DD269603A1

DD269603A1 - Verfahren zur beschleunigungsoptimierten drehwerkssteuerung von kranen

Info

Publication number: DD269603A1
Application number: DD30993287A
Authority: DD
Inventors: Claus-Dieter Sieg; Holger Wildenhain
Original assignee: Zemag Zeitz Eisengiess Maschf
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1987-12-04
Publication date: 1989-07-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Bewegungsvorgaenge beim Bedienen des Drehwerkes von Kranen. Das Ziel der Erfindung ist es, mit Sicherheit eine Ueberlastung der Kranbaugruppen, insbesondere des Kranauslegers, beim Beschleunigen und Abbremsen zu verhindern, den Bedienkomfort des Kranes zu erhoehen, sowie die Pendelneigung der Last bei Beibehaltung bisher ueblicher Drehgeschwindigkeiten zu verringern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu schaffen, das sowohl die maximale Drehgeschwindigkeit des Drehwerkes, als auch das Beschleunigungs- und Abbremsverhalten definiert beeinflusst. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass jeder Parameterkombination (Last-Auslegerwinkel- ...) genau ein Maximalwert der Drehgeschwindigkeit und der Beschleunigung zugeordnet wird. Zur Beseitigung der sprunghaften Aenderung des Beschleunigungswertes im Uebergangsbereich zwischen beschleunigten und unbeschleunigten Bewegungsphasen wird die Beschleunigung gezielt abgemindert. Hierzu wird aus dem Zaehlerstand eines Rueckwaertszaehlers und unter Einbeziehung von Drehrichtung und Vorzeichen der Beschleunigung der an das Drehwerk auszugebende Geschwindigkeitswert gebildet. Durch Aenderung der Zaehlgeschwindigkeit ist die Beschleunigung des Drehwerkes definiert beeinflussbar. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ortsfeste und ortsveränderliche Krane mit starrem oder Teleskopausleger und dient der Optimierung von Anfahr- und Abbreinevornängen des Drehwerkes.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Drehwerkssteuerungen von Kranen gewinnen eine wachsende Bedeutung in bezug auf die Entlastung des Kranführers von Routinearbeiten beim Bedienen des Kranes, die optimale Ausnutzung der Kranmechanik und besonders auf die Sicherheitstechnik. Durch den Einsatz von Mikrorechnern als Bordcomputer in Kranen besteht die Möglichkeit, den Anforderungen einer intelligenten Kransteuerung besser gerecht zu werden.

Es ist eine Einrichtung nach DE-OS 3103728 bekannt, die aus dem Verhältnis „zulässiger Traglastgrenzwert/Ist-Traglast = grenzwert" ein Ausnutzungswert ermittelt und diesen in ein Steuersignal umwandelt, das bei größer werdendem Ausnutzungswert die Drehgeschwindigkeit mehr und mehr absenkt.

Nach DE-OS 3420596 wird eine Begrenzung der maximalen Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Auslastung, der Auslegerlänge, Auslegerwinkel und Hubhöhe ermittelt.

Eine Lastmomentbegrenzung erfolgt außerdem in Abhängigkeit von der Neigung des Drehkranes, sobald eine Annäherung an

die Überlast geschieht, wird die Drehbewegung weich abgebremst.

Nachteilig bei diesen Einrichtungen wirkt sich die subjektive Beeinflussung der Drehgeschwindigkeit im Bereich bis zur vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit durch den Kranführer auf die Anfahr- und Abbremscharakteristik des Drehwerkes aus.

So besteht bei leistungsstarken Drehwerksantriebssystemen die Gefahr, daß der Ausleger durch die Beschleunigung überlastet wird, obwohl die maximale vorgegebene Drehgeschwindigkeit nicht überschritten wird.

Weiterhin sind Verfahren und Sicherheitseinrichtungen für Krane bekannt, die auf die Kranantriebe zur Verh ndei ung einer Kollision mit Objekten im Arbeitsbereich wirken.

So ist eine Sicherheitseinrichtung bekannt, die in der DD-PS 22C581 veröffentlicht wurde. Bei Überschreitung eines einzuhaltenden Arbeitsbereiches als Achskombination X, Y, Z erfolgt eine Blockierung aller Bewegungen des Kranes.

In der DD-PS 226270 ist ein Kollisionsschutz für Krane beschrieben, der eine Abschaltung der Krantriebwerke bei Erreichen der Grenzpunkte eines für den Kran gesperrten Bereiches und der Annäherung an den Arbeitsraum eines Kranes auf gleicher Gleisachse bowirkt.

Besondere Gefahren ergeben sich jedoch bei der sofortigen Blockierung der Drehbewegung, wie sie bei Überschreitung eines

Kollisior,sraumes eintreten können. Je nach Drehgschwindigköit und der Last am Kranhaken kann es zu einer Überlastung des Auslegers und der Kranmechanik kommen.

