DE19604428C2

DE19604428C2 - Control device for a hoist of a crane

Info

Publication number: DE19604428C2
Application number: DE19604428A
Authority: DE
Inventors: Erwin Morath; Peter Bosler
Original assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Ehingen GmbH
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: KR100412985B1; DE19604428A1; DE59609149D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control device according to the preamble of patent claim 1.

Die Hydraulik-Pumpe und der Hydraulik-Motor, die sich in einem geschlossenen Hy draulik-Kreis befinden, weisen eine Leckage auf, die beispielsweise zwei bis zwanzig l/min betragen kann. Während des Hubbetriebes macht sich diese Leckage nicht be sonders bemerkbar, weil der Kranführer den Steuerhebel immer so bewegen wird, daß die Last gehalten oder mit der gewünschten Geschwindigkeit gehoben oder ge senkt wird, wobei der Kranführer nicht bemerkt, daß bei der entsprechenden Steue rung stets auch die unvermeidbare Leckage mitberücksichtigt wird. Im Kranbetrieb ist es jedoch auch erforderlich, ein Heben oder Absenken der Last beispielsweise nach dem Lösen der Feststellbremse neu aufzunehmen. Die ruckfreie Aufnahme des Hal tens, Hebens oder Absenkens der Last nach dem Lösen der Feststellbremse wäre aber nur möglich, wenn das von dem Hydraulik-Motor aufgebrachte Haltemoment nach dem Lösen der Feststellbremse genau dem Moment der Hubwerkstrommel entspricht. Wird vorübergehend während des Schwebens der Last die Feststellbrem se betätigt, entspricht wegen der unvermeidbaren Leckage nach einem Lösen der Feststellbremse der Druck in der Hochdruckleitung des Hydraulik-Kreislaufs nicht mehr genau dem Druck, mit dem der Hydraulik-Motor vor dem Einfallen der Fest stellbremse die schwebende Last gehalten hat, so daß beim Öffnen der Feststell bremse wegen des aktuellen Drucks in der Hochdruckleitung des Hydraulik- Kreislaufs, der von dem von dem Hydro-Motor benötigten Druck abweicht, ein Ruck unvermeidbar ist.The hydraulic pump and the hydraulic motor, which are in a closed Hy draulik circle, have a leak that is, for example, two to twenty l / min can be. This leak does not settle during the lifting operation particularly noticeable because the crane operator will always move the control lever that the load is held or lifted or ge at the desired speed is lowered, the crane operator not noticing that with the appropriate steering the unavoidable leakage is always taken into account. In crane operation however, it is also necessary to raise or lower the load, for example, after releasing the parking brake. The smooth take-up of the Hal tens, lifting or lowering the load after releasing the parking brake but only possible if the holding torque applied by the hydraulic motor after releasing the parking brake exactly the moment of the hoist drum corresponds. The parking brake becomes temporary while the load is suspended pressed, corresponds to the inevitable leakage after loosening the Parking brake the pressure in the high pressure line of the hydraulic circuit is not more exactly the pressure with which the hydraulic motor before engaging the hard Parking brake has held the floating load, so that when opening the parking brake due to the current pressure in the high pressure line of the hydraulic Circuit that deviates from the pressure required by the hydraulic motor, a jerk is inevitable.

Aus der gattungsbildenden DE-25 34 631 A1 ist bekannt, die Hydraulik-Pumpe auf einen solchen Förderstrom einzustellen, daß dieser genau die entsprechenden Leckagen-Verluste ausgleicht. Hierbei wird der Druck des Hydraulik- Kreislaufs ständig überwacht und mit der tatsächlich angehängten Last bzw. mit dem gespeicherten Moment der Hubwerkstrommel verglichen. Zur Bestimmung der Last ist dabei eine Meßdose an der Lagerrolle am Ende des Auslegers vorgesehen.From the generic DE-25 34 631 A1 it is known that Set the hydraulic pump to such a flow rate that this is exactly compensates for corresponding leakage losses. The pressure of the hydraulic Circuit constantly monitored and with the actually attached load or with the stored torque of the hoist drum compared. There is one to determine the load Load cell provided on the bearing roller at the end of the boom.

