DE102007030609A1

DE102007030609A1 - System und Verfahren zur Steuerung einer Schüttelbewegung eines Arbeitswerkzeuges

Info

Publication number: DE102007030609A1
Application number: DE102007030609A
Authority: DE
Inventors: Saujesh Channahon Patel
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US20080010981A1; CN101113598A; CN101113598B; US7467514B2

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Schüttelbewegung eines Arbeitswerkzeuges sind vorgesehen. Eine Reihe von Eingangsbefehlen von einer Steuereinheit in die Hydraulikpumpe bewirkt, dass sich die Hydraulikpumpe zyklisch zwischen einer ersten Verdrängung (maximal) mit einer ersten Rate (maximal) und einer zweiten Verdrängung (Null) mit einer zweiten Rate (weniger als maximal) mit einer vorbestimmten Frequenz bewegt. Schließlich bleibt die Hydraulikpumpe in einer teilweise bezüglich des Hubes heraufgeregelten Position am Beginn von jedem Zyklus. Entsprechend kann die Pumpe innerhalb eines kleinen Bruchteils der Zeit nach dem Heraufregeln einen vollen Fluss zu den Betätigungsvorrichtungen liefern, was ein viel schnelleres Ansprechen und eine schnellere Bewegung der Betätigungsvorrichtungen zur Folge hat, und daher eine verbesserte Schüttelbewegung des Arbeitswerkzeuges.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und auf ein Verfahren zur Steuerung eines Arbeitswerkzeuges und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Schüttelbewegung eines Arbeitswerkzeuges.
Hintergrund
Während des Betriebs von Arbeitsmaschinen ist es manchmal wünschenswert, ein Arbeitswerkzeug in schüttelnder Weise zu betreiben, um einen gewissen Zweck zu erreichen. Beispielsweise kann ein Bediener einer Erdbewegungsmaschine, die ein Arbeitswerkzeug hat, wie beispielsweise eine Schaufel, bewirken wollen, dass sich die Schaufel in schüttelnder Weise bewegt, um Material aus der Schaufel herauszuschütteln, welches nicht leicht herausfällt.
In der Vergangenheit ist das übliche Verfahren zum Schütteln eines Arbeitswerkzeuges gewesen, dass ein Bediener schnell die Arbeitswerkzeugsteuerung, wie beispielsweise einen Joystick oder Steuerhebel, nach vorne und hinten bewegt, bis die Aufgabe ausgeführt war. Dieses Verfahren ist eine Funktion einer schnellen Bewegung durch den Bediener, was mit der Zeit lästig und ermüdend werden kann.
Mit dem Aufkommen der Elektrohydraulik ist es möglich geworden, die Steuerung von Arbeitswerkzeugen auf vielen Wegen zu automatisieren, die in der Vergangenheit eine manuelle Steuerung erforderten.
Computerbasierte Steuervorrichtungen können programmiert werden, um elektrohydraulische Ventile und Elektromagneten mit großer Präzision zu betreiben, was somit viele der schwierigen, mühseligen, ermüdenden oder zeitaufwendigen Aufgaben erleichtert, die Bediener zuvor ausführen mussten.
Das US-Patent 5 235 809 mit dem Titel „Hydraulic Circuit for Shaking a Gucket of a Vehicle" sieht ein System und ein Verfahren zum Schütteln einer Schaufel vor. Das System weist eine lastabfühlende Pumpe mit variabler Verdrängung und eine Hydraulikschaltung auf. Manuelle Steuermittel gestatten, dass der Bediener das System in einen aktiven Betriebszustand oder einen inaktiven Betriebszustand setzt. Wenn sie im aktiven Betriebszustand ist, bringt die Hydraulikschaltung die lastabfühlende Pumpe mit variabler Verdrängung auf eine maximale Verdrängung, um einen Standby- bzw. Bereitschaftsdruck und einen Fluss zu einem Richtungsventil zu liefern. Eine schnelle Bewegung des Richtungsventils betätigt eine Betätigungsvorrichtung in einer hin- und herbewegenden Weise, um den Schmutz bzw. Schaufelinhalt abzuschütteln.
