DE3335402A1 - Anordnung zum daempfen von schwingungen einer an einem seil eines krans oder anderen hebezeuges haengenden last - Google Patents

Description

• Anordnung zum Dämpfen von Schwingungen einer an einem
• Seil eines Krans oder anderen Hebezeuges hängenden Last Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Dämpfen von Schwingungen einer an einem Seil eines Krans oder anderen Hebezeuges hängenden Last, bei der das Seil über mindestens eine Umlenkrolle geführt und auf einer Windentrommel mit elektrischem Antriebsmotor aufgewickelt ist, dem eine Drehzahlregeleinrichtung mit einem Vergleicher zugeordnet ist, an dessen einem Eingang ein von einem Steuerhebel oder einer Automatik vorgebbarer Drehzahl-Sollwert und an dessen anderem Eingang der negative Drehzahl-Istwert der Windentrommel bzw. des Antriebsmotors ansteht.
• Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE-PS 20 22 745 bekannt. Hierbei wird dem Drehzahlregler ein Sollwert automatisch oder durch Betätigen eines Steuerhebels von Hand zugeführt. Der Drehzahl-Istwert für die Regelung wird an der Windentrommel oder an dem Antriebsmotor erfaßt. Der Drehzahlregelung ist eine Ankerstromregelung unterlagert, wobei der Stromregler für eine Beschleunigung des Antriebes unter Begrenzung des zulässigen Ankerstromes sorgt.
• Höhere geforderte Umschlagleistungen bei Kranen werden durch größere Antriebsbeschleunigungen gelöst. Dabei können insbesondere beim Anheben und Absenken der Last vertikale Schwingungen auftreten, die ein Aufschlagen der Last verursachen, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit der vertikale Lastschwingungen bei Anwendung hoher Antriebsbeschleunigungen und Verzögerungen verringert werden können.
• Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer dem Lasthaken am nächsten liegenden Seilabgangsrolle eine Anordnung zur Weg- bzw. Geschwindigkeitserfassung angeordnet ist, deren Ausgangssignal als zusätzliches Drehzahlsignal über einen Rechenbaustein einem dritten Eingang des als Summierglied ausgebildeten Vergleichers im Sinne einer Dämpfung von longitutinalen Lastschwingungen zugeführt ist.
• Auf diese wird dem Drehzahlregler ein Zusatzsignal zugeführt, das über die Regeleinrichtung die beim Beschleunigen und Verzögern des Antriebs hervorgerufenen Dehungsschwingungen des Seiles ausgleicht und damit vertikale Lastschwingungen erheblich verringert.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Dämpfung vertikaler Lastschwingungen eines Hebezeugs, Fig. 2 ein als Wipp-Drehkran ausgebildetes Hebezeug mit elektromotorisch angetriebenem Hubwerk Fig. 3 ein Blockschaltbild einer anderen Einrichtung zur Dämpfung vertikaler Lastschwingungen eines Hebezeuges und Fig. 4 eine Ausgestaltung des Differenziergliedes gemäß Fig. 3.
• In Fig. 2 ist mit 1 ein Kranturm bezeichnet, der einen Ausleger 2 besitzt, welcher über ein Wippwerk 3 hydraulisch betätigbar ist. Ein Seil 4 mit einem Kranhaken 5 ist über Seilrollen 6, 7 am Ende des Auslegers 2 und Seilrollen 8, 9 an der Spitze des Kranturms 1 zu einer Windentrommel 10 geführt, die über ein Getriebe von einem Elektromotor 11 angetrieben wird. Zur Drehzahlerfassung der Windentrommel 10 dient eine Tachomaschine 12.
• Wie Fig. 1 zeigt, wird der Elektromotor 11 über einen Thyristorstromrichter 14 4 aus dem Netz gespeist. Dem Thyristorstromrichter 14 ist eine Drehzahlregeleinrichtung 15 zugeordnet, der ein Signal A n von einem als Summierglied ausgebildeten Vergleichers 16 zugeführt wird. An den ersten Eingang 18 des Vergleichers 16 wird ein Sollwert n5011 vorgegeben, der durch Betätigen eines Steuerhebels 17 einstellbar ist, während an den zweiten Eingang 19 der in der Tachomaschine 12 gebildete negative Drehzahl-Istwert nist über einen Meßumformer M gegeben wird. Dem Drehzahlregler 15 ist ein Stromregler 21 unterlagert. An diesen gibt der Drehzahlregler 15 die Regelabweichung zwischen Soll- und Ist-Drehzahl als Ankerstromsollwert IAsoll. In einem Stromwandler 22 wird der Ankerstrom erfaßt und über einen Meßumformer M als Ankerstrom-Istwert IAist an den Stromregler 21 gegeben. Der schnelle Stromregler sorgt für eine Beschleunigung des Antriebes unter Begrenzung des zulässigen Ankerstromes.
