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Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Drehwerks- bzw. Laufkatzensteuerung zur Dämpfung von
Lastschwingungen bei Kränen mit Seilhubwerk.
Es ist bekannt, dass eine am Seil hängende Last nach dem Anfahren des Drehwerks bzw. der
Laufkatze zunächst der Ausleger- bzw. Laufkatzenbewegung nachläuft und anschliessend eine Schwinge- wegung ausführt. Diese Schwingbewegung ist für einen sicheren Kranbetrieb und zum exakten Anfahren des Zielpunktes störend. Der Kranführer versucht deshalb die Schwingbewegung durch geschickte manuelle Steuerung der Drehwerks- bzw. Laufkatzengeschwindigkeit abzubauen. Dies setzt aber Erfahrung voraus und kann einen ungeübten Kranführer überfordern.
Für die selbsttätige Steuerung zum Dämpfen von Lastschwingungen sind verschiedene Vorschläge bekannt, die entweder die Seilschräglage (DE-OS 1756441,1950885, 1920737,2005323) die horizontale
Seilkraftkomponente (DE-OS 1806281) oder die Periodendauer der Schwingung (DE-OS 2022745,2421613) als Eingangssignal für eine Steuerung des Antriebes des Drehwerks bzw. der Laufkatze verwenden. Die
Erzeugung derartiger Eingangssignale erfordert in allen Fällen aufwendige Messeinrichtungen. Anderseits können die Eingangssignale einerseits wieder nur in aufwendigen Steuerungseinrichtungen in ein schwingungsdämpfendwirkendes Stellsignal umgewandelt werden. Im übrigen ist es schwierig, die für den
Anfahrvorgang notwendige Seilschräglage und eine gegebenenfalls vorhandene Schrägstellung des Kranes bei der Steuerung zu berücksichtigen.
Es ist weiterhin ein Verfahren zur Verhinderung des Pendeln einer von einem Kran frei herabhängenden Last beim Versetzen des Kranes bekannt, bei der bei einer gewünschten Pendeldämpfung ein Impuls an den Antrieb gegeben wird, der die Bremse öffnet und den Antriebsmotor freikuppelt.
Dadurch werden bestimmte Bewegungen von dem schräghängenden Lastseil auf den Kran übertragen, wobei die Reibung in der Lagerung des Kranes oder die durch einen Motor getriebene Antriebsvorrichtung die kinetische oder statische Energie der Last verringert und damit das Pendeln dämpft. Nachteilig ist, dass der Leistungsfluss vollständig unterbrochen wird und dass auch hier bei Schrägstellung des Kranes weitere Schwierigkeiten auftreten (DE-OS 2146935).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den unvermeidbaren ersten Schwingungsausschlag so klein wie möglich zu halten und die dennoch auftretende Schwingbewegung so schnell wie möglich vollständig abzubauen, d. h. zu dämpfen. Gleichzeitig soll die für den Antrieb notwendige Maximalleistung gesenkt werden.
Die Erfindung besteht bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung darin, dass oberhalb einer bestimmten Leistung des Dreh- bzw. Laufkatzenantriebes bei steigendem Lastmoment die Geschwindigkeit des Drehwerks bzw. der Laufkatze selbsttätig gesenkt und bei sinkendem Lastmoment die Geschwindigkeit des Drehwerks bzw. der Laufkatze selbsttätig gesteigert wird. Die Erfindung hat mehrere Vorteile :
Erstens sinkt das Maximaldrehmoment nach dem Anfahren schnell ab und der erste unvermeidbare Schwingungsausschlag bleibt klein. Zweitens wird die Geschwindigkeit im positiven Momentenbereich beim Vorschwingen der Last selbsttätig schneller bzw. beim Zurückschwingen der Last selbsttätig langsamer und dadurch die Schwingbewegung selbsttätig abgebaut. Weiterhin besteht der Vorteil, dass die Maximalleistung klein bleibt.
Weiterhin können das Eingangssignal für die Steuerung (hydraulischer Druck bzw. elektrischer Strom) auf einfache Weise abgegriffen werden. Schliesslich besteht der Vorteil, dass das Eingangssignal auf einfache Weise in ein dämpfend wirkendes Stellsignal umgewandelt werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung und insbesondere die einzelnen Phasen des Anfahr- und Auspendelvorganges werden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung erläutert, u. zw. zeigen Fig. l eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Triebmoment bzw. Bremsmoment einerseits und der Geschwindigkeit anderseits (Geschwindigkeits-Dreh- moment-Kennfeld) des Drehwerks- bzw. Laufkatzenantriebes sowie darunter die Relativlagen der Last in bezug auf den Ausleger bzw. die Laufkatze in den im Kennfeld eingetragenen einzelnen Stellungen, Fig. 2 zwei Schaltungen eines hydraulischen Antriebes eines Dreh- bzw. Laufkranes, Fig. 3 zwei Schaltungen eines elektrisch angetriebenen Dreh- bzw. Laufkranes.
Es sei davon ausgegangen, dass der Drehkran bzw. Laufkran ruht.
