DE2022745B2

DE2022745B2 - Anordnung zur Unterdrückung von Pendelschwingungen einer an einem Seil hängenden, von einer Laufkatze beförderten Last

Info

Publication number: DE2022745B2
Application number: DE19702022745
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 8501 Reutles Klinge; Siegfried 8520 Erlangen Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-05-09
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1978-11-16
Also published as: NL170831B; CH540192A; GB1355515A; DE2022745A1; NL170831C; DE2022745C3; BE766544A; FR2088462B1; NL7104589A; SE392088B; FR2088462A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Unterdrückung von Pendelschwingungen einer Last, die mittels eines Seiles an der Katze eines Kranes aufgehängt ist deren Antrieb mit einer Drehzahleinrichtung ausgestattet ist mit einer Regelanordnung, die die Katze unter Berücksichtigung der Schwingungsperiode während eines ersten Teiles des von der Katze zurückzulegenden Weges derart beschleunigt und während eines letzten Teiles dieses Weges derart verzögeit daß die Bewegung der Katze und die Schwingung der Last am Zielort gleichzeitig zu Null werden.

Bei Verladeanlagen mit Laufkatzen, an der die zu befördernde Last über ein Seil aufgehängt ist entstehen durch das Beschleunigen und Verzögern der Laufkatze Pendelungen der Last Einem erfahrenen Kranführer ist es zwar möglich, diese Pendelbewegungen 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.

Aus der DE-OS 14 31907 ist eine Anordnung zur Dämpfung von Pendelschwingungen bekannt, bei der die Beschleunigungsphase und die Verzögerungsphase jeweils über eine Periode der Schwingung aufrechterhalten wird, damit die durch die Beschleunigung bzw. Verzögerung der Katze angeregte Schwingung am Ende dieser Phase unterdrückt ist. Da jedoch die Beschleunigungs- und ebenso die Verzögerungsphase zur Anpassung an die Schwingungsperiode in mehrere, beispielsweise drei Abschnitte, unterteilt sein sollen, von denen der zweite Abschnitt entweder eine konstante Geschwindigkeit, eine von der Beschleunigung bzw. Verzögerung im ersten und dritten Abschnitt abweichende Beschleunigung oder eine Verzögerung darstellen kann, werden die Auswirkungen auf die Schwingung so unübersichtlich, daß die erforderlichen Werte offensichtlich nur empirisch gewonnen werden können. Wegen der Abhängigkeit der Schwingungsperiode von der Länge des Seiles kann diese Einrichtung nur dann einwandfrei arbeiten, wenn die Bewegungen des die Last tragenden Greifers und der Katze auf im voraus festgelegten Bahnen ablaufen. Die Last schwingungsfrei am Endpunkt beliebig wählbarer Wegstrecken abzusetzen, ist mit dieser Anordnung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine an einem beliebig langen Seil einer Laufkatze hängende Last bei maximaler Umschlagleistung ohne Kenntnis oder Berechnung des Pendelwinkels und der Winkelgeschwindigkeit an jedem beliebigen Zielort pendelschwingungsfrei abzusetzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

gelöst, daß der Drehzahlregeleinrichtung eine Wegregeleinrichtung überlagert und als Regelanordnung eine elektronische Schaltung zugeordnet ist, die die Zeit für Jen von der Katze jeweils zurückzulegenden Weg durch Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit de*· Katze an die Dauer einer oder mehrerer von der Seillänge abhängiger Perioden der Pendelschwingung anpaßt und die den Antrieb der Katze mindestens innerhalb eines ersten Teiles der ersten Periode auf die Fahrgeschwindigkeit beschleunigt und innerhalb eines entsprechenden Teiles vor dem Ende der letzten Periode bis zum Stillstand abbremst

Da die Seillänge und der von der Katze zurückzulegende Weg jeweils als Sollwerte vorgegeben sind, kann die Regelanordnung über die Drehzahlregeleinrichtung das zur Schwingungsdämpfung erforderliche Fahrdiagramm festlegen, das sich aus Beschleunigung, gegebenenfalls konstanter Fahrgeschwindigkeit und Verzögerung zusammensetzt

