DE2022745A1

DE2022745A1 - Verfahren und Einrichtung zur Unterdrueckung von Pendelungen einer an einem Seil haengenden,von einer Laufkatze befoerderten Last

Info

Publication number: DE2022745A1
Application number: DE19702022745
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl-Ing Klinge; Siegfried Meyer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1971-11-25
Also published as: SE392088B; NL7104589A; DE2022745B2; FR2088462B1; BE766544A; CH540192A; NL170831C; DE2022745C3; NL170831B; FR2088462A1; GB1355515A

Description

SIEMENSAKTIENGESELLSCHAi¹T Erlangen, den V 6..'MAi 1378

■Berlin und München · Werner-von-Slemens-Str.50

Unser Zeichen ■ · YPA 70/3090 Hk/Kz

Verfahren und Einrichtung zur Unterdrückung von Pendelungen einer an einem Seil hängenden, von einer Laufkatze beförderten Last

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen* zur unterdrückung von Pendelungen einer an einem Seil hängenden Last, die mittels einer Laufkatze mit drehzahlgeregeltem Antrieb verfahr bar ist.. " ·

Bei Verladeanlagen mit Laufkatzen, an der die zu befördernde , Last über ein Seil aufgehängt ist, entstehen durch das Beschleu-. nigen und Verzögern der Laufkatze Pendelungen der Last. Einem erfahrenen Kranführer ist es zwar möglich, diese Pendelbewegung gen der Last durch geschicktes Manövrieren zu beherrschen, jedoch läßt die KonzentratiOnsfähigkeit des Kranführers bei hohen .Fahrgeschwindigkeiten rasch nach, so daß die Leistungsfähigkeit der Anlage nicht voll ausgenutzt werden kann. . '

Bei Bebezeugen ist es zur Dämpfung von Pendelschwingungen eines Lastseiles bekannt ,· die Größe und Richtung des Pendelwinkels mittels Abtastelementen zu erfassen und demDrehzahlregler des Hebezeugantriebs einen der Größe und der Richtung des Pendelwinkela proportionalen Korrekturwert zuzuführen (österreichische Patentschrift 232 687).

Es ist ferner eine Einrichtung zur Beruhigung einer an einer Laufkatze hängenden Last bekannt, bei der die Laufkatze in zwei Stufen auf die Endgeschwindigkeit beschleunigt oder bis zum Stillstand verzögert wird. Dabei wird die Laufkatze in der ersten Stufe auf den halben Wert der Endgeschwindigkeit beschleunigrt; bzw.. verzögert und in der zweiten Stufe durch erneute Beschleunigung bzw. Verzögerung auf den Endwert gebracht, sobald die

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Last den gleichen. Pendelwinkel und die gleich große,, jedoch entgegengesetzt gerichtete WinkelgeschwindigkeitrWie zu-Ende derersten Stufe erreicht hat. Für eine bestimmte., von der Pendellänge abhängige Weglänge oder ein Vielfaches dieser Weglänge kann die Laufkatze mit maximaler Beschleunigung bis zur Nenngeschwindigkeit beschleunigt werden,,; so daß die Last am Ende der Beschleunigung um den Pendelwinke.l α zurückgeblieben ist, dann mit Nenngeschwindigkeit gefahren werden, bis- di~ Last den \ gleich großen, jedoch entgegengesetzten PendeTwinkel bei gleicher Winkelgeschwindigkeit wie am Ende der Besehleunigungsperiode erreicht hat und in diesem Zeitpunkt mit: maximaler,, der Beschleunigung entsprechender Verzögerung srti 11 gesetzt werden,.. In beiden Fällen, müssen also der Pendelwinkel und die Winkelgeschwindigkeit beobachtet oder meßtechnisch erfaßt.werden. Das Beschleunigen und/oder das Verzögern der Laufkatze in. zwei, Situfen hat außerdem den Nachteil, daß bei den heutigen hohen: ffeschwindigkeiten die· Leistungsfähigkeit des Katzenantrietes nicht voll ausgenutzt wird. Das zweite Verfahren, hat; den Nächteil,. . daß die Last nicht an einem vorgegebenen Zielort zum Stillstand gebracht werden kann, da stets abgewartet werden muß, bis der Pendelwinkel zum Stillsetzen der Laufkatze die gleiche Größe wie am Ende der Beschleunigungsstrecke erreicht hat (DJLS' T 172 413)·

