СТРОИТЕЛЬНАЯ МАШИНА
CONSTRUCTION MACHINE

Изобретение касается строительной машины, имеющей по меньшей мере одну емкость для материала, которая для разгрузки может переставляться посредством по меньшей мере одного гидравлического исполнительного элемента, при этом необходимое давление питания для приведения в действие исполнительного элемента может предоставляться гидравлическим циркуляционным контуром строительной машины, и давление питания может ограничиваться предельным давлением посредством по меньшей мере одного устройства для ограничения давления.
Примером родственных строительных машин являются ковшовые самосвалы, в частности шарнирно-сочлененные ковшовые самосвалы. Они служат для перемещения грунта и имеют в качестве емкости для материала погрузочную площадку в виде так называемого ковша. Предусмотренный для помещения груза ковш оперт на шасси с возможностью опрокидывания с помощью одного или нескольких гидравлических цилиндров, чтобы сгружать помещенный груз путем подъема ковша. Необходимая энергия для опрокидывающих цилиндров предоставляется внутренней гидравликой машины.
Во избежание перегрузки отельных гидравлических компонентов гидравлика обычно включает в себя по меньшей мере одно устройство для ограничения давления, которое ограничивает давление системы максимальным уровнем давления. Предварительно заданный максимальный уровень давления определяет максимально возможную опрокидывающую силу исполнительных элементов для подъема ковша. Выбор максимального уровня давления на практике ориентируется на необходимую опрокидывающую силу для подъема ковша при допустимой максимальной загрузке. Следовательно, это максимально допустимое давление опрокидывания долговременно устанавливается на управляющем клапане на предварительно заданное постоянное значение и независимо от текущего рабочего состояния машины.
Однако вышеназванное решение может быть проблематичным при неблагоприятном распределении веса помещенного груза в ковше, потому что в этом случае при известных обстоятельствах для подъема ковша может быть необходима более высокая опрокидывающая сила, которая, однако, не может достигаться вследствие ограничения давления. В этом случае гидравлика не может развивать нужную мощность, даже тогда, когда текущая загрузка ковша не превышает допустимого верхнего предела.
То же самое относится к регулярно возникающему на практике случаю, при котором ковшовый самосвал едет назад к рампе, чтобы сгружать погруженный материал. Вследствие наклона рампы возникает наклонное положение строительной машины и обусловленное этим смещение центра тяжести загруженного материала. Это тоже может приводить к увеличению необходимого давления опрокидывания. Тога при определенных обстоятельствах необходимо изменять положение машины или, соответственно, наклон транспортного средства, чтобы можно было разгружать ковш.
Европейский патент EP 2 836 394 обращается к этой проблеме и предусматривает для решения проблемы переключение регулярного максимального давления опрокидывания на второе, более высокое максимальное давление, когда превышается предварительно заданный угол наклона машины. Хотя при этом становится возможной разгрузка емкости для материала при повышенном давлении опрокидывания, однако и это решение, имеющее только два предельных значения, является недостаточно гибким. Теория этого патента не может также решить проблему, возникающую при непредпочтительном распределении нагрузки.
Вышеописанная проблема на практике может возникать и у традиционных экскаваторов, так как и здесь необходимо предельное значение гидравлического давления для приведения в действие отдельных исполнительных элементов для подъема лопаты экскаватора, из-за чего при определенных обстоятельствах приведение в действие лопаты экскаватора, грейфера или другого навесного инструмента или стрелы экскаватора может быть невозможным даже при допустимой загрузке. Таким образом, экскаваторы в рамках изобретения также являются родственными строительными машинами, у которых емкость для материала образована лопатой экскаватора, грейфером или тому подобным.
Имеющаяся задача заключается теперь уже в том, чтобы предложить для вышеописанной проблемы альтернативное решение, в частности для применения в ковшовых самосвалах или, соответственно, экскаваторах.
