DE2707654A1

DE2707654A1 - Vorrichtung zum steuern der vertikalen bewegung eines kranhakens

Info

Publication number: DE2707654A1
Application number: DE19772707654
Authority: DE
Inventors: Andrew Guy Kerr; Robert Arthur Morley
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1977-02-23
Publication date: 1977-09-01
Also published as: US4118012A; NO770632L; NL7702079A; AU2269677A; AU503993B2; JPS52112988A; GB1567471A; CA1051414A; FR2342238A1

Description

Vorrichtung zum Steuern der vertikalen Bewegung eines Kranhakens

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der vertikalen Bewegung des Hakens eines Kranes, der auf einem von zwei relativ zueinander beweglichen Orten angeordnet ist.

Ein Transport zwischen beweglichen Orten oder Stationen ist z.B. bei Schiffen erforderlich, wobei der Kranhaken eines Schiffes zum anderen Schiff gebracht wird, wobei

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Fodsdtedc MOndien 86779-807 (BLZ 70010080) Devftdie Bonk MOndien 73>26440 (BLZ 70070010) Bayer. Vereintbank MOndien «5921 (BLZ 70020270) S.W.I.F.T. adreu BVBE DE MM Hypobcmk MSndwn 3180049702 (BLZ 70020044) S.W.I.F.T. adres. HYPO DE MM

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horizontale Bewegungskomponenten zwischen dem Haken und dem anderen Schiff in der Regel durch Bewegungen des Krans aufgefangen werden können. Wenn solche Bewegungen nicht voll ausgeglichen werden sollten, so stellt dies jedoch keine unzulässig große Gefahr für das Deck des Schiffes dar. Andererseits kann eine vertikale Bewegung zwischen dem Haken und dem Schiff gefährlich für Besatzung und Schiff sein, da sich der Haken dem Schiffsdeck nähern muß, um die Last an ihm befestigen oder von ihm lösen zu können. Eine Steuerung dieser vertikalen Bewegung wird durch zwei Faktoren bestimmt. Wenn der Kran einen an einem Seil hängenden Haken aufweist und ein Motor verwendet wird, um eine Last von vielen Tonnen zu heben, wobei das Seil an einer Windentrommel befestigt ist, so ist der Motor in der Regel nicht geeignet, schnelle Korrekturbewegungen auszuführen bezüglich der Position des Hakens. Ferner ist häufig unabhängig von der Bauart des Krans der Arbeitsplatz des Kranführers so gelegen, daß er nicht in der Lage ist, das Ausmaß von vertikalen Bewegungen des Hakens und/oder des Schiffes zu beurteilen, um den Haken richtig zu manövrieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung zu schaffen für einen Kran, der auf einem von zwei relativ zueinander beweglichen Orten aufgestellt ist, um die vertikale Bewegung des Kranhakens unter Vermeidung der oben genannten Nachteile zu steuern.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen am Haken angebrachten Wandler zu Erzeugung eines Signals, das auf die Abweichung von einem gewünschten vertikalen Abstand zwischen der zweiten Station und dem Haken bezogen ist, ferner durch Servo-Einrichtungen, die auf ein Fehlersignal vom Wandler ansprechen, um den Haken zu heben oder zu senken, um die

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gewünschte vertikale Position bzw. den gewünschten vertikalen Abstand herzustellen.

Der Wandler kann ein Steuerseil aufweisen, das von ihm zur zweiten Station verläuft und er kann so ausgebildet sein, daß er kein Fehlersignal abgibt, wenn das Steuerseil eine vorgegebene Spannung hat und daβ er ein Fehlersignal abgibt, um den Haken anzuheben, wenn die Stärke der Spannung geringer ist als ein vorgegebener Wert und daß er ferner ein Fehlersignal abgibt, um den Haken abzusenken, wenn die Spannung den vorgegebenen Wert überschreitet.

