Automatisierung eines Spinnenbaggers zur Produktivitätssteigerung
Spinnenbagger, manchmal auch Schreitbagger genannt, sind eine besondere Art von Maschinen, die für Arbeiten in schwierigem Gelände wie Berggebieten, wilden Flussbetten und Bergstraßen entwickelt wurden. Die hochmoderne Maschine gibt es seit fünfzig Jahren und wird für anspruchsvolle Arbeiten wie das Mulchen steiler Hänge, das Befahren von Flussbetten, die Beseitigung von Schlammlawinen und das Fällen/Bearbeiten von Bäumen eingesetzt. In Notsituationen kann diese Maschine die erste Verteidigungslinie sein, um Menschen und Infrastruktur vor Steinschlag, Lawinen und Erosion zu schützen.
Herausforderungen
Da es bei dieser Maschine kein Getriebe gibt, steuert das Lenksystem den Antrieb ebenfalls über einen elektrischen Aktuator und einen elektrischen Fahrmotor und umfasst verschiedene softwaregenerierte Übersetzungsverhältnisse, um das Fahrgefühl, an das die Fahrer gewöhnt sind, anzunähern, während die Lenkung der Maschine viel reaktionsschneller und weniger ermüdend ist. Zumindest für diese ersten elektrischen Lader gibt Komatsu an, das Lenksystem so zu verfeinern, dass es sich ähnlich anfühlt wie bei einer hydraulisch angetriebenen Maschine. Der Unterschied besteht darin, dass Komatsu über die Software eine feinere Steuerung der Maschine bei höherer Geschwindigkeit anbieten kann.
Der elektrische Fahrmotor ist ein besonders interessanter Aspekt dieses Systems, da er es Komatsu ermöglicht, Elemente der Automatisierung nahtlos in den Betrieb der Maschine zu integrieren. Wenn die Maschine z. B. erkennt, dass ein Fahrer in einen Haufen stößt, würde der Lader eine Reibungskontrolle oder eine Antischlupffunktion auslösen, die ein sanfteres Eingraben in den Haufen und ein effizientes Befüllen der Schaufel ermöglicht.
Das System würde es Komatsu auch ermöglichen, die Maschine problemlos mit einem Joystick zu steuern. Obwohl Joysticks bei Kompaktladern nicht so beliebt sind wie bei größeren Ladern, eröffnet die Neugestaltung der elektrischen Architektur der Maschine die Möglichkeit, von einer Vorsteuerung auf eine E/H-Steuerung umzustellen. Das System umfasst auch Leistungselektronik, einen Systemsteuerungscomputer und natürlich eine Batterie und ein Batteriemanagementsystem.
Lösungen
Die Moog-Ingenieure haben ein hochdynamisches Hydrauliksystem entwickelt, das es dem Fahrer ermöglicht, die Maschine automatisch auszubalancieren, während er durch schwieriges Gelände fährt.
Der Erfolg der Lösung für die automatisierte Fahrgestellsteuerung war ein direktes Ergebnis der Verwendung einer dynamischen Simulation von Maschinenanwendungen, die mit einer Auslegung der Steuerungsstruktur der Hard- und Software begann. Die Simulation erzeugt wiederholbare Belastungstests, um das Systemverhalten in kritischen Situationen zu untersuchen. Lange bevor das tatsächliche physische System existiert, können wir die Anforderungen auf System-, Subsystem- und Komponentenebene festlegen. Die fortschrittliche Modellierung verhindert auch große Überraschungen beim ersten Prototyp. Wir können Kunden dabei helfen, verdächtiges Verhalten des tatsächlichen Systems zu verstehen und zu klären. Die wiederholbare Reproduktion bestimmter Szenarien ermöglicht eine Analyse und ein schnelles Verständnis der physikalischen Auswirkungen, um das Problem schnell und effektiv zu lösen.
Die innovative und hochmoderne Technologie von Moog beinhaltete eingebettete Echtzeit-Steuerungsstrukturen und -blöcke direkt in Matlab/Simulink ohne direkte Codierung. Die Regler können in einer komfortablen Offline-Simulationsumgebung getestet, qualifiziert und validiert werden, ohne die typischen Einschränkungen von eingebetteten Echtzeitsystemen.
Fünf Schritte zur fortschrittlichen Steuerung von Maschinen der nächsten Generation
- Unsere erfahrenen Ingenieure führten eine Technologiebewertung durch und stellten fest, dass die derzeitigen Lösungen für mobile Hydraulikanlagen und Steuerungen den Anforderungen des Projekts nicht gerecht werden würden.
- Die Ingenieure suchten nach einer modernen Reglerstruktur, die für robuste industrielle Hydraulikanlagen geeignet ist und die dynamischen Anforderungen erfüllt.
