DE102005034377A1

DE102005034377A1 - Direct stability detection system for mobile crane has force measurement cells installed in support arms

Info

Publication number: DE102005034377A1
Application number: DE200510034377
Authority: DE
Inventors: Eli Neumann
Original assignee: Vishay Measurements Group GmbH
Current assignee: Vishay Measurements Group GmbH
Priority date: 2004-07-25
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2006-03-16

Abstract

The stability detection system is for mobile cranes (1) and similar machines which have outrigger support arms (6). Force measurement cells are installed in the support arms and measure the force on them. On the basis of the cell measurements, a state is set which reduces the risk of overturning or collapse of the crane, and produces a warning or takes correction measures.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Sicherheitssysteme für Kräne und Hubvorrichtungen. Im Besonderen betrifft sie Lastmomentanzeigen und eine Belastungserfassung zum Zwecke, ein Umfallen oder Zusammenbrechen von Kränen und anderen Hubeinrichtungen zu verhindern.The The present invention relates to safety systems for cranes and hoists. In particular, it relates to load moment indications and load detection for the purpose, a collapse or collapse of cranes and prevent other lifting devices.

Große mobile Kräne laufen Gefahr, umzukippen, wenn das durch die Last erzeugte Moment größer ist als das selbststabilisierende Moment. Um derartigen Gefahren entgegenzuwirken, werden verschiedene Sicherheitssysteme angewandt, von denen viele als "Lastmomentanzeigen" (LMI von Load Moment Indicators) bezeichnet werden. Diese Systeme bestimmen das destabilisierende Moment durch Erfassen oder Abschätzen des Hebelarms und anschließende Multiplikation mit der Last. Der Hebelarm wird gefunden, indem die Ausdehnung des Kranauslegers und sein Elevationswinkel gemessen werden und anschließend eine einfache geometrische Berechnung vorgenommen wird, zu der jeder Fachmann in der Lage ist. Dieser Hebelarm wird dann mit der Last multipliziert, um das Lastmoment zu erhalten. Die Last wird wiederum zumeist durch Messen des Drucks in dem Hubzylinder abgeschätzt. Manchmal wird sie durch Kraftmesszellen, die in einer Linie mit der Last angeordnet sind, oder durch die Spannung in dem Hubseil direkt gemessen.Great mobile Cranes are running Danger of tipping over when the moment generated by the load is greater as the self-stabilizing moment. To counteract such dangers, Different security systems are used, many of them as "load torque indications" (LMI of Load Moment Indicators) are called. These systems determine the destabilizing Moment by detecting or estimating of the lever arm and subsequent Multiplication with the load. The lever arm is found by the Extension of the crane boom and its elevation angle are measured and subsequently A simple geometric calculation is made to which every expert be able to. This lever arm is then multiplied by the load, to get the load moment. The load is again usually by measuring the pressure in the lift cylinder is estimated. Sometimes she gets through Load cells arranged in line with the load or directly measured by the tension in the hoist rope.

