DE1278079C2

DE1278079C2 - Anordnung zur selbsttaetigen unterdrueckung der pendelungen einer an einem seil haengenden last, insbesondere eines an einer laufkatze haengenden greifers einer verladebruecke

Info

Publication number: DE1278079C2
Application number: DE1964L0049110
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dr.-Ing. 6451 Dörnigheim; Bürskens Helmut Dipl.-Ing. 6000 Frankfurt Haberstock
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-10-26
Filing date: 1964-10-26
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE1278079B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur selbst- ("15 tätigen Unterdrückung von Pcndelungcn einer mittels eines Seiles an einem in waagerechter Ebene bewegbaren Seilaufhängepunkt hängenden Last bei Bewegung des Seilaufhängepunktes in mindestens einer waagerechten Koordinate, bei der die Geschwindigkeit des Seilaufhängepunktes in der waagerechten Ebene durch einen Regelkreis in Abhängigkeit von einer von dem Auslenkwinkel des Lastseiles gegen das Erdlot abgeleiteten Größe beeinflußt wird unter Anwendung einer Rechenschaltung, insbesondere für einen an einer Laufkatze hängenden Greifer einer Verladebrücke.

Dieses Problem triit insbesondere bei Verladebrücken mit Greiferbetrieb auf, bei denen auf der Verladebrücke eine Laufkatze bewegt wird, an der über ein Seil ein Greifer aufgehängt ist. Durch die Beschleunigung und Verzögerung der Laufkatze entstehen Pendelungen des Greifers, die wegen der geringen Eigendämpfung des Systems nur sehr langsam abklingen. Wird die Laufkatze von einem Bedienungs · mann gesteuert, so ist es dem Bedienungsmann mit einiger Geschicklichkeit möglich, die Laufkatze so zu beeinflussen, daß diese Pendelungen weitgehend unterdrückt werden. Abgesehen davon, daß dieser Umstand für den Bedienungsmann eine starke Belastung darstellt, ist diese Maßnahme im automatischen Verladebetrieb nicht durchführbar. Es liegt daher die Aufgabe vor, im Hinblick auf eine anzustrebende hohe Förderleistung, die Geschwindigkeit der Laufkatze bzw. ihres Fahrwerks durch geeignete Maßnahmen automatisch so zu beeinflussen, daß die Ausbildung von Pendelungen des Greifers bzw. der Last weitgehend vermieden wird.

Es ist bereits eine Anordnung zur Lösung der vorstehenden Aufgabe bekannt, bei der ein Gcschwindigkeitsregelkreis für das Katzfahrwerk vorgesehen ist, dem ein Lageregelkreis für das Einfahren der Laufkatze in die geforderte Stellung überlagert ist, d. h., aus dem Ausgangswert eines Lagereglers wird eine Führungsgröße für einen Geschwindigkeitsregelkreis abgeleitet. Bei der bekannten Anordnung wird der dem Lageregler zugeführten Lageregclabweichung eine von dem Auslenkwinkel der Pendelung abhängige Größe in der Weise überlagert, daß die Geschwindigkeit der Laufkatze im Sinne einer Unterdrückung der Pendelungen beeinflußt wird.

Bei der bekannten Anordnung wird der Auslenkwinkel unmittelbar durch eine am Greiferseil angebrachte Einrichtung gemessen. Diese unmittelbare Messung ist jedoch aus verschiedenen Gründen von Nachteil. Der Auslenkwinkel ist eine mechanische Größe. Die unmittelbare Messung von mechanischen Cfößen ist immer problematisch, zumal im vorliegenden Fall die Meßeinrichtung rauhen Betriebsund Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Außerdem stört die Meßeinrichtung bei den häufig notwendigen Seilwechseln. Insbesondere bei Verwendung von Seilzugkatzen ohne bereits vorhandene elektrische Verbindung zwischen der Laufkatze und dem Bedienungsmann bzw. dem Maschinenhaus wird darüber hinaus bei mechanischer Winkelmessung eine spezielle elektrische Übertragungsleitung für die Meßwertübertragung notwendig.

