DE2910057A1 - Lastmomentbegrenzer fuer einen kran - Google Patents

Lastmomentbegrenzer fuer einen kran

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DE2910057A1 DE19792910057 DE2910057A DE2910057A1 DE 2910057 A1 DE2910057 A1 DE 2910057A1 DE 19792910057 DE19792910057 DE 19792910057 DE 2910057 A DE2910057 A DE 2910057A DE 2910057 A1 DE2910057 A1 DE 2910057A1
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88Safety gear
    • B66C23/90Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905Devices for indicating or limiting lifting moment electrical

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)

Description

  • Lastmomentbegrenzer für einen Kran
  • Die Erfindung betrifft einen Lastmomentbegrenzer für einen Kran mit einem um eine horizontale Ache und ggf.um eine vertikale Achse schwenkbaren, längenveränderbaren Ausleger, Meßaufnehmern zum Erfassen der für den momentanen Belastungszustand des Krans charkteristischen Ist-Betriebsgrößen, einem digitalen Rechner mit Speicher, in dem Kraft- oder Momentgrenzwerte in Zuordnung zu diskreten Punkten eines mehrdimensionalen Betriebsgrößenfeldes vorprogrammierbar sind, wobei der Rechner durch Interpolation Zwischenwerte der Kraft- oder Momentgrenzwerte für gemessene Ist-Betrebsgrössen ermittelt und einen Vergleicher, der den jeweiligen Grenzwert mit dem gemessenen Istwert der Kraft oder des Momentes vergleicht und bei Gleichheit ein Oberlastsignal auslöst.
  • Es ist ein Lastmomentbegrenzer dieser Art bekannt (DE-OS 26 41 082), dessen Speicher ein Kernspeicher sein und mit Programmiergeräten in Verbindung stehen soll. Ober Aufbau und Erstellung dieses Speichers ist der Druckschrift nichts zu entnehmen.
  • Der Aufbau eines Speichers bei einem Lastmomentbegrenzer für Krane der eingangs genannten Arbzw. eine Vorgehensweise beim Speichern und Ermitteln von Grenzwerten unter Abruf von gespeicherten Werten ist ebenfalls bekannt (Vortragsmanuskript der Friedrich Krupp GmbH, Kruppforschungsinstitut "Mikroprozessoreinsatz bei der Lastmomentbegrenzung von Mobilkränen", RE 111.7.3), wobei Traglastwerte von vorgegebenen Traglastkurven an diskreten Stützpunkten eines Programmspeichers eingespeichert sind. Dabei sind die Anzahl der diskreten Stützpunkte und deren Abstände in einem Rasterfeld für jede zu speichernde Tragmast kurve starr vorgegeben. Zur.Ermittlung von Grenzwerten für Stellung des Auslegers, die zwischen den Stützpunkten liegen, wird nach einer Hyperbelfunktion interpoliert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Speicher und seine Erstellung und damit die Programmierfähigkeit des Lastmomentoegrenzers unter Einsparung von Speicherplätzen flexibler zu ytstalten, wobei gleichzeitis die Genauigkeit der iachbilduiiy der vom Kranhersteller vorgegebenen Grenzwertkurven verbessert werden soll.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Lastmomentbegrenzer der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Speicher mehrere vertikal angeordnete Speicherebenen mit bestimmter Rangfolge der einzelnen Speicherebenen bei der Belegung von Speicherplätzen und beim Abrufen von gespeicherten Werten aufweist, wobei nur in der Speicherebene niedrigsten Ranges Grenz- -werte in Zuordnung zu einer geeigneten Betriebsgröße gespeichert sind und in den übrigen Speicherebenen höheren Ranges zugeordnet zu jeweils anderen Betriebsgrößen Adressen bzw. Kennziffern gespeichert sind, die ein Auswählen der in der jeweils nächstniedrigen Speicherebene gespeicherten Werte ermöglichen.
  • Bei der Erfindung ist ein individueller Verbrauch von Speicherplätzen je nach Verlauf und Länge der einzuspeichernden Grenzwertkurve möglich. So werden zur Speicherung von Grenzwertkurven geringer Länge bzw. Grenzwertkurven weitgehend geraden Verlaufs nur wenige SpeScherplätze belegt. Dagegen können bei sich stark veränderndem Kurvenverlauf der Grenzwertkurve - oder bei langen Grenzwertkurven . viele Stützpunkte gewählt werden. Dies ermöglicht bei sehr vielen Betriebsarten bzw. Rüstzuständen des Krans die Einsparung einer großen Anzahl von Speicherplätzen.
  • Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Speicher erfindungsgemäß keine starre Rasterung mit stets gleichbleibenden Abständen der einzelnen Stützpunkte mehr verwirklicht ist. Die Abstände der Stützpunkte im Raster können je nach Verlauf der nachzubildenden Grenzwertkurve variiert werden. Dies verbessert die Güte der Nachbildung der Grenzwertkurven.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Speicher eine erste Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern und Adressen in Zuordnung zu verschiedenen Rüstzuständen, eine zweite Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern und Adressen in Zuordnung zu diskreten Auslegerlängenwerten und eine dritte Speicherebene zum Speichern von Grenzwerten in Zuordnung zu diskreten Werten von Ausladungen und/oder Schwenkwinkeln des Auslegers umfasst, und daß die erste Speicherebene den ersten Platz, die zweite Speicherebene den zweiten Platz und die dritte Speicherebeneden dritten Platz in der Rangfolge einnehmen.
  • Wegen der Variabilität der Anzahl und des Abstandes der Stützpunkte im Rasterfeld des Speichers genügt gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung, wenn der Rechner zwischen in der dritten Speicherebene gefundenen Grenzmomenten zur Ermittlung des zu dem gemessenen Ist-Betriebszustand des Krans gehörenden Grenzmomentes zweidimensional linear interpoliert, d.h.beispielsweise zwischen zwei über benachbarten Auslegerlängenwerten gespeicherten Grenzmomentwerten bei konstanter Ausladung und zwischen zwei über benachbarten Ausladungswerten gespeicherten Grenzmomenten bei konstanter Auslegerlänge.
  • Gemäß einer Ausführung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, daß in der dritten Speicherebene Grenzmomente für den unbelasteten Leerausleger und für den belasteten Ausleger gespeichert sind, und daß der Rechner zur Ermittlung des allein durch die Last am Kranhaken hervorgerufenen Grenzmomentes die ermittelten Grenzmoment-Leerlauslegerwerte von den Grenzmoment-Gesamtwerten s ; subQtrahiert. Diese Ausführung ist vorteilhaft insbesondere bei einer Erfassen des Ist-Belastungszustandes durch Messung des Gesamtmomentes, beispielsweise durch Messung des Drucks im Wippzylinder des Auslegers.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema eines mobilen Teleskopkrans mi-t wichtigen vorkommenden.
  • Betriebsgrößen; Fig.2 ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Lastmomentbegrenzers gemäß der Erfindung; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Speichers des Lastmomentbegrenzers nach Fig..l; Fig.4 ein dreidimensionales Diagramm zur Veranschaulichung-der in dem Lastmomentbegrenzer zur Ermittlung von Grenzmomenten vorzunehmenden Interpolation.
  • Fig. 1 zeigt schematisch den Ausleger eines mobilen Teleskopkranes.Der teleskopisch ausschiebbare Hauptausleger 1 ist mittels eines Wippzylinders 2, der einen festen Fußpunkt Z an einem nicht gezeichneten-Oberwagen des Kranes hat, in seiner Winkellage gegenüber derVertikalen veränderbar (Winkel o().
  • Am oberen Ende trägt der Hauptausleger 1 einen Vorbau 3, an dem ein Spitzenausleger 4 schwenkbar angelenkt ist (Winkel ). Der Spitzenausleger 4 trägt seinerseits an dem Spitzenauslegerkopf einen Vorbau 5, an dem eine Last Q hängt.Die Last ist mit einem Hubseil 6 anhebbar, das über Rollen 8,9 von einer Seiltrommel 7 zur Last Q geführt ist.
  • Die wichtigen, in Fig. 1 eingezeichneten Betriebsgrößen sindaus der folgenden Liste ersichtlich: LHA = Länge des Hauptauslegers 1 LSPA = Länge des Spitzenauslegers4 HBZ = Hebelarm des Wippzylinders2 L1 = Länge des Vorbaus3für Spitzenauslegeranlenkung L2 = Differenz zwischen Nennlänge der Spitze und tatsächlicher Länge L3 = Länge des Vorbaus5des Spitzenauslegerkopfes D =Abstand zwischen Kranabstützung und Drehkranzmitte = = Winkel des Hauptauslegers zur Vertikalen = = Winkel der Spitze relativ zum Winkel o( R = Radius (Ausladung) AR = Radiusvergrößerung aufgrund der Auslegerdurchbiegung HHub = Abstand des Hubseils vom Drehpunkt des Auslegers SE = Anzahl der Seilscherungen Q = am Kranhaken hängende Last Mges = gesamtes auf den Kran wirkendes Istmoment Mleer= auf den Kran wirkendes Moment des unbelasteten Auslegers Die Ausladung, im folgenden (und auch in der Fig. 3)als "Radius" bezeichnet, ist derjenige Hebelarm, umden der Kran bei Oberlastung kippen kann. Dieser Radius wird nicht von der Mitte des Drehkranzes sondern in einem Abstand D davon genommen, der von der Drehkranzmitte bis zur jeweils gewählten Kranabstützung reicht.
