DE2414559A1

DE2414559A1 - Verfahren und einrichtung zur steuerung eines kranes mit vier unabhaengig voneinander steuerbaren hubwerken

Info

Publication number: DE2414559A1
Application number: DE2414559A
Authority: DE
Inventors: Kohichi Dipl Ing Niwa
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1974-10-17
Also published as: US3886417A; JPS49120353A; JPS5414388B2

Description

FUJI ELECTRIC CO., L?T>. Erlangen, 25- 3- 74 Kawasaki/Japan Werner-von-Siemens-Straße

24H559

Mein Zeichen: VPA 73/8351 Hk/Di

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung eines Kranes mit vier unabhängig voneinander steuerbaren Hubwerken

Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung 48-35401 vom 28.3·73 in Anspruch genommen.

Für den Betrieb von Kranen mit an mehr als drei Seilen hängender Last war es bisher üblich, die Drehmomente der den einzelnen Hubwerken zugeordneten Antriebsmotoren zu steuern, und es oblag dem Kranführer, die den Zug in den einzelnen Seilen messenden Geräte zu beobachten und die Antriebsmotoren der Hubwerke so zu steuern, daß eine Überlastung eines der Hubwerke vermieden wurde.

Da jedoch der Schwerpunkt der Gesamtlast nicht immer mit der Mitte zwischen den Aufhängepunkten der Last zusammenfällt, hing bei diesem System die richtige Verteilung der Lastkomponenten auf die einzelnen Hubwerke von der Erfahrung des Kranführers ab. Mit zunehmendem Gewicht der Gesamtlast erhöht sich jedoch die Gefahr, die diese Betriebsweise in sich birgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Kranes mit vier oder einer einem Vielfachen hiervon entsprechenden Anzahl von unabhängig voneinander steuerbaren Hubwerken anzugeben, das die Gewähr für die Betriebssicherheit des Kranes bietet, ohne daß die Erfahrung des Kranführers in Anspruch genommen wird, und das eine derartige Steuerung der einzelnen Hubwerke ermöglicht, daß

4098 A 2/0337 "²"

- VPA 73/8351

die Zugkraft in den Seilen einen zulässigen Bereich weder unter- noch überschreitet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst die Summe der auf einer Seite der Last angreifenden Lastkomponenten mit der Summe der Lastkomponenten auf der gegenüberliegenden Seite verglichen wird, daß dann durch willkürliche Änderung der Belastung des Seiles, dessen Aufhängepunkt dem Schwerpunkt der Last am nächsten liegt, bis zum zulässigen Grenzwert für dieses oder eines der anderen Seile ein Bereich der zulässigen Belastung ermittelt wird und daß schließlich die dem Mittelwert dieses Bereiches entsprechende Größe des Ankerstromes dss zugehörigen Hubwerksmotors als Korrekturgröße für den Sollwert der Drehzahlregeleinrichtung verwendet wird.

Der zulässige Bereich für die Lastkomponente, die an dem dem Schwerpunkt am nächsten liegenden Aufhängepunkt angreift, wird durch willkürliche Vergrößerung oder Verkleinerung des Betrages dieser Lastkomponente bestimmt. Wenn die Lastkomponente an einem der übrigen Aufhängepunkte während der willkürlichen Herabsetzung der Lastkomponente an dem dem Schwerpunkt nächstliegenden Aufhängepunkt zu Null wird oder' auf den vom Material abhängigen, zulässigen Wert anwächst, dann gibt der Betrag der dem Schwerpunkt nahen Komponente den unteren Grenzwert des zulässigen Bereiches an. Der obere Grenzwert des zulässigen Bereiches ergibt sich, wenn die dem Lastschwerpunkt nahe Lastkomponente vergrößert wird, bis sie ihren materialmäßig zulässigen Höchstwert erreicht oder eine der anderen Lastkoaponenten zu Null wird. Da der zulässige Bereich für die dem Lastschwerpunkt nächste Lastkomponente in Abhängigkeit von dem materialmäßig zulässigen Wert der Lastkomponenten an den anderen Aufhängepunkten bestimmt wird, steuert das dem Mittelwert des zulässigen Lastbereiches an dem dem Lastschwerpunkt nächstliegenden Aufhängepunkt entsprechende Signal die Größe der Zugkraft jedes Seiles auf einen Wert, der wesentlich niedriger als der materialmäßig zulässige Wert ist.