Das '809-Patent kann eine adäquate Schüttelbewegung der Schaufel vorsehen, jedoch ist die zusätzliche Hydraulikschaltung komplex und steigert die Kosten der Einrichtungen. Zusätzlich sind die manuellen Steuermittel ineffizient, da sie erfordern, dass der Bediener manuell das System umschaltet, um die Schaufel zu schütteln.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, einen Teil oder alle der Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hydrauliksystem zum Schütteln eines Werkzeugs vorgesehen. Das Hydrauliksystem weist mindestens eine Betätigungsvorrichtung auf, die mit dem Werkzeug verbunden ist, weiter eine Hydraulikpumpe zum Liefern von Strömungsmittel zu der Betätigungsvorrichtung und ein Steuermodul, welches mit der Hydraulikpumpe gekoppelt ist. Das Steuermodul nimmt ein Signal auf, welches einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges anzeigt, und weist zyklisch die Hydraulikpumpe an, mit einer ersten Rate den Hub heraufzuregeln und mit einer zweiten Rate den Hub herunterzuregeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Schütteln eines Werkzeugs vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein Signal aufzunehmen, welches einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges anzeigt, weiter das Anweisen einer Hydraulikpumpe, mit einer ersten Rate einen Hub heraufzuregeln, und die Hydraulikpumpe anzuweisen, mit einer zweiten Rate den Hub herunterzuregeln.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Schütteln eines Werkzeuges vorgesehen. Das Verfahren weist die Schritte auf, ein Signal zu empfangen, welches einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges anzeigt, und bei einer Hydraulikpumpe mit einer ersten Rate den Hub heraufzuregeln, und bei der Hydraulikpumpe mit einer zweiten Rate den Hub herunterzuregeln. Das Ausführen des Heraufregelns und Herunterregelns des Hubes tritt zyklisch mit einer vorbestimmten Frequenz auf, sodass die Hydraulikpumpe angewiesen wird, den Hub heraufzuregeln, bevor die Hydraulikpumpe vollständig den Hub herunterregelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung mit eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsbeispiele oder Merkmale der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen stellen die Figuren Folgendes dar:
1 eine Seitenansicht einer Maschine zur Anwendung bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Hydraulikschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Nun wird im Detail auf Ausführungsbeispiele oder Merkmale der Erfindung Bezug genommen. Eine Bezugnahme in dieser Beschreibung auf „ein Ausführungsbeispiel", „eine Ausführungsform" oder ähnliche Bezeichnungen bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine Struktur oder eine Charakteristik, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, in mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Somit kann sich das Auftreten von Ausdrücken, wie „in einem Ausführungsbeispiel", „in einer Ausführungsform" und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf das gleiche Ausführungsbeispiel beziehen, müssen dies jedoch nicht notwendigerweise.
1 veranschaulicht eine Arbeitsmaschine 102. Die Arbeitsmaschine 102 ist als eine Erdbewegungsmaschine gezeigt, insbesondere als Baggerlader, jedoch können dies auch andere Arten von Erdbewegungsmaschinen sein, wie beispielsweise Bagger, Radlader, differenzialgelenkte Lader, Frontschaufellader und Raupenlader. Weiterhin kann die Arbeitsmaschine 102 von einer anderen Bauart als eine Erdbewegungsmaschine sein. Beispielsweise kann die Arbeitsmaschine 102 eine Maschine sein, die für Bau, Materialtransport, Produktion und Ackerbau verwendet wird.
