• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, die konfiguriert ist, um eine relative Lastkompensation für ein Nutzlastmessungssystem einer Maschine auszuführen. Die Maschine hat mindestens einen Zylinder zum Anheben eines Nutzlastträgers. Der Zylinder ist mit einer Strömungsmittelschaltung mit einem Betätigungsströmungsmittel verbunden. Das Nutzlastmessungssystem ist kalibriert. Dann wird eine Last von unbekanntem Gewicht angehoben. Um das Gewicht dieser Last zu bestimmen, bestimmt das System ein nicht kompensiertes Nutzlastgewicht als eine Funktion von abgefühlten Druckwerten des Betätigungsströmungsmittels. Ein Parameter, der die Viskosität des Betätigungsströmungsmittels anzeigt, wie beispielsweise die Temperatur, wird abgefühlt, und dieser Parameter wird als eine Funktion des Kalibrierungsgewichtes und des nicht kompensierten Gewichtes skaliert. Ein Nutzlastgewicht wird als eine Funktion des skalierten Paramters, des abgefühlten Parameters und des nicht kompensierten Nutzlastgewichtes bestimmt.
    公开号:DE102004018841A1
    申请号:DE200410018841
    申请日:2004-04-19
    公开日:2005-02-03
    发明作者:J. Micheal Chillicothe Drake；Kevin J. Elmwood Lueschow
    申请人:Caterpillar Inc；
    IPC主号:E02F9-26
    专利说明:
    [0001] DieseErfindung bezieht sich allgemein auf Maschinen zum Transport vonSchüttgutund insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmungdes Gewichtes des transportierten Schüttgutes.
    [0002] Maschinenwie beispielsweise Lader werden im allgemeinen verwendet, um Schüttgut voneinem Lagerhaufen auf Transportmaschinen zum transportieren, wiebeispielsweise auf einen Lastwagen oder auf Eisenbahnwaggons. Beisolchen Anwendungen zur Beladung von Maschinen ist es typischerweise wünschenswert,dass die Transportmaschinen bis zu ihrer maximalen Nenn-Kapazität jedochnicht darüberbeladen werden. Eine zu geringe Beladung einer Maschine verursachteine schlechte Ausnutzung des Materiallieferzyklus und eine Unterforderungvon solchen Transportmaschinen. Eine Überladung bewirkt zusätzlicheInstandhaltungskosten und zusätzliche Abnutzungder Räderdes Lastwagens und der Aufhängungssystemefür dieMaschine. Darüberhinaus kann es nötigsein, dass das überladeneMaterial entladen werden muss, um Gewicht zu verringern, was somitzusätzlicheKosten verursacht. Daher ist eine genaue Nutzlastmessung wünschenswert.
    [0003] EineNutzlastmessung ist auch wünschenswertals ein Verfahren zur Bestimmung der Produktivität des Betriebs. Beispielsweisekann die Fähigkeit, dasGewicht des währendeiner einzigen Schicht geladenen Materials, während einer Periode von 24 Stundenoder währendirgend einer anderen Zeitperiode zu messen für einen Betriebsmanager wertvoll sein.
    [0004] Nutzlastmessungssystemesind entwickelt worden, die abgefühlte Hubzylinderdrücke verwenden,die es ermöglichen,dass das System unter Verwen dung von bekannten Gewichten kalibriertwird und dann das Nutzlastgewicht während des Betriebs der Maschinezu bestimmen. Das gemessene Verfahren hängt von dem Verhältnis vonDruck zu Gewicht ab, welches konsistent zu dem Zeitpunkt bleibt, wodie Maschine kalibriert wird, und zu dem Zeitpunkt, zu dem die Maschineeine unbekannte Last misst. Zusätzlichnehmen solche Systeme an, dass das Verhältnis von Druck zu Gewicht über einengroßenTemperaturbereich konsistent bleibt. Es ist bekannt, MessungssystemebezüglichVeränderungen derUmgebungstemperatur einzustellen; zusätzlich ist es allgemein bekannt,eine gemessene Nutzlast bezüglichVeränderungender Betätigungsströmungsmitteltemperaturzu kompensieren. Solche Systeme skalieren typischerweise das gemessene Nutzlastgewichtmit einem absoluten Koeffizienten. Jedoch berücksichtigt die Anwendung einerabsoluten Zahl nicht Veränderungendes relativen Gewichtes der Last.
    [0005] Dievorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere deroben dargelegten Probleme zu überwinden.
    [0006] Essei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibungals auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaftund erklärendsind und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.
    [0007] Ineinem ersten Ausführungsbeispielwird ein Verfahren zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine offenbart. Die Maschine hat mindestens einen Zylinder zumAnheben eines Nutzlastträgers,wobei der Zylinder mit einer Strömungsmittelschaltungmit einem Betätigungsströmungsmittelverbunden ist. Das Verfahren weist die Bestimmung eines Kalibrierungsgewichtesauf, welches mit dem Nutzlastträgerassoziiert ist; die Bestimmung eines nicht kompensierten Nutzlastgewichtes;die Bestimmung einer Temperaturverstärkung (Gain) die mit dem Betätigungsströmungsmittel assoziiertist, und zwar ansprechend zumindest auf das Kalibrierungsgewichtund das nicht kompensierte Nutzlastgewicht; und Bestimmung des Nutzlast gewichtesansprechend auf mindestens das nicht kompensierte Nutzlastgewichtund die Temperaturverstärkung.
