder. The control of the arm system is separate from this. The pressure in the swing cylinder of the boom is preselected using a potentiometer forming the boom sensor and is kept constant using a pressure valve.
In einer solchen Steuerung bestimmt sich der In such a control the
Schnittwinkel des Arbeitswerkzeuges in erster Linie aus dem Sollwert-Istwert-Vergleich. Das Entstehen der Regelgröße hat jedoch zur Voraussetzung, daß auch tatsächlich eine definierte Differenz zwischen Sollwert und Istwert vorhanden ist. Im Regelfall, also bei nicht homogenen Böden, die eine oder mehrere Änderungen des Schnittwinkels im Zuge der Schürfbewegung des Löffels erforderlich machen, muß der Schnittwinkel verstellt und damit der Istwert der Regelung verstellt werden, um den Löffel tiefer in den Boden zu lenken oder aus diesem nach oben zu steuern. Da die Parallelhaltung des Schnittwinkels eine deutliche Änderung des Istwertes voraussetzt, um überhaupt eine Regelgröße zu bilden, ergeben sich besonders bei Richtungsänderungen, also beim Wechsel von Hinein- und Herausschneiden Probleme, weil eine Folgeverzögerung zwischen Handaktion und Löffelbewegungsreaktion die Baggerführer veranlaßt, nach anfänglich verhaltener Ansteuerung ohne Wirkung schließlich den Steuerhandhebel weiter auszu- lenken, was mehr Kraft bzw. mehr Geschwindigkeit am angesprochenen Schwenkantrieb bedeutet. Sein Cutting angle of the work tool primarily from the setpoint-actual value comparison. However, the creation of the controlled variable requires that there is actually a defined difference between the setpoint and the actual value. As a rule, i.e. in the case of non-homogeneous soils, which require one or more changes in the cutting angle in the course of the scraper movement of the bucket, the cutting angle and thus the actual value of the control must be adjusted in order to steer the bucket deeper into the soil or out of it to steer upwards. Since keeping the cutting angle parallel requires a significant change in the actual value in order to form a controlled variable, problems arise especially when changing direction, i.e. when cutting in and out, because a subsequent delay between hand action and bucket movement reaction causes the excavator operator to act after initially restrained activation Finally, without effect, the control hand lever is deflected, which means more power or more speed on the swivel drive addressed. His
aggressiver Steuerungseingriff hat aber zur Folge, daß die Korrekturstellgroße weit über das gewollte Maß hinausgeht und Bewegungsabläufe zur Korrektursteuerung in der beschriebenen und gewollten Form praktisch unmöglich werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise einen Bagger der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, welcher unter Vermeidung der bezeichneten Nachteile unabhängig von den Bodenverhältnissen eine Bewegung des Arbeitswerkzeuges, insbesondere also eine Schürfgerade ermöglicht, die von der vorgegebenen Ideallinie nur in unerheblichen Grenzen abweicht, ohne daß an den Baggerführer über das normale Maß hinaus überhöhte Anforderungen an Zeitaufwand und Geschicklichkeit gestellt werden müssen. Aggressive control intervention has the consequence, however, that the correction manipulated variable goes far beyond the desired level and movement sequences for correction control in the described and desired form become practically impossible. The invention has for its object to provide in a simple manner an excavator of the type mentioned, which, while avoiding the disadvantages mentioned, enables movement of the working tool, in particular thus a grazing straight line, irrespective of the ground conditions, which deviates from the predetermined ideal line only to a negligible extent without having to place excessive demands on the excavator operator in terms of time and skill.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. The invention achieves this object with the features of claim 1. Further features of the invention are the subject of the dependent claims.