Zur Verhinderung bzw. Dämpfung von Pendelbewegungen bei Lasten, die mittels Seilen an fahruncl schwenkbaren Hebezeugen aufgehängt sind, sind auch bereits Sleuerungscinrichtungen vorgeschlagen worden, die unter Verwendung von Rechenschaltungen die Bewegung des Scilaufhängcpunktes an dem Hebezeug 11CCiMfIu-ISCn. Als Eingangsgröße für die Stcucriingseinrichtuiiuen wird hierbei unter anderem

auch der Auslenkwinkel des Lnsiseiles gegen das Erdlot gemessen.

Ausgehend von den Nachteilen einer unmittelbar an der Lastaufhängung angebrachten Meßeinrichtung liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, den Auslenkwinkel bei einer Anordnung der eingangs genannten Art mit einer Einrichtung zu ermitteln, die von der Lastaufhängung entfernt angebracht ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Auslenkwinkel λ durch die Rechenschaltung mittelbar aus anderen Meßwerten gemäß einer im gegebenen System gültigen Bewegungsgleichung gewonnen wird, wobei die Rechenschaitung gemäß der Gleichung

P₁ = m,· 6+ Λ, sin* »5

geschaltet ist und P₁ und P₂ die an der Laufkatze in der Bewegungsrichtung bzw. in Richtung der Lastaufhängung angreifenden Kräfte, m, die Masse der Laufkatze und b deren Beschleunigung bedeuten. ao

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt, die sich auf eine Verladebrücke beziehen, auf der eine Laufkatze bewegt wird, an der _n einem Seil ein Greifer aufgehängt ist. Es zeigt

Fig. I eine schematisch dargestellte Anordnung zur Erläuterung der Systemgrößen,

Fig.2 einen Regelkreis, in dem die Greifergeschwindigkeit als Regelgröße verwendet wird,

F i g. 3 einen umgeformten Regelkreis nach F i g. 2,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Rechenschaltung zur Bestimmung des Winkels \ in Verbindung mit einem Regelkreis nach F i g. 3 und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Rechenschaltung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Greifer an einem Seil einer Laufkatze als Pendel variabler Länge / anzusehen, dessen Masse in punktförmig am Ende des Seiles angenommen wird. Die Wirkung von Hub- und/oder Schließwerksuntrieb wird durch den Kraftvektor P., dargestellt. Im Fall konstanter Seillänge muß die Kraft P., nicht elektrisch aufgebracht werden, sondern sie kann eine mechanische Zwangskraft im System darstellen. Die Laufkatze wird ihrerseits durch einen Fahrmotor horizontal angetrieben, was durch den Kraftvektor P₁ dargestellt ist. Hub · und Schließwerk sowie der Fahrmotor für die Laufkatze können entweder auf der Laufkatze oder an einem anderen Platz angeordnet sein. Auf die Laufkatze mit der Masse ni, wirken die Kräfte P₁ und P., ein. Der Auslenkungswinkel des Seiles gegen das Erdlot ist mit λ bezeichnet, b bedeutet die Beschleunigung der Laufkatze, v_fc ihre Geschwindigkeit und g die Erdbeschleunigung. Mit diesen Bezeichnungen lautet eine wesentliche Bewegungsgleichung des Systems

P₁ ---= In₁ b l· P., sin x. (I)

Diese Gleichung soll für den Fall konstanter Seillänge / betrachtet werden und ist die Grundlage für die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Rechcnschaltungen zur Feststellung des Winkels \. Bevor diese mittelbare Bestimmung des Winkels \ näher erläutert wird, soll darauf eingegangen werden, an welcher Stelle der Recheiudiallung die vom Winkel \ abgeleitete Korrektlirkomponente zweckmäßig eingespeist wird.

Der die Kraft P₁ ausübende Fahrantrieb für die Laufkatze ist im allgemeinen, insbesondere im automatischen Betrieb, mit einem Drehzahlregclkrcis ausgestattet. Die Pendelungen können nun selbsttätig unterdrückt werden, wenn in diesen Regelkreis eine vom Winkel <v abgeleitete Größe eingespeist wird. Dies kann z. B., wie im bekannten Fail, in der Weise erfolgen, daß eine vom Winkel \ abhängige Größe in den dem Geschwindigkeitsregelkreis überlagerten Lageregelkreis eingeführt wird.