  • Dieser Radius R läßt sich aus den Betriebsgrößen nach folgender Gleichung ermitteln: R = LHA . sinn + L1 . sin (o" + 900) + (LSPA'+ L2)sin(ty+L3.sin(«++9Oc) - 0 Mit Hilfe dieser Gleichung ergibt sich das Gesamtmoment zu Mges - Mleer + Q (R+D) - Q HHub/SE Ein Blockschaltbild für einen Lastmomentbegrenzer ist anhand der Fig. 2 beschieben.
  • Meßaufnehmer für die Ist-Betriebsgrößen, nämlich ein Meßaufnehmer 10 für den Winkel ffi des Spitzenauslegers 4, ein kombinierter Meßaufnehmer 12 für die Länge LHA und den Winkel α des Hauptauslegersl und ein Meßaufnehmer 14 für die Betriebsart, mit welchem über die Kranelektrik 15 der Abstützungsbereich erfaßt wird, und schließlich ein Meßaufnehmer 16 in Form eines Druckmeßgebers, der die Drücke auf den beiden.Seiten des Kolbens 18 des Wippzylinders 2 mißt, führen ihre Meßwerte einen Vorverstärker 20 zu. Dem -kombinierten Meßaufnehmer 12 für die Größen des Hauptauslegers 1 werden Hubendwerte von einem Hubendschalter 11 für den Hauptausleger und von einem Hubendschalter 13 des Spitzenauslegers 4 eingegeben, sobald diese Grenzwerte erreicht werden.
  • Ober eine schematisch angedeutete Verbindung 22 mit 48Leitungen und einen Analog-Digitalwandler 24 ist der Ausgang des Vorverstärkers 20 mit einer digitalen Zentraleinheit verbunden, die einen Computer 28 und einen daran angeordneten Speicher 30 umfaßt.
  • Ober eine Multiplexer-Schaltung 32 ist die Zentraleinheit 26 mit einer Anzeigevorrichtung 34 verbunden. Ferner ist die Zentraleinheit 26 direkt mit einer Abschaltvorrichtung 36 verbunden, welche alle das Lastmoment vergrössernden Bewegungen, insbesondere den Lasthub, abschaltet, wenn das Lastmoment einen kritischen Wert überschreitetet.
  • Der beschriebene Lastmomentbegrenzer arbeitet nach dem Prinzip des Soll-Istwertvergleiches , wobei der Sollwert-ein Grenzwert nämlich das für den momentanen Betriebszustand zulässige-Grenzmoment ist.
  • Dieses Grenzmoment wird von dem Computer 28 aus im Speicher 30 gespeicherten Grenzmomenten ermittelt, während das Ist-Moment nach Messung der Kraft im.Wippzylinder 2 und nach Ermittlung des Radius R nach der oben angegebenen Gleichung durch funktionelle Verknüpfung dieser Grössen gebildet wird.
  • Der Speicher 30 ist so aufgebaut, daß er bei besonders sparsamer Verwendung der Speicherplätze eine gute Nachbildung der vom Kranhersteller vorgegebenen Grenzmomentkurven für alle Betriebszustände ermöglicht. Der Aufbau des Speichers-ist im folgenden anhand der Fig. 3 näher erläutert.
  • Der Speicher 30 hat gemäß Fig. 3 drei Speicherebenen, nämlich eine erste Speicherebene 40 zur Speicherung der Betriebsarten, eine zweite Speicherebene 42 zur Speicherung der sogenannten Längentabelle und eine dritte Speicherebene 44- zur Speicherung einer Radius-/Winkel tabelle. Die Die Speicherung über Radius und Längen ist nötig, weil diese Größen wegen der Veränderbarkeit der Länge LHA des Hauptauslegers 1 (Teleskop) geometrisch unabhängig veränderliche Größen sind.