Lastmomentanzeigen haben gewisse Schwächen. So ist zunächst die Genauigkeit des berechneten Lastmoments nicht sehr hoch. Dies kommt daher, weil der Zylinderdruck eine ungenaue Angabe der Last darstellt. Bei bestimmten Kranauslegerwinkeln verschlechtert sich diese Genauigkeit weiter. Ein weiteres Problem ist das stabilisierende Moment, das sich mit der Orientierung des Kranauslegers ändert und daher die Stabilität der Maschine beeinflusst. Diese Tatsache wird bei den existierenden Lastmomentanzeigesystemen nicht berücksichtigt. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Stabilitätserfassung und Warnung bereitzustellen, das genauer ist, einen direkten Messwert der tatsächlichen Stabilitätsgrenze aufweist, das die Fähigkeit besitzt, auch die Last zu messen, und das kostengünstig ist.Last instantaneous Show have certain weaknesses. So is first the accuracy of the calculated load torque is not very high. This This is because the cylinder pressure is an inaccurate indication of the load represents. At certain crane boom angles worsened this accuracy. Another problem is the stabilizing Moment that varies with the orientation of the crane jib and hence the stability of the machine. This fact is in the existing Load moment display systems not taken into account. It is therefore the Object of the present invention, a system for stability detection and to provide alert, which is more accurate, a direct reading the actual stability limit that has the ability also has to measure the load, and that is cost-effective.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel zum direkten Erfassen der Stabilität durch Messen der Last an einem jeden von vier Ausleger-Stützarmen bereit. Eine Kraftmesszelle ist in jedem der Auslegerarme installiert. Die Kraftmesszelle ist zusammen mit einem drahtlosen Sender/Empfänger und einer Spannungsversorgungsbatterie oder einem anderen Mittel zur Spannungsversorgung gepackt. Wenn die Stützarme auf den Boden abgesenkt werden, um den Hubvorgang zu starten, beginnen die Kraftmesszellen, schließlich mehr und mehr Last abzustützen, bis die vier Kraftmesszellen gemeinsam das gesamte Gewicht der Maschine tragen und sich alle Fahrzeugräder in der Luft befinden und keinen Teil der Maschinenlast tragen. Die vier Kraftmesszellen erfassen dementsprechend in dem Verlauf mehr und mehr Last, bis ihr Gesamtmesswert der der gesamten Maschinenlast ist. Wenn nun eine Nutzlast angehoben wird, werden die vier Kraftmesszellen die zusätzliche Last teilen, und die Summe der Werte ihrer Ausgangsgrößen ist die Totallast – nämlich die Maschine plus die Nutzlast.The The present invention provides a means for directly detecting the stability by measuring the load on each of four boom support arms ready. A load cell is installed in each of the boom arms. The load cell is together with a wireless transmitter / receiver and a power supply battery or other means for Power supply packed. When the support arms lowered to the ground in order to start the lifting process, the load cells, after all to support more and more load until the four load cells together the full weight of the machine Wear and get all the vehicle wheels are in the air and do not carry any part of the machine load. The four load cells detect accordingly in the course more and more load, up to their total reading of the total machine load is. Now, when a payload is raised, the four load cells become the extra Sharing load, and the sum of the values of their output quantities is the total load - namely the machine plus the payload.

Es ist nun ein physikalisches Grundgesetz, dass, falls und wenn ein Kran beginnt, seine Stabilität zu verlieren, zwei angrenzende Stützarme – und zwar beliebige zwei – abnehmende Lastmesswerte sehen werden. Der Punkt, an dem diese beiden Arme eine Last von Null sehen werden, ist der Stabilitätsgrenzwert. Somit kann vor diesem Punkt eine Warnung mit einer ausreichenden Sicherheitsgrenze ausgegeben werden, um das Anhalten und das Abwenden der Gefahr zu ermöglichen.It is now a physical law that if and when a Crane begins to stabilize lose, two adjacent support arms - and indeed any two - decreasing Will see load readings. The point where these two arms one See load of zero is the stability limit. Thus, before issued a warning with a sufficient safety limit to enable the arrest and averting of the danger.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigt:The Invention is described below by way of example with reference to the drawing, in this shows:

1 eine schematische Darstellung eines Systems, das mit einem erfindungsgemäßen Stabilitätssystem ausgerüstet ist, das auf einen mobilen Kran angewandt wird. 1 a schematic representation of a system that is equipped with a stability system according to the invention, which is applied to a mobile crane.

Nach 1, die die vorliegende Erfindung auf einen mobilen Kran 1 angewandt darstellt, besteht der Kran aus einer Lkw-Karosserie 10, einem Drehturm 2, einem ausfahrbaren Kranausleger 3, entfaltbaren Ausleger-Stützarmen 6, einer Anzahl von Rädern und Achsen 4, die von einem Motor angetrieben sind, und weiteren Lkw-Teilen, die hier nicht gezeigt sind, einer Anzeige/einem Controller für das Sicherheits- und Stabilitätssystem 13, und allen anderen Teilen, die für den Betrieb eines mobilen Krans notwendig, dem Fachmann bekannt und hier nicht gezeigt sind.To 1 embodying the present invention on a mobile crane 1 applied, the crane consists of a truck body 10 a turret 2 , an extendable crane jib 3 , deployable outriggers support arms 6 , a number of wheels and axles 4 powered by a motor and other truck parts not shown here, a display / controller for the safety and stability system 13 , and all other parts necessary for the operation of a mobile crane, known in the art and not shown here.

