DE4030297A1 - Damping of beam vibration in overhead crane - involves vibration absorber mounted on beam - Google Patents
Damping of beam vibration in overhead crane - involves vibration absorber mounted on beamInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kran mit einem langgestreck ten, an wenigstens einer Auflagestelle gestützten, im übrigen jedoch freitragenden Träger, der im Abstand von der Auflagerstelle durch die Hakenlast belastbar ist.The invention relates to a crane with an elongated ten, supported at at least one support point, in the remaining, however, cantilevered, which is at a distance of the bearing point can be loaded by the hook load.
Brückenträger von Brückenkranen oder Ausleger von Turm kranen neigen aufgrund ihrer vielfach großen freitragen den Länge beim Aufnehmen oder Absetzen der Last zu uner wünschten Eigenschwingungen. Kritisch ist insbesondere die Grundschwingung, da sie mit vergleichsweise großer Schwingungsamplitude auftreten kann.Bridge girders for overhead cranes or jibs for towers cranes tend to tilt due to their large cantilever beams length when picking up or setting down the load wanted natural vibrations. It is particularly critical the fundamental vibration as it is comparatively large Vibration amplitude can occur.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Schwingungsneigung eines Krans der gattungsgemäßen Art zu mindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Träger wenigstens ein als Masse-Feder-Schwingungssystem ausgebildeter Schwingungstilger gehalten ist, dessen relativ zum Träger bewegliche Schwingmasse über eine Federung mit dem Träger gekuppelt ist und zusammen mit der Federung eine Resonanzfrequenz bestimmt, die im Bereich einer der im Kranbetrieb sich ergebenden Eigen frequenzen des Trägers liegt.It is an object of the invention to determine the tendency to vibrate to reduce a crane of the generic type. These The object is achieved in that on the Carrier at least one as a mass-spring vibration system trained vibration damper is held, the oscillating mass movable relative to the carrier via a Suspension is coupled to the carrier and together with the suspension determines a resonance frequency, which in Area of one of the properties that arise in crane operation frequencies of the carrier.
Ein solcher vorzugsweise mit einer zusätzlichen, zwischen der Schwingmasse und dem Träger angreifenden Dämpfungs einrichtung versehener Schwingungstilger bildet zusammen mit dem Träger ein gekoppeltes Schwingungssystem und absorbiert zumindest einen Teil der Schwingungsenergie des Trägers, dessen Eigenschwingungen damit gedämpft werden und damit vergleichsweise rasch abklingen. Norma lerweise genügt es, wenn die Resonanzfrequenz eines oder gegebenenfalls mehrerer Schwingungstilger nur auf den Bereich der Grund-Eigenfrequenz des Trägers insbesondere bei betriebsmäßig maximaler Belastung des Trägers abge stimmt ist. Im Einzelfall können jedoch auch Schwingungs tilger für Harmonische, bei einseitig eingespannten Trägern auch für Subharmonische, zusätzlich oder alterna tiv vorhanden sein. Die Schwingungstilger sind zweckmäßigerweise hierbei stets im Schwingungsbauch der Eigenfre quenzschwingung angeordnet.Such preferably with an additional, between the damping mass and the carrier attacking damping device provided vibration damper forms together a coupled vibration system with the carrier and absorbs at least part of the vibrational energy of the wearer, whose natural vibrations are damped become and thus fade away comparatively quickly. Norma It is usually sufficient if the resonance frequency is one or if necessary, several vibration absorbers only on the Range of the fundamental natural frequency of the carrier in particular abge at maximum operational load on the wearer is true. In individual cases, however, vibration can also occur tilger for harmonics, when clamped on one side Carriers also for subharmonic, additional or alterna tiv available. The vibration absorbers are expedient always in the antinode of the eigenfre arranged cross-vibration.
Der Angriffspunkt der Hakenlast am Träger ist bei Kranen der in Rede stehenden Art in aller Regel veränderlich. Das die Hakenlast tragende Seil hängt an einer Laufkatze, die längs des Trägers fahrbar ist. Die Position der Hakenlast längs des Trägers und die Größe der Hakenlast bestimmen mit die Eigenfrequenzen des Trägers, so daß sich ein Resonanzfrequenzbereich ergibt, in welchem Eigenschwingungen des Trägers auftreten können, die durch den Schwingungstilger eliminiert werden sollen. Die Eigenfre quenz nimmt mit Zunahme der am Träger angreifenden Last ab. Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers angenä hert für die maximale Last bemessen wird, also an das untere Ende des betriebsmäßig auftretenden Eigenfrequenz bereichs gelegt wird. Niedrige Resonanzfrequenzen erfor dern eine vergleichsweise hohe Schwingmasse, was sich auch am oberen Ende des Eigenfrequenzbereichs noch aus reichend schwingungsmindernd auswirkt. Die Schwingmasse kann bei entsprechender Wahl der Federkonstante für ein und dieselbe Resonanzfrequenz an sich frei gewählt wer den. Sie sollte aus den vorstehenden Gründen möglichst groß gewählt werden jedoch wird in der Praxis ein Kompro miß einzugehen sein zwischen einer Vergrößerung der Schwingmasse einerseits und einer dadurch verursachten Minderung der Traglast des Krans und/oder der Anforderung gen an die Härte der Federung andererseits. Die Schwing masse liegt zweckmäßigerweise im Bereich von 1 bis 8% vorzugsweise bei etwa 2 bis 4% der maximalen Trägerlast.The point of application of the hook load on the girder is with cranes of the type in question is usually changeable. The rope carrying the hook load hangs on a trolley, which is mobile along the carrier. The position of the Hook load along the beam and the size of the hook load determine with the natural frequencies of the carrier, so that there is a resonance frequency range in which natural vibrations of the carrier can occur, which is caused by the Vibration dampers are to be eliminated. The Eigenfre quenz increases with increasing load on the beam from. It turned out to be particularly cheap when the resonance frequency of the vibration damper is approx is measured for the maximum load, i.e. to the lower end of the operating natural frequency area is laid. Low resonance frequencies required a comparatively high vibrating mass, which is even at the upper end of the natural frequency range has a sufficient vibration-reducing effect. The vibrating mass can with a suitable choice of the spring constant for a and whoever chooses the same resonance frequency per se the. For the above reasons, you should, if possible In practice, a compro will be chosen large to be mistaken between an enlargement of the Vibrating mass on the one hand and one caused by it Reduction of the load capacity of the crane and / or the requirement on the other hand, the hardness of the suspension. The swinging mass suitably lies in the range from 1 to 8% preferably at about 2 to 4% of the maximum carrier load.