Indem erfindungsgemäß mit der Handsteuerung des Arbeitswerkzeuges der Sollwerteinsteller und damit synchron und proportional der Werkzeugsensor verstellbar sind, führt jede Steuerungsmaßnahme z.B. des Schnittwinkels eines Tieflöffels durch den Baggerführer dazu, daß die Regelung unverändert bleibt, d.h. die Parallelhaltung auch bei geändertem Schnittwinkel erzwungen wird. Da die Steuerung des Armsystems mit Hilfe von dessen Sensoren erfolgt und die Regelung nur bei hinreichend großen Änderungen des Istwertes einen Eingriff in den Antrieb des Arbeitswerkzeuges veranlaßt, kann der Baggerführer z.B. eine harte Bodenpartie mit entsprechend vergrößertem Schnittwinkel ausgraben und danach mit wieder vermindertem Schnittwinkel unterstützt von der Regelung weiter schürfen, da die Abweichungen von Soll- und Istwert erfindungsgemäß von dem steuernden Eingriff in den Antrieb des Arbeitswerkzeuges unabhängig ist und die Regelung nicht beeinflußt.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Steuerung des erfindungsgemäßen Baggers die unter inhomogenen Bodenverhältnissen bislang auftretenden Fehlsteuerungen des Arbeitswerkzeuges vollständig vermeidet. Auch ungeübte Baggerführer können mit der Handsteuerung des Arbeitswerkzeuges jederzeit den Since, according to the invention, the setpoint adjuster and thus the tool sensor can be adjusted synchronously and proportionally with the manual control of the work tool, every control measure, for example the cutting angle of a bucket, is carried out by the excavator operator so that the control remains unchanged, ie the parallel position is also enforced when the cutting angle is changed. Since the arm system is controlled with the aid of its sensors and the control only intervenes in the drive of the work tool if the actual value changes sufficiently, the excavator operator can dig out a hard ground section with a correspondingly enlarged cutting angle and then support it again with a reduced cutting angle continue to mine the control system, since the deviations from the setpoint and actual value according to the invention are independent of the control intervention in the drive of the working tool and do not influence the control system. It has been found that this control of the excavator according to the invention completely avoids the incorrect control of the working tool which has hitherto occurred under inhomogeneous soil conditions. Even inexperienced excavator operators can use the manual control of the work tool at any time
Schnittwinkel verändern und genau einstellen, ohne das Arbeitswerkzeug in Fehlstellungen zur jeweiligen Ideallinie zu bringen. Das Armsystem des Change and precisely adjust the cutting angle without bringing the work tool to the ideal line in the wrong position. The arm system of the
Baggers kann gleichwohl maximale Längen aufweisen und ist von seiner Geometrie im einzelnen völlig unabhängig. Es kann durch den Baggerführer auch nicht überlastet werden, weil die Handsteuerung Soll- und Istwert des Arbeitswerkzeuges gleichzeitig und proportional ändert. Excavators can nevertheless have maximum lengths and are completely independent of their geometry. It can also not be overloaded by the excavator operator because the manual control changes the setpoint and actual value of the work tool simultaneously and proportionally.
Gemäß der Ausführungsform nach dem Anspruch 2 wird die Steuerung weiter dadurch vereinfacht, daß die Feststellung des Istwertes durch ein Meßgerät entfällt, indem das Arbeitswerkzeug zur Verstellung des Werkzeugsensors dient. Dadurch wird die Steuerung von den unvermeidlichen Meßwertschwankungen unabhängig, welche bei den bekannten Neigungsmessern besonders problematisch ist. According to the embodiment according to claim 2, the control is further simplified in that the determination of the actual value by a measuring device is omitted in that the work tool is used to adjust the tool sensor. This makes the control independent of the inevitable fluctuations in measured values, which is particularly problematic in the case of the known inclinometers.
Vorzugsweise arbeitet in dem erfindungsgemäßen Preferably works in the invention
Bagger die Steuerung auch mit Potentiometern. Nach den Merkmalen des Anspruches 3 dienen als Meßwerte Widerstandswerte, die über eine Brückenschaltung die Regelstrecke ansteuern. Excavators also control with potentiometers. According to the features of claim 3, resistance values serve as measured values, which control the controlled system via a bridge circuit.
Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Bagger in Seitenansicht zu Beginn der Schürfbewegung nach dem Basisabgleich durch den Baggerführer vor der Einleitung der Schürfbewegung, The details, further features and other advantages of the invention result from the following description of an embodiment with reference to the figures in the drawing; show it 1 shows an excavator according to the invention in a side view at the beginning of the excavation movement after the basic adjustment by the excavator operator before the initiation of the excavation movement,
Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung Fig. 2 in Fig. 1 corresponding representation
verschiedene Stellungen des Armsystems und des Tieflöffeis während der Schürfbewegung, different positions of the arm system and the deep-sea ice during the digging movement,
Fig. 3 in der Fig. 2 entsprechender Darstellung Arbeitswerkzeug und Schürfbewegung längs einer abfallenden Böschung, 3 in the representation corresponding to FIG. 2, working tool and scraping movement along a sloping embankment,
Fig. 4 in den Fig. 2 und 3 entsprechender Darstellung die Stellung der beschriebenen Teile beim Schürfen auf einer ansteigenden Fig. 4 in Figs. 2 and 3 corresponding representation, the position of the parts described when digging on a rising
Böschung, Embankment,
Fig. 5 eine hydraulisch ausgeführte Steuerung gemäß der Erfindung teilweise in Form eines Fig. 5 is a hydraulic control according to the invention, partly in the form of a
Schaltbildes mit Symbolen und teilweise unter schematischer Wiedergabe der hydraulischen Leitungen und Wegeventile, sowie der Verschaltung hydraulischer Arbeitszylinder, Circuit diagram with symbols and partly with a schematic representation of the hydraulic lines and directional valves, as well as the connection of hydraulic working cylinders,
Fig. 6 ein Blockschaltbild der elektrischen Sensoren der Baggersteuerung und Fig. 6 is a block diagram of the electrical sensors of the excavator control and
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Tieflöffeis, der in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 verwendet wird. Fig. 7 is a schematic representation of the deep-sea ice, which is used in the embodiment of FIGS. 1 to 4.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 4 weist der Bagger nach dem Ausführungsbeispiel ein Armsystem auf, das auf einem Oberwagen (1) abgestützt ist.
Dieser ist auf einem Unterwagen (1') um eine vertikale Achse verschwenkbar. Das Armsystem weist im wesentlichen eine an dem Oberwagen (1) bei (4) um eine horizontale Achse angelenkte Auslegerschwinge (2) auf, die zweiteilig ausgebildet und nach unten abgeknickt ist. Das Auslegersystem besteht ferner aus dem ebenso wie die Auslegerschwinge (2) in vertikaler Ebene schwenkbarem Stiel (5). Während die Auslegerschwinge (2) mit Hilfe des Arbeitszylinders (3), der einerseits am Oberwagen (1) und andererseits am inneren Teil der Auslegerschwinge (2) angelenkt ist, betätigt wird, dient zum Verschwenken des Stieles (5) ein Arbeitszylinder (6), welcher einerseits an einem Kragarm des Stiels (5) und andererseits an einer Konsole der Auslegerschwinge (2) angelenkt ist. Am freien Ende des Stieles (5) sitzt ein Tieflöffei (8), der über einen Arbeitszylinder (9) und ein Umlenkhebelsystem um seinen Drehpunkt (10) am Löffelstiel (5) verschwenkbar ist. Der eingezeichnete Schnittwinkel läßt sich mit Hilfe des Arbeitszylinders (9) verändern. According to the illustration in FIGS. 1 to 4, the excavator according to the exemplary embodiment has an arm system which is supported on an uppercarriage (1). This can be pivoted about a vertical axis on an undercarriage (1 '). The arm system essentially has a cantilever rocker arm (2) articulated on the superstructure (1) at (4) about a horizontal axis, which is designed in two parts and bent downwards. The boom system also consists of the arm (5) which can be pivoted in the vertical plane, just like the boom rocker arm (2). While the boom rocker arm (2) is actuated with the help of the working cylinder (3) which is articulated on the one hand on the superstructure (1) and on the other hand on the inner part of the boom rocker arm (2), a working cylinder (6) is used to pivot the arm (5). , which is articulated on the one hand on a cantilever arm of the arm (5) and on the other hand on a bracket of the boom rocker arm (2). At the free end of the arm (5) there is a bucket (8) which can be pivoted about its pivot point (10) on the arm (5) via a working cylinder (9) and a lever system. The cutting angle shown can be changed using the working cylinder (9).