Der Wandler kann ein Potentiometer aufweisen, das an eine Potentialquelle gelegt ist und einen SchJäoer aufweist, der das Fehlersignal liefert, derart, daß wenn der Schieber in einer vorgegebenen Position zwischen seinen Endstellungen ist, er ein Null-Fehlersignal erzeugt. Der Wandler kann ferner eine Vorspanneinrichtung aufweisen, um den Schieber in eine Endstellung zu bewegen, wobei der Schieber entgegen dieser Vorspannung verschiebbar ist, um ihn in eine Position in Übereinstimmung mit der an das Steuerseil angelegten Spannung zu bringen.

Der Wandler kann ferner Einrichtungen aufweisen, die auf eine Spannung im Steuerseil ansprechen, die niedriger als ein vorgegebener Mindestwert ist, um eine Tätigkeit der Steuereinrichtung zu sperren. Der Wandler kann ferner einen Funksender aufweisen, um im Wandler erzeugte Signale an einen Empfänger auf der den Kran tragenden Station zu senden.

In der Beschreibung wird die Bezeichnung Haken oder Hakenanordnung für den Teil des Kranes verwendet, an dem eine Last befestigbar ist. Diese Bezeichnung soll alle bekannten Anordnungen für die Lastbefestigung umfassen, wie z.B. auch

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Elektromagnete oder Greifer.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Kransteuerung bzw. eine Kranhakensteuerung zeigt.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Kranhakens, um die Anordnung des Wandlers darzustellen.

Fig. 3 zeigt einen Teil des Wandlers, insbesondere die

elektromechanisch^ Anordnung in Verbindung mit dem Steuerseil.

Fig. 1 zeigt einen Kran 10, der auf einer ersten, nicht gezeigten Station montiert ist, die z.B ein Schiff oder eine Meeresplattform des ortsfesten oder schwimmenden Typs sein kann, und er ist so angeordnet, daß sein Ausleger 11 die üblichen Schwenkbewegungen ausführen kann, gesteuert von einem Kranführer, der in einer Kabine sitzt, die am Kran angebracht ist. Der Kran hat eine Windentrommel 12, die durch einen Hydraulikmotor 13 getrieben ist und auf der ein Seil 14 aufgewickelt ist. Das Seil 14 erstreckt sich längs des Auslegers und über eine Rolle 15, von wo aus das Seil vertikal herabhängt und an seinem Ende einen Kranhaken 16 trägt. Die Windentrommel ist ferner mit einem hydraulischen Servomotor 17 koppelbar und kann durch diesen angetrieben werden, gesteuert durch ein elektrisch betätigtes Proportionalventil 18. Der Servomotor hat nicht die Hubkapazität des Hauptmotors, aber er spricht auf Steuersignale an und kann die Trommel schneller steuern. Eine zweite Station 20 beisteht z.B. aus einem Schiff, das kleiner ist als die Station, auf der der Kran angeordnet ist und das sich bezüglich der

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ersten Station und damit auch gegenüber dem Haken mit der Wellenbewegung des Meeres bewegt. Das Schiff 20 trägt eine Last 21, die an dem Haken mit Hilfe von Schlingen 22 durch eine Bedienungsperson 23 befestigt werden soll.

Fig. 2 zeigt den Haken 16 im Detail, wobei an dem Haken ein Wandler 24 angebracht ist, der ein Steuerseil 25 aufweist, das vom Wandler herabhängt und eine Länge von etwa 6 Meter hat. Der Wandler ist schematisch in Flg. 3 gezeigt und er umfaßt ein Widerstandspotentiometer 26 mit festen Klemmen und 28 sowie einen Schieber 29, der an eine Fehlersignal-Klemme 30 angeschlossen ist. Der Schieber 29 ist mit einem Stößel 31 verbunden und durch diesen bewegbar, wobei der letztere durch den Haken 16 getragen ist und relativ zu diesem mit Hilfe des Steuerseiles 25 bewegbar ist. Der Stößel ist mit einer Schulter 32 versehen, zwischen welcher und dem Haken 16 eine Vorspannfeder 33 angeordnet ist. Die Schulter und die Feder sind so angeordnet, daß, wenn im Steuerseil keine Spannung vorhanden ist, der Schieber des Potentiometers in eine Endstellung (der oberen, wie gezeigt) seines Weges gebracht wird. In dieser Position kann der Stößel 31 einen Mikroschalter 34 betätigen, der den Betrieb der Steuereinrichtung sperrt, d.h. wenn das Steuerseil 25 frei nach unten hängt, ist die Steuereinrichtung gesperrt und sie wird nur in Betrieb gesetzt, wenn eine Kraft, die an das Steuerseil angelegt wird, den Stößel und den Schieber 29 von ihrer oberen Endstellung gegen die Kraft der Feder 33 wegzieht.