Im Hinblick auf eine unabhängige Auslegung des Lageregelkreises und darüber hinaus aus dynamischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn man in den Drehzahlregelkreis des Fahrmotors eine im wesentlichen von der Winkelgeschwindigkeit \ der Pendelung abhängige Komponente einspeist.

In beiden Fällen ist daher die Größe des Winkels \ zu bestimmen, und zwar ohne eine besondere Winkelmeßeinrichtung. Da die erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung in Verbindung mit einem Regelkreis beschrieben wird, bei dem der Wert der Winkelgeschwindigkeit -x eingespeist wird, sollen zunächst Ausführungsbeispiele einer derartigen Regelanordnung an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden. Bei den dort dargestellten Regelkreistß ist die Horizontalkomponente der Greifergeschwindigkjü ,·,-, als Regelgröße angesehen.

Da die Greifergeschwindigkeit r_(i bei den gegebenen äußerer Umständen unmittelbar praktisch nicht gemessen werden kann, wird r_ü mittelbar erfaßt. Es gilt die Gleichung

worin V₁, die Horizontalgeschwindigkeit der reinen Pendelbewegung ist. Die Gleichung (2) kann auch in der Form

'Vi ¹^ "x

·' COS Λ .

(3)

geschrieben werden. Demnach müßten Möglichkeiten zur Messung der Größen ν^, /, λ und 1 vorgesehen werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Winkel λ im praktischen Betrieb relativ klein ist (Größenordnung maximal 10°); man kann daher mit guter Näherung den Faktor cos \ als konstant ansehen, also cos \ --- 1. Somit kann die Bestimmung von λ selbst entfallen, und der Regelkreis erhält eine Ausbildung nach Fig.2.

In einer Summierungsstelle I wird die Regelabweichung gebildet, die auf den Regler einwirkt. Der Regler selbst beeinflußt über den Katzfahrantrieb die Regelstrecke, aus der die Größen r_K, I, \ zur Bildung des Istwertes der Greifcrgeschwindigkcil ι·_(; entnommen werden. In einem Multiplikator wird zunächst da:. Produkt / · λ gebildet, das an einer Summierungsstelle Π von dem Wert der Katzfahrgeschwindigkeit r_K subtrahiert wird, wodurch gemäß der vereinfachten Gleichung (3) de-r Wert r_Vl gebildet wirü.

Die Dynamik des Regelkreises nach Fig.2 läßt sich durch c\rz dynamische Störgrößenaufschaltung verbessern, indem man, wie gestrichelt angedeutet, in der Summierungsstelle I eine zusätzliche Einspeisung anbringt ( — K · -»).

In der praktischen Ausführung kann man sich die Summierungsstelle II in Fig.2 sparen, indem man sie mit der Summierungsstelle 1 nach üblichen Methoden zusammenlegt. Es ergibt sich dabei die vorteilhafte Anordnung nach Fi g. 3.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die Seillänge / als konstant angenommen werden kann, weil ihr Einfluß im Rahmen der üblichen Abweichungen von /

auf die Güte der Ausregelung nicht wesentlich ins Gewicht fällt. Für diesen einfachsten Fall wird der Multiplikator der F i g. 2 und 3 zu einem die Proportionalität berücksichtigenden P-Glied. Es müssen dann nur noch die Größen υ_κ und α ermittelt werden. Der Wert von v_K läßt sich auf einfache Weise durch eine Tachomaschine gewinnen. Der Wert von a wird durch Differenzieren des Wertes von <x gewonnen.

Die Messung des Winkels « ist das Problem, das der Erfindung zugrunde liegt. An Stelle einer unmittelbaren Messung mittels eines Meßsystems an der Seilaufhängung sieht die Erfindung eine Rechenschaltung vor, die den Winkel & fortlaufend aus leicht meßbaren, einfacher zugänglichen Systemparametern errechnet. Der Aufbau der RechenschaUung erfolgt dabei zweckmäßig nach der Bewegungsgleichung (1).

Es gilt _ ,

sinn— —^! ^!—. (4)

Da λ relativ klein ist und man daher den sin -t durch das Bogenmaß λ mit guter Näherung ersetzen kann, folgt

-—.(P. Ot₁ b).

