BRPI0901558A2 - método e dispositivo para controle motorizado do movimento de rotação - Google Patents

Abstract

MéTODO E DISPOSITIVO PARA CONTROLE MOTORIZADO DO MOVIMENTO DE ROTAçãO. A parte rotatória do guindaste é associada a um mecanismo de giro elétrico (12) compreendendo pelo menos uma unidade de motor elétrico engrenada (15) da qual o motor elétrico (16) é energizado de tal forma a produzir um torque de rotação tendo certo valor máximo. Quando o guindaste está em uso e para condições, tais como velocidade do vento (V) superior a um determinado valor, comprimento da lança superior a um determinado valor e momento (L x P) da carga levantada superior a um determinado valor, o valor máximo do torque de giro produzido pelo motor elétrico (16) é aumentado. O guindaste, assim fica mais fácil de conduzir, especialmente nas fases em que a lança está adotando uma "direção do vento".

Description

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA CONTROLE MOTORIZADO DO MOVIMENTO DEROTAÇÃO

A presente invenção diz respeito ao dominio técnico dosguindastes de torre. Mais especificamente, esta invenção dizrespeito ao controle motorizado do movimento de giro da peçasuperior rotatória de um guindaste de torre.

Um guindaste de torre é geralmente composto de duaspartes principais, sendo estas, por um lado, um pilão não-rotativo vertical também conhecido como "mastro" e, por outrolado, uma parte superior rotatória, isto é, uma parte quepode ser girada sobre um eixo vertical de rotação. A partesuperior rotatória, montada no topo do mastro, é constituídapor uma lança, que se estende em um lado do eixo vertical derotação desta parte rotatória, e de uma contra-lança decontrapeso, que se estende sobre o outro lado do eixovertical de rotação. A rotação da parte rotatória sobre esteeixo vertical é controlada por uma unidade motorizada,utilizando energia elétrica e, a seguir, conhecida pelaexpressão "mecanismo de giro elétrico".

Para que a parte rotatória seja montada de modo que elapossa rodar no topo do mastro de um guindaste de torre existeusualmente, entre a lança e a contra-lança da parterotatória, um anel giratório composto de dois sulcosconcêntricos, com um sulco fixo ligado ao topo do mastro e umsulco móvel preso à parte rotatória, entre os quais asesferas dos sulcos ou rolos cilíndricos são montados de formaa poderem rolar.

Para controlar a rotação da parte rotatória assimmontada, o mecanismo de giro elétrico geralmente inclui umaunidade de motor elétrico apropriada fixa a esta parterotatória, que a unidade de motor engrenada gira um pinhão doeixo vertical que une-se com uma engrenagem seccionada nossulcos fixos do anel giratório. Sempre que uma grandequantidade de energia mecânica tiver de ser transmitida a fimde ajustar as partes rotatórias na rotação, duas ou maisunidades de motor engrenadas podem ser fornecidas, cadaunidade de motor engrenada girando um pinhão em junção comuma e as mesmas engrenagens.

Por meio de exemplos de tais mecanismos de rotação, éfeita referência aos documentos de Patentes EP 1 422 188 e FR 2907 109.

Quando o guindaste de torre "não está em uso", isto é,fora dos períodos de funcionamento do guindaste, o guindasteé geralmente definido como "catavento": a parte rotatória jánão é travada em termos de rotação, ou está apenas em umaextensão reduzida, o que significa que ele pode girarlivremente a qualquer momento, de acordo com a direção dovento. A lança gira, portanto, a favor do vento, enquanto acontra-lança se posiciona contra o vento, porque a área dalança exposta ao vento é muito maior do que a da contralança .

Durante os períodos em que o guindaste de torre está emoperação, é submetido a ciclos de fadiga como resultado, emespecial, da alternância de rotações da parte rotatória emuma direção, com carga, e viagens de retorno "vazio" feitaspor esta parte rotatória. O mastro do guindaste é, portanto,sujeito às cargas de torque que necessitam ser limitadas a umvalor de torque máximo que este mastro pode suportar.

Para este fim, o mecanismo de giro elétrico do guindasteé controlado por um computador que limita o valor do torquede giro para o valor de torque máximo que foi pré-definido.

Também deve-se notar que, durante períodos defuncionamento do guindaste, a parte rotatória deste guindastee, em especial, a lança, apresenta atrito do ventosignificante, especialmente quando posto em movimento, sendotambém possível para o efeito do vento resultar em torquemais resistente.

O limite de torque imposto pelo computador, combinadocom o torque resistente devido ao vento, torna potencialmentedifícil para o motorista do guindaste controlar a rotação eposicionamento da lança, em especial o movimento da lança comcarga, na presença de um vento particularmente se avelocidade do vento estiver acima de um certo valor limiar.