Der Wandler ist ferner mit einem Sender 35 versehen, durch den die Signale vom Schieber 29 und vom Schalter 34 an einen Empfänger 36 des Steuersystems des Krans übertragen bzw. gesendet werden.

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Eine vom Kran getragene Steuereinheit 37 umfaßt einen Servo-Verstärker 38, an den Fehlersignale vom Wandler 17 über den Empfänger 36 gegeben werden, und der ein Servosignal an das Ventil 18 gibt, womit die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Servomotors gewählt wird. Die Steuereinheit 37 umfaßt ferner eine Sperreinrichtung 39, die auf einen Wählschalter 40 des Kranführers anspricht, sowie auf den Schalter 34 des Wandlers, um den Betrieb des Verstärkers 38 zu erlauben.

Wenn die Last 21 vom Schiff 20 abgehoben werden soll, manövriert der Kranführer den Kran durch Dreh- und Schwenkbewegungen und durch Abwickeln des Seiles von der Trommel 12 mit Hilfe des Hauptmotors 13 bis der Haken 16 über dem Deck des Schiffes angeordnet ist in einer Höhe, die der Länge des Steuerseiles 25, also etwa 6 Meter, entspricht. In diesem Zeitpunkt wählt der Kranführer durch Betätigung des Schalters 40 die Servosteuerung an, wodurch ein Signal an die Sperrschaltung 39 gegeben wird. Ein Mitglied der Besatzung 23 erfaßt das Steuerseil 25 und spannt es durch Ziehen am Seil. Die Bewegung des Stößels 31 (Fig. 2) von seiner oberen Position weg führt zu einem Signal vom Schalter 34, das ebenfalls an die Sperrschaltung 39 über die Funkverbindung gelegt wird. Die Sperrschaltung 39 entfernt das Sperrsignal vom Verstärker 38 und durch das Potentiometer" signal vom Wandler 16 wird der Servomotor 17 eingeschaltet. Die Vorspannfederλ 33 ist so gewählt, daß eine Spannung von etwa 7 kp den Schieber 29 des Potentiometers veranlaßt, eine mittlere Position einzunehmen, in der ein Null-Fehlersignal an den Servomotor gelegt wird. Während das Seil 25 so gehalten oder am Schiff befestigt wird, wird jede Zunahme oder Abnahme seiner Spannung infolge einer vertikalen Bewegung des Schiffes durch den Servomotor kompensiert, durch den das Seil verlängert oder verkürzt wird. Das heißt, der Haken folgt der vertikalen Bewegung des Schiffes. Wenn diese Situation vorliegt, verstärkt das Besatzungsmitglied 23 die Spannung im Steuerseil 25, wo-

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durch der Haken 16 veranlaßt wird, sich der Last zu nähern, er jedoch nach wie vor der Bewegung des Schiffes folgt. Wenn der Haken tief genug ist, werden die Schlingen 22 an ihm befestigt und das Steuerseil gelockert, bis die Schlingen straff gehalten sind infolge der Aufwärtsgerichteten Zugbewegung des Hilfsmotors.

Auf ein Signal des Besatzungsmitgliedes 23 hin betätigt der Kranführer den Hauptmotor, um die Last anzuheben, so daß sie vom Schiff freikommt, nachdem das Steuerseil freigegeben worden ist.