Außerdem ist eine Überlastsicherung in Form eines Leistungsbegrenzers für die Hubwinde offenbart.An overload protection is also in shape a power limiter for the hoist winch disclosed.

Ein Nachteil dieser Steuervorrichtung kann darin bestehen, daß zur Regelung des Hydraulik-Drucks ein gesonderter Lastsensor am Lastseil oder ein entsprechender Momentensensor an der Welle der Hubwerkstrom mel erforderlich ist. Diese direkte Meßwerterfassung kann aufgrund von Vibrationen auf dem Kran störbehaftet sein.A disadvantage of this control device can be that to control the hydraulic pressure a separate load sensor on Load rope or a corresponding torque sensor on the shaft of the hoist current mel is required. This direct acquisition of measured values can due to vibrations on the crane.

Der Aufsatz "Rückgauer, N.: Hydraulische Antriebe im Kranbau, f + h - fördern und heben 36 (1986), Nr. 4, Seiten 227-239" zeigt weiterhin einen allgemeinen Über blick über hydraulische Antriebe auf Fahrzeugkranen. Am Beispiel einer Hubwinde wird insbesondere auch der Unterschied zwischen einem offenen und einem ge schlossenen Hydraulik-Kreis dargestellt, und zwar die Steuerung des Volumenstroms im Hydraulik-Kreis, ohne daß auf die Möglichkeit eines ruckfreien Haltens, Hebens oder Absenkens einer schwebenden Last eingegangen wird.The article "Rückgauer, N .: Hydraulic drives in crane construction, f + h - convey and Heb 36 (1986), No. 4, pages 227-239 "also shows a general overview view of hydraulic drives on mobile cranes. Using the example of a hoist winch the difference between an open and a ge closed hydraulic circuit shown, namely the control of the volume flow in the hydraulic circuit without the possibility of a jerk-free hold, Lifting or lowering a suspended load.

Desweiteren ist ein Kran mit einem längenveränderlichen und mit einem Wippzylinder wippbaren Ausleger gezeigt. Es wird erwähnt, daß die heute üblichen Sicherheitseinrichtungen wie Hub- und Senk-Endschalter, Rohrbruchsicherung, Stützdrucküberwachung, Nivellieranzeige und Lastmomentbegrenzung mit automatischer Abschaltung und Anzeige für Last, Ausladung, Auslegerlänge und -winkel in die Steuerung des Antriebes funktionsrichtig eingearbeitet werden können.Furthermore, a crane with one variable in length and with a luffing cylinder shown luffing boom. It is mentioned that the usual safety devices like today Lift and lower limit switches, pipe burst protection, Support pressure monitoring, level indicator and Load torque limitation with automatic Shutdown and display for load, unloading, Boom length and angle in the control of the drive incorporated correctly can be.

Aus der DE 41 15 165 A1 ist ein Verfahren zum Begrenzen des Arbeitsbereichs eines Krans mit einem längenveränderlichen und mit einem Wippzylinder wippbaren Ausleger bekannt.DE 41 15 165 A1 describes a method to limit the working area of a crane with one variable in length and with one Luffing cylinder known as luffing jib.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Steuervorrichtung für ein hydraulisch angetriebenes Hubwerk eines mit einer Überlastsicherung ausgerüsteten und einen wippbaren undlängenveränderlichen Ausleger aufweisenden Krans zu schaffen, deren Steuervorrichtung eine kostengün stige und zugleich zuverlässige Arbeitsweise erlaubt.The object of the invention is therefore to provide a control device for a hydraulically driven hoist equipped with an overload protection and a luffing and variable-length boom To create crane, the control device is a cost-effective steady and reliable working method allowed.