    [0008] Ineinem zweiten Ausführungsbeispielwird ein Verfahren zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine offenbart. Die Maschine hat mindestens einen Zylinder zumAnheben eines Nutzlastträgers,wobei der Zylinder mit einer Strömungsmittelschaltungverbunden ist, die ein Betätigungsströmungsmittelbesitzt. Das Verfahren weist die Bestimmung eines Kalibierungsgewichtes auf,welches mit dem Nutzlastträgerassoziiert ist; die Bestimmung einer Kalibrierungstemperatur desBetätigungsströmungsmittels,die mit dem Kalibrierungsgewicht assoziiert ist; die Bestimmungeines nicht kompensierten Nutzlastgewichtes; die Skalierung undder Kalibrierungstemperatur durch eine Skalierungsfunktion des nichtkompensierten Nutzlastgewichtes und des Klibrierungsgewichtes; und dieBestimmung des Nutzlastgewichtes als eine Funktion von mindestensdem unkompensierten Nutzlastgewicht und der skalierten Kalibrierungstemperatur.
    [0009] Gemäß einesdritten Ausführungsbeispiels wirdeine Vorrichtung zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine offenbart. Die Maschine hat mindestens einen Zylinder zumAnheben eines Nutzlastträgers,wobei der Zylinder mit einer Strömungsmittelschaltungmit einem Betätigungsströmungsmittelverbunden ist. Die Vorrichtung weist Kalibrierungsmittel auf, umein Kalibrierungsgewicht zu bestimmen, welches mit dem Nutzlastträger assoziiertist; Temperaturmittel zur Bestimmung einer ersten und einer zweitenTemperatur des Betätigungsströmungsmittels;Nutzlastmittel zur Bestimmung eines nicht kompensierten Nutzlastgewichtes; undKompensationsmittel zur Bestimmung des Nutzlastgewichtes.
    [0010] 1 ist eine Seitenansichtdes vorderen Teils einer Ladermaschine, die ein beispielhaftes Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung aufweist;
    [0011] 2 ist ein Beispiel einerHydraulikschaltung, die mit einem beispielhaften Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung assoziiert ist;
    [0012] 3 ist ein Blockdiagrammeines beispielhaften Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung;
    [0013] 4 ist eine grafische Darstellungeines Zylinderdruckes gegenüberder Zylinderausfahrbewegung; und
    [0014] 5A, 5B veranschaulichen ein beispielhaftesAusführungsbeispieleines Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
    [0015] In 1 ist ein Nutzlastüberwachungssystemim allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt. Obwohl 1 einen vorderen Teil einerRadladermaschine 11 mit einem Nutzlastträger in Form einerSchaufel 16 zeigt, ist die Erfindung gleichfalls anwendbarauf Maschinen, wie beispielsweise Raupenlader, Kipplastwägen undandere Maschinen mit ähnlichenLademöglichkeiten.Die Schaufel 16 ist mit einer Hubarmanordnung 12 verbunden,die schwenkbar von zwei hydraulischen Hubzylindern 14 betätigt wird(von denen nur einer gezeigt ist) und zwar um ein Paar von Hubarmschwenkstiften 13 (von denennur einer gezeigt ist), die an dem Fahrzeugrahmen angebracht sind.Ein Paar von Hubarmlasttragschwenkstiften 19 (von deneneiner gezeigt ist), ist an der Hubarmanordnung 12 und anden Hubzylindern 14 angebracht. Die Schaufel 16 kannauch durch einen Schaufelkippzylinder 15 gekippt werden.
    [0016] DasNutzlastüberwachungssystem 10 weist einenAusfahrpositionssensor 20 auf, der konfiguriert ist, umeine Charakteristik abzufühlen,die die Ausfahrposition des Zylinders 14 anzeigt. In einemAusführungsbeispielist der Ausfahrpositionssensor ein Drehsensor 20, der konfiguriertist, um die Drehung von einem der Hubarmschwenkstifte 13 abzufühlen, worausdie Geometrie der Hubarmanordnung 12 oder die Ausfahrpositionder Hubzylinder 14 abgeleitet werden kann. Der gleicheDrehsensor 20 kann alternativ in den Last tragschwenkstiften 19 eingebaut sein,um die gleiche Information zu liefern. In einem alternativen Ausführungsbeispielist der Ausfahrpositionssensor ein Positionssensor, der konfiguriertist, um die Ausfahrposition oder die Position eines Zylinders 14 abzufühlen.
    [0017] EinDruckwandler 21 fühltden Hydraulikdruck in einem der Hubzylinder 14 ab. Obwohldes zwei Zylinder 14 gibt, ist der Druck in den Zylindern imallgemeinen der Gleiche füreine gegebene Nutzlast und eine gegebene Hubarmanordnungsgeometrie.Somit reicht das Abfühlendes Strömungsmitteldruckes,der mit einem der Zylinder 14 assoziiert ist, für die gegenwärtige Anwendung.Zusätzlichist der Zylinder 14 an eine Betätigungsströmungsmittelschaltung 202 angeschlossenenund nimmt Betätigungsströmungsmittelvon dieser auf, wie beispielsweise von einer Hydraulikschaltung,wie in 2 veranschaulicht.
    [0018] 2 veranschaulicht ein Beispieleiner Betätigungsschaltung 202,die mit zwei Hubzylindern 14 und einem Kippzylinder 15 verbundenist. Der Ausfahrpositionssensor 20 ist als einen Drucksensor 20 veranschaulicht,der mit dem Zylinder assoziiert ist, um die Position des Kolbens 50 zubestimmen. Der Druckwandler 20 kann an anderen Stellender Betätigungsströmungsmittelschaltung 202 gelegensein, solange der Druckwandler 21 in einer Weise angeordnetist, die das Abfühleneines Druckes ermöglicht,der den Strömungsmitteldruckinnerhalb des Zylinders 14 anzeigt.