Решается эта задача с помощью строительной машины в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления строительной машины являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии с изобретением предлагается дополнить родственную строительную машину весовой системой, чтобы с ее помощью можно было регистрировать текущее состояние загрузки, т.е. вес загрузки емкости для материала строительной машины. Тогда для активирования исполнительных элементов предельное давление устройства для ограничения давления посредством блока управления для гидравлического циркуляционного контура должно корректироваться в зависимости от определенного веса загрузки.
В противоположность уровню техники используется не максимальное давление, задаваемое аппаратным способом, а вместо этого выбирается гибкое значение в зависимости от фактической загрузки строительной машины. Эта гибкая корректировка предельного давления гарантирует, что приведение в действие исполнительных элементов и разгрузка строительной машины будет возможна даже тогда, когда вследствие непредпочтительного распределения нагрузки и/или неблагоприятного наклона транспортного средства для приведения в действие емкости для материала необходима более высокая сила давления, хотя емкость для материала и загружена максимально допустимым весом.
Строительной машиной считается, например, ковшовый самосвал, в частности шарнирно-сочлененный ковшовый самосвал, ковш которого для разгрузки может подниматься или, соответственно, опрокидываться посредством по меньшей мере одного гидравлического исполнительного элемента, предпочтительно посредством гидравлического цилиндра. Соответствующая весовая система инсталлирована вблизи ковша ковшового самосвала, чтобы иметь возможность регистрировать помещенный в ковш вес.
Альтернативно строительная машина может также представлять собой экскаватор, по меньшей мере один исполнительный элемент которого, предпочтительно гидравлический цилиндр, служит для приведения в действие лопаты экскаватора, грейфера или аналогичного навесного инструмента или стрелы экскаватора. И здесь на лопате или, соответственно, на стреле экскаватора может быть инсталлирована соответствующая весовая система.
По предпочтительному варианту осуществления изобретения блок управления устанавливает предельное давление измеряемого веса загрузки на предусмотренное эталонное предельное давление. При этом эталонное предельное давление соответствует предпочтительно необходимой силе давления, которая обычно необходима для приведения в действие емкости для материала, загруженной в допустимых максимальных пределах, когда транспортное средство не имеет значительного наклона относительно горизонтали или, соответственно, имеется непроблематичное распределение веса.
Эталонное предельное давление может, например, определяться или, соответственно, рассчитываться блоком управления для данного отдельного случая. Альтернативно в блоке управления может быть интегрирован банк данных с заложенными эталонными предельными давлениями или, соответственно, оно может запрашивать соответствующие введенные данные через интерфейс из внешнего банка данных. Возможно сохранение в памяти значений в табличной форме, в которой различным весам загрузки поставлены в соответствие соответствующие эталонные предельные давления.
Смонтированное устройство для ограничения давления гидравлического циркуляционного контура может включать в себя по меньшей мере один соединенный с напорным трубопроводом питания исполнительного элемента клапан ограничения давления. Начиная с определенного уровня давления этот клапан ограничения давления в напорном трубопроводе питания открывается и разгружает вход исполнительного элемента в сторону низкого давления (бак). Предотвращается перегрузка отдельных гидравлических компонентов вследствие слишком высокого уровня давления. Идеальным образом клапан ограничения давления может регулироваться с упреждением, чтобы с помощью блока управления изменяемым образом можно было опосредствованно или непосредственно устанавливать желаемое давление открытия, т.е. предельное давление. Управление с упреждением может осуществляться либо электрически, либо гидравлически. По предпочтительному варианту осуществления блок управления через пропорциональный регулировочный клапан соединено с упреждающим управлением клапана ограничения давления, благодаря чему предпочтительно возможна бесступенчатая корректировка давления открытия и вместе с тем предельного давления.
При определенных обстоятельствах, напр., при соответствующем наклоне машины или распределении веса в емкости для материала, предельного давления, установленного блоком управления в зависимости от определенного веса загрузки, может быть сначала недостаточно, чтобы обеспечить возможность правильной перестановки емкости для материала. Этот случай возможен также тогда, когда вес загрузки не превышает допустимый максимальный вес.
