DE1531210A1

DE1531210A1 - Anordnung zum Vermindern von Schwingungen einer an einem Kran haengenden Last

Info

Publication number: DE1531210A1
Application number: DE19671531210
Authority: DE
Inventors: Virkkala Dipl-Ing Vilkko
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 1966-08-25
Filing date: 1967-08-19
Publication date: 1969-10-30
Also published as: GB1183126A; SE319884B; FI44036B

Description

Anordnung zum Vermindern von Schwingungen einer an einem Kran hängenden Last

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Vermindern von Schwingungen einer an einem Kran frei hängenden Last, die bei linearer Verschiebung der Last entstehen. Mit dem Ausdruck "Last" wird hier außer der mittels der Seile oder Ketten angehängten Nutzlast auch der Lastträger, wie z.B. der Lasthaken oder eine andere diesbezügliche Vorrichtung verstanden.

Bei einer linearen Verschiebung einer an den Seilen hängenden Last, fängt diese Last mehr oder wenig'er zu schwingen an, was oft die Arbeit beträchtlich stört. Die Schwingungen können entweder dadurch gedämpft werden, daß man die Last von Hand führt, was nicht immer möglich ist, oder dadurch, daß man passende synchronisierte Fahrbewegungen ausführt. Das Letztgenannte verlangt von dem

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Kranführer außerordentliche Geschicklichkeit; darum sind auch automatische Systeme zum Dämpfen der Schwingungen entwickelt worden. Die bekannten Systeme sind aber so teuer, daß sie nur bei einigen Hochleistungskran angewendet werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung 1st vor allem für Krane mit verhältnismäßig kleiner Leistung und Geschwindigkeit vorgesehen. Diese Krane haben keinen eigenen Kranführer, sondern werden von beliebigen Personen gesteuert, die synchronisierte Pahrbewe ungen zum Dämpfen von Schwingungen nicht ausführen können. Das Punktionsprinzip des Systems eignet sich aber auch für ziemlich schnelle Krane.

Die Schwingungen der Last werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß das Triebwerk, womit die Verschiebung ausgeführt wird, mit einer Synchronisierungsvorrichtung versehen ist, womit nach jeder Beschleunigungsänderung eine

zweite, gleichgroße und gleichgerichtete Beschleunigungsar»«*·, λ«**)

änderung ne einer solchen Periode erzeugt wird, die die Hälfte der Pendelperiode der Last beträgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen'und den Ansprüchen.

Es zeigen, in schematischen Skizzen,

Pigur 1 einen Beran mit einer Laufkatze, an die die Last aufgehängt ist,

Figur 2 eine graphische Darstellung der Bewegungen der Laufkatze und der Last,

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Figur 3 eine graphische Darstellung der

auf eine andere Weise durchge-.' führten Bewegungen der Laufkatze,

Figur k eine Schaltung für den in Figur 2 dargestellten Fall und

Figur 5 eine Schaltung für den in Figur 3 dargestellten Fall.

Das Prinzip der Erfindung geht aus den Figuren 1 und 2 hervor. In der Figur 1 ist schematisch ein e»ran dargestellt mit einer Bühne 5 und einer darauf beweglichen Laufkatze 6. Die Erfindung wird hier im Zusammenhang mit einer horizontalen Verschiebung erklärt, kann aber bei beliebigen linearen Bewegungen angewendet werden. Das Triebwerk der Laufkatze besteht aus einem elektrischen Motor, einer elektrisch gesteuerten Bremse und einem in der Figur 1 nicht dargestellten Getriebe. Als Motor ist in der einfachsten Ausführungsform ein Kurzschlußmotor mit zwei Geschwindigkeiten vorgesehen, der so gewickelt ist, daß die Geschwindigkeiten im Verhältnis 1 t 2 zueinander stehen. Die Laufkatze hat ferner ein Hubwerk für die an einem Seil oder einer Kette hängende Last 7· Es sei angenommen, daß der Schwerpunkt der Last im Punkt 8 liegt. Bei der Bewegung der Laufkatze will die Last Schwingungen gegenüber der Laufkatze ausführen. Für die Schwingungszeit T in Sekunden gilt annähernd

L * der Abstand (in m) zwischen dem Schwerpunkt der Last und dem Gelenkpunkt (m) und

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fallg a dierBeschleunigung (in m/s ).