(5)

Für diesen angenäherten Fall hätte man daher eine RechenschaUung nach F i g. 5 vorzusehen. (Für den exakten Fall hätte man hinter dem multiplikativen Glied ein arcsin-Glied vorzusehen.) Es zeigt sich nun, daß sich die Größen b, P₁ und P_a auf einfache Weise gewinnen lassen. Die Größe b ergibt sich als zeitliche Ableitung der Katzfahrgeschwindigkeit v_K, die ohnehin beim Soll-Istwert-Vergleich im Drehzahlregclkreis vorhanden sein muß.

P₁ ist dem Antriebsmoment M_k und damit dem Ankerstrom J_AK des Katz-Fahrmotors proportional (der Einfluß der Reibung sei hier vernachlässigt). Entsprechendes gilt für die Beziehung zwischen P₂ und den resultierenden Ankerströmen J_AII der Hur> einrichtung. P₂ kann für das jeweilige Arbeitsspiel als Konstante (also unabhängig von n) angesehen werden; genau genommen ist P₃ nur dann eine Konstante, wenn sich das System Laufkatze—Greifer relativ in Ruhe zueinander befindet. Doch sind wegen der nur geringen Winkelauslenkung bei den Pendelungen die Schwankungen um den Ruhewert so gering, daß sie ohne weiteres vernachlässigt werden können. Damit läßt sich das Strukturbild der RechenschaUung nach F i g. 5 insofern vereinfachen, als aus dem multiplikativen Glied ein proportionales

P-GIied mit Konstanten -5- wird. Der numerische

"1

Wert von P₁ hängt natürlich von der jeweiligen Belastung ab. Für den exakten Fall hätte man daher, bei elektrisch aufgebrachter Zwangskraft, aus J_An ein

P-GIied P., abzuleiten und in einem Drvidierglied-—

zu erzeugen. Dieser Wert würde dann zur variablen Einstellung des Verstärkungsfaktors des aus dem Multiplikator nach F i g. 5 hervorgehenden P-Gliedcs dienen. Für den praktischen Fall kann auch hier eine Vereinfachung vorgenommen werden, da der Wert von P₂ im wesentlichen von den beiden Bctriebs-/uständen abhängt, die sich mit beladencm und unbeladcnem Greifer ergeben. Kennt man die dicsicn Konstanten, die sich auf einfache Weise bestimmen lassen, so läßt sich im Betrieb durch eine einfache Vorgabe von Hand oder automatisch immer die zugehörige richtige Verstärkung einstellen. Im allgemeinen kann man mit der Umschaltung zwischen den beiden genannten Zuständen auskommen. Ferner ergab sich aus Versuchen, daß zum guten Funktionieren der Pendelungsunterdrückung durchaus nicht die echten zeitlichen Ableitungen der Größen v_K und /* gebildet zu werden brauchen (was üblicherweise mit erheblichen Schwierigkeiten verknüpft ist), sondern es genügte jeweils ein Vorhaltglied.

Eine im vorstehenden Sinne vereinfachte, als vorteilhaftes Ausführungsbeispiel zu betrachtende Schaltung ist in F i g. 4 dargestellt. Die erfindungsgemäß ausgebildete RechenschaUung ist in dem gestrichelten Teil dargestellt, wogegen der andere Teil eine übliche Regelkreisschaltung zeigt (s. hierzu Fig. 3).

An dem Soll-Istwert-Vergleich in der Summierungsstelle I des Drehzahlregelkreises ist, gemäß dem

ao Strukturbild nach Fig. 3, t'_(isolh v_K und K* ■ λ einzuspeisen. Die RechenschaUung gemäß F i g. 4 liefert den Wert von K* · ά. Dazu wird über ein P-Glied 1 aus den Größen M_K bzw. J_AK der Wert der Kraft P₁ gewonnen. Über ein Vorhaltglied 2 und ein P-Glied 3 mii der Masse m, der Laufkatze als Faktor wird aus der Laufkatzgeschwindigkeit v_K die Größe m_x-b gebildet. In einer Summierungsstclle 4 wird die Differenz P₁ — m, · b ermittelt. Durch das dieser Summierungsstelle nachgeschaltete P-Glied 5 mit dem einstellbaren Faktor — wird die Größe

P₁ /η,-ft
K

gebildet, die gemäß Gleichung (5) dem Winkel \ entspricht. Über ein Vorhaltglied 6 wird <i und über ein P-Glicd 7 der Wert K* ■ i gebildet.