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- ψΤ- VPA 73/8351

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.

Nach Figur 1 ist eine Last 1 mit einem Gesamtgewicht W an mehreren Punkten, beispielsweise vier Punkten A bis D, aufgehängt. Normalerweise ist der Schwerpunkt G der Last gegenüber der Mitte zwischen den Aufhängepunkten A bis D verschoben und infolgedessen sind die an den einzelnen Aufhängepunkten angreifenden Lastkomponenten W. bis W-^, wenn die Last angehoben und in einer horizontalen Lage gehalten wird, nicht gleich groß. Vielmehr ist die Lastkomponente an dem dem Lastschwerpunkt nächstliegenden Aufhängepunkt größer als die an den anderen Aufhängepunkten angreifenden Lastkomponenten.

Figur 2 zeigt die relative Lage der Aufhängepunkte A bis D zum Lastschwerpunkt entsprechend Figur" 1, in der die Aufhängepunkte die vier Ecken eines Parallelogramms bilden.

Wenn die Resultierende der Lasti-romponenten W. und W-g an den Aufhängepunkten A und B beispielsweise an einem Punkt P.. angreift, dann verläuft die Resultierende der Lastkomponenten W_n und W_x. an den Aufhänge punkten G und D durch den Punkt P₂, der den Schnittpunkt der vom Punkt P₁ durch den Schwerpunkt G der Last gezogenen Geraden mit der entgegengesetzten Seite G₁ D des Parallelogramms bildet, da andernfalls die Last die gewünschte horizontale Lage nicht annehmen könnte.

Unter diesen Bedingungen lauten die Momentengleichungen

(1) W_A . P^I = W_B . P^B

(2) W₀ . Τψ = W_D . Ψψ

(3) (W_A + W_B) . GP^" = (W₀ + W₁₅) .GP^

Wenn eine Normale E- auf den entgegengesetzten Seiten AB und CD durch den Schwerpunkt G errichtet wird, ergeben

- VPA 73/8351

sich, ähnliche Dreiecke GEP.. und GFP,, und es verhält sich

(4) GTj" : GP^" = GE : GF

Bei einer vorgegebenen Lage des Schwerpunktes G können die resultierenden Belastungen W. + W-n und W_c + W-g an den entgegengesetzten Seiten AB und CD aus Gleichung (3) berechnet werden. Dementsprechend kann die Lastkomponente Ψ_Ώ am Punkt B berechnet werden, wenn der Betrag der Lastkomponente IAf. am Punkt A gemessen wird. Auch die Lage des Punktes P., kann aus der Gleichung (1) bestimmt werden und so ergibt sich die Lage des Punktes P.,, der die Beträge der Lastkomponenten VL, + W-p in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) bestimmt.

Wenn demnach eine der Lastkomponenten an den vier Aufhängepunkten einer Last mit dem Schwerpunkt G dem Betrag nach bestimmt wird und die Lage des Schwerpunktes G bekannt ist, können die Komponenten an den übrigen drei Aufhängepunkten berechnet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Regelung der Seilzugkraft durch eine derartige Ermittlung des Betrages der Lastkomponente, deren Aufhängepunkt dem Schwerpunkt der Last am nächsten liegt, vorgesehen, so daß keine übermäßige Belastung an einem der anderen Aufhängepunkte auftritt.

Entsprechend Figur 2 sei angenommen, daß der Aufhängepunkt A dem Schwerpunkt G am nächsten liegt. Dann stehen die resultierenden Lasten W. + W-g und W„ + W^ an den entgegengesetzten Seiten in folgender Beziehung zueinander

(5) W_A + W_B >W_C + W₀

Eine gleiche Beziehung gilt im Hinblick auf die einander entgegengesetzten Seiten AC und BD.