Die Steuereinrichtung nach der Erfindung kann in Verbindung mit einer Anordnung 41 verwendet werden, die im Seil des Krans eine konstante Spannung aufrechterhält. Bei dieser Anordnung wird die Spannung im Seil als Funktion der Belastung von Rollen 42 bestimmt, über die das Seil läuft, de Lager können hierbei auf Belastungszellen aufliegen oder sie können so ausgebildet sein, daß sie durch die Seilspannung aufeinander zubeweglich sind, aber gegen die Rückstellkraft eines hydraulischen Puffers, der als Seilaufnehmer bei plötzlichen Änderungen der Spannung wirkt. Gemessene Veränderungen der Spannung werden mit einem gewünschten Spannungswert in nicht dargestellten Einrichtungen verglichen und es wird ein Steuersignal an das Ventil 18 gelegt, um den Servomotor 17 zu veranlassen, eine konstante Spannung im Seil 14 gegen die zu hebende Last aufrechtzuerhalten, derart, daß die Schlingen 22 straffgehalten werden. In Kombination mit der Erfindung kann eine solche Möglichkeit gewählt werden, wenn das Steuerseil 25 freigelassen ist und die Steuereinheit gesperrt ist, so daß der Haken weiterhin der Bewegung des Schiffes folgt, bis der Kranführer entscheidet, daß die Bedingungen zum Abheben der Last vom Schiff mit Hilfe des Hauptmotors 13 günstig oder geeignet sind. Diese Entscheidung kann durch eine Hub-Anzeige-

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einrichtung ausgeführt oder unterstützt werden, die Gegenstand einer gleichzeitig eingereichten Anmeldung ist.

Das beschriebene Steuersystem spricht auf ein einfaches Fehlersignal erster Ordnung an. Da die Steuerung der Hakenposition durch Aufwickeln und Abwickeln des Seiles auf und von der Trommel 12 erreicht wird, kann ein Tachogenerator 43 verwendet werden, um ein Geschwindigkeits-Fehlersignal zweiter Ordnung zu erzeugen, um zu erreichen, daß der Haken der Schiffsbewegung gleichmäßiger nachfolgt.

Da horizontale Bewegungen zwischen dem Haken und dem Schiff durch Bewegungen des Krans gesteuert werden, erfährt das Besatzungsmitglied, das das Steuersignal unter Spannung hält, eine Spannungskomponente in Folge solcher Bewegungen, die die Steuerung des vertikalen Abstandes stören könnten. Dies kann vermieden werden, indem für den Stößel des Wandlers eine große Reibungskraft bzw. ein starker Reibungswiderstand gegen eine solche Bewegung geschaffen wird, wenn das Steuerseil unter einem größeren Winkel zur Vertikalen angreift als einem vorgegebenen Winkel.

Der Wandler kann auch eine andere Form haben als ein Widerstandspotentiometer, vorausgesetzt, daß ein Fehlersignal erzeugt wird, das auf die Spannung im Steuerseil oder in anderer Weise auf den vertikalen Abstand zwischen dem Haken und dem Schiff bezogen ist. Ebenso können andere Mittel als eine Funkübertragung verwendet werden, um die Wandlerinformation an die vom Kran getragene Steuereinrichtung zu geben, beispielsweise UltraschallUbertragung oder Kopplung von magnetischen Feldern. Auch kann die Wandlerinformation durch einen Draht übertragen werden, der in das Seil 14 eingebettet ist.

Während die Steuereinheit 37 einen einfachen analogen Verstärker

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verwendet, kann die Verarbeitung der Fehlersignal-Information vom Wandler, Tachogenerator und von der Sperrschaltung auch durch einen digitalen Computer ausgeführt werden, der außerdem andere Funktionen übernehmen kann, z.B. die Verknüpfung zwischen dem Anheben der Last und dem Auslegerwinkel.

Wenn der Haken durch den Hauptmotor betätigt wird und ein schnelles Ansprechverhalten und eine Linearität der erforderlichen Steuerung vorliegt, kann der Hauptmotor 13 auch den Servomotor zum Zwecke der Steuerung der vertikalen Bewegung des Hakens umfassen.

