DE2618388A1

DE2618388A1 - INDEPENDENT CONTROL FOR DAMPING LOAD VIBRATIONS IN CRANES WITH ROPE HOIST

Info

Publication number: DE2618388A1
Application number: DE19762618388
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Hoffmann; Siegfried Ing Grad Kiesow
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1976-04-27
Filing date: 1976-04-27
Publication date: 1977-11-17
Also published as: SE7704778L; FR2349531A1; FI771304A; NL7703860A; JPS52149752A; NO771426L

Description

Dr. RER. POL. DR.-ING.Dr. RER. POLE. DR.-ING. Karl f. MöLLERiNG LÜBECK, den 26. April 1976Karl f. MöLLERiNG LÜBECK, April 26, 1976 PATENTANWALT ELSASSER STR. 31PATENT LAWYER ELSASSER STR. 31 Binkkonto: FERNRUF 63055Bink account: FERNRUF 63055 Dresdner B«nk AG. LObedc . J C 1 O O O ODresdner Bank AG. LObedc. J C 1 OOOO Poit»*«*kontoi Hamburg 46646-206 Df. Dr. Mo/nib ' O Ni O OPoit "*" * account Hamburg 46646-206 Df. Mo / nib 'O Ni O O

PAT 5808PAT 5808

O&K Orenstein & Koppel Aktiengesellschaft Werk Lübeck 2400 Lübeck 1, Einsiedelstraße 6O&K Orenstein & Koppel Aktiengesellschaft Lübeck plant 2400 Lübeck 1, Einsiedelstrasse 6

Automatic control for damping load oscillations in cranes with rope hoists

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Drehwerks- bzw. Laufkatzensteuerung zur Dämpfung von Lastschwingungen bei Kränen mit Seilhubwerk.The invention relates to an automatic slewing gear or trolley control for damping load vibrations in cranes with rope hoists.

Es ist bekannt, daß eine am Seil hängende Last nach dem Anfahren des Drehwerkes fczw. der Laufkatze zunächst der Ausleger- bzw. Lauflcatzenbewegung nachläuft und anschließend eine Schwingbewegung ausführt. Diese Schwingbewegung ist für einen sicheren Kranbetrieb und zum exakten Anfahren des Zielpunktes störend. Der Kranführer versucht deshalb die Schwingbewegung durch geschickte manuelle Steuerung der Drehwerks- bzw. Laufkatzengeschwindigkeit abzubauen. Dies setzt aber Erfahrung voraus und kann einen ungeübten Kranführer überfordern. Für die selbsttätige Steuerung zum Dämpfen von Lastschwingungeh sind verschiedene Vorschläge bekannt, die entweder die Seilschräglage (DT-OS 1756441, DT-OS 1950885. DT-OS 1920737, DT-OS 2005323) die horizontale Seilkraftkomponente (DT-OS 1806281) oder die Periodendauer der Schwingung (DT-OS 2022745, DT-OS 2421613) als Eingangssignal für eine Steuerung des Antriebes des Drehwerkes bzw. der Laufkatze verwenden. Die Erzeugung derartiger Eingangssignale erfordert in allen Fällen aufwendige Meßeinrichtungen. Andererseits können die Eingangssignale einerseits wiederum nur in aufwendigen Steuerungseinrichtungen in ein schwingungsdämpfendwirkendesStellsignal umgewandelt werden. Im übrigen ist es schwierig, die für den Anfahrvorgang notwendige SeiISchräglage und eine ggfs. vorhandene Schrägstellung des Kranes bei der Steuerung zu berücksichtigen.It is known that a load hanging on the rope after starting the slewing gear fczw. the trolley initially follows the boom or trolley movement and then performs an oscillating movement. This oscillating movement is disruptive for safe crane operation and for the exact approach to the target point. The crane operator therefore tries to reduce the oscillating movement by skillful manual control of the slewing gear or trolley speed. But this presupposes experience ahead and can overwhelm an inexperienced crane operator. There are various options for the automatic control for damping load oscillations Suggestions known that either the rope incline (DT-OS 1756441, DT-OS 1950885. DT-OS 1920737, DT-OS 2005323) the horizontal rope force component (DT-OS 1806281) or the period of the oscillation (DT-OS 2022745, DT-OS 2421613) as the input signal to control the drive of the slewing gear or the trolley. The generation of such input signals requires complex measuring devices in all cases. On the other hand, on the one hand, the input signals can only be converted into a vibration-damping control signal in complex control devices being transformed. In addition, it is difficult to find the one necessary for the start-up process Be inclined and any inclination of the crane at the control to consider.