Ausgehend von einer Steuervorrichtung gemäß der DE-25 34 631 A1 wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.Starting from a control device according to DE-25 34 631 A1, this is Object achieved by the characterizing features of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird u. a. die Tatsache ausgenutzt, daß bei Kränen mit einem längenveränderlichen und wippbaren Ausleger bereits Meßwerte in der übli cherweise in solchen Kränen vorgesehenen Überlastsicherung vorhanden sind, über die das Moment der Hubwerkstrommel berechnet werden kann. Hierdurch läßt sich der sonst erforderliche Lastsensor bzw. Momentensensor bei einer gattungsgemä ßen Steuervorrichtung einsparen.In the solution according to the invention, u. a. exploited the fact that with cranes with a length-adjustable and luffing boom already measured values in the usual Overload protection provided in such cranes is present which the moment of the hoist drum can be calculated. This allows the otherwise required load sensor or torque sensor in a generic Save on the control device.

Bei Kränen mit einem längenveränderlichen und wippbaren Ausleger ergibt sich das Erfordernis, den Betrieb mit der schwebenden Last nach einem Lösen der Feststell bremse wieder aufzunehmen, nicht nur, wenn die Feststellbremse bei schwebender Last einfällt, sondern beispielsweise auch dann, wenn bei eingelegter Feststellbrem se die auf dem Boden ruhende Last nur durch Wippen des Auslegers aufgenommen und anschließend die Bremse gelöst wird. Weiterhin kann sich die Notwendigkeit ei ner Leckage-Kompensation auch dann ergeben, wenn eine Last ohne Betätigung der Feststellbremse in einer bestimmten Höhe gehalten werden soll.This is the case with cranes with a length-adjustable and luffing jib Requirement to operate with the suspended load after loosening the lock brake again, not only when the parking brake is floating Load occurs, but also, for example, when the parking brake is engaged The load resting on the ground can only be absorbed by luffing the boom and then the brake is released. Furthermore, the need for ner leakage compensation even if a load without actuating the Parking brake should be kept at a certain height.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Be stimmung der wirksamen Länge des Auslegers auch dessen Durchbiegung berück sichtigt wird. Zur Messung der Durchbiegung des Auslegers können in dessen unte rem und äußerem Bereich Vertikalwinkelmesser angeordnet sein. Aus dem gemes senen Wippwinkel des Auslegers und den Werten der Vertikalwinkelmesser, die die Winkel der entsprechenden Abschnitte des Auslegers zur Vertikalen angeben, läßt sich die Durchbiegung des Auslegers sehr genau bestimmen. According to one embodiment of the invention it is provided that for loading the effective length of the boom also take its deflection into account is viewed. To measure the deflection of the boom, you can Rem and outer area vertical angle meter can be arranged. From the measured the rocking angle of the boom and the values of the vertical angle measuring device which Specify the angle of the corresponding sections of the boom to the vertical determine the deflection of the boom very precisely.

Die Durchbiegung des Auslegers läßt sich auch aus dem gemessenen Druck der Hy draulikflüssigkeit in dem Wippzylinder, dem gemessenen Wippwin kel und der Streckenlast des Auslegers ermitteln. Hierzu können iterative Rechenmethoden erforderlich sein, die sich jedoch mit üblichen Rechnern einfach bewältigen lassen.The deflection of the boom can be also from the measured pressure of the Hy draulic fluid in the luffing cylinder, the measured luffing winch and the line load of the boom. You can do this iterative computational methods may be required, which, however, involve just let ordinary computers cope.

Um das Moment der Hubwerkstrommel möglichst genau zu bestimmen, ist es erforderlich, den wirksamen Trommelradius zu kennen, der von der jeweiligen Wickellage abhängig ist, von der das Hubseil gerade abläuft. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Hubwerkstrommel mit einem Zähler, bzw. einem Inkrementalgeber, zur Bestimmung der aktuellen Wickel lage des Hubseils versehen ist. Die Werte des Inkrementalgebers werden ständig ebenfalls in die Verarbeitungseinheit zur Ermitt lung des aktuellen Windenmoments eingegeben.In order to determine the moment of the hoist drum as precisely as possible, it is necessary to know the effective drum radius that depends on the respective winding position from which the hoist rope is currently expiring. According to a further embodiment of the invention it is therefore provided that the hoist drum with a counter, or an incremental encoder to determine the current winding position of the hoist rope is provided. The values of the incremental encoder are also constantly being investigated in the processing unit current winch torque entered.