In den meisten Anwendungsfällen ist die Station, die den Kran trägt, relativ stabil bezüglich der Erde, beispielsweise bei Anordnung des Krans auf einem großen Schiff oder einer Plattform oder auf einem Kai, während sich die Station, die die Last trägt, relativ hierzu bewegt. Die Station, die die Last trägt, kann jedoch eine Bewegung relativ zu einer stationären, die Last tragenden Station ausführen, wenn beispielsweise die Station ein Schiff oder ein Hubschrauber ist, oder beide Stationen können sich relativ zur Erde und zueinander bewegen, beispielsweise bei einem Hubschrauber und einem Schiff oder bei zwei Schiffen.

Obwohl bei der beschriebenen Ausfuhrungsform der Haken an einem Seil aufgehängt ist, kann auch ein gelenkiger und drehbarer Arm vorgesehen werden, um den Haken zu tragen.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Steuern der vertikalen Bewegung des Hakens eines Kranes, der auf einer von zwei relativ zueinander beweglichen Stationen angeordnet ist, gekennzeichnet durch einen air. Haken angeordneten Wandler zur Erzeugung eines Signales, das auf die Abweichung von einem gewünschten vertikalen Abstand zwischen der zweiten Station und dem Haken bezogen ist, und durch eine Servoeinrichtung, die auf ein vom Wandler empfangenes Fehlersignal anspricht, um den Haken zu heben oder zu senken, um den gewünschten vertikalen Abstand herzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sender zum Aussenden von Signalen, die der Wandler erzeugt und einen Empfänger auf der den Kran tragenden Station, um die empfangenen Signale an eine Servoeinrichtung zu legen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Sender und der Empfänger mit Funkfrequenz arbeiten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, zur Verwendung in Verbindung mit einem Kran, dessen Haken an einem Seil angehängt ist, gekennzeichnet durch ein elektrisches Kabel zwischen dem Haken und einer Kranwindentrommel,

um vom Wandler erzeugte Signale an die Servoeinrichtung zu legen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler ein Steuer-

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seil aufweist, das sich von diesem zur zweiten Station erstreckt, daß der Wandler so ausgebildet ist, daß er kein Fehlersignal abgibt, wenn das Steuerseil eine vorgegebene Spannung hat, daß er ein Fehlersignal abgibt, um den Haken anzuheben, wenn die Spannung kleiner ist als ein vorgegebener Wert und daß er ein Fehlersignal abgibt, um den Haken abzusenken, wenn die Spannung den vorgegebenen Wert übersteigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler ein Potentiometer aufweist, das an eine Potentialquelle geschaltet ist und einen Schieber besitzt, der das Fehlersignal erzeugt, derart, daß wenn der Schieber in einer vorgegebenen Position zwischen seinen Endstellungen ist, ein Null-Fehlersignal erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung, um den Schieber entgegen der Spannung im Steuerseil in eine seiner Endstellungen zu bringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine erste Schalteinrichtung, die auf den Schieber in seiner einen Endstellung anspricht, um ein Sperrsignal an die Servoeinrichtung zu geben.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Servoeinrichtung einen Verstärker aufweist, um Signale vom Wandler zu empfangen, ferner einen Motor, der auf ein Ausgangssignal des Verstärkers anspricht, um die Kranwinde entsprechend der Stärke und Polarität des Signals zu betätigen.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Servoeinrichtung eine zweite Schalteinrichtung aufweist, die manuell betätigbar ist, ferner eine Sperrschaltung, die auf ein von der ersten oder der zweiten Schalteinrichtung empfangenes Signal anspricht, um das Ausgangssignal des Verstärkers zu sperren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Motor derjenige ist, durch den der Haken anhebbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch einen Tachogenerator, der auf die Drehung des Motors anspricht, um ein Fehlersignal zweiter Ordnung zu erzeugen und an den Verstärker zu geben.

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