(6) W_{A +} W₀ >W_B + W_D

- 5 40884^/0337

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Der Angriffspunkt P₁ der Resultierenden verschiebt sich, wenn sich der Betrag der Lastkomponente W. ändert. Wenn der Punkt P₁ beispielsweise sich bis zu einem neuen Punkt Pp bewegt, dann bewegt sich auch der Punkt P, bis zu einem Punkt P. auf der entgegengesetzten Seite CD. Wenn der Angriffspunkt der Resultierenden bei zwei im Abstand voneinander liegenden Aufhängepunkten sich dem einen der beiden Aufhängepunkte nähert, dann wird die Lastkomponente, wie aus den Gleichungen (l) und (2) hervorgeht, an dem einen Aufhängepunkt größer, während die Lastkomponente an dem anderen Aufhängepunkt kleiner und schließlich zu Null wird, wenn der Angriffspunkt der Resultierenden den einen Aufhängepunkt erreicht. Unter dieser Bedingung wäre es bei einem System mit Dreifachaufhängung nicht möglich, die Last in einer horizontalen Lage zu halten, wenn sich der Angriffspunkt der Resultierenden verschiebt.

Die Lastkomponente an dem Aufhängepunkt A wird vergrößert, so daß sich der Punkt P₁ dem Aufhängepunkt A nähert, bis die Lastkomponente W. den vom Material her zulässigen Grenzwert der Seilbelastung erreicht oder die Lastkomponente an einem der anderen Aufhängepunkte B oder G auf Null abnimmt, wobei jedoch die Last am Aufhängepunkt A noch unterhalb des materialmäßig zulässigen Wertes bleibt.

Zu diesem Zeitpunkt wird der am Aufhängepunkt A gemessene Betrag der Lastkomponente als oberer Grenzwert des zulässigen Bereiches festgelegt. Dann wird der Betrag der Lastkomponente W. herabgesetzt, so daß der Punkt P₁ sich vom Aufhängepunkt A weg bewegt und schließlich die Lastkomponente am Aufhängepunkt C den materialmäßig zulässigen Grenzwert der Seilbelastung erreicht oder aber die Lastkomponente am Aufhängepunkt D zu Null wird. Dadurch wird ein unterer Grenzwert des zulässigen Bereiches für die Lastkomponente am Aufhängepunkt A bestimmt.

- 6 2/U337

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Auf diese Weise werden der obere und untere Grenzwert der am Aufhängepunkt A zulässigen Lastkomponente ermittelt und der Mittelwert zwischen diesem oberen und unteren Grenzwert wird als Sollwert oder Bezugssignal für die Regelung der Zugkraft des Seiles am Aufhängepunkt A verwendet.

Die fortschreitende Ermittlung der Zugkräfte an dem Seil, das den härtesten Betriebsbedingungen unterworfen ist, bietet die Gewähr für die Betriebssicherheit des Kranes.

Wenn als Hubwerksmotoren Gleichstrommotoren verwendet werden, wird die Messung der an den einzelnen Hubwerken auftretenden Zugkräfte, d.h. die Lastkomponente an den einzelnen Aufhängepunkten, vervollständigt durch die Messung der Größe des Ankerstromes eines der je ein Hubwerk antreibenden Motoren.

Wie in Figur 3 dargestellt, wird der Sollwert der Zugkraft dadurch gewonnen, daß die mittels Stromwandlern 12 erfaßten Ankerströme I. bis Ip, der Motoren M. bis M^ einem Gedächtnis 3 zugeführt, der maximale und der minimale Wert des Stromes I. ermittelt und im Gedächtnis gespeichert werden und daraus der Mittelwert gebildet wird. Zur Ermittlung des Maximal- und des Minimalwertes wird der Strom I. stufenweise mittels steuerbarer Gleichrichter 2 zunächst erhöht und anschließend vermindert, bis mindestens einer der Ströme I. bis I-η seinen zulässigen Höchstwert bzw. den Wert Hull erreicht. Der aus dem Maximal- und dem Minimalwert in einer Rechenschaltung 4 errechnete Mittelwert I wird als Sollwert für die Zugkraft verwendet.

In Figur 4 ist ein Blockschaltbild der Regeleinrichtung für die einzelnen Motoren M dargestellt, die Hubseiltrommeln 6 antreiben. Die Hubseile 5 sind jeweils mit einem der Aufhängepunkte verbunden. In der Figur ist nur ein Motor in Verbindung mit einer Regeleinrichtung dargestellt, jedoch sind gleiche Anordnungen für die übrigen Seile 5 vorgesehen.