Ein Vergleich der Fig. 1 bis 4 untereinander zeigt, daß sich verschiedene Winkel α, β und γ ergeben, wenn das Armsystem und der Tieflöffei (8) auf verschiedene Böschungswinkel eingestellt werden. A comparison of FIGS. 1 to 4 with each other shows that there are different angles α, β and γ when the arm system and the bucket (8) are set to different embankment angles.
Diese Winkel lassen sich über elektrische Sensoren, die mit Potentiometern verwirklicht sind, unmittelbar in den Anlenkungen (4, 7 und 10) abgreifen. In Fig. 6 sind die Sensoren in Form eines elektrischen Schaltbildes wiedergegeben. Die Sensoren pH und pS geben den Sollwert und den Istwert des Schnittwinkels am Arbeitswerkzeug (8) wieder. Beide Sensoren sind im Schaltbild der Fig. 6 beispielsweise mit 3 kOhm angenommen. Eine Steuerungsmaßnahme am Tief
löffel (8) durch den Fahrer ändert beide Sensoren gleichzeitig um den gleichen Betrag beispielsweise auf These angles can be picked up directly in the articulations (4, 7 and 10) by means of electrical sensors which are implemented with potentiometers. 6 the sensors are shown in the form of an electrical circuit diagram. The sensors p H and p S reflect the setpoint and the actual value of the cutting angle on the work tool (8). In the circuit diagram of FIG. 6, both sensors are assumed to be 3 kOhm, for example. A control measure at the low Spoon (8) by the driver changes both sensors simultaneously by the same amount, for example
2 kOhm oder auf 5 kOhm, wodurch der Abgleich unverändert bestehen bleibt. Das Steuergerät, welches die Parallelhaltung bewirkt, bleibt deshalb unbetätigt. 2 kOhm or to 5 kOhm, whereby the adjustment remains unchanged. The control unit that causes parallel holding therefore remains unactuated.
Sollwertänderungen entstehen nur durch Verstellung der Sensoren pF und/oder pM infolge von Betätigungen der Arbeitszylinder (3 und/oder 6) des Armsystems, wodurch die elektronische Regelung den Setpoint changes occur only by adjusting the sensors p F and / or p M as a result of actuations of the working cylinders (3 and / or 6) of the arm system, which means that the electronic control system
Arbeitszylinder (9) und damit den Widerstandswert des Sensors pS so verändert, daß im Beispiel nach Fig. 6 die Summe von pS + pM + pF = 17 kOhm erhalten bleibt. Dabei kann es dazu kommen, daβ eine Abweichung von pH von pg eintritt. Das ist jedoch ohne Bedeutung für das Steuergerät. Durch eine nachfolgende Handverstellung verändern sich nach wie vor pH und pg gleichzeitig um den gleichen Wert, also z.B. um 2 kOhm, so daß, wenn vor der Handverstellung Working cylinder (9) and thus the resistance value of the sensor p S changed so that the sum of p S + p M + p F = 17 kOhm is retained in the example according to FIG. 6. This can lead to a deviation of p H from pg. However, this is irrelevant for the control unit. Subsequent manual adjustment still changes p H and pg simultaneously by the same value, for example by 2 kOhm, so that if before manual adjustment
pS = 5 kOhm und pH immer noch = 3 kOhm war, diese nach der Handverstellung pH = 5 kOhm p S = 5 kOhm and p H was still = 3 kOhm, this after manual adjustment p H = 5 kOhm
pS = 7 kOhm betragen, die Summe also auf beiden Zweigen der Brücke 19 kOhm ausmacht. Der Abgleich wird folglich
auch hierbei durch die Handverstellung nicht gestört, das Steuergerät bleibt untätig. p S = 7 kOhm, so the sum is 19 kOhm on both branches of the bridge. The comparison is consequently also not disturbed by the manual adjustment, the control unit remains idle.