Die Last kann gegenüber der Laufkatze in der Ruhelage sein nur wenn sich die Laufkatze in der Ruhelage, in gleichmäßiger oder in gleichmäßig beschleunigter Bewegung befindet. Falls die Geschwindigkeit der Laufkatze nicht groß ist, erfolgen die Beschleunigungsänderungen so rasch, daß sie in Bezug auf die Schwingungszeit als augenblicklich betrachtet werden können. Jede solche Beschleunigungsänderung setzt eine Schwingungsreihe in Gang mit der Schwingungsperiode T, wobei die natürliche Dämpfung der Schwingung in der Praxis meistens sehr klein ist. Wenn die Schubbewegungen der Laufkatze nun so erfolgen, daß nach jeder Beschleunigungsänderung, nach Verlauf einer Zeit von 0,5 T, eine zweite gleichgroße und gleichgerichtete Beschleunigungsänderung folgt, heben die Einwirkungen der Änderungen einander auf, so daß die Last nach dem Stillstand der Laufkatze nur wenig pendelt. Dies ist in der Figur 2 veranschaulicht.

Im oberen Teil der Figur 2 ist die Geschwindigkeit ν der Laufkatze als Funktion von der Zeit t dargestellt. Die Laufkatze 6 ist zuerst mit einer verhältnismäßig großen und gleichmäßigen Beschleunigung bis zur halben Geschwindigkeit beschleunigt worden und dann nach Verlauf einer Zeit von 0,5 T mit gleicher Beschleunigung bis zur vollen Geschwindigkeit. Die Zeit 0,5 T ist vom Anfang der ersten Teilbeschleunigung bis zum Anfang der zweiten Teilbeschleunigung gerechnet. Die zweite Teilbeschleunigung kann mittels einer automatischen Vorrichtung angeregt werden wie noch erklärt wird.

9 0 9 8 U U 10 9⁵6 5

Jede Beschleunigungsänderung der Laufkatze 6 bringt die Last 7.zum Schwingen und zwar mit einer Periode von T. Diese verschiedenen Schwingungsbewegungen sind in der Figur 2 in den Kurven 1, 2, 3 und k dargestellt. Dabei ist die relative Geschwindigkeit der Last in Bezug auf die Laufkatze als Punktion der Zeit dargestellt worden. Nach einer vollen Beschleunigung ist die Summe der Teilkurven immer gleich Null, d.h. die Last befindet sich gegenüber der Laufkatze in der Ruhelage. Das Aufhalten der Last ist in Figur 2 auf gleiche Weise wie die Beschleunigung ausgeführt worden, d,h. mittels zwei synchronisierten Stufen, wobei die Teilschwingungen, verursacht von den Beschleunigungsänderungen, einander aufheben.

Da gemäß dem in der Figur 2 dargestellten Prinzip die Last keine sehr kurze Strecken versetzt werden kann, wird für diese Fälle eine andere Anordnung vorgeschlagen. Als solche kann as.B. ein mechanisches Getriebe in Frage kommen, wodurch der gleiche Motor für die Verschiebung . der Last mit kleiner Präzisionsgeschwindigkeit eingeschaltet wird. Diese kleinere Geschwindigkeit beträgt z.B. 1/5 oder i/iO der Geschwindigkeit für die längeren Strecken. Dabei können die automatischen Vorrichtungen für die Synchronisation der Teilbeschleunigungen auch, ggf. ohne Änderungen, für die kleineren Präzisionsge-

schwindigkeiten verwendet werden.

Die Dämpfung der Schwingungen kann bei Versetzung nur kürzere Strecken auch mittels des Verfahrens gemäß Figur ausgeführt werden. Dabei drückt der Kranführer einen Knopf od. dgl. nur bis zum Zeitpunkt t.. . Diese Druckzeit ist so kurz, daß die für den Betrieb nach einer Zeit von

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0,5 T eingestellte Beschleunigungsautomatik keine Zeit hat, in Funktion zu treten, sondern die Laufkatze hält

sofort nach der Zeit t_Λ an. Die automatischen Vorrich- <· J.

tungen haben aber die Länge der Druckzeit im Gedächtnis bewahrt und schalten nach einer Zeit von 0,5 T die Laufkatze wieder so ein, daß diese eine zweite und gleiche, kurze Bewegung in gleicher Richtung ausführt. Da beide Beschleunigungen, Verzögerungen und Fahrtenzeiten gleich sind, verwirklicht sich das erfindungsgemäße Prinzip, daß die durch jede Beschleunigungsänderung hervorgerufenen Schwingungen mittels einer anderen, gleichen und für die Periode von 0,5 T synchronisierten Beschleunigungsänderung aufgehoben werden.