Einfache Verhältnisse ergeben sich dabei, wenn die Beschleunigung spätestens am Ende des ersten Viertels der ersten Periode beendet ist und die Verzögerung dementsprechend frühestens mit Beginn des letzten Viertels der ersten oder einer der folgenden Perioden einsetzt Mit besonderem Vorteil jedoch ist die von der elektronischen Schaltung vorgegebene Fahrgeschwindigkeit derart bemessen, daß der von der Katze zurückzulegende Weg mindestens zwei Perioden der Pendelschwingung entspricht und daß der Antrieb der Katze während der ersten Periode, die auf die vorgegebene Länge des Seiles bezogen ist, linear beschleunigt und während der zweiten Periode, die au/ die dann vorgegebene Seillänge bezogen ist, bis zum Stillstand linear verzögert wird und daß schließlich die am Ende der ersten Periode erreichte Fahrgeschwindigkeit während eines gegebenenfalls vorhandenen Restfahrweges konstant gehalten wird. In diesem Fall wird die Last über den mit konstanter Geschwindigkeit durchfahrenen Reitweg schwingungsfrei befördert.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.

In F i g. 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 Hochlaufgeber 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 beispielsweise 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 hängende Last in Pendelschwingungen versetzt, deren Schwingungsdauer Tgleich 2n · /Fg ist (statische Pendelschwingung). Da die Länge /des Seiles unter der Wurzel steht, genügt es für die Berechnung der Schwingungsdauer, für /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, die Beschleunigung der Katze muß im ersten Viertel der

ίο ersten Periode (Hochlaufzeit < 90° eL) und die Verzögerung bis zum Stillstand im letzten Vierteil der ersten oder einer der folgenden Perioden (Verzögerung auf v= 0 < 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 zurückzulegenden Fahrweg zu erreichende Fahrgeschwindigkeit angegeben zu werden.

Zur Automatisierung des Verfahrens ist nach Fig. 1 dem Hochlaufgeber 5 ein Signal zugeführt, das die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers in Abhängigkeit von

JO 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 Grenzwertmeldeanordnung 11 besteht. Der Multiplizierer 10 und die Grenzwertmeldeanordnung 11 sind in den Rückführkanal des Operationsverstärkers geschaltet Dem Operationsverstärker und der Grenzwertmeldeanordnung wird der Weg-Sollwert s* und der Grenzwertmeldeanordnung zusätzlich die Seillänge / zugeführt. Die Grenzwertmeldeanordnung bildet aus dem Weg-Sollwert und der Seillänge unter Berücksichtigung der eingestellten Beschleunigung die einem ganzzahligen Periodenwert entsprechende Zeit f_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 ■ (ν — b ■ r_z). Der Operationsverstärker arbeitet nach der Formel:

v² - b ■ U ■ ν + b ■ s* = 0.

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

Fig.2 zeigt eine besonders günstige Lösung zur Dämpfung von Pendelschwingungen, nach der bei längeren als 2 Perioden der statischen Schwingung entsprechenden Fahrwegen mit kontanter Geschwindigkeit ohne Auftreten von Pendelschwingungen gefahren werden kann. Die Grundschaltung entspricht der in F i g. 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 Hochlautgeber dargestellt. Auch hier ist angenommen, daß mit unterschiedlicher Seillänge verschieden lange Fahrwege zurückgelegt werden sollen. Weg-Sollwert und Seillänge stehen wie bei dem in Fi g. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Verfügung.

Wie in Verbindung mit F i g. 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 aufrechterhalten, dann sind der Pendelwinkel 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 5s gerade zwei Perioden der statischen Schwingung, so wird die Laufkatze also während der ersten Periode beschleunigt und während der zweiten Periode verzögert (minimale Zykluszeit). Der Wert S_B ergibt sich aus dem Produkt aus der minimalen Zykluszeit t_zm;n und der maximalen Geschwindigkeit vwzu

Sfl = '/2 · V_mtx ■ tzmifr

Dabei ist ίζ/π/_η=4π · {Fg. Ist der von der Katze zurückzulegende Weg kurzer als die Dauer von zwei Perioden der Schwingung bei maximaler Beschleunigung und maximaler Verzögerung, dann muß die Katze mit niedrigerer Beschleunigung auf eine unterhalb der Nenngeschwindigkeit liegende Geschwindigkeit ν beschleunigt und mit entsprechend niedrigerer Verzögerung stillgesetzt werden. Diese Geschwindigkeit ν berechnet sich aus dem zu verfahrenden Weg s und der minimalen Zykluszeit i_Zm/_nzu v=2 s/f_zm,„.