Nach einem weiteren, bekannten Vorschlag wird zur; Vermeidung einer den Auslenkwinkel des Laststeiles messenden Vorrichtung mittels einer Rechenschaltung der Äuslenkwinfeel: mittelbar aus Meßwerten einer im: gegebenen System gültigen Bewegungsgi ei, cftiing; gewonnen (DAS 1 287 079):.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,; eine an. einem telie>big langen Seil einer· Laufkatze h&sgsade Last Jbei ma^ximaiear Umschlagleistung ohne Kenntnis- odiex' Berechnumgr dies" und der Winkelgeschwindigkeit an jedem belieMgen; Zie:io;2ffe: delschwingungsfrei abzusetzen. SemäE de^r Erfindung: wirdi dies«: Aufgabe dadurch gelöst, daß die· auf eine: mittlere SeilOähge feev zogene Periode d:er Pendelschwingung: ader ein ganz;es VieXfkcites; dieser Periode durch Wahl die rffahrge sehwind igk ei t an den jeweils ■von der Katze zurückzulegenden Weg angepaßt wird;,., daß" dier Antrieb des Katzfahrwerkes im ersten Viertel der ersten Period.e

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mit ;.;.'iximaler Beschleunigen.; au;.' die gewählte (Geschwindigkeit beschleunigt und im letzten Viertel der ersten oder einer der gegebenenfalls folgenden Perioden mit einer der maximalen Beschleunigung entsprechenden Verzögerung bis zum Stillstand abgebremst wird. Zur selbsttätigen Durchführung dieses Verfahrens bei einer Laufkatze, deren Antrieb eine Drehzahlregeleinrichtung mit überlagerter Wegregeleinrichtung mit Hochlaufgeber zugeordnet ist, ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, deren Eingängen der jeweilige Wegsollwert und eine der Seillänge proportionale Größe zugeführt sind und an deren Ausgang ein der Periodenzahl proportionaler Wert ansteht, der aus den Eingangsgrößen in Verbindung mit der eingestellten, maximalen Beschleunigung und der Nenngeschwindigkeit resultiert und der den Hochlaufgeber derart begrenzt, daß der Nullpunkt für die Geschwindigkeit der Katze mit dem Nullpunkt einer ganzen Periode der Pendelschwingung im Zielort zusammenfällt. Vorteilhafterweise enthält die elektronische Schaltung einen Operationsverstärker, in dessen Rückführkanal ein Multiplizierer und eine Grenzwertmeldeanordnung geschaltet sind und der den dem Hochlaufgeber zugeführten Wert unter Ausnutzung der Formel v2 - h_max · t_z · ν + ⁴ b_max -s=0 berechnet, wobei die Grenzwertmeldeanordnung aus dem Wegsollwert und der Seillänge die dem ganzzahligen Periodenwert entsprechende Zeit (t_z) berechnet.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird der Antrieb des Katzfahrwerkes während einer halben, auf eine mittlere Seil- . länge bezogene Periode der dynamischen Pendelschwingung, die der doppelten Periode der statischen Pendelschwingung entspricht, auf eine Geschwindigkeit, die dem von der Katze zurückzulegenden Weg angepaßt ist und gegebenenfalls beibehalten wird, linear beschleunigt und während einer weiteren, auf den Mittelwert der dann gültigen Seilläng.en bezogenen·, dynamischen Periode bis zum Stillstand linear verzögert wird. Zur automatischen Durchführung dieses Verfahrens für eine laufkatze, deren Antrieb eine Drehzahlregeleinrichtung mit überlagerter Wegregeleinrichtung mit-Hochlaufgeber zugeordnet ist, ist das Ausgangssignal eines Dividierbausteines, an dessen Eingängen der Wegsollwert und-eine der Seillänge proportionale Größe anstehen, einem in- den Rückte* führkanal des Wegreglers geschalteten Multiplizierer und dem ■:·: · ■

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ORIGJNAL

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Hochlaufgeber zugeführt und. ein ebenfalls in ,.Abhängigkeit von . der der Seillänge proportionalen Größe stehender Operationsverstärker vorgesehen, dessen Ausgangssignal die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers verstellt. Dabei ist die Ausgangsgröße sowohl des Dividierbausteins als auch des Operationsverstärkers dem; Wert 4 (7Γ· ~\ll/g proportional. ~. ; ' _. -