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Dr. rer. pol. Dr.-Ing. Karl F. Mölleriüfc PATENTANWALTDr. rer. pole. Dr.-Ing. Karl F. Mölleriüfc PATENT ADVOCATE

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Verhinderung des Pendeins einer von einem Kran frei herabhängenden Last beim Versetzen des Kranes bekannt, bei der bei einer gewünschten Pendeldämpfung ein Impuls an den Antrieb gegeben wird, der die Bremse öffnet und den Antriebsmotor freikuppelt- Dadurch werden bestimmte Bewegungen von dem schräghängenden LastseiI auf den Kran übertragen, wobei die Reibung in der Lagerung des Kranes oder die durch einen Motor getriebene Antriebsvorrichtung die kinetische oder statische Energie der Last verringert und damit das Pendeln dämpft. Nachteilig ist/ daß der Leistungsfluß vollständig unterbrochen wird und daß auch hier bei Schrägstellung des Krans weitere Schwierigkeiten auftreten. (DT-OS 214 69 35)There is also a method for preventing the pendulum of a load hanging freely from a crane when moving the crane, in which a pulse is given to the drive when the oscillation damping is desired, which opens the brake and disengages the drive motor the inclined load rope transferred to the crane, the friction in the bearing of the crane or the drive device driven by a motor reducing the kinetic or static energy of the load and thus dampening the oscillation. The disadvantage is / that the power flow is completely interrupted and that here, too, further difficulties arise when the crane is tilted. (DT-OS 214 69 35)

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, den unvermeidbaren ersten Schwingungsausschlag so klein wie möglich zu halten und die dennoch auftretende Schwingbewegung so schnell wie möglich vollständig abzubauen, d.h. zu dämpfen. Gleichzeitig soll die für den Antrieb notwendige Maximal leistung gesenkt werden.The invention is based on the object of the unavoidable first oscillation deflection to keep it as small as possible and to completely reduce the oscillating movement as quickly as possible, i.e. to dampen it. Simultaneously the maximum power required for the drive is to be reduced.

Die Erfindung besteht bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung darin, daß oberhalb einer bestimmten Leistung des Dreh-bzw. Laufkatzenantriebes bei steigendem Lastmoment die Geschwindigkeit des Drehwerks bzw. der Laufkatze selbsttätig gesenkt und bei sinkendem Lastmomente die Geschwindigkeit des Drehwerks bzw. der Laufkatze selbsttätig gesteigert wird. Die Erfindung hat mehrere Vorteile:The invention consists in the device described above that above a certain performance of the turning or. Trolley drive with increasing load torque the speed of the slewing gear or the trolley is automatically reduced and at decreasing load torque the speed of the slewing gear or the trolley automatically is increased. The invention has several advantages:

Erstens sinkt das Maximal drehmoment nach dem Anfahren schnell ab und der erste unvermeidbare Schwingungsausschlog bleibt klein. Zweitens wird die Geschwindigkeit im positiven Momentenbereich beim Vorschwingen der Last selbsttätig schneller bzw. beim Zurückschwingen der Last selbsttätig langsamer und dadurch die Schwingbewegung selbsttätig abgebaut. Weiterhin besteht der Vorteil, daß die Maximal leistung klein bleibt. Weiterhin können das Eingangssignal für die Steuerung (hydr. Druck bzw. elektrischer Strom) auf einfache Weise abgegriffen werden. Schließlich besteht der Vorteil, daß das Eingangssignal auf einfache Weise in ein dämpfend wirkendes Stellsignal umgewandelt werden kann.First, the maximum torque drops quickly after starting and the first unavoidable oscillation excursion remains small. Second is the speed In the positive torque range, when the load swings forward, it is automatically faster or when the load is swinging back, it is automatically slower, and thus the swinging movement automatically dismantled. There is also the advantage that the maximum power remains small. Furthermore, the input signal for the control (hydraulic pressure resp. electrical current) can be tapped in a simple manner. Finally, there is the advantage that the input signal can be converted into a damping signal in a simple manner Control signal can be converted.