Nach dem in F i g. 2 dargestellten Blockschaltbild ist dem Wegregler 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 meinem 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 Ausgangssignal des Dividierbausteins und das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 14 ist dem Wert Απ ■ ]fl7g proportional.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Unterdrückung von Pendelschwingungen einer Last die mittels eines Seiles an der Katze eines Kranes aufgehängt ist deren Antrieb mit einer Drehzahleinrichtung ausgestattet ist mit einer Regelanordnung, die die Katze unter Berücksichtigung der Schwingungsperiode während eines ersten Teiles des von der Katze zurückzulegenden Weges derart beschleunigt und während eines letzten Teiles dieses Weges derart verzögert daß die Bewegung der Katze und die Schwingung der Last am Zielort gleichzeitig zu Null werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregeleinrichtung (3) eine Wegregeleinrichtung (4) überlagert und als Regelanordnung eine elektronische Schaltung (9, 10, 11) zugeordnet ht, die die Zeit für den von der Katze jeweils zurückzulegenden Weg durch Vorgabe der Fahrgeschwindigkeit der Katze an die Dauer einer oder mehrerer von der Seillänge abhängige Perioden der Pendelschwingung anpaßt und die den Antrieb (1) der Katze mindestens innerhalb eines ersten Teiles der ersten Periode auf die Fahrgeschwindigkeit beschleunigt und innerhalb eines entsprechenden Teiles vor dem Ende der letzten Periode bis zum Stillstand abbremst

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregeleinrichtung (3) ein Hochlaufgeber (5) zugeordnet ist, dem das aus einer der Seillänge und einer dem Fahrweg proportionalen Größe gebildete Ausgangssignal der elektronischen Schaltung (19, 11) zur Begrenzung des Drehzahlsollwertes zugeführt ist.

3. Anordnung 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 das Ausgangssignal der elektrischen Schaltung nach der Formel

V¹ - b_max ■ U · V + bmax S=O

bestimmt, worin ν die Fahrgeschwindigkeit, b die Beschleunigung und sden Fahrweg der Katze und I₁ die von der Grenzwertmelderanordnung aus dem Wegsollwert und der Seillänge ermittelt, der Dauer mindestens einer Periode entsprechende Zykluszeit bedeuten.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die von der elektronischen Schaltung (9,10,11) vorgegebene Fahrgeschwindigkeit derart bemessen ist, daß der von der Katze zurückzulegende Weg mindestens zwei Perioden der Pendelschwingung entspricht und daß der Antrieb der « Katze während der ersten Periode, die auf die vorgegebene Länge des Seiles bezogen ist, linear beschleunigt und während der zweiten Periode, die auf die dann vorgegebene Seillänge bezogen ist, bis zum Stillstand linear verzögert wird und daß &o schließlich die am Ende der ersten Periode erreichte Fahrgeschwindigkeit während eines gegebenenfalls vorhandenen Restfahrweges konstant gehalten wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- t>5 zeichnet, daß das Ausgangssignal eines Dividierbausteines (13), an dessen Eingängen der Wegsollwert und die der Seillänge (2) proportionale Größe anstehen, einem in den Rückführkanal des Wegreglers geschalteten Multiplizierer (12) und dem Hochlaufgeber (S) zugeführt ist und daß ein ebenfalls in Abhängigkeit von der der Seiüänge (2) proportionalen Größe stehender Operationsverstärker (14) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal die Hochlaufzeit des Hochlaufgebers (5) verstellt

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Ausgangsgröße sowohl des Dividierbausteins (13) als auch des Operationsverstärkers (14) dem Wert 2n ■ j/JPg proportional ist