    [0019] Zusätzlich kannein in den 2 und 3 veranschaulichter Temperatursensor 25 verwendetwerden, um die Temperatur des Strömungsmittels abzufühlen, welchesin der Betätigungsströmungsmittelschaltung 202 verwendetwird, die mit dem Hubzylinder 14 verbunden ist. In dembevorzugten Ausführungsbeispielist der Temperatursensor 25 in einer Weise angeordnet,die ermöglicht,dass der Sensor die Temperatur des Betätigungsströmungsmittels in dem Tank oderdem Strömungsmittelreservoirabfühlt,der bzw. die mit der Betätigungsströmungsmittelschaltung 202 assoziiertsind. Der Temperatursensor 25 erzeugt ein Signal, welchesdie Temperatur des Betätigungsströmungsmittelsanzeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispielist das Betätigungsströmungsmittelein hydraulisches Strömungsmittel, wiebeispielsweise Hydrauliköl.
    [0020] MitBezug auf 3 werden dasZylinderdrucksignal, dass Ausfahrpositionssensorsignal und die Temperatursignalean einen Mikroprozessor oder eine Steuervorrichtung 24 geliefert.In dem bevorzugten Ausführungsbeispielwerden die Signale durch jeweilige Analog/Digital-(A/D-)Wandler 27 verarbeitet, bevorsie an die Steuervorrichtung 24 geliefert werden. Zusätzlich können dieSignale in dem inneren Speicher innerhalb der Steuervorrichtung 24 oderin einer getrennten Speichervorrichtung 30 gespeichert sein.
    [0021] 4 veranschaulicht grafischdie Beziehung zwischen dem Zylinderdruck und der Zylinderausfahrpositionin einem Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung. Die Druck- und Ausfahrpositionsdatensind auf einer Kurvendarstellung aufgezeichnet, die den linken Zylinderdruckauf der vertikalen y-Achseund die Ausfahrposition des linken Zylinders auf der horizontalenx-Achse hat. Eineerste Kurve 38 stellt den auf die Kurve eingepassten Druck gegenüber denDaten fürdie Ausfahrposition fürein erstes Gewicht einer leeren Laderschaufel 16 dar. Einezweite Kurve 40 stellt den in die Kurve eingepasstden Druckgegenüberden Daten fürdie Ausfahrposition füreine Nutzlast von bekanntem Gewicht dar. Diese Kurven 38, 40 können während einesKalibrierungsverfahrens bestimmt werden. Das bekannte Gewicht istvorzugsweise auf oder nahe der Nenn-Kapazität der Maschine 11.NatürlichkönnenzusätzlicheNutzlastgewichte, anstelle oder in Verbindung mit der bevorzugtenleeren Last und nahe der maximalen Nenn-Last während des Kalibrierungsprozessesverwendet werden. Die Signale bezüglich des tatsächlichenDruckes, die von dem Druckwandler 21 aufgenommen wurden,sind zu einer Kurve eingepasst worden und gemittelt worden, um zufällige Druckspitzenzu entfernen, um die ersten und zweiten Kurven 38 und 40 zubilden. Die Kurven 38 und 40 können als Referenzgewichtskurven für das Nutzlastüberwachungssystemwährenddes Kalibrierungsprozesses aufgenommen und gespeichert werden, wieim Folgenden besprochen wird. Wie in 4 gezeigt,steigt der Zylinderdruck, wenn die Zylinderausfahrposition während desAnhebens des Nutzlastträgers 16 steigt.
    [0022] Einedritte Hubkurve 43 veranschaulicht einem Hubkurve, diemit einem unbekannten Gewicht assoziiert ist. Die Kurve 43,die überdie Bahn 42 überlagertgezeigt ist, ist in einer Kurve eingepasst und gemittelt worden,um die zufälligenDruckwellen zu entfernen. Die Bahn 42 ist eine Bahn bzw.Kurve von tatsächlichenDruckmessungen in einem Beispiel für einen Hubvorgang. Die Kurve 43 isteine Darstellung des Druckes gegenüber der Ausfahrposition desgemessenen Gewichtes. Experimente haben gezeigt, dass der Hubzylinderdrucklinear mit dem Gewicht einer Nutzlast bei einer speziellen Ausfahrpositiondes Zylinders variiert. Daher kann das Nutzlastgewicht durch eineInterpolation berechnet werden, wenn die Kurve 43 zwischendie Referenzkurven 38 und 40 fällt, und durch Extrapolation,wenn die Kurve 43 außerhalbder Referenzkurven 38 und 40 ist.
    [0023] Weiterhinhaben Experimente auch gezeigt, dass der Strömungsmitteldruck innerhalbder Betätigungsströmungsmittelschaltung 202 zusätzlich von demrelativengewicht der angehobenen Last abhängt. Beispielsweise kann derStrömungsmitteldruck,um eine Last von acht Tonnen anzuheben, um 20 kPa/°C ansteigen,währendder Druck, der erforderlich ist, um eine Last von vier Tonnen anzuheben, um10 kPa/°Cansteigen kann. Der Strömungsmitteldruck,der notwendig ist, um eine Last anzuheben, verringert sich linearbezüglichdes relativengewichtes der Last.