Die Stützarme 6, vier insgesamt, bestehen jeweils aus horizontal ausfahrbaren Kolbenstangen 5, vertikalen Hydraulikzylindern 9, vertikalen Kolbenstangen 12, Kraftmesszellen 7 vom In-Line-Kompressionskrafttyp oder einem andern Typ und Füßen 8 mit einer Bodenauflagefläche, die groß genug ist, um die gesamte Last zu tragen und sie auf einen flachen oder unebenen Grund weiterzuleiten. Die Kolbenstangen 12 fahren, wenn sie durch einen aufgebrachten Druck in dem Zylinder 9 herausgeschoben werden, vertikal nach unten aus, und die Auslegerarme 6 beginnen, allmählich mehr Last aufzunehmen und die Maschine von ihren Rädern anzuheben. Am Ende eines derartigen Vorgangs ruht das gesamte Gewicht des Lkw auf den Stützarmen, und kein Rad des Lkw berührt mehr den Boden. Es wird von staatlichen Sicherheitsbehörden verlangt, dass mobile Kräne Lasten nur dann anheben dürfen, wenn sie eine Abstützung durch die vier Auslegerarme erreicht haben, wie es oben beschrieben wurde.The support arms 6 , four in total, each consist of horizontally extendable piston rods 5 , vertical hydraulic cylinders 9 , vertical piston rods 12 , Load cells 7 of in-line compression force type or other type and feet 8th with a ground support surface large enough to support the entire load and transfer it to a flat or uneven ground. The piston rods 12 drive when put by an applied pressure in the cylinder 9 pushed out be, vertically down, and the cantilever arms 6 begin to gradually pick up more load and lift the machine off their wheels. At the end of such a process, the truck's entire weight rests on the support arms, and no truck wheel hits the ground any more. State security agencies require mobile cranes to lift loads only when they have been supported by the four boom arms, as described above.

Es ist nun ein physikalisches Grundprinzip, dass jede Struktur mit vier Stützen, die den Boden berühren, umkippen kann, falls und wenn irgendwelche zwei angrenzenden Arme die Bodenreaktionskraft auf das Gewicht der Struktur verlieren oder nicht besitzen, wobei in dieser Situation die Linie, die die gegenüberliegenden beiden Stützarme verbindet, der Drehpunkt für das Kippereignis ist. Ein Stabilitätsgrenzwert liegt vor, wenn die beiden Reaktionskraftwirkungen abnehmen und zu Null werden. Dies kann als das Prinzip für das System zur Stabilitätserfassung genutzt werden. Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren und ein Mittel zum kontinuierlichen Überwachen von Reaktionskräften in einem jeden der vier Stützarme und zum Informieren oder Warnen des Bedieners, falls und wenn zwei angrenzende Arme keine Reaktionskräfte mehr erfahren oder unter einem vorbestimmten Grenzwert derselben Lastreaktionskraft liegen. Es ist anzumerken, dass die Verwendung eines Reaktionskraftverlustes in Stützarmen zur Feststellung von Instabilität in der Vergangenheit bekannt war und an sich nicht neu ist. Patent Nummer 6,655,219 beschreibt ein System auf der Grundlage eines ähnlichen Prinzips, abgesehen davon, dass es eine andere Konstruktion für die Erfassung für die einzelnen, auf jeden Stützarm wirkenden Reaktionskräfte schildert.It is now a physical rationale that every structure is with four supports, that touch the ground, if and when any two adjacent arms can tip over lose the floor reaction force on the weight of the structure or do not own, in which situation the line that is the opposite two support arms connects, the fulcrum for the tilting event is. A stability limit exists if decrease the two reaction force effects and become zero. This can be considered the principle for the system for stability detection be used. The present invention discloses a method and means for continuously monitoring reaction forces in one of each of the four support arms and to inform or warn the operator if and when two adjacent arms no longer experience any reaction forces or under a predetermined limit of the same load reaction force. It should be noted that the use of a reaction force loss in support arms for detecting instability was known in the past and is not new in itself. patent Number 6,655,219 describes a system based on a similar one Principle, in addition to being a different design for capture for the single, on each support arm acting reaction forces portrays.