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-Ψ- VPA 73/8351

. % 24Η559

In einer Vergleichseinriclitung 7 wird ein für alle Hubwerksmotoren gemeinsamer Drehzahlsollwert η mit dem von einem Tachogenerator 8 gelieferten Drehzahlistwert verglichen. Das der Differenz entsprechende Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 7 wird einem Drehzahlregler 9 zugeführt, dessen Ausgangssignal in einer weiteren Vergleichseinrichtung 10 mit dem vom Stromwandler 12 gelieferten Stromistwert verglichen wird. "Das daraus resultierende Differenzsignal wird einem einen steuerbaren Gleichrichter 2 steuernden Regler 11 vorgegeben. Auf diese Weise wird dem Motor ein der Drehzahlregelabweichung entsprechender Strom zugeführt. Zusätzlich umfaßt die in Figur 4- dargestellte Anordnung für jeden Regelkreis eine Vergleichseinrichtung 13, einen Zugkraftregler 14 und einen Schalter 15 zur Berücksichtigung des Sollwertes der Zugkraft für den dem Schwerpunkt der Last nächstgelegenen Aufhängepunkt. In dem dargestellten Regelkreis des Hubwerkes für das Seil, dessen Aufhängepunkt dem Lastschwerpunkt am nächsten liegt, wird der Zugkraftsollwert I der Vergleichs einrichtung 13, in der er mit dem dem gemessenen Ankerstrom I proportionalen Zugkraftistwert verglichen wird, und die aus dem Vergleich gewonnene Regelabweichung ΔI dem Regler 14 zugeführt.

In Pigur 5 ist die Abhängigkeit des Ausgangssignals H des Reglers 14 vom Eingangssignal Δ I durch die ausgezogene Kurve 51 dargestellt. Diese Kurve enthält eine Totzone, die sich von + ΔΙ. bis - ^iI₁ erstreckt, und einen steilen Abfall bzw. Anstieg außerhalb der Totzone. Wenn der Schalter 15 in Pigur 4 geschlossen.ist, wird das Ausgangssignal H der Vergleichseinrichtung 7 zugeführt und zu dem Drehzahlsollwert η addiert. In Pigur 5 stellt sich dieser Summenwert als Verschiebung der Kurve 51 um η nach oben dar, wie die gestrichelte Kurve 52 andeutet. In dem Diagramm gemäß Pigur 6 ist die Drehzahl η in Abhängigkeit von dem der Zugkraft proportionalen Strom I dargestellt. Diese Kurve setzt sich aus einem steil abfallenden Teil 62, einem in einem Bereich von I + Δ I, waagerecht verlaufenden Teil 61 und einem weiteren

O "■" I

steil abfallenden Teil 63 zusammen.

A 0 ö ο ι, 2 i ü 3 3 7

- Ψ - VPA 73/8351

* 24Η559

Der mit dem Regelkreis ausgestattete Motor wird bei geschlossenem Schalter 15 entsprechend der in Figur 6 dargestellten Charakteristik geregelt, so daß die Drehzahl des Motors dem Sollwert η entspricht, wenn die Seilkraft innerhalb des Sollbereiches I + A I₁ liegt, während die Drehzahl erhöht wird, wenn die Seilkraft kleiner als I - Δ I₁ wird, und herabgesetzt wird, wenn die Seilkraft größer als I_Q + A I₁ wird.

Wenn der Motor M. des Hubwerkes, das mit dem dem Schwerpunkt der Last nächstliegenden Aufhängepunkt A verbunden ist, entsprechend der vorbeschriebenen Charakteristik betrieben wird, und die anderen Motoren M-g bis M^, die mit den anderen Aufhängepunkten verbunden sind, in der üblichen Weise auf den Sollwert η der Drehzahl geregelt werden, kann die Hubkraft des Motors M. im Bereich I + AI-, gehalten werden. Sobald nämlich die Hubkraft des Motors M. den zulässigen Bereich überschreitet, wird die Hubgeschwindigkeit gemäß der in Figur 6 dargestellten Kurve selbsttätig herabgesetzt, so daß der Betrag der Lastkomponente erniedrigt und somit die Hubkraft in den zulässigen Bereich zurückgeführt wird. In gleicher Weise wird eine Unterschreitung des zulässigen Bereiches I - ΔΙ^ durch Zurückführung der Hubgeschwindigkeit in den zulässigen Bereich kompensiert.