Die beschriebene synchrone und proportionale The described synchronous and proportional
Verstellung des Sollwerteinstellers pH und des Werkzeugsensors pS mit der Handsteuerung des Baggers ist in Fig. 5 wiedergegeben. Adjustment of the setpoint adjuster p H and the tool sensor p S with the manual control of the excavator is shown in FIG. 5.
Die dargestellte Steuereinrichtung weist einen Handhebel (21) auf, der über hydraulische Leitungen (22 und 23) ein Mehrwegeventil (24) betätigt, wodurch der Arbeitszylinder (9) über die Leitungen (25, 25a und 26) verstellbar ist. Zur Vervollständigung ist die hydraulische Pumpe (36), das erforderliche Druckbegrenzungsventil (37) und der hydraulische Ölbehälter (38) symbolisch in die Figuren eingezeichnet. Auf diese Art werden auch der Auslegerzylinder (3) und der Arbeitszylinder (6) für die Betätigung des Stieles (5) angesteuert, wobei die Zylinderkraft und die Zylindergeschwindigkeit proportional der Größe des Auslenkwinkels im Handhebel sind. Die Erfindung geht davon aus, dem Baggerfahrer diese Handsteuerung zu erhalten. Dadurch kann der Baggerführer wie gewohnt auch bei der erfindungsgemäßen Steuerung davon ausgehen, daß je nach Auslegung des Handhebels der Steuerung (21) eine entsprechende Reaktion z.B. am Arbeitszylinder des Tieflöffeis (9) erfolgt. The control device shown has a hand lever (21) which actuates a multi-way valve (24) via hydraulic lines (22 and 23), as a result of which the working cylinder (9) can be adjusted via the lines (25, 25a and 26). For completion, the hydraulic pump (36), the required pressure relief valve (37) and the hydraulic oil tank (38) are shown symbolically in the figures. In this way, the boom cylinder (3) and the working cylinder (6) for actuating the arm (5) are controlled, the cylinder force and the cylinder speed being proportional to the size of the deflection angle in the hand lever. The invention is based on obtaining this hand control for the excavator operator. As a result, the excavator operator can, as usual, assume that, depending on the design of the hand lever of the control (21), a corresponding reaction, e.g. on the working cylinder of the deep-sea ice (9).
