DE3335402C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Dämp­ fen 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 auf­ gewickelt ist, dem eine Drehzahlregeleinrichtung mit einem Vergleicher zugeordnet ist, an dessen einem Ein­ gang ein von einem Steuerhebel oder einer Automatik vor­ gebbarer Drehzahl-Sollwert und an dessen anderem Ein­ gang 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 er­ faßt. Der Drehzahlregelung ist eine Ankerstromregelung unterlagert, wobei der Stromregler für eine Beschleuni­ gung 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.

Ausführliche Untersuchungen hinsichtlich der durch die Hub­ bewegungen in vertikaler Richtung hervorgerufenen Schwingun­ gen und konstruktive Abhilfen finden sich beispielsweise in dem Aufsatz "Dynamisches Verhalten großer Verladebrücken" in der Zeitschrift "fördern und heben", 29 (1979), Nr. 11, Seiten 996 bis 1001.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord­ nung anzugeben, mit der vertikale Lastschwingungen bei Anwendung hoher Antriebsbeschleunigungen und Verzöge­ rungen 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 Seil­ abgangsrolle eine Anordnung zur Weg- bzw. Geschwindig­ keitserfassung angeordnet ist, deren Ausgangssignal als zusätzliches Drehzahlsignal über einen Rechenbau­ stein einem dritten Eingang des als Summierglied aus­ gebildeten Vergleichers im Sinne einer Dämpfung von longitudinalen Lastschwingungen zugeführt ist.

Auf diese wird dem Drehzahlregler ein Zusatzsignal zu­ geführt, das über die Regeleinrichtung die beim Be­ schleunigen und Verzögern des Antriebs hervorgerufenen Dehnungsschwingungen des Seiles ausgleicht und damit vertikale Lastschwingungen erheblich verringert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Dämp­ fung 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 ge­ mäß Fig. 3.

In Fig. 2 ist mit 1 ein Kranturm bezeichnet, der einen Ausleger 2 besitzt, welcher über ein Wippwerk 3 hydrau­ lisch 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 ei­ nem Elektromotor 11 angetrieben wird. Zur Drehzahler­ fassung der Windentrommel 10 dient eine Tachomaschine 12.

Wie Fig. 1 zeigt, wird der Elektromotor 11 über einen Thyristorstromrichter 14 aus dem Netz gespeist. Dem Thyristorstromrichter 14 ist eine Drehzahlregeleinrich­ tung 15 zugeordnet, der ein Signal ∆n von einem als Summierglied ausgebildeten Vergleicher 16 zugeführt wird. An den ersten Eingang 18 des Vergleichers 16 wird ein Sollwert n _soll vorgegeben, der durch Betätigen eines Steuerhebels 17 einstellbar ist, während an den zweiten Eingang 19 der in der Tachomaschine 12 gebilde­ te negative Drehzahl-Istwert n _ist über einen Meßumfor­ mer M gegeben wird. Dem Drehzahlregler 15 ist ein Strom­ regler 21 unterlagert. An diesen gibt der Drehzahlreg­ ler 15 die Regelabweichung zwischen Soll- und Ist-Dreh­ zahl als Ankerstromsollwert I _Asoll . In einem Stromwand­ ler 22 wird der Ankerstrom erfaßt und über einen Meß­ umformer M als Ankerstrom-Istwert I _Aist an den Strom­ regler 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-Um­ lenkrolle 7 ist eine Anordnung 13 zur Geschwindigkeits­ erfassung angeordnet, deren Ausgangssignal n ₇ einem Rechenbaustein 23 zugebildet wird, dessen Ausgangssig­ nal als zusätzliches Drehzahlsignal n _zus an einen zu­ sätzlichen Eingang 20 des dem Drehzahlregler vorgeschal­ teten Vergleichers 16 gegeben wird. Der Rechenbaustein 23 enthält einen Subtrahierer 24, dessen einem Ein­ gang 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 verur­ sacht wird. Eine Lastschwingung wird bereits im Ent­ stehen durch die Einwirkung des zusätzlichen Drehzahl­ signals n _zus gedämpft, indem der Windenantrieb entspre­ chend dem Vorzeichen und der Höhe des zusätzlichen Dreh­ zahlsignals beschleunigt wird.