Bekannte Drohwerkssteuerungen dienen ausschließlich der Beeinflussung der Drehgeschwindigkeit des Kranes in Abhängigkeit von einer Reihe verschiedener Parameter, ohne die Beschleunigungswerte gezielt zu beeinflussen. Die Beschleunigüngsparameter werden ausschließlich durch das Betriebssystem selbst begrenzt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine beschleunigungsoptimiene Drehwerkssteuerung von Kranen zu schaffen, die den Kranführer von routinemäßigen Arbeiten beim Drehen des Kranes entlastet und eine höchstmögliche Überlastungssicherheit für dt Kranmechanik bietet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Optimierung der Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge beim Drehen des Drehwerkes von Kranen zu entwickeln, das geeignet ist, mit Sicherheit eine Überlastung der Kranbaugruppen, insbesondere des Kranauslegers, beim Beschleunigen und Abbremsen zu verhindern, den Bedienkomfort des Kranes zu erhöhen sowie die Pendelneigung der Last bei Beibehaltung bisher üblicher Drehgeschwindigkeiten zu verringern.

Grundsätzlich wird davon ausgegangen, daß die Drehgeschwindigkeit des Drehwerkes wegen der auftretenden Radialkräfte am Ausleger und in der Last in Abhängigkeit von Kranparametern wie Auslegerwinkel und Lastkraft auf einen jeweils gültigen Maximalwert begrenzt werden muß.

Weiterhin ist von Bedeutung, daß die bisher ausschließlich durch mechanische und/oder hydraulische Kennwerte bestimmte und damit unveränderliche Beschleunigung beim Anfahren und Abbremsen als Tangentialkraft wirksam und sowohl den Ausleger auf Biegung beansprucht als auch zur Auslenkung der Last aus ihrer Ruhelage führt, wodurch das Pendeln der Last verstärkt wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das sowohl die maximale Drehgeschwindigkeit des Drehwerkes als auch das Beschleunigungs- und Abbremsverhalten definiert beeinflußt. Hierzu wird entsprechend den konstruktiven Berechnungen für zulässige Beschleunigungs- und Geschwindigkeitswerte jeder Parameterkombination (Last, Auslegerwinkel...) genau ein Maximalwert der Geschwindigkeit und der Beschleunigung zugeordnet, was einem linearen Zusammenhang zwischen Zunahme der Geschwindigkeit und Zeit entspricht. Für den Moment des Beginns und des Endes der Beschleunigungsphase ist dies mit einer sprunghaften Änderung des ansonsten konstanten Beschleunigungswertos verbunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet daher eine Abminderung der Beschleunigungsgrößo im Übergangsbereich zwischen beschleunigten und unbeschleunigten Bewegunpsphasen unter Berücksichtigung der Differenz zwischen der durch die Schalthebelstellung vorgegebenen Zielgeschwindigkeit und der aktuellen realen Drehgeschwindigkeit.

Die Drehgeschwindigkeit wird zweckmäßig aus dem Zählerstand eines Rückwärtszählers in Abhängigkeit von Drehrichtung und Vorzeichen des Beschleunigungswertes ermittelt und in ein Analogsignal umgesetzt. Der aktuelle Zählerstand oder dessen Komplement bestimmt die aktuelle Geschwindigkeit, während die Zählgeschwindigkeit des Zählers ein Maß für die Beschleunigung darstellt. Hierzu kann ein vorgeschalteter gleichartiger Zähler dazu dienen, diese Zählgeschwindigkeit zu beeinflussen. Die schaltungstechnische Realisierung ist in bereits vorhandene Computertechnik zur Überlastbegrenzung des Kranes integrierbar, wobei die erforderlichen Rechen· und Steueroperationen durch den Mikrorechner ausgeführt werden.

Ausführungsbeispiel

Am nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll das erfindungugemäße Verfahren zur optimierten Steuerung des Drehwerkes von Drehkranen näher erläutert werden. Zur Erläuterung dienen 4 Zeichnungen. Auf den Zeichnungen ist dargestellt:

Fig. 1: Blockschaltbild der Drehwerkssteuerung

Fig. 2: Die Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit von der Zeit bei

a) Umschaltung vom Stillstand zur Schaltstufe 5 bei linearem Anstieg

b) desgleichen mit abgeminderten Übergangsbereichon

c) desgleichen, jedoch beim Übergang von einem endlichen Drehgeschwindigkeitswert zu einem anderen Drehgeschwindigkeitswert

Fig. 3: Verfahrensschritte nach Änderung der Schalthebelstellung Fig.4: zyklisch abzuarbeitende Verfahrensschritte.