Die RechenschaUung läßt sich in bekannter Weise durch elektronische Verstärker mit KC-Bcschaltung realisieren. Da die Größen v_K und J_AK einfach zu messen sind, wird durch die Erfindung eine einfache Meßschaltung angegeben, die es ermöglicht, frei von rauhen Betriebs- und Umwelteinflüssen und frei von den erwähnten Nachteilen einer mechanischen Meßanordnung den Auslcnkungswinkel /x '. ι Form einer elektrischen Größe zu bestimmen. Die Benutzung einer vom Winkel α abgeleiteten Größe ά ermöglich) den gerätetechnischen Aufbau eines Systems gemäE

Fi g. 4 und bewirkt, wie experimentelle Untersuchungen gezeigt haben, eine überaus wirkungsvolle Unterdrückung der Pendelschwingungen.

Die bisherigen Betrachtungen beschränken sich aul die Bewegung der Laufkatze in einer Koordinatenrichtung. Die Erfindung kann auch bei solchen Anordnungen Verwendung finden, bei denen die Lauf katze Bewegungen z. B. in zwei Koordinatenrichtun gen ausführt, wie es z. B. bei Portalkränen der FaI ist. Bei einem derartigen Anwendungsfall wird dahei zweckmäßig für jede Koordinate eine Anordnuns gemäß der Erfindung vorgesehen, die auf die jewei ligen Antriebsmotoren einwirkt.

Entsprechend der bekannten Anordnung wird den Regelkreis nach F i g. 4 zum Zwecke der selbsttätige!

Lagefeststellung der I-aufkatze noch ein I^ageregel kreis übeilagert, der unabhängig von dem Geschwin diekeitsregelkrcis eingestellt werden kann.

Hier/11 2 BInH

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur selbsttätigen Unterdiückung von Pendelungen einer mittels «ines Seiles an einem in waagerechter Ebene bewegbaren Seilaufhängepunkt hängenden Last bei Bewegung des Seilaufhängepunktes in mindestens einer waagerechten Koordinate, bei der die Geschwindigkeit des Seilaufhängepunktes in der waagerechten Ebene durch einen Regelkreis in Abhängij;keit von einer von dem Auslenkwinkel des Lastseiles gegen das Erdlot abgeleiteten Größe beeinflußt wird, unter Anwendung einer Rechenschaltung, insbesondere für einen an einer Laufkatze laängenden Greifer einer Verladebrücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslenkwinkel (<*) durch die Rechenschaltung mittelbar aus anderen Meßwerten gemäß einer im gegebenen System gültigen Bewegungsgleichung gewonnen wird, wobei die Rechenschaltung gemäß der Gleichung

P₁ = /H₁ · b + P.. sin λ

geschaltet ist und P₁ und P., die an der Laufkatze in der Bewegungsrichtung bzw. in Richtung der Lastaufhängung angreifenden Kräfte, W₁ die Masse der Laufkatze und b deren Beschleunigung bedeuten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Ausgangsgröße des Meßgliedes für die Geschwindigkeit (ν_λ) der Laufkatze durch ein c'ifTercir.ierend wirkendes Glied (2) die Beschleunig ungspöße b und über ein die Proportionalität berücksiciitigendesP-Glied (3) mit der Masse m, der Laufkatze als Verstärkungsfaktor das Produkt m_v-b gebildet wird, das an einer Summierungsstelli (4) von der über ein weiteres P-Glied (1) aus dem ausgeübten Moment (M_K) des Antriebes für die Laufkatzenbewegung abgeleiteten Größe P₁ subtrahiert wird, und daß aus dieser Differenz über ein drittes P-GIied (S)

mit dem Verstärkungsfaktor —- die Größe χ er-

"1
mittelt wird (F i g. 4).

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge-

gekennzeichnet, daß der Verstärkungsfaktor ~jtinstellbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Regelkreis für den Antrieb der Laufkatze als Drehzahlregelkreis ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch die Rechentchaltung (1 bis 5) ermittelten Wert von λ mittels eine:, differenzierend wirkenden Gliedes (6) die Größe \ gebildet wird, die als zusätzliche Kornponcnte in den Drehzahlrcgelkreis eingeführt Wird.