Неправильная перестановка емкости для материала может иметься тогда, когда, напр., достигнутая фактическая скорость перестановки емкости для материала остается ниже желаемой номинальной скорости перестановки емкости для материала. Предпочтительно по этой причине предусмотрена надлежащая система датчиков для регистрации достигнутой фактической скорости перестановки, результаты измерений которой предоставляются блоку управления. Программирование и управление выполняет постоянное уравнивание фактической скорости с номинальной скоростью. При недостижении желаемой номинальной скорости перестановки блок управления предпочтительно предпринимает корректировку или, соответственно, повышение ранее установленного предельного давления. Однако повышение установленного предельного давления должно предприниматься только тогда, когда определенный вес загрузки остается ниже допустимого максимального веса загрузки строительной машины. Это необходимо, чтобы предотвратить неправомерное превышение максимального веса загрузки.
Повышение повышенного предельного давления блоком управления может быт уместно также тогда, когда текущее давление питания, т.е. текущее предельное давление, недостаточно, чтобы переставлять емкость для материала для разгрузки. Тогда при уместном повышении предельного давления может гарантироваться, что, тем не менее, сможет достигаться перестановка емкости для материала. И в этом случае повышение предельного давления должно разрешаться только тогда, когда определенный вес загрузки лежит ниже допустимого максимального веса загрузки.
По другому предпочтительному варианту осуществления и строительная машина может быть оснащена по меньшей мере одним датчиком наклона для регистрации наклона транспортного средства относительно горизонтали. Результаты измерений датчика наклона тоже сообщаются блоку управления, которое может учитывать их при корректировке предельного давления. Благодаря этому может осуществляться корректировка первоначального эталонного давления в зависимости от значения наклона.
Для защиты задействованных гидравлических компонентов необходимо задать постоянное максимальное предельное давление, которое также не может превышаться предлагаемым изобретением блоком управления. Для дополнительной защиты от неправильного использования строительной машины целесообразно задать различные максимальные давления, а именно, первое максимальное предельное давление для случая, когда определенный вес загрузки не превышает допустимый максимальный вес загрузки строительной машины, и второе максимальное предельное давление для альтернативного случая, когда определенный вес загрузки превышает допустимый максимальный вес загрузки строительной машины. Целесообразным образом второе максимальное предельное давление ниже, чем первое максимальное предельное давление. Тем самым гарантируется, что временное повышение предельного давления будет возможно только тогда, когда действительно соблюдается допустимый вес загрузки.
Предмет настоящего изобретения касается также способа эксплуатации строительной машины для перемещения грунта, имеющей по меньшей мере одну емкость для материала. Емкость для материала может переставляться посредством по меньшей мере одного гидравлического исполнительного элемента, при этом в соответствии с изобретением гидравлическое давление питания исполнительного элемента может ограничиваться предельным давлением, которое находится при работе в зависимости от зарегистрированного действительного веса загрузки емкости для материала.
По предпочтительному варианту осуществления способа установленное предельное давление повышается до максимального предельного давления, в случае если действительный вес загрузки не превышает допустимый вес загрузки, и результирующая сила перестановки недостаточна для движения перестановки емкости для материала, и/или результирующая фактическая скорость перестановки лежит ниже номинальной скорости перестановки, и/или обнаруживается некоторый наклон транспортного средства относительно горизонтали.
По другому предпочтительному варианту осуществления изобретения способ осуществляется на строительной машине в соответствии с настоящим изобретением или, соответственно, одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Соответственно этому для предлагаемого изобретением способа получаются те же самые преимущества и свойства, которые уже пояснялись выше в связи с предлагаемой изобретением строительной машиной. Поэтому повторное описание опускается.