Bei der vorliegenden Erfindung sind die Vorrichtungen zum Erfassen einer Reaktionskraft Kraftmesszelleneinheiten 7, die in den Stützfüßen 6 installiert sind. In der hier beschriebenen besonderen Ausführung sind die Kraftmesszellen zwischen Kolbenstangen 12 und Stützfüßen 8 installiert, aber es sind andere Ausführungen möglich, wie etwa die Platzierung der Kraftmesszellen zwischen den Zylindern 9 und den horizontalen Elementen 5 usw. In der bevorzugten Ausführung bestehen die Kraftmesszelleneinheiten 7 aus einem Belastungserfassungselement vom Kompressionstyp, einem Batteriepaket für die Energieversorgung, einem elektronischen Schaltkreis zum Verstärken, Filtern, Digitalisieren und Verarbeiten des Ausgangs von der Kraftmesszelle und einem drahtlosen Sende-/Empfangsschaltkreis, der eine Antenne umfasst, die die Lastmessergebnisse an eine Anzeige oder Steuereinheit 13 sendet, aber auch Kommandos von derselben Anzeige/Controllereinheit 13 empfangen kann, die wiederum üblicherweise in der Kabine des Lkws eingebaut ist.In the present invention, the devices for detecting a reaction force are load cell units 7 standing in the support feet 6 are installed. In the particular embodiment described here, the load cells are between piston rods 12 and support feet 8th installed, but other designs are possible, such as the placement of the load cells between the cylinders 9 and the horizontal elements 5 etc. In the preferred embodiment, the load cell units exist 7 a compression type load sensing element, a battery pack for powering, an electronic circuit for amplifying, filtering, digitizing, and processing the output from the load cell and a wireless transmit / receive circuit that includes an antenna that supplies the load measurement results to a display or control unit 13 sends, but also commands from the same display / controller unit 13 can be received, which in turn is usually installed in the cab of the truck.

Da der elektronische Schaltkreis in jeder Zelle batteriebetrieben ist, werden Energiesparschemata verwendet, etwa welche, die einen Ruhemodus aufweisen, in dem sehr wenig Energie verbraucht wird und periodisch nur auf die Lasten geprüft wird, wobei das Aufwachen aus dem Ruhemodus entweder durch eine Änderung der Lastmesswerte oder durch eine Abfrage von der Anzeige/Controllereinheit 13 ausgelöst wird.Since the electronic circuitry in each cell is battery operated, power-saving schemes are used, such as those having a sleep mode in which very little power is consumed and checked periodically for the loads, waking up from sleep mode by either changing the load measurements or by a query from the display / controller unit 13 is triggered.

Eine unterschiedliche Ausführung der Energieversorgung kann durch eine fotovoltaische Zelleneinheit zum Aufladen der Batterien unterstützt werden, wodurch die Nutzungsdauer des Systems ausgedehnt wird.A different version the power supply can be through a photovoltaic cell unit be supported for charging the batteries, thereby increasing the useful life of the system.