Nach Einstellung des Betrages der Lastkomponente an einem der Aufhängepunkte stellen sich die Lastkomponenten an den übrigen drei Aufhängepunkteη in der vorbeschriebenen Weise ein.

Für die Wahl der Breite der Totzone von +Al₁ bis - Al₁ ist die gewünschte Stabilität des Regelbetriebes ausschlaggebend. Wünschenswert ist eine kleine Breite, damit der Betrag des Fehlers des Lastkomponenten-Sollwertes klein gehalten werden kann.

- 9 409842/0 3 37

- ξΤ - VPA 73/8351

Es ist einleuchtend, daß die Hubkraft an dem Aufhängepunkt, der dem Lastschwerpunkt am nächsten liegt, geregelt und innerhalb eines Sicherheitsbereiches gehalten werden kann, so daß automatisch der Betrag der Hubkräfte an den anderen Aufhängepunkten unterhalb des materialmäßig zulässigen Wertes gehalten wird.

Obwohl die vorstehende Beschreibung sich auf eine Anordnung mit einer an vier Punkten aufgehängten Last bezieht, kann die Erfindung auch in einer Anordnung mit achtfacher Aufhängung angewendet werden, bei der die Punkte A., A₂ und B₁, B₂ auf der einen und die Punkte C₁, O₂ und D-, Dp ^{aui der} gegenüberliegenden anderen Seite eines Parallelogramms liegen, wie in Figur 7 gezeigt. Dabei kann die Achtpunktaufhängung als Vierpunktaufhängung betrachtet werden, indem die an je einem Paar der Aufhängepunkte A₁, A₂ und B₁, B₂ usw. angreifenden Lastkomponenten gleich groß gemacht werden. Dann können die mitten zwischen den Paaren liegenden Punkte A , B , C und D jeweils als äquivalente Aufhängepunkte zu den Aufhängepunktpaaren behandelt werden. Auf diese Weise können Systeme mit Mehrfachaufhängung, bei denen die Anzahl der Aufhängepunkte ein ganzes Vielfaches von vier beträgt, durch Gruppierung der beieinander liegenden Aufhängepunkte in vier Sätzen als System mit Vierfachaufhängung betrachtet werden.

3 Patentansprüche
7 Figuren

- 10 403Ö42/Ü337

Claims

- 'stir·- VPA 73/8351 ^o 24H559 Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Kranes mit vier unabhängig voneinander steuerbaren Hubwerken, die über je ein Seil mit einem der Aufhängepunkte einer Last verbunden und deren Antriebsmotoren mit je einer Drehzahlregeleinrichtung ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Summe der auf einer Seite der Last angreifenden Lastkomponenten mit der Summe der Lastkomponenten auf der gegenüberliegenden Seite verglichen wird, daß dann durch willkürliche Änderung der Belastung des Seiles, dessen Aufhängepunkt dem Schwerpunkt der Last am nächsten liegt, bis zum zulässigen Grenzwert für dieses oder eines der anderen Seile ein Bereich der zulässigen Belastung ermittelt wird und daß schließlich die dem Mittelwert dieses Bereiches entsprechende Größe des Ankerstromes des zugehörigen Hubwerksmotors als Korrekturgröße für den Sollwert der Drehzahlregeleinrichtung verwendet wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an im Ankerstromkreis der Hubwerksmotoren (M. bis HL·) angeordnete Stromwandler (12) eine Gedächtnisschaltung (3) angeschlossen ist, die den dem oberen und dem unteren Grenzwert des zulässigen Belastungsbereiches entsprechenden Maximal- bzw. Minimalwert des Ankerstromes speichert, und der Gedächtnisschaltung eine Rechenschaltung (4) zur Ermittlung des Mittelwertes der gespeicherten Ankerstromwerte nachgeschaltet ist.

3- Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Vergleicher (13) aus dem Mittelwert (I₀) und dem Istwert (I) des Ankerstromes gebildete Differenz einer Regeleinrichtung (H) zugeführt ist, deren Ausgangssignal über einen Schalter (15) auf den Eingang des Drehzahlreglers (9) schaltbar ist.

40ao42/ü337

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