Die Hydraulik-Pumpe und der Hydraulik-Motor können ein geschlos senes hydrostatisches Antriebssystem bilden. In diesem hydrosta tischen Antriebssystem bestehen die Pumpe und der Motor zweck mäßigerweise aus einer Axialkolbenpumpe und aus einem Axialkol benmotor in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise.The hydraulic pump and the hydraulic motor can be closed Form the hydrostatic drive system. In this hydrosta The drive system consists of the pump and the motor moderately from an axial piston pump and from an axial piston ben motor in swash axis or swash plate design.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Antrieb der Hubwerks trommel schematisch dargestellt ist, näher erläutert.An embodiment of the invention is described below the drawing, in its single figure a drive of the hoist drum is shown schematically, explained in more detail.

Die beispielsweise auf dem Oberwagen eines Fahrzeugskrans mit Te leskopausleger gelagerte Hubwerkstrommel 1 wird von einem steuer baren Hydraulik-Motor 2, beispielsweise einem Axialkolbenmotor in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise angetrieben. Die Abtriebswelle 3 des Hydraulik-Motors ist mit der Welle der Hub werkstrommel gekuppelt und trägt eine Bremsscheibe 4, über die die Hubwerkstrommel 1 festsetzbar ist. Der Hydraulik-Motor 2 ist mit der Hydraulik-Pumpe 5, die ebenfalls aus einer Axialkolben pumpe in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise bestehen kann, durch Hydraulik-Leitungen 6, 7 verbunden, so daß der Hy draulik-Motor 2 und die Hydraulik-Pumpe 5 einen geschlossenen Hydraulik-Kreis bilden. In der Hochdruckleitung 6 des Hydraulik- Kreises ist ein Druckmesser 8 angeordnet, dessen Signale über die Signalleitung 9 ständig der elektronischen Steuereinheit 10 zugeführt und in dieser überwacht werden.The, for example, mounted on the superstructure of a mobile crane with a telescopic boom hoist drum 1 is driven by a controllable hydraulic motor 2 , for example an axial piston motor in an oblique-axis or swashplate design. The output shaft 3 of the hydraulic motor is coupled to the shaft of the lifting drum and carries a brake disc 4 via which the lifting drum 1 can be fixed. The hydraulic motor 2 is connected to the hydraulic pump 5 , which can also consist of an axial piston pump in an oblique axis or swash plate construction, by hydraulic lines 6 , 7 , so that the hydraulic motor 2 and the hydraulic pump 5th form a closed hydraulic circuit. In the high-pressure line 6 of the hydraulic circuit, a pressure meter 8 is arranged, the signals of which are constantly fed to the electronic control unit 10 via the signal line 9 and monitored therein.

Die Hydro-Pumpe wird von einem Dieselmotor 11 angetrieben.The hydraulic pump is driven by a diesel engine 11 .

Die Welle der Hubwerkstrommel 1 ist mit einem Inkrementalgeber 12 versehen, dessen Signale über eine Signalleitung 13 ständig der zentralen Steuereinheit 10 zugeführt werden, so daß über einen entsprechenden Zähler Signale abgegeben werden, die die jeweilige Hubseillage der Hubwerkstrommel melden, von der gerade das Hubwerksseil 14 abläuft, bzw. auf welche dieses aufläuft. Die Hydro-Pumpe 5 und der Hydro-Motor 2 sind mit Mengenstellhe beln versehen, mit denen diese zwischen der höchsten Schluckmen ge und gegen Null steuerbar sind. Die Ansteuerung der Mengenstell hebel erfolgt über Ansteuereinrichtungen 15, 16 durch die zen trale Steuereinheit 10.The shaft of the hoist drum 1 is provided with an incremental encoder 12 , the signals of which are continuously fed to the central control unit 10 via a signal line 13 , so that signals are emitted via a corresponding counter, which signals the respective hoist rope position of the hoist drum from which the hoist rope 14 is currently operating expires, or on which this expires. The hydraulic pump 5 and the hydraulic motor 2 are provided with quantitative levers with which they can be controlled between the highest swallowing amounts and towards zero. The control of the quantity control lever takes place via control devices 15 , 16 by the central control unit 10 .