Gemäß der Fig. 5 wird die Steuereinrichtung (21) auch zur Sollwertvorgabe benutzt. Dadurch läßt sich u.a. außer der von dem Steuergerät herbeigeführten Parallelhaltung des Tieflöffels der Löffel in Stellungen bringen, in denen er gefüllt oder ausgeleert wird. Eine Veränderung des Sensors pH (34) wird mit einem kleinen Stellzylinder (35) vorgenommen, der
zumindest in der Geschwindigkeit proportional zur Handhebelverstellung steuerbar ist. Die Regelung des Löffelzylinders ( 9 ) erfolgt über die hydraulischen Leitungen (28 und 29) über ein Mehrwegeventil (27), welches elektromagnetisch angesteuert wird. Dem Eingang des Treibers (30) liegen die Werte aller Sensoren nach Fig. 6 an. Wenn dort, wie dargestellt, ein Abgleich besteht, ändert sich According to FIG. 5, the control device (21) is also used to set the target value. As a result, apart from the parallel holding of the bucket caused by the control unit, the spoon can be brought into positions in which it is filled or emptied. A change in the sensor p H (34) is carried out with a small actuating cylinder (35) is controllable at least in speed proportional to the hand lever adjustment. The bucket cylinder (9) is regulated via the hydraulic lines (28 and 29) via a multi-way valve (27) which is controlled electromagnetically. The values of all sensors according to FIG. 6 are present at the input of the driver (30). If there is a comparison, as shown, changes
zunächst nichts. Verstellt man aber pF oder pM oder pF + pM, dann veranlaßt die Regelung die Ansteuerung des Magneten (31 oder 32) durch den Treiber in dem Sinn einer Änderung des Sensors pg (33), so daß der Abgleich zustandekommt. initially nothing. However, if p F or p M or p F + p M is adjusted , then the control causes the driver to actuate the magnet (31 or 32) in the sense of a change in the sensor pg (33), so that the adjustment takes place.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 läßt einen Nachlauf von Ist- und Sollwert nicht zu, sobald die Steuerung (21) betätigt wird. Hierbei wird der zur Sollwertvorgabe erforderliche Sensor pH (34) gemäß der Erfindung bei Handverstellung gleichzeitig mit dem Sensor pS in gleicher Richtung und in gleicher Größe verändert. Dazu dient ebenso wie bei dem Sensor pS (33) ein Hilfszylinder (35). Sein stangen- seitiges Volumen ist gleich dem kolbenseitigen Volumen des Löffelzylinders (9). Die hydraulische Leitung (25) ist an die Kolbenseite des Hilfszylinders (35) angeschlossen. Die hydraulische Leitung (25a) verbindet die Stangenseite des Hilfszylinders (35) mit der Kolbenseite des Löffelzylinders (9) Mittels eines hier nicht weiter beschriebenen Ventils ist es möglich, an beiden Zylindern die Kolbenstangen als Basisstellung z.B. vollständig auszufahren. The embodiment according to FIG. 5 does not allow the actual and setpoint values to lag as soon as the control (21) is actuated. In this case, the sensor p H (34) required for specifying the setpoint is changed according to the invention with manual adjustment simultaneously with the sensor p S in the same direction and in the same size. As with the sensor p S (33), an auxiliary cylinder (35) is used for this. Its rod-side volume is equal to the piston-side volume of the bucket cylinder (9). The hydraulic line (25) is connected to the piston side of the auxiliary cylinder (35). The hydraulic line (25a) connects the rod side of the auxiliary cylinder (35) to the piston side of the spoon cylinder (9). Using a valve, which is not described in any more detail here, it is possible, for example, to completely extend the piston rods as the basic position on both cylinders.
Durch die Handhebelbetätigung an der Steuereinrichtung (21) lassen sich danach beide Kolbenstangen der Hilfszylinder gleichzeitig ein- und auch wieder
ausfahren. Weil jede Kolbenstange mit einem Sensor (34 bzw. 33) gekoppelt ist, verändern sich deren Werte ebenso synchron wie die Stangenstellungen. Über die hydraulischen Leitungen (28 und 29), die vom Mehrwegeventil (27) ausgehen, wird der By operating the hand lever on the control device (21), both piston rods of the auxiliary cylinders can then be switched on and off at the same time extend. Because each piston rod is coupled to a sensor (34 or 33), their values change just as synchronously as the rod positions. Via the hydraulic lines (28 and 29), which start from the multi-way valve (27), the
Löffelzylinder (9) so verstellt, daß der Löffel (8) permanent parallelgeführt ist. Bucket cylinder (9) adjusted so that the bucket (8) is permanently parallel.