    [0024] 5A und 5B veranschaulichen ein Ausführungsbeispieldes Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren ist konfiguriert,um Veränderungender Viskositätwährendder dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtes zu kompensieren, diemit dem Betätigungsströmungsmittelder Hydraulikschaltung assoziiert sind, die mit den Hubzylindern verbundenist. Die vorliegende Erfindung weist ein Kalibrierungsverfahrenfür dasNutzlastmesssystem auf. Das Kalibrierungsverfahren weist das Anheben vonzwei Nutzlasten von unterschiedlichem Gewicht und die Bestimmungder Verän derungender Druckmessungen auf, die währenddes Anheben das auftreten. Ein Parameter, der die Viskosität des Betätigungsströmungsmittelszeigt, wird währenddes Kalibrierungsverfahrens eingerichtet. Beispielsweise wird ineinem Ausführungsbeispieldie Temperatur bestimmt, um eine Viskositätskompensation für die gewogeneNutzlast auszuführen.Das heißt,in einem Ausführungsbeispielwerden Temperaturmessungen verwendet, um Veränderungen der Viskosität des Betätigungsströmungsmittelsvon dem Zeitpunkt, zu dem das Kalibrierungsverfahren ausgeführt wird,zu dem Zeitpunkt zu berücksichtigen,wo die Nutzlast mit unbekanntem Gewicht angehoben wird. Zusätzlich sinddie Temperaturmessungen skaliert, um das Gewicht, welches angehobenwird, verglichen mit dem Kalibrierungsgewicht zu berücksichtigen.
    [0025] Ineinem Ausführungsbeispielkann der Beginn des Kalibrierungsverfahrens dadurch beginnen, dassder Bediener eine Nutzlastkalibrierungsoption aus einer (nicht gezeigten)Bildschirmanzeige auswählt,die mit der Steuervorrichtung 24 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 24 kanndann die Kalibrierungsroutine einleiten und das Anheben der Nutzlast überwachen.Sobald die Kalibrierungsroutine eingeleitet ist, wird dann in einemersten Steuerblock 502 eine erste Nutzlast mit bekanntemGewicht angehoben. In dem bevorzugten Verfahren ist der Nutzlastträger 16 während einemder Hubvorgängezur Kalibrierung leer. Daher könnenKalibrierungsmessungen unter Verwendung eines leeren Nutzlastträgers 16 ausgeführt werden.In einem zweiten Steuerblock 504 wird eine Vielzahl vonDruckwerten des Betätigungsströmungsmittelswährenddes Anheben und der ersten Nutzlast abgefühlt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispielwird auch eine Vielzahl von Zylinderausfahrpositionswerten während desAnhebens der ersten Nutzlast abgefühlt. Zusätzlich werden die Strömungsmitteldruckmessungenund die Messungen der Ausfahrposition vorzugsweise miteinander inBeziehung gesetzt und im Speicher gespeichert. In einem Ausführungsbeispielwird die Nutzlast von dem Erdbodenniveau auf eine maximale Hubpositionangehoben. Jedoch könnenandere Variationen im Bereich des Hubvorganges ausgeführt werden,um die Druckmessungen aufzunehmen.
    [0026] Beieinem Ausführungsbeispiel überwacht dasNutzlastmessungssystem kontinuierlich die Ausfahrposition des Zylinders.Basierend auf der Analyse der Ausfahrpositionsdaten des Zylinderskann eine Bestimmung vorgenommen werden, ob der Nutzlastträgers 16 angehobenist. Wenn beispielsweise die Zylinderausfahrposition eine Hubausfahrpositionsschwelle überschreitet,kann das System daraus schließen,dass eine Nutzlast angehoben ist, und der Strömungsmitteldruck kann zusammenmit den Messungen der Zylinderausfahrposition abgefühlt undgespeichert werden. Wenn die Zylinderausfahrposition eine zweiteHubausfahrpositionsschwelle überschreitet,kann daraus geschlossen werden, dass der Hubvorgang vollendet ist,und zwar fürdie Zwecke der Nutzlastberechnungen. Wenn alternativ die Ausfahrpositionan einer Position fürmehr als eine festgelegte Zeitdauer anhält, dann kann der Hubvorgangals vollendet angesehen werden. Alternativ kann der Hubvorgang alsvollendet angesehen werden, wenn es einen schnellen Abfall des Strömungsmitteldruckesgibt, d. h., wenn der Nutzlastträger 16 Materialablässt,wobei der Strömungsmitteldruckim Zylinder 14 schnell abfällt.
    [0027] Ineinem dritten Steuerblock 506 wird eine zweite Nutzlastmit einem bekannten Gewicht angehoben. In dem bevorzugten Ausführungsbeispielist die zweite Nutzlast nahe an einem maximalen Nutzlastgewicht.In einem vierten Steuerblock 508 wird eine Vielzahl vonDruckwerten fürdas Betätigungsströmungsmittelwährenddes Hubvorganges der zweiten Nutzlast abgefühlt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispielwird auch eine Vielzahl von Zylinderausfahrpositionswerten während desAnhebens der zweiten Nutzlast abgefühlt. In einem Ausführungsbeispielwerden die abgefühltenDruckwerte und die Ausfahrpositionswerte, falls diese aufgenommenwerden, in dem Speicher gespeichert. Zusätzlich werden die Druckmessungenund die Ausfahrpositionsmessungen vorzugsweise miteinander in Beziehunggesetzt und im Speicher gespeichert.
    [0028] Beieinem Ausführungsbeispielsind die Zuständeder Hydraulikschaltung die Gleichen für jeden der Hubvorgänge. Beispielsweiseist vorzugsweise die Geschwindigkeit für jeden der Hubvorgänge vorzugsweisedie Gleiche.