Die Anzeige/Controllereinheit 13 ist mit Schaltkreisen zum Empfang der drahtlosen Übertragungen von den vier Kraftmesszellen und zum Überprüfen der Vertrauenswürdigkeit der gleichen Übertragungen ausgestattet. Zusätzlich verarbeitet der Schaltkreis in der Anzeige/dem Controller 13 die Messwerte der Kraftmesszellen, um den gegenwärtigen Stabilitätszustand zu bestimmen, und gibt auch Vorhersagen dafür aus, was geschehen kann, wenn Tendenzen andauern. Ergebnisse einer derartigen Informationsverarbeitung werden dann in der Form eines Balkengraphen, Ziffern, Sprach- oder Tonwarnungen ausgegeben, so dass der Bediener sich leicht der Sicherheits- und Stabilitätssituation bewusst werden kann. Die Anzeige/der Controller 13 sind auch ausgerüstet, um Anforderungen oder Kommandos an den einzelnen Schaltkreis in jeder Kraftmesszelle zu senden, beispielsweise um eine Datenübertragung von der Kraftmesszelle auszulösen oder um zu bewirken, dass sie aus einem Ruhemodus aufwacht.The display / controller unit 13 is equipped with circuits for receiving the wireless transmissions from the four load cells and verifying the trustworthiness of the same transmissions. Additionally, the circuitry in the display / controller processes 13 the readings of the load cells to determine the current state of stability, and also provides predictions of what can happen when tendencies persist. Results of such information processing are then output in the form of a bar graph, numbers, voice or tone alerts, so that the operator can easily become aware of the security and stability situation. The display / controller 13 are also equipped to send requests or commands to the individual circuit in each load cell, for example to trigger data transfer from the load cell or to cause it to wake up from a sleep mode.

Die Anzeige/der Controller 13 kann auch zur Steuerung von Maschinenelementen ausgestattet sein, falls und wenn eine Korrektur- oder Schutzmaßnahme infolge der gemessenen Stabilität erforderlich ist. Ein Beispiel dafür, dass die Anzeige/der Controller jede weitere Bewegung in einer bestimmten Richtung verhindert, ist, falls die Stabilität sich zu sehr in einem Grenzbereich befindet. Um dies vorzunehmen, müssen Relais, Schalter oder andere Steuereinrichtungen in der Anzeige/den Controller sowie geeignete Software eingebaut sein. Die Anzeige/der Controller 13 muss gewöhnlich nicht batteriebetrieben sein, da sie bzw. er in der Kabine eingebaut ist und die elektrische Versorgung der Maschine nutzen kann.The display / controller 13 may also be equipped to control machinery elements if and when a corrective or protective action is required due to the stability measured. An example of the display / controller preventing any further movement in a particular direction is if the stability is too much in a boundary. To do this, relays, switches, or other controls in the display / controller and appropriate software must be installed. The display / controller 13 usually it does not have to be battery powered as it is installed in the cab and can use the electrical supply of the machine.

Eine zusätzliche Funktion der vorliegenden Erfindung ist, die Totalmaschinenlast und die Nettonutzlast zu messen. Die Totallast wird berechnet, indem die vier individuellen Lasten an den vier Kraftmesszellen summiert werden. Die Totallast der Maschine vor dem Heben irgendeiner Nutzlast, die manchmal als Totlast bezeichnet wird, kann aufgezeichnet und in einem Speicher gespeichert werden. Um die Nettonutzlast zu berechnen, wird die zuvor erwähnte Totlast von der Totallast subtrahiert. Diese Nutzlastinformation ist als zusätzliches Sicherheitsmerkmal zweckmäßig, beispielsweise um Grenzen für die konstruktive Sicherheit des Krans festzusetzen, oder als ein besserer Eingang für die Lastmomentan zeigen von der herkömmlichen Art, falls dies als Sicherungssystem erwünscht wird.An additional function of the present invention is to measure the total machine load and the net payload. The total load is calculated by summing the four individual loads at the four load cells. The total load of the machine before lifting any payload, the sometimes referred to as deadload, can be recorded and stored in memory. To calculate the net payload, the aforementioned dead load is subtracted from the total load. This payload information is useful as an additional safety feature, for example, to set limits for the structural safety of the crane, or as a better input for the Lastmomentan show of the conventional type, if this is desired as a security system.