A Patente FR 1 544 012 descreve um controle do movimentode rotação de um guindaste de torre (sem uma contra-lança),no qual, a fim de superar um torque resistente devido a umvento forte, é feito um fornecimento para a atuação de umaunidade de motor auxiliar engrenada, que atua na engrenagemdo mecanismo de giro, além da unidade de motor engrenadaprincipal. A adição de uma segunda unidade de motorengrenada, para uso ocasional, acrescenta complexidade ecusto.

A presente invenção destina-se a evitar estesinconvenientes e seu objeto é, portanto, fazer um guindastede torre mais fácil de conduzir, em termos de melhoria docontrole do movimento giratório da parte rotatória doguindaste, na presença do vento, e fazê-lo de uma forma queseja simples e, em particular, não envolva a adição de umaunidade de motor engrenada auxiliar.

Para este fim, o assunto da invenção é, essencialmente,um método para o controle motorizado do movimento giratóriada parte superior rotatória de um guindaste de torre, a parterotatória sendo constituída de uma lança e de uma contra-lança rotatória e esta parte rotatória sendo associada com ummecanismo de giro elétrico compreendendo pelo menos umaunidade de motor elétrico engrenada com um motor elétrico eredução caixa de marchas, da qual o motor elétrico éeletricamente energizada, de tal forma a produzir um torquegiratório transmitido à parte rotatória do guindaste, estetorque tendo um valor máximo, este método sendo caracterizadopelo fato de que, quando o guindaste estiver em uso e paracondições compreendendo pelo menos uma velocidade do ventosuperior a um dado valor, o valor máximo do torque giratórioque pode ser produzido pelo referido motor elétrico éaumentado, desde que essas condições prevaleçam.

Vantajosamente, o valor máximo do torque de giro éaumentado no caso de velocidades de vento superiores a umdado valor e para, pelo menos, uma condição adicionalconsistindo do fato de que o comprimento da lança doguindaste é superior a um dado valor e/ou que o momento dacarga suspensa da lança seja maior do que um dado valor ou doque uma determinada fração do momento máximo admissível.

Se estas condições forem satisfeitas, então o método dainvenção, em particular apresenta que o torque giratório podeser aumentado, dentro dos limites do valor máximo aumentado,assim autorizado, em função da posição angular da lança e dadireção do vento, em particular, de modo a aumentar o torquede acionamento da unidade de motor engrenada em fases duranteos quais a lança está adotando uma "direção do vento".

Por meio de um exemplo de uma aplicação do método dainvenção, as condições que todas têm de estar presentes paraque o valor máximo do torque giratório a ser aumentado podeser:

- uma velocidade do vento em excesso de 50 km/hora,

- um comprimento de lança superior a 4 0 metros,

- um momento da carga em excesso de 80% do momentomáximo admissível da carga.

Especifica-se que, aqui, "momento da carga" significa oproduto do peso da carga levantada pelo guindaste, vezes oespaço que é a distância horizontal entre essa carga e omastro do guindaste (ou o eixo de rotação da parterotatória) .

Os diversos parâmetros levados em consideração no métododa invenção são fornecidos pelos sensores apropriados e/ouatravés de cálculos. Em particular, no que diz respeito aomomento da carga, este pode ser obtido por cálculos, a partirdo peso da carga, tal como é indicado por um anel de prova abase de medidor de deformação e, a partir do espaço medidopor um potenciômetro localizado no guincho utilizado paramover o trole ao longo da lança. Também é possivel utilizarum sensor de momento que fornece diretamente o momento dacarga, medindo o deslocamento das barras de torção.Através do método da invenção, o valor máximo do torqueque pode ser fornecido pelo motor elétrico do mecanismo degiro elétrico é aumentado, por exemplo, 15% quando ascondições definidas acima estiverem presentes

simultaneamente. O mecanismo então torna-se capaz deproporcionar maior torque, desde que o condutor do guindasteexija um ajuste de velocidade que seja tal que este torquemais elevado deva ser atingido. Nenhuma unidade de motorauxiliar engrenada é exigida.

Todavia, é necessário evitar a utilização continua detal valor de torque aumentado, devido aos problemas,explicados acima, associados à fadiga da estrutura do mastro.O uso inadequado como este, por exemplo, pode resultar dousuário desligar a ligação entre uma saida a partir de umprocessamento do computador das informações dos sensores, afim de dar a autorização para aumentar o torque, por um lado,e uma entrada para um atuador, como um variador de freqüênciaque controla o motor elétrico do mecanismo de giro elétrico,por outro lado. Assim, o método da invenção aindavantajosamente compreende uma comparação entre o estado daentrada para o atuador, tal como um variador de freqüência, eo comando dado pelo computador e, no caso do estatuto destaentrada não corresponder ao comando dado pelo computador, háuma mudança automática do mecanismo de giro elétrico para omodo minimizado, por exemplo, reduzindo sua velocidade.