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden naher erläutert. ·

In Pig. 1 ist der Antriebsmotor 1 eines Katzfahrwerkes dargestellt, der an eine Leistungsstufe 2, beispielsweise ein Thyristorgerät, angeschlossen ist. Die Leistungsstufe wird von einem Drehzahlregler 3 gesteuert, dem ein Wegregler 4 mit Höchlaufgeber 5 überlagert ist. An den Antriebsmotor 1 sind beispielsweise ein Tachogenerator 6 zur Lieferung des. Drehzahlistwertes und ein Impulsgeber 7 mit nachgeschaltetem Digital-Analog-Umsetzer 8 zur Erzeugung des Weg-Istwertes gekuppelt* Bei dieser Anordnung gibt der Kranführer für einen kontinuierlichen Betrieb, beispielsweise bei Schiffsentladern, der Wegregeleinrichtung den jeweils von der Katze zu verfahrenden Weg als Sollwert vor. Zur Vorgabe des Weg-Sollwertes kann beispiels^ weise ein Steuerhebel oder eine Tastatur 15 vorgesehen sein, deren einzelne Tasten jeweils einem vorgegebenen Weg zugeordnet sind. Der Hochlaufgeber 5 ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß der Drehzahlregler den Antriebsmotor mit maximaler Beschleunigung auf die Nenndrehzahl bringt.

Durch das Anfahren der Katze wird die über ein Seil an ihr hangende Last in Pendelschwingungen versetzt, deren Schwingungsdauer T gleich 2.2Γ· ^ l/g'ist (statische Pendel schwingung). Da. die Länge 1 des Seiles unter der Wurzel steht, genügt es für die Berechnung der Schwingungsdauer, für 1 einen mittleren Wert einzusetzen. Damit der durch den Wegregler bestimmte Einlaufvorgang die optimale Dämpfung der Pendelschwingung in der Zielposition bewirken kann, sind folgende Bedingungen zu erfüllen; Die Zeit für den von der Katze zurückzulegenden Weg muß mit der Zeit einer Periode oder eines ganzen Vielfachen einer Periode der Pendelschwingung übereinstimmen> die die Schwingung dämpfende Kraft muß der die Schwingung anregenden Kraft entsprechen,

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die Beschleunigung der Katze muß im ersten Viertel der ersten Periode (Hochlaufzeit =s 90°el.) und die Verzögerung bis zum Stillstand im letzten Viertel der ersten.oder einer der folgenden Perioden (Verzögerung auf ν = 0 =i 90°el.) beendet sein.

Wird während der restlichen Zeit der einen oder mehrerer Perioden mit konstanter Geschwindigkeit gefahren, pendelt zwar die last frei, ist jedoch am Ende des Fahrweges auf Null gedämpft.' Zur Ausnutzung der vollen, zur Verfügung stehenden Leistung wird der Antrieb zweckmäßigerweise mit der maximalen Beschleunigung hochgefahren. Die zur Anpassung des von der Katze zurückzulegenden Weges an die Periode erforderliche mittlere Seillänge und der jeweilige Weg-Sollwert sind bekannt. Dem Kranführer braucht infolgedessen nur die in Abhängigkeit vom zurück- zulegenden Fahrweg zu erreichende Fahrgeschwindigkeit angegeben zu werden.

Zur Automatisierung des Verfahrens ist nach Fig. i dem Hochlaufgeber 5 ein Signal zugeführt, das die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers in Abhängigkeit von der jeweiligen Seillänge und dem jeweiligen Weg-Sollwert begrenzt. Zur Erzeugung dieses Signals ist eine elektronische Schaltung vorgesehen, die aus einem Operationsverstärker' 9» einem Multiplizierer 10 und einer Grenzwertmeldeanordnuhg Ί1 besteht. Der Multiplizierer 10 und die Grenzwertmeldeanordnung 11 sind in den Rückführkanal des Operationsverstärkers geschaltet. Dem Operationsverstärker und der Grenz- M wertmeldeanordnung wird der Weg-Sollwert s*"und der Grenzwertmeldeanordnung zusätzlich die Seillänge 1 zugeführt. Die Grenzwertmeldeanordnung bildet aus dem Weg-Sollwert und der Seillänge unter Berücksichtigung der eingestellten Beschleunigung die einem ganzzahligen Periodenwert entsprechende Zeit t_z. Der Multiplizierer 10 liefert ein Signal, das der Fahrgeschwindigkeit ν proportional ist und am Eingang des Operationsverstärkers mit ^! dem Weg-Sollwert verglichen wird. Dieses Signal hat die Größe ν · (v - b ·. t_z). Der Operationsverstärker arbeitet nach der Formel: ν** - b · t_z · ν + b · s*" = 0.