Nach dem Einschalten der Drehwerks-bzw. Laufkatzenbewegung steigt zunächst das Triebmoment von 0 auf 1. Danach wird zunächst die Trägheitsmasse des Auslegers bzw. der Laufkatze beschleunigt. Hiefür steht im Bereich --1-2-- das Maximaldrehmoment und im Bereich --2-3-- ein mit der Drehzahl abfallendes Drehmoment zur Verfügung. Die bei-l-noch unter dem Ausleger bzw. der Laufkatze
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hängende Last bleibt zunächst zurück und wird erst durch den Schrägzug des Seiles beschleunigt. Nach Erreichen der maximalen Seilschräglage, die auf Grund der Dehmomentabschneidung-2-3-- klein bleibt, beginnt die Last vorzuschwingen, wodurch sich das Rückhaltemoment verringert.
Der Ausleger bzw. die Laufkatze bewegt sich entsprechend der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie schneller und mindert die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Last und Ausleger bzw. Laufkatze. Der Ausleger bzw. die Laufkatze erreichen aber auch bei --3-- noch nicht die Geschwindigkeit der durchschwingenden Last, so dass diese vorschwingt und ein negatives Lastmoment erzeugt --4--.
Bei grösseren Bremsmomenten wird der Ausleger bzw. die Laufkatze auf Grund der auch hier wirksamen Drehmomentabschneidung langsamer --4-5--, so dass sich der Schwingungsausschlag zunächst verstärkt --5--. Diese Verstärkung wird beim Zurückschwingen wieder aufgehoben, weil die auf Grund der Schräglage auf die Last wirkende Negativbeschleunigung durch das Schnellerwerden des Auslegers bzw. der Laufkatze --5-6-- nur eine verkürzte Zeit wirksam ist. Die Last schwingt nach hinten durch und erzeugt ein positives Lastmoment, welches den Ausleger bzw. die Laufkatze erneut verzögert --7-8-- und dadurch den Schwingungsausschlag verkleinert.
Beim erneuten Vorschwingen-8-9-- aus einem kleinen Schwingungsausschlag heraus, liegt die Durchschwingungsgeschwindigkeit unter der maximalen Geschwindigkeit des Auslegers bzw. der Laufkatze, so dass der Ausleger bzw. die Laufkatze über die Last fahren kann und mit dieser synchron weiterfährt.
Die vorstehend beschriebene Steuerung des Antriebes bzw. das vorstehend erläuterte Kennfeld kann sowohl mit einem hydrostatischen als auch mit einem elektrischen Antrieb folgendermassen verwirklicht werden. Beim hydrostatischen Antrieb gemäss Fig. 2a im geschlossenen Kreislauf strömt die Füssigkeit vom Konstantmotor --20-- direkt zur Verstellpumpe --21-- zurück. Der je nach Richtung des Lastmoments in der linken oder rechten Verbindungsleitung wirksame Hochdruck wird über ein Wechselventil --23-- abgegriffen und einem Steuergerät --24-- zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt oberhalb einer bestimmten Leistung ein Stellsignal, welches das Hubvolumen der Verstellpumpe --21-- bei steigendem Betriebsdruck selbsttätig verringert bzw.
bei fallendem Betriebsdruck selbsttätig vergrössert und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Konstantmotors --20-- in Abhängigkeit vom Lastmoment steuert. Beim hydrostatischen Antrieb gemäss Fig. 2b wird eine Verstellpumpe --25-- und ein Verstellmotor --26-- verwendet. Der über das Wechselventil --27-- abgegriffene Hochdruck wird dem Steuergerät --28-- zugeführt, dessen
Stellsignal auf den Verstellmotor --26-- wirkt. Oberhalb einer bestimmten Leistung wird das Hubvolumen des Verstellmotors --26-- bei steigendem Betriebsdruck selbsttätig vergrössert bzw. bei fallendem Betriebsdruck selbsttätig verkleinert und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Verstellmotors --26-- in Abhängigkeit vom Lastmoment gesteuert.
Beim elektrischen Antrieb gemäss Fig. 3a mit verstellbarem Gleichstromgenerator --29-- und konstantem Gleichstrommotor --30-- wird über einem Widerstand --31-- eine dem Strom zwischen Gleichstromgenerator - 29-- und Gleichstrommotor --30-- proportionale Spannung abgegriffen und über einen Gleichrichter --32-- dem Steuergerät-33-- zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt ein Stellsignal, welches oberhalb einer bestimmten Leistung das Feld des Gleichstromgenerators --29-- bei steigender Stromstärke selbsttätig schwächt bzw. bei fallender Stromstärke selbsttätig verstärkt und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Gleichstrommotors --30-- in Abhängigkeit vom Drehmoment steuert.
Beim elektrischen Antrieb gemäss Fig. 3b mit verstellbarem Gleichstromgenerator --34-- und verstellbarem Gleichstrommotor --35-- wird über einem Widerstand --36-- eine dem Strom zwischen Gleichstromgenerator --34-- und Gleichstrommotor --35-- proportionale Spannung abgegriffen und über einen Gleichrichter --37-- dem Steuergerät --38-- zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt ein Stellsignal, welches oberhalb einer bestimmten Leistung das Feld des Gleichstrommotors --35-- bei steigender Stromstärke selbsttätig verstärkt bzw. bei fallender Stromstärke selbsttätig schwächt und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Gleichstrommotors --35-- in Abhängigkeit vom Drehmoment steuert.
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