• An der dem Lasthaken 5 am nächsten liegenden Seil.Umlenkrolle 7 ist eine Anordnung 13 zur Geschwindigkeitserfassung angeordnet, deren Ausgangssignal n7 einem Rechenbaustein 23 zugebildet wird, dessen Ausgangssignal als zusätzliches Drehzahlsignal nzus an einen zusätzlichen Eingang 20 des dem Drehzahlregler vorgeschalteten Vergleichers 16 gegeben wird. Der Rechenbaustein 23 enthält einen Subtrahierer 24, dessen einem Eingang das Drehzahl-Istwert-Signal der Windentrommel 10 bzw. des Antriebsmotors 11 und dessen anderem Eingang das Drehzahlsignal der Seil-Umlenkrolle 7 zugeführt wird.
• Beim Beschleunigen oder Verzögern der Windentrommel folgt die Last der Drehzahländerung in einem dynamischen Schwingungsvorgang, der durch die Seildehnung verursacht wird. Eine Lastschwingung wird bereits im Entstehen durch die Einwirkung des zusätzlichen Drehzahlsignals nzus gedämpft, indem der Windenantrieb entsprechend dem Vorzeichen und der Höhe des zusätzlichen Drehzahlsignals zusätzlich beschleunigt wird.
• Wird z.B. eine am Lasthaken 5 mit gleichförmiger Geschwindigkeit nach unten bewegte Last abgebremst, so nimmt die Drehzahl der Seilumlenkrolle 7 einen um die Seildehnungsänderung größeren Wert an als die Drehzahl der Trommel 10. Es wird angenommen, daß beim Senkvorgang die Soll- und Istwerte positiv gezählt werden. Am Ausgang des Rechenbausteines 23 steht dann ein positives Drehzahldifferenzsignal an, das als zusätzliches Drehzahlsignal nzus dem negativen Eingang 20 des Summiergliedes 16 zugeführt wird. Dadurch entsteht eine negative Regelabweichung, so daß der Antrieb entgegen der Senkrichtung beschleunigt wird, was einer beginnenden vertikalen Lastschwingung entgegenwirkt. Der Zusatz-Sollwert nzus kann im zeitlichen Verlauf sowohl positive als auch negative Werte annehmen, wobei der Drehzahlregler sinngemäß handelt.
• In Fig. 3 ist der Rechenbaustein 23 um ein Differenzierglied 29 erweitert, das dem Subtrahierer 24 nachgeschaltet ist und zweckmäßigerweise einstellbar ist. Das Differenzieren der Drehzahl-Differenz zwischen dem an Seil-Umlenkrolle 7 erfaßten zusätzlichen Istwert und dem Drehzahl-Istwert des Motors 11 isoliert die Störgröße der Vertikalschwingungen der Last bzw. der Längs schwingung des Seiles. Nach Glättung der hochfrequenten Einschlüsse im Glättungsglied 27 wird das Signal über den Vergleicher 16 dem Drehzahlregler 15 zugeführt. Der als Differenzierglied 29 ausgebildete Rechenbaustein 23 ist im einfachsten Fall ein Kondensator 28 mit nachgeschaltetem Proportionalverstärker 25, der über einen Rückkopplungswiderstand 26 einstellbar ist. Durch Verändern des Widerstandswertes des Rückkopplungswiderstandes 26 kann ein Wichtungsfaktor x eingestellt werden, der die geometrischen Verhältnisse des Hebezeuges, wie die Seillänge a zwischen Windentrommel und Seilabgangsrolle 7 (Fig. 2) und die freie Seillänge b zwischen Abgangsrolle 7 und Kranhaken 5 berücksichtigt. Am Ausgang des Differenzierz des 29 steht dann das zusätzliche Drehzahlsignal an, das nach Glättung an den zusätzlichen Eingang 20 des Vergleichers 16 zugeführt wird. Der Wichtungsfaktor x kann für eine einfache Optimierung während eines Betriebsablaufes fest eingestellt sein. Die Wirkungsweise ist ähnlich wie dies bereits zu Fig. 1 beschrieben ist, es wird jedoch ein schnelleres Ansprechen des Reglers bereits im Entstehen der Schwingung und eine raschere Ausregelung erzielt.