    [0029] Ineinem fünftenSteuerblock 510 wird ein erster Parameter eingerichtet,der die Viskositätdes Strömungsmittelswährendder ersten und zweiten Hubvorgängeanzeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispielwird die Betätigungsströmungsmitteltemperatur(TKalibrierung) abgefühlt, und zwar als der Parameter,der die Viskositätanzeigt. Daher wird die Temperatur des Betätigungsströmungsmittels, die mit den erstenund zweiten Hubvorgängenassoziiert ist, eingerichtet bzw. aufgestellt. Die ersten und zweitenHubvorgängewerden vorzugsweise zeitlich gesehen relativ nahe aneinander ausgeführt, sodass es eine minimale Veränderungder Betätigungsströmungsmitteltemperatur(TKalibrierung) gibt. Daher kann die Temperaturdes Betätigungsströmungsmittels während deszweiten Hubvorganges abgefühltwerden und als die Temperatur verwendet werden, die mit den erstenund zweiten Hubvorgängenassoziiert ist. Bei einem Ausführungsbeispielwerden die Temperaturen miteinander verglichen. Wenn eine Differenzzwischen den Temperaturen der ersten und zweiten Hubvorgänge eineTemperaturschwelle überschreitet,beispielsweise 2 Grad, dann kann der Kalibrierungsprozess abgebrochenwerden und erneut gestartet werden. Wenn die Temperaturdifferenz geringerals die Temperaturschwelle ist, dann kann jeder der Temperaturwerteverwendet werden, um die Temperatur (TKalibrierung)währendder Hubvorgängendarzustellen, oder die Temperaturen können zusammen gemittelt werden.In einem alternativen Ausführungsbeispielkönnendie Temperaturen einfach zueinander gemittelt werden. Auf jedenFall wird eine Temperatur (TKalibrierung),die mit den ersten und zweiten Hubvorgängen assoziiert ist, bestimmtund in einem Speicher gespeichert. Bei einem Ausführungsbeispielsind die Messungen zur Kalibrierung aufgenommen worden, und dasNutzlastsystem ist nun bereit fürden Betrieb.
    [0030] Ineinem sechsten Steuerblock 512 wird während des Betriebs der Maschineeine dritte Nutzlast von unbekanntem Gewicht angehoben. In einem siebtenSteuerblock 514 wird eine Vielzahl von Druckwerten während desHubvorganges des unbekannten Gewichtes abgefühlt. In einem achten Steuerblock 516 wirdein Parameter aufgestellt, der die Viskosität des Betätigungsströmungsmittels anzeigt. In dembevorzugten Ausführungsbeispielist der aufgestellte Parameter die Temperatur des Betätigungsströmungsmittels(TIst).
    [0031] Daherwird die Temperatur währenddes Anhebens des unbekannten Gewichtes abgefühlt. Wie oben besprochen kanndie Bestimmung, wann ein Hubvorgang beginnt oder endet, basierendauf der Überwachungder Ausfahrposition der Zylinder und ihrer Veränderung vorgenommen werdenund/oder durch eine Überwachungdes Strömungsmitteldruckesund seiner Veränderung.Daher versucht bei einem Ausführungsbeispieldas Nutzlastmessungssystem nicht kontinuierlich, ein Nutzlastgewichtzu bestimmen, wenn die Maschine keinen Hubvorgang ausführt.
    [0032] Ineinem neunten Steuerblock 518 wird ein Nutzlastgewicht(WIst) der dritten Nutzlast ansprechendauf die ersten und zweiten die Viskosität anzeigenden Parameter aufgestellt(beispielsweise die ersten und zweiten Temperaturen (TKalibrierung und TIst)), weiter ansprechend auf die erste,zweite und dritte Vielzahl von Strömungsmitteldruckwerten und dieersten und zweiten Nutzlastgewichte. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielwird das Nutzlastgewicht (WIst) der drittenNutzlast nicht bestimmt, bevor der Hubvorgang der dritten Nutzlastvollendet ist. Alternativ kann die Nutzlast bestimmt werden, wenn dieDaten aufgenommen sind, oder sobald alle erwünschten Daten aufgenommen sind.Zusätzlich werdendie Ausfahrpositionssensordaten vorzugsweise verwendet, um das Nutzlastgewichtder dritten Nutzlast zu bestimmen.
    [0033] Beidem bevorzugten Ausführungsbeispiel weistdie Bestimmung des dritten Nutzlastgewichtes (WIst)die Bestimmung eines nicht kompensierten Gewichtswertes (W') für die Nutzlastauf. Das nicht kompensierte Nutzlastgewicht wird dann modifiziert,um das relative Gewicht der angehobenen Last zu kompensieren.
    [0034] Einerster Differenzdruck zwischen den Drücken, die während des Hubvorganges desunbekannten Gewichtes abgefühltwurden, und den Strö mungsmitteldrücken, diewährenddes Hubvorganges einer leeren Schaufel (d. h. im ersten Hubvorgang)abgefühltwerden, wird bestimmt. Ein zweiter Differenzdruck zwischen den Strömungsmitteldrücken, diewährenddes Hubvorganges des bekannten Gewichtes abgefühlt wurden, und den Strömungsmitteldrücken, diewährenddes Hubvorganges des leeren Nutzlastgewichtes abgefühlt wurden,wird bestimmt. Der ersten Differenzdruck wird durch den zweitenDifferenzdruck geteilt, und das Ergebnis wird mit dem bekanntenNutzlastgewicht (WKalibrierung) multipliziert.Die folgende Gleichung wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispielverwendet, um das nicht kompensierte unbekannte Nutzlastgewicht(W') zu bestimmen.