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Dr. rer. pol. Dr.-Ing. Karl F. Mölieriag PATENTANWALTDr. rer. pole. Dr.-Ing. Karl F. Mölieriag PATENT ADVOCATE

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Weitere Einzelheiten der Erfindung und insbesondere die einzelnen Phaseides Anfahr- und Auspendelvorganges werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Erfindung erläutert, und zwar zeigenFurther details of the invention and in particular the individual phaseides start-up and Commuting process are based on the embodiments shown in the drawing the invention explained, namely show

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen TriebFig. 1 is a graphical representation of the dependency between drive

moment bzw. Bremsmoment einerseits und der Geschwindigkeit andererseits (Geschwindigkeits-Drehmoment-Kennfeld) des Drehwerksbzw. Laufkatzenantriebes sowie darunter die Relativlagen der Last in bezug auf den Ausleger bzw. die Le-fkatze in den im Kennfeld eingetragenen einzelnen Stellungentorque or braking torque on the one hand and the speed on the other hand (speed-torque map) of the Drehwerksbzw. Trolley drive as well as the relative positions of the load in relation to the boom or the trolley in the map registered individual positions

Fig. 2 Zwei Schaltungen eines hydraulischen Antriebes eines Dreh- bzw.Fig. 2 Two circuits of a hydraulic drive of a rotary or

LaufkranesOverhead traveling cranes

Fig. 3 Zwei Schaltungen eines elektrisch angetriebenen Dreh- bzw.Fig. 3 Two circuits of an electrically driven rotary or

LaufkranesOverhead traveling cranes

Es sei davon ausgegangen, daß-der Drehkran bzw. Laufkran ruht.It is assumed that the slewing crane or overhead crane is at rest.

Nach dem Einschalten der Drehwerks - bzw. Laufkatzenbewegung steigt zunächst das Triebmoment von 0 auf 1. Danach wird zunächst die Trägheitsmasse des Auslegers bzw. der Laufkatze beschleunigt. Hierfür steht im Bereich 1-2 das Maximaldrehmoment und im Bereich 2-3 ein mit der Drehzahl abfallendes Drehmoment zur Verfügung. Die bei 1 noch unter dem Ausleger bzw. der Laufkatze hängende Last bleibt zunächst zurück und wird erst durch den Schrägzug des Seiles beschleunigt. Nach Erreichen der maximalen Seilschräglage, die aufgrund der Drehmomentabschneidung 2-3 klein bleibt, beginnt die Last vorzuschwingen, wodurch sich das Rückhaltemoment verringert. Der Ausleger bzw. die Laufkatze bewegt sich entsprechend der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie schneller und mindert die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Last und Ausleger bzw. Laufkatze. Der Ausleger bzw. die Laufkatze erreichen aber auch bei 3 noch nicht die Geschwindigkeit der durchschwingenden Last, so daß diese vorschwingt undAfter switching on the slewing gear or trolley movement, it initially rises the drive torque from 0 to 1. After that, the inertia mass of the boom or the trolley accelerates. For this, the maximum torque is in the 1-2 range and a torque that decreases with the speed is available in the range 2-3. The load still hanging under the boom or the trolley at 1 remains for the time being back and is only accelerated by the diagonal pull of the rope. After reaching the maximum rope inclination, which remains small due to the torque cut-off 2-3, the load begins to oscillate, which reduces the restraint torque. The boom or the trolley moves according to the speed-torque characteristic faster and reduces the speed difference between load and boom or trolley. The boom or the trolley still reach at 3 not the speed of the load swinging through, so that it swings forward and