Die Arbeitsmaschine 102 weist ein Arbeitswerkzeug 104 auf, um eine Arbeitsfunktion einer gewissen Art gemäß einer gewünschten Bewegung auszuführen, die durch einen Joystick 108 oder eine andere Vorrichtung, wie beispielsweise einen Hebel, angezeigt wird. Arbeitswerkzeuge 104a, 104b sind als Schaufeln abgebildet. Insbesondere ist das Arbeitswerkzeug 104a, welches als eine Laderschaufel ausgebildet ist, an der Vorderseite der Arbeitsmaschine 102 gezeigt, und das andere Arbeitswerkzeug 104b, welches als Backhoe- bzw. Baggerschaufel dargestellt ist, ist am hinteren Teil der Arbeitsmaschine 102 gezeigt. Es sei bemerkt, dass, obwohl beide veranschaulichten Arbeitswerkzeug 104a, 104b als Schaufeln bzw. Löffel gezeigt sind, andere Arten von Arbeitswerkzeugen einsetzbar sind. Beispiele von anderen Arbeitswerkzeugen sind Schnecken, Schilde, Schneidwerkzeuge, Fräsen usw., sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.
Die Arbeitsmaschine 102 weist eine oder mehrere hydraulische Betätigungsvorrichtungen 106 auf, die mit dem Arbeitswerkzeug 104 gekoppelt sind. Die Arbeitsmaschine 102 weist einen ersten Hydraulikzylinder 106a zur Steuerung der Hubbewegung des Arbeitswerkzeuges 104a auf und einen zweiten Hydraulikzylinder 106b zur Steuerung des Kippwinkels des Arbeitswerkzeuges 104a. Jeder Hydraulikzylinder 106a, 106b weist ein Betätigungsglied 107a, 107b auf, welches betreibbar ist, um sich entlang einer Achse 109a, 109b zu bewegen, um die Position des Arbeitswerkzeuges 104a zu verändern. Beispielsweise arbeitet das Betätigungsglied 107a des Hydraulikzylinders 106a dahingehend, dass es sich entlang der Achse 109a bewegt, um die Höhe des Arbeitswerkzeuges 104a zu steuern, während das Betätigungsglied 107b des Hydraulikzylinders 106b dahingehend arbeitet, dass es sich entlang der Achse 109b bewegt, um den Kippwinkel des Arbeitswerkzeuges 104a zu steuern. Eine selektive Betätigung der Hydraulikzylinder 106a und 106b arbeitet dahingehend, dass sie eine Bewegung in zwei Achsen des Arbeitswerkzeuges 104a bewirkt. Zusätzliche Hydraulikzylinder 106 können auch verwendet werden, um das Ausmaß der Drehung und der Bewegung des Arbeitswerkzeuges 104a zu vergrößern.
2 veranschaulicht eine schematische Hydraulikschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Hydraulikschaltung weist eine Steuereinheit 110, eine Hydraulikpumpe 111, eine Ventilanordnung 112 und einen Hydraulikzylinder 106 auf. Die Steuereinheit koppelt elektrisch die Hydraulikpumpe 111 und das Ventil 112, während die Hydraulikpumpe 111 Hydraulikströmungsmittel zum Ventil 112 und zum Hydraulikzylinder 106 liefert, um das Arbeitswerkzeug 104 zu bewegen (siehe 1). Die Hydraulikpumpe 111 kann beispielsweise eine Pumpe mit variabler Verdrängung mit einer bewegbaren Taumelplatte 113 haben. Typischerweise steuert eine Betätigungsvorrichtung 114 die Position der Taumelplatte 113. Die Betätigungsvorrichtung 114 nimmt steuerbar Hydraulikströmungsmittel von der Hydraulikpumpe 111 auf, um die Position der Taumelplatte 113 zu steuern. Es sei bemerkt, dass die Betätigungsvorrichtung 114 auch als eine elektrische Betätigungsvorrichtung oder als eine mechanische Betätigungsvorrichtung verkörpert sein kann. (Nicht gezeigte) Sensoren können an irgendeiner Stelle an der Maschine 102, an der Hydraulikpumpe 111, an den Hydraulikströmungsmittelleitungen oder an den hydraulischen Betätigungsvorrichtungen 106 vorgesehen sein, um Informationen, wie beispielsweise einen Druck, an die Steuereinheit 110 zu liefern. Entsprechend kann die Hydraulikpumpe 111 geeignet sein, um einen konstanten Fluss oder einen konstanten Druck zu liefern, oder sie kann geeignet sein, um zwischen den beiden Möglichkeiten umzuschalten.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Joystick bzw. Steuerhebel 108 liefert ein Signal, welches einen Wunsch zum Schütteln des Arbeitswerkzeuges 104 anzeigt. Ein Bediener kann das Signal durch zyklische Bewegung des Joysticks 108 in einer Bewegung von vorne nach hinten erzeugen (Vorwärts/Rückwärts-Bewegung), oder in einer Bewegung von Seite zu Seite oder durch Ähnliches, durch Drücken eines Knopfes auf dem Steuerhebel 108 oder durch beides.