• Der Wichtungsfaktor x kann - wie Fig. 4 zeigt - auch wegabhängig unter Berücksichtigung der Seillängen a und b verändert werden. Hierzu istnebendem Wippwerk 3 parallel zur Verbindungslinie der Rollen 8 und 6 ein an sich bekannter Weggeber, z.B. ein Schiebewiderstand 30, angebracht (Fig. 2) und an der Abgangsrolle 7 eine Wegerfassung in Form eines Drehpotentiometers 31. Bei paralleler Anbringung des Schiebewiderstandes 30 zur Verbindungslinie der Rollen 8 und 6 ist nach dem Ähnlichkeitssatz die Strecke d zwischen den Rollen 8 und 6 proportional dem Schleifweg des Schiebewiderstandes 30.
• Die Verstärkung des Proportionalverstärkers 25 ist durch das Verhältnis der Summe der Widerstände 30 bis 32 zum Widerstand R gegeben. Zur Anpassung an die wirklichen Gegebenheiten wird der Widerstand 32 proportional zum Abstand h der Windentrommel 10 zu der Rolle 9 ausgelegt.
• Der Widerstand 30 berücksichtigt die Anzahl der Seilführungen zwischen den Rollen 8, 6, 9, 7 und verändert sich proportional dem Abstand d zwischen den Rollen 8 und 6 und der Widerstand 31 proportional dem Abstand b des Lasthakens 5 von der Seilrolle 7.
• Auf diese Weise kann die Regelung jedem Betriebszustand des Hebezeuges optimal angepaßt werden, da sich die Verstärkung des differenzierten Signals den sich jeweils im Betrieb ändernden Seillängen selbsttätigt anpaßt.
• 4 Patentansprüche 4 Figuren Bezugszeichenliste 1 Kranturm 2 Ausleger 3 Wippwerk 4 Seil 5 Kranhaken 6, 7 Seilrollen 8, 9 Seilrollen 10 Windentrommel 11 Elektromotor für das Hubwerk 12 Tachomaschine zur Drehzahlerfassung 13 Anordnung zur Geschwindigkeitserfassung 14 Thyristorstromrichter 15 Drehzahlregeleinrichtung 16 Vergleicher 17 Steuerhebel 18 erster Eingang 19 zweiter Eingang 20 zusätzlicher Eingang 21 Stromregler 22 Stromwandler 23 Rechenbaustein 24 Subtrahierer 25 Proportionalverstärker 26 Rückkopplungswiderstand 27 Glättungsglied 28 Kondensator 29 Differenzierglied 30 - 32 Widerstände a, b Seillängen d, h Abstand x Wichtungsfaktor R Widerstand L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Patentansprüche 1. Anordnung zum Dämpfen von Schwingungen einer an einem Seil eines Krans oder anderen Hebezeuges hängenden Last, bei der das Seil über mindestens eine Umlenkrolle geführt und auf einer Windentrommel mit elektrischem Antriebsmotor aufgewickelt ist, dem eine DrehzahlregeT-einrichtung mit einem Vergleicher zugeordnet ist, an dessen einem Eingang ein von einem Steuerhebel oder einer Automatik vorgebbarer Drehzahl-Sollwert und an dessen anderem Eingang der negative Drehzahl-Istwert der Windentrommel bzw. des Antriebsmotors ansteht, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an einer dem Lasthaken (5) am nächsten liegenden Seilabgangsrolle (7) eine Anordnung (13) zur Weg- bzw. Geschwindigkeitserfassung angeordnet ist, deren Ausgangssignal als zusätzliches Drehzahlsignal über einen Rechenbaustein (23) einem dritten Eingang (20) des als Summierglied ausgebildeten Vergleichers (16) im Sinne einer Dämpfung von longitutinalen Lastschwingungen zugeführt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Rechenbaustein (23) einen Subtrahierer (24) enthält, dessen einem Eingang das Drehzahl-Istwertsignal der Windentrommel (10) bzw.

   des Antriebsmotors (11) und dessen anderem Eingang das Drehzahlsignal der Seil-Abgangsrolle (7) zugeführt wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß dem Subtrahierer (24) ein Differenzierglied (29) nachgeschaltet ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verstärkung des Differenziergliedes (29) abhängig von der Seillänge selbsttätig verändert wird.