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Dr. rer. pol. Dr.-Inj. Kar! F. Meilering PATENTANWALTDr. rer. pole. Dr.-Inj. Kar! F. Meilering PATENT ADVOCATE

ein negatives Lastmoment erzeugt 4. Bei größeren Bremsmomenten wird der Ausleger bzw. die Laufkatze aufgrund der auch hier wirksamen Drehmomentabschneidung langsamer 4-5, so daß sich der Schwingungsausschlag zunächst verstärkt 5. Diese Verstärkung wird beim Zurückschwingen wieder aufgehoben, weil die aufgrund der Schräglage auf die Last wirkende Negafivbeschleunigung durch das Schnellerwerden des Auslegers bzw. der Laufkatze 5-6 nur eine verkürzte Zeit wirksam ist. Die Last schwingt nach hinten durch und erzeugt ein positives Lastmoment, welches den Ausleger bzw. die Laufkatze erneut verzögert 7-8 und dadurch den Schwingungsausschlag verkleinert. Beim erneuten Vorschwingen 8-9 aus einem kleinen Schwingungsausschlag heraus, Hegt die Durchschwingungsgeschwindigkeit unter der maximalen Geschwindigkeit des Auslegers bzw. der Laufkatze, so daß der Ausleger bzw. die Laufkatze über die LGst fahren kann und mit dieser synchron weiterfährt.a negative load torque is generated 4. With larger braking torques, the boom will or the trolley due to the torque cut-off that is also effective here slower 4-5, so that the oscillation amplitude increases at first 5. This reinforcement is canceled when swinging back, because the Negative acceleration acting on the load due to the inclination the faster the boom or the trolley 5-6 is only effective for a shortened time. The load swings backwards and creates a positive one Load moment, which again decelerates the boom or the trolley 7-8 and thereby the oscillation amplitude is reduced. When swinging again 8-9 from a small one Oscillation amplitude out, the oscillation speed lies below the maximum speed of the boom or the trolley, so that the boom or the trolley can travel over the LGst and continue to travel synchronously with it.

Die vorstehend beschriebene Steuerung des Antriebes bzw. das vorstehend erläuterte* Kennfeld kann sowohl mit einem hydrostatischen als auch mit einem elektrsichen Antrieb folgendermaßen verwirklicht werden. Beim hydrostatischen Antrieb gemäß Figur 2 α im geschlossenen Kreislauf strömt die Flüssigkeit vom Konstantmotor direkt zur Verstellpumpe 21 zurück. Der je nach Richtung des Lastmoments in der Unken oder rechten Verbindungsleitung wirksame Hochdruck wird über ein Wechselventil 23 abgegriffen und einem Steuergerät 24 zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt oberhalb einer bestimmten Leistung ein Stellsignal, welches das Hubvolumen der Verstellpumpe 21 bei steigendem Betriebsdruck selbsttätig verringert bzw. bei fallendem Betriebsdruck selbsttätig vergrößert und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Konstantmotors 20 in Abhängigkeit vom Lastmoment steuert. Beim hydrostatischen Antrieb gemäß Figur 2 b wird eine Verstellpumpe 25 und ein Verstellmotor 26 verwendet. Der über das Wechselventil 27 abgegriffene Hochdruck wird dem Steuergerät 28 zugeführt, dessen Stellsignal auf den Verstellmotor 26 wirkt. Oberhalb einer bestimmten Leistung wird des Hubvolumen desThe control of the drive described above or the map explained above can be implemented as follows both with a hydrostatic and with an electric drive. In the case of the hydrostatic drive according to FIG. 2 α in a closed circuit, the liquid flows back from the fixed-displacement motor directly to the variable displacement pump 21. The high pressure effective depending on the direction of the load torque in the toe or right connecting line is tapped via a shuttle valve 23 and fed to a control unit 24. Above a certain power, this control unit generates a control signal which automatically reduces the displacement of the variable displacement pump 21 when the operating pressure rises or automatically increases it when the operating pressure falls, thereby controlling the output speed of the constant motor 20 as a function of the load torque. In the hydrostatic drive according to FIG. 2 b, a variable displacement pump 25 and a variable displacement motor 26 are used. The high pressure picked up via the shuttle valve 27 is fed to the control unit 28, the control signal of which acts on the adjusting motor 26. Above a certain power, the stroke volume of the

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Dr. rer. pol. Dr.-lng. Karl F. Malierin* PATENTANWALTDr. rer. pole. Dr.-lng. Karl F. Malierin * PATENT ADVOCATE

Verstellmotors 26 bei steigendem Betriebsdruck selbsttätig vergrößert bzw. bei fallendem Betriebsdruck selbsttätig verkleinert und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Verstel!motors 26 in Abhängigkeit vom Lastmoment gesteuert.Adjusting motor 26 automatically increases or when the operating pressure rises decreasing operating pressure and thereby the output speed of the adjusting motor 26 is controlled as a function of the load torque.