Die Schaltung nach Fig. 1 eignet sich für Fahrwege, die in einer mindestens einer Periode entsprechenden Zeit zurückzulegen sind.

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Fig. 2 zeigt eine besonders günstige Lösung, zur Dämpfung von Pendel.3chwingungen, nach der bei längeren als 2 Perioden der statischen Schwingung entsprechenden Fahrwegen mit konstanter Geschwindigkeit ohne Auftreten von Pendelschwingungen gefahren werden kann. Die Grundschaltung- entspricht der in Pig. .1 dargestellten, ausgenommen, daß hier die elektronische Schaltung auf den Wegregler und den Hochlaufgeber einwirkt. Von der Grundschaltung sind daher nur der Wegregler, und der Hochlaufgeber dargestellt. Auch hier ist angenommen, daß mit unterschiedlicher Seillänge verschieden lange Fahrwege zurückgelegt werden sollen. Weg-Sollwert und Seillänge stehen wie bei dem in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Verfügung...

Wie in Verbindung mit Fig. 1 dargelegt, sind der Pendelwinkel und die Winkelgeschwindigkeit Null, wenn die im letzten Viertel einer Periode zur Pendeldämpfung aufgebrachte Kraft ebenso groß wie die die Pendelschwingung im ersten Viertel der Periode anregende Kraft ist. Wird die Beschleunigung des Katzfahrantriebes über eine volle Periode der statischen Schwingung'aufrecht erhalten, dann sind der Pendelwinkei und die Winkelbeschleunigung am Ende der Periode ebenfalls Null. Wird von diesem Zeitpunkt an die Laufkatze mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt, bleibt das Pendel - abgesehen von der Wirkung des Luftwiderstandes - in der Ruhelage. Die durch den Abbremsvorgang der Katze erneut angeregte Schwingung wird dadurch kompensiert, daß die Bremsverzögerung ebenfalls über die Dauer einer Periode der statischen Schwingung wirksam gemacht wird. Dann hat das Pendel am Zielort gerade wieder die Ruhelage erreicht. Entspricht der von der Katze zurückzulegende Weg S3 gerade zwei Perioden der statischen Schwingung, so ergibt süi eine dynamische Schwingung, in deren erster Periodenhälfte die Laufkatze beschleunigt und in deren zweiter Halbperiode die Katze verzögert wird,Der Wert Sg ergibt sich aus dem Produkt aus der minimalen Zykluszeit ^zmin ^{und der m}axinialen Geschwindigkeit ν__χ zu Sg = T/2 · v_ · • ^_ζπιΐ_η· Dabei ist■ t _j_ --4-5Γ* γΐ/g· Ist der von der Katze zurückzulegende Weg kürzer als die Dauer einer Periode der dynamischen Schwingung bei maximaler Beschleunigung und maximaler Verzögerung, dann muß die Katze mit niedrigerer Beschleunigung auf eine unterhalb der Nenngeschwindigkeit liegende

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Geschwindigkeit ν beschleunigt und mit entsprechend niedrigerer Verzögerung stillgesetzt werden. Diese Geschwindigkeit ν berechnet sich aus dem zu verfahrenden Weg s und der minimalen Zyklus- ^zeit Wn ^{zu v} = ^{2 3}^

Nach dem in Fig. 2 dargestellten Blockschaltbild ist demWegregler und dem Hochlaufgeber eine elektronische Schaltung zugeordnet, die einen in den Rückführkanal des Wegreglers geschalteten Multiplizierer 12, einen Dividierbaustein.13 und einen Operationsverstärker 14 enthält. Dem Dividierbaustein 13 sind " der Wegsollwert und eine der Seillänge proportionale Größe, dem Operationsverstärker ist nur die der Seillänge proportionale Größe zugeführt. Der Ausgang des Dividierbausteins ist mit einem * Eingang des Multiplizierers 12 und mit einem Eingang des Hochlaufgebers 5 verbunden. Das dem Hochlaufgeber außerdem zugeführte Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 verstellt die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers. Das Ausgangs signal des Dividierbausteins und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 ist dem Wert 45Γ·yX/g proportional.