Es ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Stabilitätserfassung direkt ist und nicht auf der Notwendigkeit beruht, das stabilisierende Moment zu berechnen, das, wie es bereits erwähnt wurde, variabel ist und von der Orientierung des Turms und des Auslegerarms abhängt. Ein weiteres Problem bei der Verwendung eines stabilisierenden Moments bei Lastmessanzeigen ist die Tatsache, dass es berechnet werden muss und daher nicht genau ist. Abwandlungen der Maschine, die den Wert des stabilisierenden Moments verändern, werden nicht immer aufgezeichnet und berücksichtigt. Wenn die Maschine nicht eben steht, weisen sowohl das stabilisierende Moment als auch das gemessene/berechnete Lastmoment einen gewissen Fehler auf.It It should be noted that the stability detection according to the invention is direct and not based on the need to calculate the stabilizing moment, that, as already mentioned was, is variable and of the orientation of the tower and the boom depends. Another problem with the use of a stabilizing moment at load gauges is the fact that it will be calculated must and therefore is not accurate. Modifications of the machine that the Changing the value of the stabilizing moment are not always recorded and taken into account. If the machine is not level, point both the stabilizing moment as well as the measured / calculated load torque a certain error on.

Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein System zur direkten Stabilitätserfassung für mobile Kräne und andere Arten von Maschinen, bei denen Ausleger-Stützarme verwendet werden. In den Stützarmen sind jeweils Kraftmesszellen installiert, die die Kräfte auf die jeweiligen Stützarme messen. Anhand der Messwerte der Kraftmesszellen wird ein Zustand bestimmt, der das Risiko eines Umkippens oder Zusammenbrechens des Kranes birgt, und ggf. eine Warnung ausgegeben oder eine Korrekturmaßnahme eingeleitet.Summarized The invention relates to a system for direct stability detection for mobile cranes and others Types of machines that use boom support arms. In the support arms each load cells are installed, the forces on the respective support arms measure up. Based on the measurements of the load cells, a state is determined, the risk of tipping or collapsing the crane and, if necessary, issue a warning or initiate a corrective action.

Claims

System for direct stability detection for mobile Cranes and other types of machines where boom support arms used become, marked by Load cells in the support arms installed and capable of each vertical loads or forces on the respective support arms, in which they are installed to measure, being in four support arms a total of four load cells are provided, at least one electronic circuit for each of the support arms for the purpose of reinforcement, Filtering, processing and digitizing the values of the outputs of the Load cells and wireless transmission of these processed Results for a central display / control unit, in which these circuits either within the load cell housing or in a separate housing adjacent to the associated Load cell arranged and suitably electrically connected to the respective load cell are connected, each further These circuits also have additional functions from wireless receivers so that they can be controlled such that data or signals to the transfer of a sleep mode can be transferred to an operating mode, at least a battery for powering each load cell and each electronic circuit, either in the housing of the Load cells or the housing of Circuits or separately housed in a separate housing, in which the battery or batteries suitably by wires with the respective circuits is connected or are, a central electronic display / control unit designed so that within the cabin of the machine or the person concerned Cranes are installable and designed to carry wireless transmissions receive from the four load cells and calculate the stability can, by states and trends of individual four burdens are determined which are each recorded in the different support arms, in which looking for a condition in which a reduction in the load occurs on any two adjacent arms and this State a criterion for reduced stability is, wherein further the display / control unit is formed, around the calculated stability measures with a to compare given limit value, for stability or stability limits in the form of numbers, marks or bar graphs and / or tones and To display or signal alarms to record and to store in a store the total load at all four support arms before a payload is raised, the initial total load as dead load is designated, and further to calculate the total load and the Total payload by adding these four individual loads, to get the total load and then by subtracting from the Totallast to determine the value of the dead load in such a way that the Result of the subtraction is to be called instantaneous payload, which in turn is compared with a predefinable limit, to display and decide the toggle and / or payload whether they are too big or not too big, and, if required, a warning or sign or Issue alarms and also control commands for influencing Machine functions according to the measured stability, total load and deliver total payload.

System according to claim 1, characterized in that is the force cell of the compression force type.

System according to claim 1, characterized in that the load cell is of the stratified type.

System according to claim 1, characterized in that is the shear force type load cell.

System according to one of claims 2, 3 or 4, characterized that the power supply is an electric battery.

System according to one of claims 2, 3 or 4, characterized that the power supply is a photovoltaic panel with charging battery is where the photovoltaic panel charges the battery whenever the panel is sufficiently lit.