In Figur 1 ist das Blockschaltbild der Drehwerkssteuerung dargestellt. Hierzu werden Elemente der Sicherheitseinrichtung für Überlast einbezoger., die mindestens aus einem Winkelgeber 1, einer Kraftmeßeinrichtung 2 und einem Mikrorechner 3 besteht. Die Signalieitungen des Schalthebels 4 sind über Optokoppler 5 an die digitale Eingangssignalaufbereitungsgruppe 7 der Drehwerkssteuereinrichtung 6 angeschlossen. Die Ausgangssignalaufbereitung 9 besteht aus einem an den Mikrcvechnerbus angeschlossenen Digital-Analogwandler, dessen Analogsignale an einem Analogendverstärker 10 geführt sind, der mit dem hydraulischen Antriebssystem 11 des Drehwerkes verbunden ist. Die Kanäle eines mehrkanaligen Zeitgeberbausteins 8 sind in der Anordnung Zeitgeber zur Takterzeugung 12, Zählerkanal für Beschleunigung 13 und Zählerkanal für Geschwindigkeit 14 miteinander verbunden. Auf die Bestandteile Eingangssignalaufbereitung 7, Zeitgeberbaustein 8 und Ausgangssignalaufbereitung 9 ist ein Zugriff des Mikrorechners möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, in Abhängigkeit der Kranparameter — Last, Auslegerwinkel und Auslegervariante — bei jedem Drehvorgang des Drehwerkes eine rr aximale Drehgeschwindigkeit und eine maximale Beschleunigung vorzugeben.

In Figur 2 <i ist ein Beispiel für die Beschleunigung aus dem Stillstand des Drehwerkes bis zur Maximalgeschwindigkeit als Diagramm angegeben. Der Beschleunigungsvorgang ist durch den Anstieg der Geschwindigkeit je Zeiteinheit und die Endgeschwindigkeit eindeutig gekennzeichnet. Zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften des Kranes bei der Drehung wird die Kurve im Anfahrbereich und vor Erreichen der Maximalgeschwindigkeit im Anstieg abgemindert, so daß die in Figur 2 b dargestellte Abhängigkeit entsteht.

In Figur 2c ist eine Kurve abgebildet, die den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf bei Änderung der Stellung des Schalthebels, also beim Übergang von einer endlichen Geschwindigkeitsstufe in eine weitere Geschwindigkeitsstufe darstellt. Hierzu werden entsprechend der Geschwindigkeitsdiff srenz Abschnitte der abgeminderten Kurve aneinandergefügt, so daß auch in diesem Fall die weiche Charakteristik beibehalten wird.

Zur Generierung dieser Kurvenformen sind die in Figur 3 und 4 dargestellten Arbeitsschritte erforderlich. Figur 3 zeigt die Arbeitsschritte, die bei jeder Änderung der Schalthebelstellung ausgeführt werden. Ausgehend von den Kranparametern werden maximale Drehgeschwindigkeit uno Beschleunigung ermittelt und mit diesen Werten der Zählerbaustein 13 für a [X) initialisiert.

Aus der Schalthebelstellung und der maximalen Drehgeschwindigkeit wird die Zielgeschwindigkeit des Drehwerkes entsprechend einer festgelegten Tabelle abgespeichert. Durch Differenzbildung mit der in diesem Moment real vorliegenden Drehgeschwindigkeit entsteht die Geschwindigkeitsdifferenz, die zur Initialisierung des Zählers 14 und zur Errechnung der Tabelle für die Abmindei unpswerte der Beschleunigung herangezogen wird.

Bedingt durch die Kopplung mit dem Mikrorechner zur Lastmomentbegrenzung wird das Programmelement für die Drehwer'Kssteuerung zyklisch abgearbeitet. Dieser Zyklus ist in Figur 4 dargestellt. Aus der Zielgeschwindigkeit und der momentanen Geschwindigkeit ist die verbleibende Geschwindigkeitsdifferenz durch Subtraktion ableitbar, die als Parameter für die Tabelle der Abminderungsvverte der Beschleunigung dient und zu einer Neuinitialisierung des Zählers für a (t) 3 benutzt wird. Durch Reihenschaltung der CTC-Kanäle 12,13 und 14 entsteht am Ausgang des Kanals zwei 14 ein Zählerstand, der in Kombination mit der Drehrichtungsinformation und dem Vorzeichen der Beschleunigung (Abbremsen oder Beschleunigen) ein Maß für die dem Antrieb; system zuzuführenden Analogsignale darstellen und nach einer Digital-Analog-Wandlung dem Drehwerk zugeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur beschleunigungsoptimierten Drehwerkssteuerung von Kranen, gekennzeichnet dadurch, daß unter Nutzung der in einem elektronischen Überlastbegrenzer gewonnenen Informationen zu verschiedenen Kranparametern (1), (2) sowohl der Drehgeschwindigkeit des Krandrehwerkes (11) als auch der Beschleunigung Werte zugeordnet werden, wobei der Wert der Beschleunigung in den Übergangsphasen zwischen beschleunigter und unbeschleunigter Bewegung definiert und kontinuierlich abgemindert wird, so daß die Tangentialkräfte auf den Kranausleger und die Last konstruktiv bedingte Grenzwerte nicht überschreiten.

2. Verfahren zur beschleunigungsoptimierten Drehwerkssteuerung von Kranen, gekennzeichnet dadurch, daß die Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung des Drehwerkes jeweils aus dem Zählerstand eines Zählers (13), (14) abgeleitet wird, wobei der Zählumfang die Geschwindigkeit und die Zählgeschwindigkeit die Beschleunigung bestimmt, deren Wert während der Beschleunigungsphasen so variiert wird, daß keine Sprünge in der Beschleunigungs-Zeit-Funktion auftreten.