Wird z. B. eine am Lasthaken 5 mit gleichförmiger Ge­ schwindigkeit 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 Dreh­ zahldifferenzsignal an, das als zusätzliches Drehzahl­ signal n _zus dem negativen Eingang 20 des Summiergliedes 16 zugeführt wird. Dadurch entsteht eine negative Re­ gelabweichung, so daß der Antrieb entgegen der Senk­ richtung beschleunigt wird, was einer beginnenden verti­ kalen Lastschwingung entgegenwirkt. Der Zusatz-Sollwert n _zus 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 Differenzier­ glied 29 erweitert, das dem Subtrahierer 24 nachgeschal­ tet ist und zweckmäßigerweise einstellbar ist. Das Dif­ ferenzieren der Drehzahl-Differenz zwischen dem an Seil- Umlenkrolle 7 erfaßten zusätzlichen Istwert und dem Dreh­ zahl-Istwert des Motors 11 isoliert die Störgröße der Vertikalschwingungen der Last bzw. der Längsschwingung des Seiles. Nach Glättung der hochfrequenten Einschlüs­ se im Glättungsglied 27 wird das Signal über den Ver­ gleicher 16 dem Drehzahlregler 15 zugeführt. Der als Differenzierglied 29 ausgebildete Rechenbaustein 23 ist im einfachsten Fall ein Kondensator 28 mit nachgeschal­ tetem Proportionalverstärker 25, der über einen Rück­ kopplungswiderstand 26 einstellbar ist. Durch Verändern des Widerstandswertes des Rückkopplungswiderstandes 26 kann ein Wichtungsfaktor x eingestellt werden, der die geometrischen Verhältnisse des Hebezeuges, wie die Seil­ länge a zwischen Windentrommel und Seilabgangsrolle 7 (Fig. 2) und die freie Seillänge b zwischen Abgangs­ rolle 7 und Kranhaken 5 berücksichtigt. Am Ausgang des Differenziergliedes 29 steht dann das zusätzliche Dreh­ zahlsignal

an, das nach Glättung an den zusätzlichen Eingang 20 des Vergleichers 16 zugeführt wird. Der Wichtungsfaktor x kann für eine einfache Opti­ mierung während eine 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 Schwin­ gung und eine rasche Ausregelung erzielt.

Der Wichtungsfaktor x kann - wie Fig. 4 zeigt - auch weg­ abhängig unter Berücksichtigung der Seillängen a und b verändert werden. Hierzu ist neben dem Wippwerk 3 parallel zur Verbindungslinie der Rollen 8 und 6 ein an sich be­ kannter Weggeber, z. B. ein Schiebewiderstand 30, ange­ bracht (Fig. 2) und an der Abgangsrolle 7 eine Weger­ fassung in Form eines Drehpotentiometers 31. Bei paral­ leler Anbringung des Schiebewiderstandes 30 zur Verbin­ dungslinie der Rollen 8 und 6 ist nach dem Ähnlichkeits­ satz die Strecke d zwischen den Rollen 8 und 6 propor­ tional 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 Seil­ führungen 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 Ver­ stärkung des differenzierten Signals den sich jeweils im Betrieb ändernden Seillängen selbsttätig anpaßt.

• Bezugszeichenliste  1Kranturm 2Ausleger 3Wippwerk 4Seil 5Kranhaken 6, 7Seilrollen 8, 9Seilrollen10Windentrommel11Elektromotor für das Hubwerk12Tachomaschine zur Drehzahlerfassung13Anordnung zur Geschwindigkeitserfassung14Thyristorstromrichter15Drehzahlregeleinrichtung16Vergleicher17Steuerhebel18erster Eingang19zweiter Eingang20zusätzlicher Eingang21Stromregler22Stromwandler23Rechenbaustein24Subtrahierer25Proportionalverstärker26Rückkopplungswiderstand27Glättungsglied28Kondensator29Differenzierglied30-32Widerständea, bSeillängend, hAbstandxWichtungsfaktorRWiderstand

Claims (4)

1. Anordnung zum Dämpfen von Schwingungen einer an ei­ nem 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 Drehzahlregel­ einrichtung mit einem Vergleicher zugeordnet ist, an dessen einem Eingang ein von einem Steuerhebel oder ei­ ner Automatik vorgebbarer Drehzahl-Sollwert und an des­ sen anderem Eingang der negative Drehzahl-Istwert der Windentrommel bzw. des Antriebsmotors ansteht, da­ durch gekennzeichnet, daß an ei­ ner dem Lasthaken (5) am nächsten liegenden Seilabgangs­ rolle (7) eine Anordnung (13) zur Weg- bzw. Geschwin­ digkeitserfassung angeordnet ist, deren Ausgangssignal als zusätzliches Drehzahlsignal über einen Rechenbau­ stein (23) einem dritten Eingang (20) des als Summier­ glied ausgebildeten Vergleichers (16) im Sinne einer Dämpfung von longitudinalen Lastschwingungen zugeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, 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. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dem Subtrahierer (24) ein Differenzierglied (29) nachgeschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstärkung des Dif­ ferenziergliedes (29) abhängig von der Seillänge selbst­ tätig verändert wird.