Beim elektrischen Antrieb gemäß Fig. 3 a mit verstellbarem Gleichstromgenerator 29 und konstantem Gleichstrommotor 30 wird über einem Widerstand 31 eine dem Strom zwischen Gleichstromgenerator 29 und Gleichstrommotor 30 proportionale Spannung abgegriffen und über einen Gleichrichter 32 dem Steuergerät 33 zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt ein Stellsignal, welches oberhalb einer bestimmten Leistung das Feld des Gleichstromgenerators 29 bei steigender Stromstärke selbsttätig schwächt bzw. bei fallender Stromstärke selbsttätig verstärkt und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Gleichstrommotors 30 in Abhängigkeit vom Drehmoment steuert.In the case of the electric drive according to FIG. 3a with an adjustable direct current generator 29 and constant DC motor 30 is connected to the current through a resistor 31 DC generator 29 and DC motor 30 tapped and proportional voltage The control unit 33 is supplied via a rectifier 32. This control unit generates a control signal, which above a certain power the field of the DC generator 29 automatically weakens or at increasing current intensity falling current strength automatically amplified and thereby the output speed of the DC motor 30 controls depending on the torque.

Beim elektrischen Antrieb gemäß Figur 3 b mit verstellbarem Gleichstromgenerator 34 und verstellbarem Gleichstrommotor 35 wird über einem Widerstand 36 eine dem Strom zwischen Gleichstromgenerator 34 und Gleichstrommotor 35 proportionale Spannung abgegriffen und über einen Gleichrichter 37 dem Steuergerät 38 zugeführt. Dieses Steuergerät erzeugt ein Stellsignal, welches oberhalb einer bestimmten Leistung das Feld des Gleichstrommotors 35 bei steigender Stromstärke selbsttätig verstärkt bzw. bei fd lender Stromstärke selbsttätig schwächt und dadurch die Abtriebsdrehzahl des Gleichstrommotors 35 in Abhängigkeit vom Drehmoment steuert.In the case of the electric drive according to FIG. 3 b with an adjustable direct current generator 34 and adjustable DC motor 35 is a resistor 36 proportional to the current between DC generator 34 and DC motor 35 Voltage is tapped and fed to control unit 38 via a rectifier 37. This control unit generates a control signal, which is above a certain power the field of the direct current motor 35 automatically amplifies with increasing current strength or automatically weakens when the current is low and thereby the output speed of the DC motor 35 controls depending on the torque.

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Claims

Dr.rer.poI.Dr.-Ing.KarlF.Möliericg Patent Attorney Lübeck, 26th ApN I 1976 Dr. Dr. Mö / hb potenton sayings

1. Drive for slewing and trolley cranes with cable hoist, characterized that above a certain power of the slewing or trolley drive with increasing load torque the speed of the slewing gear or the The trolley is lowered automatically and the speed of the slewing gear or the trolley is increased automatically when the load torque drops.

2. Hydraulic drive according to claim T, characterized in that that both main lines of the hydraulic drive (20,21) are connected to a control unit (24) via a shuttle valve (23), which at increasing operating pressure, the stroke volume of the variable displacement pump (21) automatically scaled down.

3. Hydraulic drive according to claim 1, characterized in that both main lines of the hydraulic drive (25 , 26) are connected via a shuttle valve (27) to a control unit (28) which automatically increases the displacement of the adjusting motor (26) when the operating pressure drops .

4. Electric drive with Leonard set according to claim 1, characterized in that that a voltage proportional to the current is tapped on one of the main lines, which is transmitted to the control unit (33) via a rectifier (32) acts in such a way that with increasing current strength the field of the direct current generator (29) is automatically weakened.

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Dr. rer. pol. Dr.-Ing. Karl F. Möileriag PATENTANWALTDr. rer. pole. Dr.-Ing. Karl F. Möileriag PATENT ADVOCATE

5. Electric drive with Leonard set according to claim 1, characterized in that that a voltage proportional to the current is tapped on one of the main lines, which is transmitted to the control unit (38) via the rectifier (37) acts in such a way that with increasing current strength the field of the direct current motor (35) is automatically strengthened.

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