Die Funktion gemäß den erwähnten Prinzipien kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Ein wesentlicher Teil ist jedoch immer eine Synchronisierungsvorrichtung, die ein geeignetes Signal abgibt, sobald die Zeit 0,5 T vom Anfang der vorigen Teilbeschleunigung vergangen ist. Da die Periode T von der Pendellänge L abhängig ist, und zwar gemäß der Gleichung

muß diese Länge von der Vorrichtung berücksichtigt werden. Eine für diesen Fall geeignete Vorrichtung ist in der Figur k dargestellt. In Verbindung mit einer Seilwinde 9 des Kranes ist ein Wechselgetriebe und dieses setzt das Potentiometer Rp in Bewegung. Ein Kondensator C wird dann von einer Stromquelle +U aufgeladen auf eine Spannung, die von der Lage

der Seilwinde abhängig ist. Wenn die Messung der Halbperiode anfängt, schaltet sich der in Verbindung mit dem Kondensator gezeichnete Umschalter TO in die andere Lage und über den

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_ 7 L

Widerstand R„ erfolgt die Entladung des Kondensators. An den Widerstand R- ist auch ein mit einem Transistorod. dgl. Verstärker versehenes Relais A angeschlossen und dieses tritt in Funktion sobald die Spannung des Kondensators bis auf U gesunken ist; Ist die Konden-

P
satorspannung U am Anfang der Messung, folgt die Zeit, die bis zum Anfang der Relaisfunktion vergeht, dem Gesetz

U t = R₃C In EL. .

U P

Dabei ist angenommen, daß der innere Widerstand des Relais A in Bezug auf den Widerstand R„ sehr groß ist. Die in der Figur dargestellten Stellwiderstände R, und R können so eingestellt werden, daß die Anfangsspannung des Kondensators dem Gesetz

U s (1,32 + 0,31 L) U

tr

folgt, wobei L = der Abstand von der Mittellinie der

Seilwinde bis zum Schwerpunkt einer typischen Last.

Da C und R. so ausgewählt werden können, daß die Zeitkonstante R-C des Entladungskreises 2,13 Sekunden beträgt, erhält man für die Funktionszelt des Relais A die Gleichung:

t a 2,13 In (1,32 + 0,31 L).

In dieser Weise eingestellt, ist die Funktionszeit des Relais A innerhalb der weiten Grenzen sehr genau und

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die gleiche wie die erwünschte Halbperiode

einer Schwingung.

Falls der Abstand vom Haken 11 bis zum Schwerpunkt 8 der Last sehr viel variiert, leidet darunter die Präzision der Vorrichtung, aber die Dämpfungseinwirkung ist auch dann wirksam, wenn die wirkliche Pendellänge 30 bis kO # von der angenommenen Länge abweichen würde. In vielen Fällen arbeitet man aber mit fast gleichen Lasten.

Eine zweite, für die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Gedankens brauchbare Vorrichtung ist diejenige, die die Dauer der kurzen Fahrtrucke ins Gedächtnis einprägt und diese nach dem Befehl von dem erwähnten Zeitrelais wieder-, holt. Eine solche Vorrichtung kann sehr günstig gebaut werden,. falls die Kenntnis über die Dauer des Ruck.es in Analogieform als eine Kondensatoraufladung aufgezeichnet wird.