  • Die drei Speicherebenen sind "vertikal" angeordnet, wobei die Rangfolge der Speicherebenen mit der Speicherebene 40 als höchstrangiger Ebene beginnt und mit der Speicherebene 44. als unterster Speicherebene niedrigsten Ranges endet.
  • Die Abschaltkurven werden sequentiell in den Ebenen abgespeichert.
  • Inder ersten Speicherebene 40 sind Betriebsarten (kurz: BA) gespeichert, wobei für jede Betriebsart eine Kennziffer, die Länge des Spitzenauslegers, der Spitzenwinkel und eine Adresse an die zweite Speicherebene 42 eingespeSchert sind.
  • In der zweiten Speicherebene 42 sind für jede Betriebsart die verschiedenen Teleskopstufenlängen gespeichert, wobei zu jeder Längenstufe Kennziffern und eine Adresse an die Radiustabelle der dritten Speicherebene 44 eingespeichert ist. Die Stufen zwischen den einzelnen Längen können von vier bis maximal zu zweiunddreißig Schritten erweitert werden. Ferner sind in den beiden ersten Speicherebenen Multiplikatoren voon 1 bis 8 für die Länge, den Radius und den Sollwert enthalten, mit denen die gespeicherten Grenzmomentwerte "gedehnt" werden können.
  • In der dritten Speicherebene sind für jede Betriebsart und jede Långenstufe zu einer Anzahl von Radien ein "Sollwert" für das Grenzlastmoment, ein '9Leermomentwert" für das vom unbelasteten Ausleger erzeugte Moment und ein Hebelarm'HHub des Hubseiles bei dem entsprechenden Radius gespeichert.
  • Wenn beispielsweise in der Speicherebene 40 fünf Betriebsarten, ein der zweiten Speicherebene 42 acht Längenschritte und in der dritten Speicherebene acht Radienschritte gespeichert werden, dann werden insgesamt 320 "Stützpunkte" benötigt. Der Speicher kann selbstverständlich nach Bedarf auch mehr Speicherplätze aufweisen.
  • Der Aufbau des Speichers nach Fig. 3 mit der beschriebenen sequentiellen Tabellentechnik läßt wie gesagt eine dynamische Speicherung, d.h. je nach Anforderung eine Variation der Längenschritte und der Ra,dienschritte sowohl hinsichtlich ihrer Anzahl als auch hinsichtlich ihres Abstandes zu. Wie nützlich dies ist, macht das Diagramm nach Fig. 4 deutlich. In Fig. 4 sind über einer Ebene mit/ZW8krecht zueinander stehenden Achsen für die Länge L und den Radius R auf das maximale Gesamtmoment Mmax bezogene Leerausleger-GrenzmomenteM leer in % aufgetragen. Die zu den einzelnen Längenschritten sich ergebenden Kurven sind mit dem Bezugszeichen 46,48, 50,52 bezeichnet. Aufgrund des beschriebenen Speicheraufbaus ist es nun möglich, je nach dem Verlauf der durch die Kurven 46 bis 52 beschriebenen Fläche den Abstand der Kurve passend zu wählen, d.h. die Längenschritte in Richtung der Längenachse L zu verändern und ebenso auch die Punkte auf den Kurven, bei denen die Länge L ja jeweils konstant ist, durch Variation des Abstandes der Radienschritte je nach Kurvenverlauf mit . kleinerem oder größerem Abstand zu wählen. Das Rasterfeld ist also in beiden Richtungen L,R variabel. Die durch die Kurven 46, 52 gebildete Fläche repräsentiert die Leerausleger-Grenzmomentfläche. Von dieser Fläche sind aber nur die diskreten Grenzmomente bekannt, die durch die Punkte auf den Kurven symbolisiert werden. Die Istwerte für die jeweils tatsächlich vorhandene Länge L und den jeweils tatsächlich vorhandenen Radius R im Betrieb liegen zwischen den Stützpunkten. Aufgrund der günstigen, dem Kurvenverlauf anpassbaren Zahl der Stützpunkte genügt es, wenn der Computer 28 zweidimensional linear interpoliert. Hierzu interpoliert er zunächst bei festgehaltenem, dem Betriebspunkt benachbarten kleineren Radius R1 zwischen den Punkten L1R1 und L2R1 , d.h. zwischen der kleineren Länge L1 und der größeren Länge L2 als der Länge am Betriebspunkt LpRp. Dann interpoliert der Rechner bei festgehaltenem größerem Radius R2 zwischen den Punkten L1 R2 und L2 R2 wieder bei kleinerer Länge L1 und größerer Länge L2. Das Ergebnis dieser beiden Interpolationen sind die Grenzmomente an den ZwischenstellenLp, d.h. in Fig. 4 die Punkte Lp R1 und LP R2 bei kleinerem Radius R1 und größerem Radius R2.