Далее надо пояснить подробнее другие преимущества и свойства изобретения на одном из примеров осуществления, изображенном на чертежах. Показано:
фиг.1: схематичное изображение предлагаемого изобретением ковшового самосвала;
фиг.2a: блок-схема предлагаемого изобретением способа для определенного случая применения;
фиг.2b: другая блок-схема предлагаемого изобретением способа для другого случая применения;
фиг.2c: другая блок-схема предлагаемого изобретением способа для третьего случая применения;
фиг.3: изображение графика для пояснения зависимости между силой опрокидывания и загрузкой и
фиг.4: гидравлическая схема предлагаемой изобретением строительной машины.
На фиг.1 показано эскизное изображение предлагаемой изобретением строительной машины в виде шарнирно-сочлененного ковшового самосвала. Ковшовый самосвал включает в себя опертый с возможностью опрокидывания на шасси ковш 2, который может подниматься посредством гидравлического привода в виде по меньшей мере одного гидравлического цилиндра 40, чтобы сваливать помещенный груз. Приведение в действие гидравлического привода 40 осуществляется с помощью рычага 50 управления внутри кабины водителя ковшового самосвала.
Под ковшом 2 инсталлирована весовая система 20, которая регистрирует текущий вес загрузки ковша и передает блоку 10 управления транспортного средства («ECU»=Engine Control Unit, англ. блок управления двигателем). Блок управления получает также сигналы управления рычага 50 управления. Управляющий выход ECU 10 находится в соединении с гидравлическим блоком 30 управления, посредством него могут активироваться отдельные компоненты, такие как клапаны, и пр. гидравлического циркуляционного контура.
Схема соединений гидравлики содержится на фиг.4. Изображены два гидравлических цилиндра 40 для приведения в действие ковша. Необходимое давление питания для движения поршневых штоков предоставляется перестановочным насосом 60, который через ходовой клапан 70 соединен с двумя гидравлическими приводами 40. Посредством трех состояний включения ходового клапана 70 цилиндры 40 могут вместе вдвигаться или выдвигаться или, соответственно, останавливаться в текущем положении. Сторона высокого давления насоса 60, т.е. трубопровод высокого давления к цилиндрам 40 через клапан 80 ограничения давления соединен с гидравлическим баком. Если уровень давления в подводе высокого давления превышает давление открытия клапана 80 ограничения давления, трубопровод разгружается в направлении бака.
Гидравлическое управление клапаном 80 ограничения давления осуществляется с упреждением, при этом управляющее давление на управляющем входе клапана 80 ограничения давления может устанавливаться с помощью пропорционального клапана 90 регулирования давления, который с входной стороны соединен с гидравлическим насосом 61. Клапан 90 регулирования давления является электроприводным.
Как уже пояснялось выше, ECU 10 получает сигнал датчика весовой системы 20, а также рычага 50 управления. Через управляющие выходы ECU 10 соединено с ходовым клапаном 70 для приведения в действие гидравлических цилиндров 40, а также с клапаном 90 регулирования давления для установки предельного давления клапана 80 ограничения давления. Активирование осуществляется с помощью гидравлического блока 30 управления, который на схеме фиг.4 для лучшего обзора не отображен. Ходовой клапан 70 открывается пропорционально требованию, которое определено отклонением рычага 50 управления. Регулировочный насос 60 с помощью LS-сигнала (Load-Sensing, англ. чувствующий нагрузку) генерируемого в ходовом клапане 70, в соответствии с необходимостью создает требуемый гидравлический расход. Опрокидывающие цилиндры 40 поднимают ковш 40 с требуемой номинальной скоростью опрокидывания.
При работе помещенный в ковш 2 фактический вес регистрируется весовой системой 20 и передается блоку 10 управления. После приведения в действие рычага 50 управления блок управления еще до выполнения процесса сваливания сравнивает зарегистрированный фактический вес с заданным максимально допустимым значением веса. В случае, когда фактический вес меньше или, соответственно, равен максимально допустимому значению, блоком 10 управления передается сигнал гидравлическому блоку 30 управления для корректировки давления опрокидывания. Ниже надо пояснить отдельные выполняемые шаги способа с помощью блок-схем фиг.2a-2c, на которых изображены различные случаи применения.