Eine Möglichkeit ist in Figur 5 veranschaulicht. Während des von dem Kranführer abgegebenen Steuerbefehles bleibt der Kontakt A geschlossen. Der Kondensator C wird aufgeladen und zwar auf eine Spannung, die um so großer ist, je länger der Kontakt A geschlossen ist. Der Ladestrom fließt durch die Diode D und durch den Transistor Tr. Der Letztgenannte ist so angeschlossen, daß er den Ladestrom auf einen bestimmten Wert begrenzt, der praktisch genommen konstant bleibt bis die Kondensatorspannung fast

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die Spannung der Stromquelle erreicht hat. Die Schaltung kann aber leicht so dimensioniert werden, daß der Kondensator während der längstmöglichen Zeit 0,5 T nicht voll aufgeladen wird. Dadurch wird der Kondensator auf eine Spannung geladen, die proportional zur Dauer des Steuerruckes ist. Sobald ein Signal von dem erwähnten Zeitrelais für die Wiederholung des Ruckes abgegeben ist, schließt sich der Kontakt B und der Kondensator fängt seine Entladung an. Der Entladestrom fließt jetzt durch die Diode D und durch den gleichen, als KonstantStromvorrichtung funktionierenden Transistor Tr . Der größte Teil von dem Entladestrom geht weiter über den Transistor und steuert seine Kollektorspannung nahe zum Null. Wenn der Kondensator ganz entladen ist, bekommt Tr₂ keine Steuerung mehr und die Kollektorspannung steigt bis zur Spannung der Stromquelle. Diese kann auf einfache Weise als Steuersignal für das Anhalten der Fahrtbewegung verwendet werden. Da 'der Kondensator durch die gleiche Konstantstromvorrichtung entladen und aufgeladen wird, ist die Dauer der beiden Vorgänge ziemlich genau gleich lang und darum können die Komponentenänderungen durch Altern oder durch Temperaturänderungen die richtige Funktion nicht beeinträchtigen.

In einigen Fällen, wenn die Last in Bezug auf das Eigengewicht des zu bewegenden Kranteiles groß ist, kann ein Fehler dadurch entstehen, daß die Last während des ersten Ruckes den Kran bremst, dann aber während des zweiten Ruckes versucht, den Kran vorwärts zu ziehen. Beschleunigungen und Verzögerungen werden dabei ungleich. Der daraus entstandene Fehler kann vermindert werden, wenn man ver-

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sucht, die Laufstrecken des Kranes während der beiden Rücke gleich groß zu machen. Um dies zu verwirklichen, kann in dem dargestellten Stromkreis des Kondensators ein Kontakt oder eine andere ähnliche Vorrichtung angeordnet werden, die den Durchfluß des Stromes als konstantlange Impulse immer dann gestattet, wenn die Laufkatze eine bestimmte kurze Strecke zurückgelegt hat. Eine solche Vorrichtung kann nach bekannten Richtlinien leicht gebaut werden, indem z.B. auf der Motorwelle der Laufkatze ein geeignetes magnetisches Zahnrad angeordnet wird. Eir Anzeichen für das Anhalten des Wiederholungsruckes ist dann, daß während des Impulses die Kollektorspannung dee Transistors Tr₂ nicht mehr nahe bis Null absinkt.

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Claims

Patentansprüche

1) Anordnung zum Vermindern von Schwingungen einer

an einem Kran frei hängende Last, die bei linearer Verschiebung der Last entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Triebwerk,mit dem die Verschiebung durchgeführt wird, mit einer Synchronisierungsvorrichtung versehen ist, die nach jeder Beschleunigungsänderung automatisch eine zweite, gleichgroße und gleichgerichtete Beschleunigungsänderung hervorruft, und zwar nach einer Zeit_fdie der Hälfte der Schwingungsperiode der Last (7) entspricht.

2) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweigeschwindigkeitsmotor für die Verschiebung der Last Verwendung findet, wobei die Geschwindigkeiten im Verhältnis 1:2 zueinander stehen und eine elektrisch gesteuerte Bremse für das Anhalten der Last vorgesehen ist und daß die

. Synchronisierungsvorrichtung einerseits für die Regelung der Zeit zwischen den Beschleunigungen bis auf die zwei Geschwindigkeiten und andererseits für die Regelung der Zeit zwischen den Verzögerungen angeordnet ist und zwar so, daß diese Zeitperioden der Hälfte der Schwingungsperiode der Last entsprechen.

3) Anordnung nach Anspruch 1 für kurze Lastverschiebungen mit einer Dauer von höchstens der Hälfte der Schwingungsperiode der Last, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisierungsvorrichtung für das Erzeugen einer zweiten gleichen Vorschubbewegung vorgesehen ist, und zwar nach jeder Vorschubbewegung und nach einer Zeit, die der Hälfte der Schwingungsperiode der Laat entspricht.

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