    [0035] Wobeigilt: W' istdas unbekannte Gewicht. WKalibrierung Istdas bekannte Gewicht zum Zeitpunkt der Kalibrierung, d. h. das zweiteGewicht minus das erste Gewicht. Pd ist die Differenz zwischendem abgefühltenStrömungsmitteldruckbei einer gegebenen Zylinderausfahrposition während des Anhebens eines unbekanntenGewichtes und dem assoziierten Druck, der während des Anhebens einer leerenSchaufel abgefühltwird. Cd ist die Differenz zwischen dem abgefühlten Strömungsmitteldruckfür einegegebene Zylinderausfahrposition während des Anhebens eines bekannten Gewichtesund des assoziierten abgefühltenDruckes füreine gegebene Zylinderausfahrposition während des Anhebens einer leerenSchaufel. n ist die Anzahl der Druckmessungen, die bei derBestimmung verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel werden allegültigenaufgenommenen Druckmessungen verwendet. Alter nativ kann einen Untersatzvon einer oder mehreren Messungen verwendet werden.
    [0036] Sobaldein nicht kompensiertes Gewicht (W') fürdie dritte Nutzlast bestimmt wurde, kann das Gewicht modifiziertwerden, um die relative angehobene Last zu kompensieren.
    [0037] Beieinem Ausführungsbeispielder Erfindung wird die Temperatur des Betätigungsströmungsmittels (TKalibrierung)als eine Funktion des relativen Gewichtes der Nutzlast (W') skaliert. Die Gleichungfür dieSkalierung der Temperatur (TKalibrierung) istWie folgt:
    [0038] Wobeigilt: W' istdas nicht kompensierte Nutzlastgewicht TKalibrierung Istdie Temperatur des Betätigungsströmungsmittels,die zum Zeitpunkt der Kalibrierung abgefühlt wurde WKalibrierung Istdas bekannte Gewicht zum Zeitpunkt der Kalibrierung, d. h., daszweite Gewicht – daserste Gewicht Tskaliert ist die unbekannteskalierte Temperatur
    [0039] Dasunkompensierte Gewicht (W')kann dann modifiziert werden, um die Lastveränderungen zu kompensieren.Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispielist die Gleichung zur Bestimmung des tatsächlichen kompensierten Gewichtes(WIst) der dritten Nutzlast die Folgende: WIst = W' – Tskaliert·TIst
    [0040] Wobeigilt: W' istdas nicht kompensierte Nutzlastgewicht Tskaliert istdie skalierte Temperatur des Betätigungsströmungsmittelsabgefühltzum Zeitpunkt der Kalibrierung TIst istdie abgefühlteTemperatur des Betätigungsströmungsmittels,wenn die dritte Nutzlast angehoben wird WIst istdas kompensierte Gewicht der dritten Nutzlast
    [0041] Indem bevorzugten Ausführungsbeispiel wirddas Kalibrierungsverfahren ausgeführt, wenn die Betätigungsströmungsmitteltemperatur über der Kalibrierungstemperaturschwelleist. Experimente haben gezeigt, dass wenn das Betätigungsströmungsmittelunter einer Temperaturschwelle ist, beispielsweise 50 Grad Celsius,die Druckauslesungen währenddes Kalibrierung Prozesses stark variieren können, was zu ungenauen Nutzlastmessungen führt. Beieinem Ausführungsbeispielwird gesagt, dass das System einen stetigen Zustand erreicht hat, wenndie Betätigungsströmungsmitteltemperaturauf oder überder Kalibrierungstemperaturschwelle ist. Wenn daher in dem bevorzugtenAusführungsbeispieldie Strömungsmitteltemperaturunter einer Kalibrierungstemperaturschwelle ist, wird das System keineKalibrierung ausführen.Wenn vorherige Kalibrierungswerte verfügbar sind, können dievorherigen Werte weiter fürdie Nutzlastmessungen verwendet werden. Alternativ kann der Bedienerder Maschine den Motor aufwärmenlassen, beispielsweise den Motor im hohen Leerlauf laufen lassen,oder kann die Schaufel 16 ein oder mehrere Male Anheben,bis die Betätigungsströmungsmitteltemperaturansteigt, so dass eine Kalibrierung ausgeführt werden kann.
    [0042] DerBetrieb der vorliegenden Erfindung wird am besten mit Bezug aufihre Anwendung bei Beladungsanwendungen beschrieben, wo es wichtigist, das Nutzlastgewicht zu kennen. Diese Nutzlastmessung ist auchwertvoll bei Betriebsvorgängen,wo es wünschenswertist, die Produktivitäteines Laderfahrzeugs bzw. beladenen Fahrzeugs zu überwachen.
    [0043] Vorder Anwendung der Nutzlastüberwachung 10 solltedas System kalibriert werden. Eine Kalibrierung sollte auch immerdann wiederholt werden, wenn es eine Veränderung der Hubarmanordnungskonfigurationgegeben hat, wie beispielsweise wenn man auf eine andere Schaufel 16 umbaut,oder nach einer wesentlichen Überholungvon irgend einem der Hubarmanordnunguntersysteme. Bei dem bevorzugtenAusführungsbeispielweist die Kalibrierung der Nutzlastüberwachung 10 dasAnheben der Hubarmanordnung 12 vom Niveau des Erdbodens auf dasAbladeniveau mit einer leeren Schaufel 16 auf, was dasNutzlastgewicht einrichtet, und die Wiederholung des Verfahrensmit einem Material mit bekanntem Gewicht in der Schaufel 16.Vorzugsweise ist das bekannte Gewicht nahe der Nenn-Kapazität des beladenenFahrzeugs 11 oder auf dieser Kapazität. Zusätzlich sollte vorzugsweisedie Schaufel 16 währenddes Hubprozesses zurückgekippt seien, um sicherzustellen, dass der Schwerpunkt des Nutzlastgewichtesnahe der Mitte der Schaufel 16 bleibt. Die Einschränkung derzurückgekipptenSchaufel 16 kann vermieden werden, indem man einen Positionssensorin dem Kippzylinder 15 vorsieht, um die Gradposition derSchaufelverkippung abzufühlen,um die Verschiebung des Schwerpunktes zu kompensieren.