Die Steuereinheit 110 nimmt das Signal auf und weist die Betätigungsvorrichtung 114 an, die Verdrängung der Hydraulikpumpe 111 zu verändern. Es sei bemerkt, dass die Beendigung der Anzeige des Wunsches zum Schütteln des Arbeitswerkzeuges bestimmt werden kann, wenn ein Bediener die schnelle zyklische Bewegung des Steuerhebels 108 beendet oder den jeweiligen Knopf loslässt, der das Anfangssignal geliefert hat. Alternativ kann das Signal, welches eine Wunsch zum Schütteln des Arbeitswerkzeuges anzeigt, eingeleitet und für eine vorbestimmte Zeitperiode (beispielsweise 30 Sekunden) nach der Aktivierung des jeweiligen Knopfes oder nach der Bewegung des Steuerhebels fortgesetzt werden.
Als ein Beispiel kann das Arbeitswerkzeug 104a mit Erde gefüllt sein und über einen Erdhaufen stationär gehalten werden. Wenn die Steuereinheit 110 das Signal aufnimmt, welches einen Wunsch anzeigt, das Arbeitswerkzeug zu schütteln, weist die Steuereinheit 110 die Taumelplatte an, sich zyklisch zwischen einer maximalen Verdrängung und einer Verdrängung von Null zu bewegen, und zwar direkt durch die Steuereinheit 110 oder durch das Hydraulikventil 112. Wenn die maximale Verdrängung erreicht ist, beginnt die Taumelplatte 113, sich zu der Ver drängung von Null zu bewegen. Bevor jedoch die Taumelplatte die Verdrängung von Null erreicht, weist die Steuereinheit 110 die Taumelplatte 113 an, wieder zurück auf die maximale Verdrängung zu gehen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel tritt das Herunterregeln des Hubes der Taumelplatte mit einer langsameren Rate als das Heraufregeln des Hubes auf. Als ein Folge bewirkt eine Reihe von Eingangsbefehlen von der Steuereinheit 110 zu der Hydraulikpumpe 111, dass die Hydraulikpumpe 111 sich zyklisch zwischen einer ersten Verdrängung (maximal) mit einer ersten Rate (maximal) und einer zweiten Verdrängung (Null) mit einer zweiten Rate (weniger als maximal) in einer vorbestimmten Frequenz zyklisch bewegt. Schließlich bleibt die Hydraulikpumpe 111 in einer teilweise bezüglich des Hubes heraufgeregelten Position am Beginn von jedem Zyklus. Entsprechend kann in einem kleinen Bruchteil der Zeit nach dem Heraufregeln des Hubes die Pumpe einen vollen Fluss an die Betätigungsvorrichtungen 106 liefern, was eine viel schnellere Bewegung der Betätigungsvorrichtungen 106 zur Folge hat, und daher eine verbesserte Möglichkeit zum Schütteln des Arbeitswerkzeuges. Die langsamere Rate des Herunterregelns des Hubes kann durch die Frequenz oder die Amplitude des Signals von der Steuereinheit 110 gesteuert werden. In ähnlicher Weise kann die langsamere Rate des Herunterregelns auch durch Verringern des Strömungsmittelflusse zur Betätigungsvorrichtung 114 gesteuert werden, die die Bewegung der Taumelplatte steuert. Entsprechend kann die Größe der Zumessöffnungen oder die Position der Ventile, die den Fluss zur Betätigungsvorrichtung 114 steuern, variabel sein, d.h. vergrößert oder verringert, um die Strömungsmittelmenge zu verändern, die zur Betätigungsvorrichtung 114 geleitet wird.