Über die hydraulischen Leitungen (25, 25a und 26) vom Mehrwegeventil (24) wird der Löffelzylinder (9) verstellt, wenn die Ausgangslage eingestellt wird oder wenn gefüllt oder entleert oder korrigiert wird. Der Löffel (8) wird dadurch in jede beliebige Lage gebracht, was feinfühlig, genau und proportional erfolgt, wobei der Baggerführer eines herkömmlichen Baggers nicht umzulernen braucht. The bucket cylinder (9) is adjusted via the hydraulic lines (25, 25a and 26) from the multi-way valve (24) when the starting position is set or when filling or emptying or correcting. The bucket (8) is thereby brought into any position, which is done sensitively, precisely and proportionally, the operator of a conventional excavator not having to relearn.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich beim Erreichen der Belastungsgrenzen. Another advantage of the invention results when the load limits are reached.
Grundsätzlich sind nämlich die Bauteile eines Löffelbaggers vor Überlastung durch Druckbegrenzungsventile im hydraulischen System geschützt. Bei herkömmlichen Baggern kommt es immer wieder vor, daß durch unüberwindliche Hindernisse im Boden der Löffel nicht weiter verstellt werden kann, wodurch auch am Sensor pS eine Veränderung unterbleibt. Basically, the components of a backhoe are protected against overloading by pressure relief valves in the hydraulic system. With conventional excavators, it is often the case that insurmountable obstacles in the floor mean that the bucket cannot be adjusted further, which means that no change is made to the sensor p S either.
Wenn der Baggerführer den Sollwerteinsteller wie bei herkömmlichen Baggern üblich allein verstellt und der Werkzeugsensor aus den genanten Gründen nicht folgen kann, so wächst die Differenz zwischen Sollwert und Istwert, weil der Baggerführer versucht, durch wiederholte Auslenkung des Handhebels die Überwindung des Hindernisses zu erreichen. If, as usual with conventional excavators, the excavator operator adjusts the setpoint adjuster alone and the tool sensor cannot follow the specified reasons, the difference between the setpoint and actual value increases because the excavator operator tries to overcome the obstacle by repeatedly deflecting the hand lever.
Kommt dann der Löffel aus irgend einem Grunde doch frei, tritt die Regelung in Kraft, durch die sich
der Istwert auf den Sollwert einstellt. Dabei kommt es in der Praxis nicht selten zu Drehwinkeln von ca. 100° am Löffel. Diese Bewegungen erschrecken den Baggerfahrer, der sie nicht kontrollieren kann und verleitet ihn u.U. zu Falschreaktionen. Das führt zur Gefährdung anderer Personen und zur Beschädigung des Baggers bzw. anderer Sachen. If the spoon does come free for some reason, the regulation comes into force sets the actual value to the setpoint. In practice, there is often a rotation angle of approx. 100 ° on the spoon. These movements scare the excavator operator, who cannot control them, and may lead them to wrong reactions. This leads to danger to other people and damage to the excavator or other things.
Da erfindungsgemäß der Sensor pH (34) und der Sensor pS (33) bei Handverstellung stets zusammen verändert werden, kann der Handhebel bei (21) beliebig oft betätigt werden, um ein Hindernis zu überwinden. Wenn sich der Löffel nicht bewegen läßt, verstellt sich auch der Sensor pS (33) nicht und auch der Löffelzylinder (9) bleibt unverändert. Ebensowenig ändert sich am Hilfszylinder (35) die Stellung, weshalb auch der Sensor pH (34) nicht verstellt wird. Unkontrollierte Bewegungen des Armsystems bzw. des Arbeitswerkzeuges des Baggers werden dadurch vermieden.
Since, according to the invention, the sensor p H (34) and the sensor p S (33) are always changed together when manually adjusted, the hand lever at (21) can be actuated as often as required to overcome an obstacle. If the spoon cannot be moved, the sensor p S (33) does not move and the spoon cylinder (9) remains unchanged. The position of the auxiliary cylinder (35) does not change, which is why the sensor p H (34) is not adjusted. This prevents uncontrolled movements of the arm system or the working tools of the excavator.