    [0044] Eintypischer Beladungszyklus eines Laders 11 weist in Reihenfolgefolgendes auf: Graben und/oder Einfahren in einen Materialhaufen,zurück Kippender Schaufel 16, um die Last zu halten, Rückwärtsfahrtund Rückwärtsbewegungaus dem Haufen, währendman die Schaufel 16 anhebt, Fahren zu einer Abladestelleoder einem Transportfahrzeug, währenddie Schaufel kontinuierlich angehoben ist, und schließlich Abladender Last aus der angehobenen Position. Dieser Ladezyklus wird nichtdurch die Anwendung der dynamischen Nutzlastüberwachung 10 unterbrochen,weil ein Stoppen der Maschine nicht erforderlich ist, und weil dieSchaufel 16 nicht füreine Zeitperiode auf einer speziellen Höhe positioniert sein muss.
    [0045] Dievorliegende Erfindung ist auf andere Maschinen mit anderen Verbindungs-bzw. Gelenkskonfigurationen erweiterbar, indem man die Unter schiededafür kompensiert.Vorausgesehene anwendbare Maschinenarten sind beispielsweise Bagger, Front-Schaufellader,Baggerlader, Kipplastwägen undvielen Maschinen mit mindestens einer Verbindung bzw. mit mindestenseinem Gelenk mit mindestens einem Hydraulikzylinder zur Modifikationder Verbindungskonfiguration. Fürdiese Fahrzeugverbindungskonfigurationen können zusätzliche Sensoren für Druckund Ausfahrposition benötigtwerden, um den Zylinderdruck und die Verbindungsgeometrie während desArbeitszyklus zu detektieren. Jedoch bleiben die grundlegenden Nutzlastgewichtsberechnungendie gleichen.
    [0046] AndereAspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung können auseinem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der Ansprüche erhaltenwerden.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Verfahren zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine (11) mit mindestens einem Zylinder (14)zum Anheben eines Nutzlastträgers(16), wobei der Zylinder (14) mit einer Strömungsmittelschaltungmit einem Betätigungsströmungsmittelverbunden ist, welches Folgendes aufweist: Bestimmung einesKalibrierungsgewichtes, welches mit dem Nutzlastträger (16)assoziiert ist; Bestimmung eines nicht kompensierten Nutzlastgewichtes; Bestimmungeiner Temperaturverstärkung,die mit dem Betätigungsströmungsmittelassoziiert ist, und zwar ansprechend auf mindestens das Kalibrierungsgewichtund das nicht kompensierte Nutzlastgewicht; und Bestimmungdes Nutzlastgewichtes ansprechend auf mindestens das nicht kompensierteNutzlastgewicht und die Temperaturverstärkung.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt derBestimmung des Kalibrierungsgewichtes Folgendes aufweist: Anhebeneiner ersten Nutzlast mit einem ersten Nutzlastgewicht; Abfühlen einerersten Vielzahl von Druckwerten für das Betätigungsströmungsmittel während desAnhebens der ersten Nutzlast; Anheben einer zweiten Nutzlastmit einem zweiten Nutzlastgewicht; und Abfühlen einer zweiten Vielzahlvon Druckwerten des Betätigungsströmungsmittelswährenddes Anhebens der zweiten Nutzlast.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt derBestimmung des nicht kompensierten Nutzlastgewichtes Folgendes aufweist: Anhebeneiner dritten Nutzlast mit einem dritten Nutzlastgewicht; und Abfühlen einerdritten Vielzahl von Druckwerten des Betätigungsströmungsmittels während desAnhebens der dritten Nutzlast.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendesaufweist: Bestimmung einer ersten Temperatur des Betätigungsströmungsmittels,die mit dem Kalibrierungsgewicht assoziiert ist; und wobei die Temperaturverstärkung (Gain),die mit dem Betätigungsströmungsmittelassoziiert ist, ansprechend auf zumindest die erste Temperatur desBetätigungsströmungsmittels bestimmtwird.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, welches weiter folgendesaufweist: Bestimmung einer zweiten Temperatur des Betätigungsströmungsmittels,die mit dem nicht kompensierten Nutzlastgewicht assoziiert ist;und wobei das Nutzlastgewicht ansprechend auf mindestens diezweite Temperatur bestimmt wird.
    [6] Verfahren zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine (11) mit mindestens einem Zylinder (14)zum Anheben eines Nutzlastträgers(16), wobei der Zylinder mit einer Strömungsmittelschaltung verbundenist, die ein Betätigungsströmungsmittelaufweist, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Bestimmungeines Kalibrierungsgewichtes, welches mit dem Nutzlastträger (16)assoziiert ist; Bestimmung einer Kalibrierungstemperatur desBetätigungsströmungsmittels,die mit dem Kalibrierungsgewicht assoziiert ist; Bestimmung einesnicht kompensierten Nutzlastgewichtes; Skalierung der Kalibrierungstemperaturdurch eine Skalierungsfunktion des nicht kompensierten Nutzlastgewichtesund des Kalibrierungsgewichtes; und Bestimmung des Nutzlastgewichtesals eine Funktion von mindestens dem nicht kompensierten Nutzlastgewichtund der skalierten Kalibrierungstemperatur.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Skalierungsfunktionein Ver hältnisdes nicht kompensierten Nutzlastgewichtes zu dem Kalibrierungsgewichtaufweist.