На фиг.2a показана блок-схема для стандартного на практике случая. Весовое устройство 20 перманентно регистрирует текущую загрузку ковша 2. После инициирования процесса опрокидывания водителем посредством элемента 50 управления осуществляется сравнение измеренной фактической загрузки с заложенной в блоке 10 управлении допустимой загрузкой. Если фактическая загрузка меньше или равна максимально допустимой загрузке, блок 10 управления находит необходимую силу опрокидывания для зарегистрированной загрузки и опосредствованно путем приведения в действие клапана 90 регулирования давления устанавливает эталонное предельное давление на клапане 80 ограничения давления. Тем самым разрешается определенная необходимая сила опрокидывания для подъема ковша 2. После этого осуществляется запуск процесса опрокидывания гидравлическим устройством 30 управления, и процесс опрокидывания выполняется путем приведения в действие опрокидывающих цилиндров 40, пока он не будет окончательно завершен.
На фиг.2b показана блок-схема для определенного случая применения, при котором после осуществленной установки предельного давления клапана 80 ограничения давления результирующая скорость опрокидывания не соответствует желаемой номинальной скорости. И здесь весовым устройством 20 постоянно регистрируется текущая загрузка ковша 2. После инициирования процесса опрокидывания водителем посредством элемента 50 управления осуществляется сравнение фактической загрузки с заложенной максимальной допустимой загрузкой. Аналогично примеру осуществления фиг.2a, и здесь осуществляется разрешение необходимой силы опрокидывания блоком 10 управления и запуск процесса опрокидывания гидравлическим устройством 30 управления.
Однако во время процесса опрокидывания проверяется, соответствует ли достигнутая скорость опрокидывания, которая регистрируется посредством особой системы датчиков, предварительно заданной номинальной скорости опрокидывания ковша 2. Если это так, процесс опрокидывания выполняется путем приведения в действие опрокидывающих цилиндров 40 до завершения процесса разгрузки. Однако если текущая скорость опрокидывания ковша 2 лежим ниже номинальной скорости опрокидывания, осуществляется повышение предельного давления клапана 80 ограничения давления блоком 10 управления, чтобы в результате можно было развивать более высокую силу опрокидывания ковша 2, пока не будет достигнута желаемая номинальная скорость опрокидывания.
Однако при этом следует учитывать, что повышение предельного давления клапана 80 ограничения давления может осуществляться только до предварительно заданного первого максимального давления опрокидывания, при котором предотвращается перегрузка отдельных гидравлических компонентов и их повреждение.
На фиг.2c показан другой случай применения предлагаемого изобретением способа. И здесь осуществляется разрешение необходимой силы блоком 10 управления и запуск процесса опрокидывания гидравлическим устройством 30 управления. Однако если при последующем процессе опрокидывания констатируется, что установленная сила опрокидывания вследствие выбранного предельного давления недостаточна, чтобы соответственно поднимать ковш, блоком 10 управления путем подъема предельного давления клапана 80 ограничения давления разрешается более высокое давление опрокидывания, однако только до предварительно заданного первого максимального давления опрокидывания. При возможности такого повышения, что исполнительные элементы 40 могут соответственно поднимать ковш 2, процесс опрокидывания завершается до разгрузки ковша 2. В ином случае процесс прерывается, и дается сообщение водителю, что требуемая сила опрокидывания недопустима.
Фиг.3 в общих чертах представляет взаимосвязь между загрузкой ковша 2 и необходимой силой опрокидывания. В зависимости от состояния фактической загрузки находится и разрешается необходимая номинальная сила опрокидывания, но только до первой максимальной силы опрокидывания. Если максимально допустимая загрузка превышается, то сила опрокидывания устанавливается на предварительно заданную вторую максимальную силу опрокидывания.