Mit der zentralen Steuereinheit 10 ist die Überlastsicherung ver bunden, die aus einer Einheit 20 besteht, die über Signalleitun gen 21 Signale von den Lastzustand erfassenden Sensoren erhält. Dies sind beispielsweise Meßfühler, die den Druck des Hydraulik öls in dem Wippzylinder, den Wippwinkel und die Länge des Ausle gers sowie dessen Durchbiegung erfassen. Aus den von den Meßfüh lern erzeugten Signalen wird nicht nur der Lastzustand errech net, aus diesen kann auch das Moment der Hubwerkstrommel ermit telt werden. With the central control unit 10 , the overload safety device is connected, which consists of a unit 20 which receives signals from the load state sensors via signal lines 21 . These are, for example, sensors that detect the pressure of the hydraulic oil in the rocker cylinder, the rocker angle and the length of the boom and its deflection. From the signals generated by the Meßfühers not only the load condition is calculated, from these the moment of the hoist drum can be determined.

Während des Kranbetriebes wird nach einem Einfallen der Fest stellbremse 4 diese erst wieder gelöst, wenn über die zentrale Steuereinheit 10 der Druck in der Hochdruckleitung 6 auf einen Druck eingestellt worden ist, bei dem der Hydraulik-Motor 2 ein Moment erzeugt, das dem Haltemoment der Hubwerkstrommel ent spricht, das sich aus dem aktuellen Lastzustand ergibt. Dieser aktuelle Lastzustand wird in der beschriebenen Weise ermittelt und der ermittelte Wert wird in der zentralen Steuereinheit 10 mit dem Druck in der Hochdruckleitung 6 verglichen, der vor dem Lösen der Feststellbremse dem Motormoment angeglichen wird, das zur ruckfreien Aufnahme des Lastbetriebes erforderlich ist.During crane operation, the parking brake 4 is only released again after the parking brake 4 engages when the pressure in the high-pressure line 6 has been set via the central control unit 10 to a pressure at which the hydraulic motor 2 generates a torque that corresponds to the holding torque of the Hoist drum speaks, which results from the current load condition. This current load state is determined in the manner described and the determined value is compared in the central control unit 10 with the pressure in the high-pressure line 6 , which is adjusted to the engine torque before the parking brake is released, which is required for smooth start of the load operation.

Claims

1. Control device for a hoist of a crane,
with a hydraulic motor ( 2 ) driving the hoist drum ( 1 ) of the hoist, which forms a closed hydraulic circuit with a hydraulic pump ( 5 ), a load cable ( 14 ) being able to be wound up and unwound on the hoist drum ( 1 ),
with a processing unit ( 10 ) which regulates the pump output with stored measured values for jerk-free holding, lifting or lowering of a load attached to the load rope ( 14 ) on the basis of a comparison of the oil pressure in the hydraulic circuit with the moment of the hoist drum ( 1 ), and
with an overload protection, characterized ,
that the crane has a variable length and a jib with a luffing jib and
that the pressure of the hy draulic oil in the luffing cylinder, the luffing cylinder angle and the length of the boom are stored in the overload protection
and that the moment of the hoist drum ( 1 ) is determined with these measured values stored in the overload protection.

2. Control device according to claim 1, characterized in that for determining measurement of the effective length of the boom whose deflection is measured becomes.

3. Control device according to claim 2, characterized in that for measurement the deflection of the boom in its lower and its outer Be Rich vertical protractor are arranged.

4. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the deflection of the boom from the measured pressure of the hydrau lik liquid in the luffing cylinder, the measured luffing angle and the Line load of the boom is determined.

5. Control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hoist winch with a counter or incremental encoder for determination The current winding position of the hoist rope is provided.

6. Control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hydro pump and the hydro motor are closed hydrostatic Form the drive system.