    [8] Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter folgendesaufweist: Bestimmung einer gegenwärtigen Temperatur (Ist-Temperatur)des Betätigungsströmungsmittels, diemit dem nicht kompensierten Nutzlastgewicht assoziiert ist; und wobeidas Nutzlastgewicht als eine Funktion von mindestens der gegenwärtigen Temperaturbestimmt wird.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Nutzlastgewichtbestimmt wird durch Multiplikation der skalierten Kalibrierungstemperaturmit der gegenwärtigenTemperatur und durch Subtrahieren von dem nicht kompensierten Nutzlastgewicht.
    [10] Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt derBestimmung des Kalibrierungsgewichtes folgendes aufweist: Anhebeneiner ersten Nutzlast mit einem ersten Nutzlastgewicht; Abfühlen einerersten Vielzahl von Druckwerten des Betätigungsströmungsmittels während desAnhebens der ersten Nutzlast; Anheben einer zweiten Nutzlastmit einem zweiten Nutzlastgewicht; und Abfühlen einer Vielzahl von Druckwertendes Betätigungsströmungsmittelswährenddes Anhebens der zweiten Nutzlast.
    [11] Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt derBestimmung der Kalibrierungstemperatur folgendes aufweist: Abfühlen einerersten Hubtemperatur des Betätigungsströmungsmittelswährendeines ersten Hubvorganges; Abfühlen einer zweiten Hubtemperaturdes Betätigungsströmungsmittelswährendeines zweiten Hubvorganges; Mittelwertbildung der ersten Hubtemperaturund der zweiten Hubtemperatur; und Festlegen der Kalibrierungstemperaturansprechend auf die Mittelwertbildung.
    [12] Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt derBestimmung des nicht kompensierten Nutzlastgewichtes folgendes aufweist: Anhebeneines unbekannten Nutzlastgewichtes; und Abfühlen einerVielzahl von Druckwerten des Betätigungsströmungsmittelswährenddes Anhebens des unbekannten Nutzlastgewichtes.
    [13] Vorrichtung zur dynamischen Messung eines Nutzlastgewichtesfür eineMaschine (11) mit mindestens einem Zylinder (14)zum Anheben eines Nutzlastträgers(16), wobei der Zylinder (14) mit einer Strömungsmittelschaltungmit einem Betätigungsströmungsmittelverbunden ist, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: Kalibrierungsmittelzur Bestimmung eines Kalibrierungsgewichtes, welches mit dem Nutzlastträger assoziiertist; Temperaturmittel zur Bestimmung einer ersten und einerzweiten Temperatur des Betätigungsströmungsmittels; Nutzlastmittelzur Bestimmung eines nicht kompensierten Nutzlastgewichtes; und Kompensationsmittelzur Bestimmung des Nutzlastgewichtes.
    [14] Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kompensationsmittelfolgendes aufweisen: Skalierungsmittel zur Einstellung derersten Temperatur als eine Funktion des Kalibrierungsgewichtes unddes nicht kompensierten Nutzlastgewichtes; und Berechnungsmittelzur Bestimmung des Nutzlastgewichtes als eine Funktion des nichtkompensierten Nutzlastgewichtes, der skalierten Temperatur und derzweiten Temperatur.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US20160196699A1|2016-07-07|Stress and/or accumulated damage monitoring system
    US4839835A|1989-06-13|Apparatus and method responsive to the on-board measuring of the load carried by a truck body
    EP1666711B1|2016-07-20|Verfahren und vorrichtung zur steuerung der ausgangsleistung eines motors für eine arbeitsmaschine
    JP4993805B2|2012-08-08|トルクの離散値に基づいて土工機械の作業器具を自動制御するシステムと方法。
    US7009118B2|2006-03-07|Vehicle load weighing system and load cells for such systems
    AU762284B2|2003-06-19|A control system for automatically controlling a work implement of an earthmoving machine to capture, lift and dump material
    EP1675760B1|2007-07-11|Mobiles arbeitsgerät mit stützauslegern
    US5178226A|1993-01-12|Load measuring system for refuse trucks
    CN104802687B|2017-12-29|自卸车辆的防倾倒方法
    US7816613B2|2010-10-19|Arrangement for weighing transport vehicle load
    US6858809B2|2005-02-22|Dump truck with payload weight measuring system and method of using same
    JP5406223B2|2014-02-05|適応型ペイロード監視システム
    CN102735318B|2016-12-14|用于物料传送车辆的测量系统
    US8660758B2|2014-02-25|Payload system with center of gravity compensation
    CA2892987C|2017-10-24|Road surface condition determining method, road surface condition outputting method, road surface condition determining device and road surface condition output equipment
    US8340872B2|2012-12-25|Control system and method for capturing partial bucket loads in automated loading cycle
    JP3830151B2|2006-10-04|油圧ショベルの作業量検出装置及び作業量検出方法並びに作業量検出結果表示装置
    US9593469B2|2017-03-14|System and method for controlling a work vehicle based on a monitored tip condition of the vehicle
    DE10259470B4|2005-08-11|Verfahren zur Bestimmung des Lastgewichts auf dem Lasttragmittel einer hydraulischen Hubvorrichtung
    US8825314B2|2014-09-02|Work machine drive train torque vectoring
    CA2798525C|2013-07-16|Load-measuring, fleet asset tracking and data management system for load-lifting vehicles
    US10821992B2|2020-11-03|Method and system for predicting a risk for rollover of a working machine
    US4230196A|1980-10-28|Load weighing and accumulating system and method for hydraulic loader
    US7669354B2|2010-03-02|Method and apparatus for determining the loading of a bucket
    US20080169131A1|2008-07-17|Device And Method For Measuring Load Weight On Working Machine
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040267474A1|2004-12-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2008-02-14| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]