  • In einer dritten Interpolation interpoliert der Computer 28-nun zwischen diesen beiden Punkten am Punkt LpRp, d.h. das Leerausleger-Grenzmoment am Betriebspunkt.
  • In gleicher Weise werden die Gesamt-Grenzmomente aus den gespeicherten Gesamtgrenzmomentwerten ermittelt.
  • Um nun den allein durch die Last verursachten Momentenanteil zu erhalten, subtrahiert der Rechner jeweils am Betriebspunkt das ermittelte Leerausleger-Grenzmoment vom ermittelten Gesamt-Grenzmoment.
  • Der beschriebene Lastmomentbegrenzer eignet sich insbesondere für die Ausführung in Mikroprozessor-Technik, die bei geringem gerätetechnischem Aufwand die Ausführung umfangreicher Rechnungen, einfache Anpassung an spezielle Krantypen durch Programmierbarkeit vor Ort, den Selbsttest und weitere Ausbaufähigkeit ermöglicht, um nur einige Vorteile zu'nennen.

Claims (4)

  1. Ansprüche 1. Lastmomentbegrenzer für einen Kran mit einem- um eine-horizontale Achse und ggf. um eine vertikale Achse schwenkbaren, längenveränderbaren Ausleger und Messaufnehmern zum Erfassen der für den momentanen Belastungszustand des Krans charakteristischen Ist-Betriebsgrößen, einem digitalen Rechner mit Speicher, in dem Kraft- oder Momentgrenzwerte in Zuordnung zu diskreten Punkten eines mehrdimensionalen Betriebsgrssenfeldes vorprogrammierbar sind, wobei der Rechner durch Interpolation Zwiscbenwerte der Kraft- oder Momentgrenzwerte für gemessene Betriebsgrbssen ermittelt, und einem Vergleicher, der den ermittelten Grenzwert mit dem gemessenen Istwert der am Kran wirkenden Kraft bzw. des Momentes vergleicht und bei Gleichheit ein Oberlastsignal auslöst, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Speicher mehrere vertikal angeordnete Speicherebenen mit-bestimmter Rangfolge der einzelnen Speicherebenen bei der Belegung von Speicherplätzen und beim Abrufen von gespeicherten Werten aufweist, wobei ntrin der Speicherebene niedrigsten Ranges Kraft- oder Momentgrenzwerte in Zuordnung zu einer geeigneten Betriebsspeichergrösse gespeichert sind und in den übrigen Speicherebenen höheren Ranges zugeordnet zu jeweils anderen Betriebsgrössen Adressen bzw, Kennziffern gespeichert sind, die ein Auswählen der in der jeweils nächstniedrigen Speicherebene gespeicherten Werte ermöglichen.
  2. 2. Lastmomentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n'e t, daß der Speicher eine erste Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern und Adressen in Zuordnung zu verschiedenen RüstzuständenlBetriebsarten),eine i Speicherebene zur Speicherung von Kennziffern und Adressen in Zuordnung zu diskreten Auslegerlangenwerten und eine dritte Speic:.rbene zum Speichern von Grenzwerten in Zuordnung zu diskreten Werten von Ausladungen (Radien)und/oder Schwenkwinkeln des Auslegers umfasst, und daß die erste Speicherebene den ersten Platz, die zweite Speicherebene den zweiten Platz und die dritte Speicherebene den dritten Platz in der Rangfolge einnehmen.
  3. 3. Lastmomentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Rechner zwischen in der dritten Speicherebene gefundenen Grenzmomenten zur Ermittlung des zu dem gemessenen Ist-Betriebszustand des Krans gehörenden Grenzmomentes zweidimensional linear interpoliert.
  4. 4. Lastmomentbegrenzer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß in der dritten Speicherebene Grenzmomente für den unbelasteten Leerausleger und für den belasteten Ausleger gespeichert sind, und daß der Rechner zur Ermittlung des allein durch die Last am Kranhaken hervorgerufenen Grenzmomentes die errechneten Grenzmoment-Leerauslegerwerte von den errechneten Grenzmoment-Gesamtwerteh subtrahiert.
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