Claims
1. Bagger mit automatischer Parallelhaltung seines von Hand steuerbaren Arbeitswerkzeuges und Armsystems durch Sensoren, das im wesentlichen aus einer an einem Oberwagen angelenkten Auslegerschwinge und einem in der senkrechten Schwenkebene der Auslegerschwinge schwenkbaren Stiel besteht, an den das bevorzugt als Tieflöffel ausgebildete Arbeitswerkzeug angelenkt ist und eine Steuerung aufweist, in der für die Parallelhaltung ein Werkzeugsensor, welcher die Stellung des Arbeitswerkzeuges erfaßt, ein Sollwerteinsteller und eine Vergleichsstufe vorgesehen sind, die mit dem Sensor des Armsystems zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Handsteuerung (21) des Arbeitswerkzeuges der Sollwerteinsteller (PH) und damit synchron und proportional der Werkzeugsensor (PS) verstellbar ist, und daß die Steuerung des Armsystems mit Hilfe seiner Sensoren (PF, PM) erfolgt. 1.Excavator with automatic parallel holding of its manually controllable work tool and arm system by sensors, which essentially consists of a boom swing arm articulated on an uppercarriage and a pivotable arm in the vertical swivel plane of the boom swing arm, to which the work tool, which is preferably designed as a bucket, is articulated and one Control, in which a tool sensor, which detects the position of the work tool, a setpoint adjuster and a comparison stage are provided for the parallel holding, which cooperates with the sensor of the arm system, characterized in that the setpoint adjuster (P H ) and thus synchronously and proportionally the tool sensor (P S ) is adjustable, and that the arm system is controlled with the aid of its sensors (P F , P M ).
2. Bagger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitswerkzeug (8) zur Verstellung des Werkzeugsensors ( PS) dient. 2. Excavator according to claim 1, characterized in that the working tool (8) is used to adjust the tool sensor (P S ).
3. Bagger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufe eine Summenbildung einerseits aus den Sensoren (PF, PM) des Armsystems und des Werkzeugsensors 3. Excavator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the comparison stage on the one hand accumulation from the sensors (P F , P M ) of the arm system and the tool sensor
(PS), sowie andererseits dem Sollwerteinsteller (P S ), as well as the setpoint adjuster
(PH) und einem zur Voreinstellung des Armsystems auf einer Arbeitsebene dienenden Sensor (PSt) (P H ) and a sensor (P St ) used to preset the arm system on a working level
aufweist und die Regelung durch Differenzbildung der Summen auslösbar ist. has and the regulation can be triggered by forming the difference of the sums.
4. Bagger nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 4. Excavator according to claim 1 and one of claims 2
oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur synchronen und proportionalen Verstellung des Sollwerteinstellers (PH ) ein hydraulischer or 3, characterized in that for the synchronous and proportional adjustment of the setpoint adjuster (P H ) a hydraulic
Stellzylinder (35) vorgesehen ist. Actuating cylinder (35) is provided.
5. Bagger nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (35) des Sensors (PH ) im hydraulischen Gleichlauf mit dem Arbeitszylinder (9) des Arbeitswerkzeuges (8) steht, mit dem ein einen Istwert wiedergebender Sensor (PS) verstellbar ist. 5. Excavator according to claim 1 and one of claims 2 to 4, characterized in that the actuating cylinder (35) of the sensor (P H ) is in hydraulic synchronization with the working cylinder (9) of the working tool (8), with which an actual value reproducing sensor (P S ) is adjustable.
6. Bagger nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Handsteuerung (21) des Arbeitszylinders (9) des Arbeitswerkzeuges (8) über ein vorgesteuertes Wegeventil (24) erfolgt, von dem der Stellzylinder (35) des Sollwerteinstellers einstellbar ist. 6. Excavator according to claim 1 and one of claims 2 to 5, characterized in that the manual control (21) of the working cylinder (9) of the working tool (8) via a pilot-operated directional valve (24), of which the actuating cylinder (35) of the Setpoint adjuster is adjustable.
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