6 Patentansprüche ,

2 Figuren. V-

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Claims

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Patentansprüche

[iJ Verfahren zur Unterdrückung von Pendelungen einer an einem Seil hängenden Last, die mittels einer Laufkatze mit drehzahlgeregeltem Antrieb verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine mittlere Seillänge bezogene Periode der dynamischen, der statischen Schwingung entsprechenden Pendelschwingung öder ein ganzes Vielfaches dieser Periode durch Wahl der Fahrgeschwindigkeit an den jeweils von der Katze zurückzulegenden Weg angepaßt wird, daß der Antrieb des Katζfahrwerkes im 1. Viertel der 1. Periode mit maximaler Beschleunigung auf die gewählte Geschwindigkeit be-™ schleunigt und im letzten .Viertel der 1. oder einer der gegebenenfalls folgenden Perioden mit einer der maximalen Be-. schleunigung entsprechenden Verzögerung bis zum Stillstand abgebremst wird. . .
2. Einrichtung zur selbsttätigen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer der Drehzahlregeleinrichtung des, Laufkatzenantriebs überlagerten Wegregeleinrichtuhg mit Hochlaufgeber, gekennzeichnet durch eine elektronische Schaltung (9> 10, 11), deren Eingängen der jeweilige Weg-Sollwert und eine der Seillänge (2) proportionale Größe zugeführt sind und an deren Ausgang ein der Periodenzahl proportionaler.

α Wert ansteht, der aus den Eingangsgrößen in Verbindung mit der eingestellten, vorzugsweise maximalen Beschleunigung und der Nenngeschwindigkeit resultiert und der den Hochlaufgeber (5) derart begrenzt, daß der Nullpunkt für die Geschwindigkeit der Katze mit dem Nullpunkt einer ganzen Periode der Pendelschwingung im Zielort zusammenfallt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung einen Operationsverstärker (9) enthält, in dessen Rückführkanal ein Multiplizierer (.10) und eine Grenzwertmelderanordnung (11) geschaltet sind und der den dem Hochlaufgeber (5) zugeführten Wert unter Ausnutzung der Formel v² - \_ax >■'t'_z · ν + b_max · a = 0 berechnet, wobei die Grenzwertmelderanordnung (11) aus dem

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. Weg-Sollwert und der Seillänge;, (!'■),- die·, dem ganz zahl igen Periodenwert entsprechende Zeit (Zykluszeit t_z) berechnet*
4. Verfahren zur Unterdrückung von Pendelungen einer an einem Seil hängenden iast, die mittels einer Laufkatze mit drehzahlgeregeltem Antrieb verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des JCatzfahrwerkes während einerhai- ben, auf eine mittlere Seillänge bezogenen Periode der · dynamischen Pendelschwingung, die der doppelten Periode der statischen Pendelschwingung entspricht, auf eine: Geschwindigkeit, die dem von der Katze zurückzulegenden Weg ange- ,

., paßt ist und gegebenenfalls beibehalten wird, linear beschleunigt und während einer weiteren, auf den Mittelwert, der dann gültigen Seillängen bezogenen dynamischen Periode bis zum Stillstand linear verzögert wird.
5. Einrichtung zur selbsttätigen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4» mit einer der Drehzahlregelung überlagerten Wegregelung mit Hochlaufgeber, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines Dividierbausteines (13), an dessen Eingängen der Wegsollwert und eine der Seillänge (2) proportionale Größe anstehen, einem in den Rückführkanal des Wegreglers geschalteten Multiplizierer (12) und dem Hochlaufgeber (5) zugeführt ist und daß ein ebenfalls in Abhängigkeit von der der Seillänge (2) proportionalen Größe stehender Operationsverstärker (14) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers (5) verstellt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße sowohl des Dividierbausteins (13) als auch des Operationsverstärkers (14) dem Wert A¹K·Λ/l/g/ proportional ist.

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