Outro assunto da invenção é um dispositivo paraaplicação do método definido acima, em um dispositivo, para ocontrole motorizado do movimento de rotação da parterotatória superior de um guindaste de torre, este dispositivoinclui, de um modo geralmente conhecido, um mecanismo de giroelétrico compreendendo pelo menos uma unidade de motorelétrico engrenada com um motor elétrico e caixa de marchasde redução, da qual o motor elétrico é eletricamenteenergizado, de tal forma a produzir um torque de girotransmitido à parte rotatória do guindaste, este torque tendoum valor máximo, um atuador, tal como um variador defreqüência sendo fornecido para controlar o motor domecanismo elétrico de giro, este dispositivo sendocaracterizado pelo fato de que inclui um computador fornecidocom entradas que permitem determinar a velocidade do vento eoutros parâmetros como o comprimento da lança do guindaste eo momento da carga suspensa da lança, e com um saida que estáligada a uma entrada do atuador, tal como um variador defreqüência, e que é capaz de fornecer a este atuador, emfunção dos parâmetros processados, um comando que autoriza umaumento no valor máximo do torque de rotação.

Em virtude destes arranjos específicos, o dispositivo dainvenção permite, por breves periodos, aumentar o torque domotor do mecanismo de giro elétrico, impulsionado pelovariador de freqüência, a fim de tornar mais fácil deconduzir o guindaste quando um vento de certa força estiverpresente.

A invenção será melhor compreendida a partir dadescrição seguinte, com referência aos desenhos esquematicosanexos, que, a titulo de exemplo, mostram uma modalidadedeste dispositivo para controlar o movimento giratório daparte rotatória de um guindaste de torre:

Figura 1 é uma vista lateral de um guindaste de torreque pode ser equipado com o dispositivo de controle, deacordo com a presente invenção;

Figura 2 é uma vista plana do guindaste de torre daFigura 1, a partir de cima;

Figura 3 é um diagrama em blocos do dispositivo decontrole, de acordo com a invenção, ilustrando o mecanismo degiro elétrico em uma modalidade particular;

Figura 4 é outro diagrama explicativo ilustrando a"lógica" de funcionamento do dispositivo de controle, deacordo com a invenção, particularmente na sua função deautorizar um valor máximo aumentado para o torque de rotação.

Com referência às Figuras 1 e 2, um guindaste de torrecompreende, em geral, um mastro 2 e uma parte rotatória 3,que é montada no topo do mastro 2. No exemplo ilustrado, omastro 2 se eleva acima de um pedestal fixo 4, que tambémtransporta o lastro de base 5. Este mastro 2 consiste de umamontagem de certo número de seções de mastro sobrepostas ecompreende uma gaiola telescópica 6 permitindo que o mastroseja elevando, acrescentando seções de mastro adicionais.

A parte rotatória 3 do guindaste é composta de uma lança7 direcionada "para frente" e de uma contra-lança 8 alinhadacom a lança 7, mas direcionada no sentido oposto, que é omesmo que dizer "para trás", sendo também possível que estaparte rotatória 3 seja girada sobre um eixo vertical A quecoincide com o eixo central do mastro 2. A lança 7 funcionacomo uma pista para um trole da lança 9, sob os quais, há umgancho de suspensão 10 ao qual uma carga C pode ser atada.Assim, a carga C pode ser movida em um movimento horizontalconhecido como "trolleying" (seta D) e também em um movimentode levantamento vertical (seta H). A contra-lança 8 éequipada, na parte traseira, com um contrapeso 11 que, pelomenos parcialmente equilibra o peso da lança 7 e da carga Clevantada pelo gancho 10.

Com referência também à Figura 3 (em baixo à direita),um mecanismo de giro elétrico 12 está posicionado entre aparte rotatória 3 e o topo do mastro 2, este mecanismo 12sendo também instalado entre a lança 7 e a contra-lança 8. Omecanismo de giro 12 compreende um anel de giro fixo 13,suportados pelo topo do mastro 2, e um pivô rotativo 14 fixoà parte rotatória 3. No exemplo ilustrado, este mecanismo 12ainda inclui duas unidades de motor engrenada 15 semelhantessuportadas pelo pivô rotativo 14, cada unidade de motorengrenada 15 sendo composta por um motor elétrico 16 e umacaixa de marcha de redução 17. O eixo de saida de cada caixade marcha 17 carrega um pinhão de eixo vertical com umaengrenagem 18 seccionado no anel de giro 13. As duas unidadesde motor engrenadas 15, ou mais especificamente os motoreselétricos 16, são controlados por um variador de freqüência19. Este último é controlado pelo próprio condutor doguindaste, estacionados na cabine de condução 20 doguindaste, especialmente para receber os comandos de parar einiciar e comandos de direção de rotação, bem como um ajustede velocidade.