Aus dem Vorangegangenen wird klar sein, dass, obwohl spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung hier zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben worden sind, verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Kern oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der Figuren und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die offenbarten Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang und Kern der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird. Entsprechend ist die Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Hydrauliksystem zum Schütteln eines Werkzeuges (104), welches Folgendes aufweist: mindestens eine Betätigungsvorrichtung (106), die mit dem Werkzeug (104) verbunden ist; eine Hydraulikpumpe (111), die geeignet ist, um Strömungsmittel zur Betätigungsvorrichtung (106) zu liefern; ein Steuermodul (110), welches mit der Hydraulikpumpe (111) gekoppelt ist und geeignet ist, um ein Signal aufzunehmen, welches einen Wunsch zum Schütteln des Arbeitswerkzeuges (104) anzeigt, wobei das Steuermodul (110) auf den Empfang des Signals hin zyklisch die Hydraulikpumpe (111) anweist, mit einer ersten Rate den Hub heraufzuregeln und mit einer zweiten Rate den Hub herunterzuregeln.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpe (111) eine lastabfühlende Pumpe (111) mit variabler Verdrängung ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die erste Rate schneller als die zweite Rate ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Hydraulikpumpe (111) den Hub auf eine maximale Verdrängung heraufregelt und den Hub auf eine Verdrängung von weniger als der maximalen Verdrängung herunterregelt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, wobei die Verdrängung, die kleiner als die maximale Verdrängung ist, eine Verdrängung von Null ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 4, wobei die Hydraulikpumpe (111) sich zyklisch zwischen der ersten Verdrängung und der zweiten Verdrängung mit einer Frequenz hin- und herbewegt, sodass das Steuermodul (110) die Hydraulikpumpe (111) anweist, auf eine maximale Verdrängung zu gehen, bevor die Hydraulikpumpe (111) den Hub auf die Verdrängung herunterregelt, die geringer als die maximale Verdrängung ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei das Signal, welches einen Wunsch zum Schütteln eines Arbeitswerkzeuges (104) anzeigt, ein Signal vom Bediener aufweist, das Werkzeug (104) in einer ersten Richtung zu bewegen und das Werkzeug (104) in einer zweiten Richtung und zurück zur ersten Richtung innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode zu bewegen.
Verfahren zum Schütteln eines Werkzeuges (104), welches folgende Schritte aufweist: Aufnehmen eines Signals, welches einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges (104) anzeigt; und Heraufregeln des Hubes einer Hydraulikpumpe (111) mit einer ersten Rate und Herunterregeln des Hubes der Hydraulikpumpe (111) mit einer zweiten Rate, wobei das Heraufregeln und das Herunterregeln des Hubes zyklisch mit einer vorbestimmten Frequenz auftritt, sodass die Hydraulikpumpe (111) angewiesen wird, den Hub heraufzuregeln, bevor die Hydraulikpumpe (111) vollständig den Hub herunterregelt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hydraulikpumpe (111) angewiesen wird, auf eine erste Verdrängung mit der ersten Flussrate und auf eine zweite Verdrängung mit der zweiten Rate zu gehen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Verdrängung die maximale Verdrängung ist, und wobei die zweite Verdrängung eine Verdrängung von weniger als der maximalen Verdrängung ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Signal, welches den Wunsch anzeigt, das Werkzeug (104) zu schütteln, eine Eingabe von einem Bediener ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bediener einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges (104) durch zyklische Bewegung eines Steuerhebels zwischen zwei maximalen Positionen anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zwei maximalen Positionen eine volle Vorwärts-Position und eine volle Rückwärts-Position oder eine volle Links-Position und eine volle Rechts-Position sind.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bediener einen Wunsch zum Schütteln des Werkzeuges (104) durch das Drücken eines Knopfes an dem Steuerhebel anzeigt.