- Um die Stabilität des Fahrzeugs nachzuweisen, erstellten die Moog-Ingenieure ein Simulationsmodell für schnelle Konstruktionsiterationen, um die Eigenschaften des Betätigungssystems zu simulieren und die gesamte Fahrzeugdynamik zu untersuchen. Die für die Komponenten erforderlichen Spezifikationen konnten mithilfe des Simulationsmodells leicht definiert werden, was Zeit und Geld sparte.
- Moog baute und installierte Prototypen des automatisierten Fahrwerksstabilisierungssystems mit integrierten intelligenten Aktuatoren, die Sicherheits- und Steuerungsfunktionen auf der Basis von industriellen Servoventilen enthielten.
- Abschließende Tests bestätigten, dass unsere hochmodernen intelligenten Regelstrukturen ein hochdynamisches aktives Federungssystem für mobile Maschinen mit robusten Industriekomponenten bieten.
Ergebnisse: Ermöglichung neuer Geschäftsmodelle
Während das ursprüngliche Ziel darin bestand, den Bediener zu entlasten, stellte der OEM fest, dass die endgültige Lösung viele unvorhergesehene Vorteile für Produktivität, Sicherheit und Umwelt mit sich brachte. Die Erleichterung und Sicherheit der Arbeit für die Bediener hat Auswirkungen auf die Senkung der Kosten für die Schulung, Einstellung und Weiterbildung von Mitarbeitern. Hier sind einige Beispiele für neue Anwendungsfälle, die der OEM aufgrund der vielen Vorteile dieser Maschine gefunden hat, um die Arbeit von Bedienern und Baustellen zu verändern.
Neues Geschäftsmodell: Teleoperation in gefährlichen Umgebungen
In Steinschlaggebieten und verlassenen Munitionsdepots werden die Maschinen nun ferngesteuert, um die Fahrer außerhalb der Gefahrenzone zu halten. Vor der Installation der automatisierten Fahrwerksstabilisierung von Moog war ein manueller Fernbetrieb aufgrund der Komplexität der Bedienung der zwölf Achsen einfach nicht möglich. Heute, da die automatisierte Fahrwerksregelung die Stabilität der Maschine aufrechterhält, sind viele neue Geschäftsmodelle möglich, die die Tür zu einer Reihe von Anwendungen öffnen, bei denen der Schutz des Bedieners und der Umwelt von entscheidender Bedeutung ist.
Höhere Produktivität und geringere Umweltbelastung: Aushub und Landschaftsbau in extremen Geländeformen
Die automatische Fahrwerkssteuerung hält die Kontaktkraft aller Räder aufrecht, was der Maschine Stabilität verleiht und einen schnelleren Transfer zwischen den Einsatzorten ermöglicht. Die automatische Steuerung reduziert die Aufprallkraft jedes einzelnen Rades, indem sie die Kraft auf alle Räder verteilt, wodurch die Auswirkungen auf den Boden und die Bodenvegetation minimiert werden.
Höhere Produktivität und Sicherheit für das Personal: Kommunaler Wartungsdienst der Riverbanks
Viele Fahrer zögerten, in Flussbetten zu fahren, weil sie den Boden nicht gut sehen und sich nicht schnell an die Bedingungen anpassen konnten. Die automatische Fahrwerkssteuerung hält das Fahrzeug im Gleichgewicht, so dass sich der Fahrer voll und ganz auf das Werkzeug und die Arbeit konzentrieren kann. Das Ergebnis ist eine höhere Produktivität, bei der die Arbeit schneller und besser ausgeführt wird als bisher möglich.
Höhere Produktivität und Sicherheit für den Bediener: Forstwirtschaft in unebenem und gefährlichem Terrain
Die Baumernte ist harte Arbeit für den Bediener und erfordert die volle Aufmerksamkeit Ihres besten Fahrers. Die automatische Fahrwerkssteuerung stabilisiert die Maschine und ermöglicht es dem Maschinenführer, sich auf den Kopf des Bearbeiters zu konzentrieren, so dass die Arbeit schneller ausgeführt wird und den Fahrer weniger ermüdet. Außerdem werden durch die Verteilung der Kraft auf alle Räder die Auswirkungen auf den Boden und die umliegenden Bäume minimiert.
Höhere Produktivität und Sicherheit für das Personal: Tiefbau in Gebirgsregionen
Das Bohren von Ankerlöchern zur Sicherung von Straßen und Bahngleisen ist eine anspruchsvolle und gefährliche Arbeit für die Bediener in bergigen Gebieten. Maschinen, die mit der automatischen Fahrwerkssteuerung ausgestattet sind, halten die Stabilität der Maschine aufrecht und ermöglichen es dem Fahrer, sich auf eine sichere Route zu den Baustellen zu konzentrieren.
Das neue Hydrauliksystem brachte so viele Vorteile gegenüber der herkömmlichen Lösung, dass es die Arbeit der Bediener und selbst die schwierigsten Baustellen veränderte. Was kann diese Art von fortschrittlichem System für Ihre Maschine tun?