De acordo com a invenção e, como demonstrado pela Figura3, é acrescentado ao variador de freqüência 19 um computador21 que tem funções especificas, e compreende várias entradas22, 23, 24 e uma saida 25, que está ligada a uma entrada devariador de freqüência 19.

Uma primeira entrada 22 d computador 21 é ligada a umanemômetro 26 transportado pelo guindaste, e que, portanto,fornece o computador 21, com um sinal V representativo davelocidade do vento nos arredores imediatos do guindaste.

Uma segunda entrada 23 do computador 21 é conectada a umsensor 27 que indica o span L, o que dizer significa adistância horizontal entre o trole da lança 9, e, portanto, acarga C, por um lado, e um eixo vertical, por outro lado.

A terceira entrada 24 do computador 21 é conectada a umanel de prova 28 do tipo medidor de deformação 29,posicionado sobre uma roldana suportando o cabo delevantamento, e que fornece um sinal representando o peso Pda carga C suspensa a partir do gancho de levantamento 10.

Então, o computador 21 determina uma velocidade do ventoinstantânea e, ao mesmo tempo, calcula o momento da carga,como o produto do espaço L e do peso P da carga C, em outraspalavras, multiplicando o sinal L recebido na segunda entrada23 pelo sinal P recebido na terceira entrada 24.

O computador 21 também "conhece" o parâmetro que é ocomprimento total Lf da lança 7, sobre o qual a velocidade dovento foi medida atua.

O computador 21 pode, portanto, realizar uma operaçãológica ilustrada simbolicamente na Figura 4, que consiste naverificação de que todas as três condições seguintes estãopresentes simultaneamente:

- comprimento da lança Lf > x metros

- velocidade do vento V > Y m/segundomomento da carga P x L> Z % do valor máximoadmissível.

Se todas estas três condições forem satisfeitas, aomesmo tempo, então a saida 25 do computador 21 emite um sinalS autorizando a operação em um torque de giro máximoaumentado, por exemplo, em um torque aumentado em 15% acimado valor máximo normal. Este sinal S de autorização étransportado para uma entrada do variador de freqüência 19,que controla os respectivos motores elétricos 16 das unidadesde motor engrenada 15.

Para controlar as unidades de motor engrenadas 15, ocomputador também pode levar dois parâmetros adicionais emconsideração, sendo estes a posição angular instantânea(ângulo "alfa 1") da lança 7, e a direção do vento (ângulo"alfa 2"). A posição angular "alfa 1" da lança 7 pode serfornecida por um sensor de giro associado ao mecanismo degiro elétrico 12, tal como o sensor descrito no documento dePatente FR 2 907 109. A direção do vento "alfa 2" é indicadapor um sensor especifico do tipo "catavento" instalado noguindaste.

O computador 21 é, portanto, capaz de, a partir dacomparação da orientação angular "alfa 1" da lança 7 com adireção do vento "alfa 2", determinar se uma rotaçãocomandada da lança 7 corresponde a uma tendência na direçãodo vento exigindo um torque do motor maior. Se a autorizaçãopara aumentar o valor máximo do torque de giro estiverpresente (ou seja, se todas as condições acima mencionadasforem simultaneamente obedecidas), então, um comando na formado sinal S é emitido e o torque do motor pode assim serrealmente aumentado nas fases em que a lança tenha umatendência na direção do vento. Esse controle é acoplado com aregulação da velocidade e, em particular, a ao a j uste develocidade imposto pelo condutor do guindaste.

Além disso, a fim de evitar a utilização continua de umvalor de torque aumentado, deste modo, o estado da entradapara a variador de freqüência 19 é constantemente monitorado,por uma conexão de retorno 30, para garantir que esta entradanão foi desconectada pelo usuário. Se o estado desta entradanão corresponder ao comando S dado na saida 25 do computador21 fentão o mecanismo de giro elétrico 12 é automaticamentecomutado pelo computador 21 para um modo minimizado. Emparticular, o computador 21, então, envia um ajuste develocidade Vc especial para outra entrada do variador defreqüência 19 para impor uma redução na velocidade para omovimento de rotação da parte rotatória 3 do guindaste.

Os itens seguintes não constituem desvios do escopo dainvenção, tal como definido nas reivindicações anexas:

- levar em conta, mais ou menos e diversos parâmetrosquando autorizando o aumento temporário no valor máximo detorque de giro;

- alterar o número de unidades de motor engrenadas nomecanismo de giro elétrico, sendo possivel, em especial paraa unidade de motor engrenada ser uma única unidade, se suaenergia for grande o suficiente para rodar a parte rotatória;

substituir o computador especifico pelas funçõescorrespondentes incorporadas em uma unidade de processamento,que também realiza outras funções de controle e monitoramentodo guindaste;

substituir o variador de freqüência por qualquer"atuador" analógico, proj etado para controlar um ou maismotores elétricos;

- usar qualquer tipo adequado de sensor para medirdiretamente ou indiretamente as magnitudes dos parâmetrosenvolvidos no método, por exemplo, para determinar o momentoda carga.

Claims (5)

1. Método para controle motorizado do movimento derotação da parte superior rotatória (3), de um guindaste detorre, a parte rotatória (3) sendo constituída por um lança(7) e uma contra-lança (8) e esta parte rotatória (3) estandoassociada a um mecanismo de giro elétrico (12) compreendendopelo menos uma unidade de motor elétrico engrenada (15) comum motor elétrico (16) e caixa de marchas de redução (17), daqual o motor elétrico (16) é energizado eletricamente, demodo a produzir um. torque de giro transmitido à parterotatória (3) do guindaste, este torque tendo valor máximo,caracterizado pelo fato de que quando o guindaste estiver emuso e para as condições compreendendo, pelo menos umavelocidade do vento (V) superior a um determinado valor, ovalor máximo do torque de giro que pode ser produzido peloreferido motor elétrico (16) é aumentado na medida em queessas condições prevalecem.

2. Método de controle, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que o valor máximo do torque degiro é aumentado no caso de uma velocidade do vento (V) maiordo que um determinado valor e, pelo menos uma condiçãoadicional consistindo no fato de que o comprimento (Lf) dalança (7) do guindaste é superior a um determinado valor e/ouque o momento (L x P) da carga (C) suspensa pela lança (7) émaior do que um determinado valor ou uma determinada fraçãodo momento máximo admissível.

3. Método de controle, de acordo com a reivindicação 1ou 2, caracterizado pelo fato de que o torque de giro éaumentado, dentro dos limites do valor máximo aumentado,assim, autorizado, em função da posição angular (alfa 1) dalança (7) e da direção do vento (alfa 2), em especial, a fimde aumentar o torque de acionamento da unidade de motorengrenada (15) nas fases durante as quais a lança (7) estáadotando uma "direção do vento".

4. Método de controle, de acordo com uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de compreenderuma comparação entre o estado de uma entrada para um atuador,tal como um variador de freqüência (19), que controla o motorelétrico (16) do mecanismo de giro elétrico (12), e o comando(S) dado por uma informação de processamento do computador(21) proveniente dos sensores (26, 27, 28), a fim de darautorização para aumentar o torque, e no caso do estado destaentrada não corresponder ao comando (S) dado pelo computador(21), uma comutação automática do mecanismo de giro elétrico(12) para o modo minimizado, por exemplo, reduzindo a suavelocidade.

5. Dispositivo para controle do movimento de rotaçãoda parte superior rotatória (3) de um guindaste de torre, odispositivo incluindo um mecanismo de rotação elétrico (12)compreendendo pelo menos uma unidade de motor elétricoengrenada (15) com um motor elétrico (16) e uma caixa demarcha de redução (17), da qual o motor elétrico (16) éenergizado eletricamente, de modo a produzir um torque degiro transmitido para a parte rotatória (3) do guindaste,este torque tendo um valor máximo, um atuador, como umvariador de freqüência (19) sendo fornecidos, para controlaro motor (16) do mecanismo de giro elétrico (12) ,caracterizado pelo fato de que, a fim de aplicar o método deacordo com uma das reivindicações 1 a 4, inclui um computador(21) fornecido com entradas (22, 23 , 24) que lhe permitemdeterminar a velocidade do vento (V) e outros parâmetros comoo comprimento (Lf) da lança (7) do guindaste e o momento (L xP) da carga (C) suspensa pela lança (7), e com uma saida (25)que está ligada a uma entrada do atuador, tal como umvariador de freqüência (19), e que é capaz de fornecer a esteatuador, como uma função dos parâmetros processados, umcomando (S) autorizando um aumento no valor máximo do torquede giro.