Es hat sich als besonders schwingungsmindernd erwiesen, wenn die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers unter halb der zu tilgenden Eigenfrequenz des Trägers liegt, das Schwingungssystem des Schwingungstilgers also unter kritisch an den Träger angekoppelt ist. Die Resonanzfre quenz des Schwingungsträgers liegt hierbei zweckmäßiger Weise zwischen 92% und 98%, insbesondere bei etwa 95% der zu tilgenden Eigenfrequenz.It has proven to be particularly vibration-reducing, if the resonance frequency of the vibration damper below is half the natural frequency of the carrier to be repaid, the vibration system of the vibration damper is below is critically coupled to the carrier. The resonance frequency of the vibration carrier is more appropriate Between 92% and 98%, especially around 95% the natural frequency to be repaid.
Bei der vorzugsweise an dem Schwingungstilger vorgesehe nen Dämpfungseinrichtung handelt es sich zweckmäßigerweise um eine Dämpfungseinrichtung, die eine zur Bewegungsgeschwindigkeit der Schwingmasse zumindest angenähert proportionale Dämpfkraft ausübt. Dämpfungseinrichtungen dieser Art lassen sich betriebssicher insbesondere als hydraulischer Dämpfer ausbilden. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Dämpfungseinrichtungen, insbesondere Reibungsdämpfer, eingesetzt werden können, oder aber daß Federungen benutzt werden, die bereits ausreichende Dämpfungseigenschaften aufgrund der verwendeten Materia lien haben. Federungen dieser Art lassen sich beispiels weise unter Verwendung von gummielastischem Material oder dergleichen aufbauen. Schließlich lassen sich auch pneumatische Dämpfer einsetzen, zumal wenn die innere Reibungsdämpfung des Tilgers hoch ist.In the preferably provided on the vibration damper Nen damping device is expedient a damping device, one for movement speed at least approximate the vibrating mass proportional damping force. Damping devices This type can be used as a reliable Train hydraulic damper. However, it goes without saying that other damping devices, in particular Friction damper, can be used, or that Suspensions are used that are already sufficient Damping properties due to the materia used lien have. Suspensions of this type can be used, for example wise using rubber-elastic material or build up the like. Finally, too Use pneumatic dampers, especially if the inner one The damping of the damper is high.
Um die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers an die Eigenfrequenz des Trägers anpassen zu können, ist zweckmäßigerweise die Federhärte und/oder die Schwingmasse justierbar. Die Federung, die die Schwingmasse in beiden Schwingungsrichtungen mit dem Träger kuppelt, ist zweckmäßigerweise vorgespannt, wobei die Vorspannung änderbar ist, und die Schwingmasse kann eine Mehrzahl insbesondere scheibenförmiger Gewichtskörper umfassen, die auswechsel bar miteinander verbunden sind.To the resonance frequency of the vibration damper to the To be able to adjust the natural frequency of the carrier is expedient the spring hardness and / or the vibration mass adjustable. The suspension, the swing mass in both Vibration directions couples with the carrier is expedient preloaded, the preload changeable is, and the vibrating mass can in particular a plurality Disc-shaped weight body include the change are connected to one another in cash.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Schwingungstilger einen an einem Ende über ein Gelenk mit dem Träger verbindbaren, die Schwingmasse tragenden Schwinghebel auf, der im Abstand von dem Gelenk über die Federung in beiden Schwingungsrichtungen am Träger abge stützt ist. Der Schwingungshebel, der zweckmäßigerweise im Abstand von dem Gelenk zwischen zwei insbesondere vorgespannten Federn, beispielsweise Schraubendruckfedern, eingespannt ist, erlaubt eine mechanisch stabile, schwing fähige Führung selbst vergleichsweise großer Schwingmas sen auf einer definierten Bahn. Darüber hinaus können die Kräfteverhältnisse durch Ändern des Abstands der Federung bzw. der Schwingmasse und gegebenenfalls der Dämpfungs einrichtung jeweils vom Gelenk aufeinander abgestimmt werden. Angenähert linear geführte Schwingungszustände lassen sich erzielen, wenn die Federung etwa im Schwer punkt der Schwingmasse am Schwinghebel angreift. Die hierbei benötigten, vergleichsweise steifen Federn lassen sich aufgrund des geringen Hubs auch durch gummielasti sche Federn oder auch durch Tellerfedern realisieren. In a preferred embodiment of the invention the vibration damper one at one end via a joint connectable to the carrier, carrying the vibrating mass Rocker arm that is at a distance from the joint over the Suspension abge in both directions of vibration on the carrier is supported. The vibration lever, which is convenient at a distance from the joint between two in particular preloaded springs, for example helical compression springs, is clamped, allows a mechanically stable, swinging able to manage even comparatively large swinging mas on a defined path. In addition, the Force relationships by changing the distance of the suspension or the vibrating mass and possibly the damping device coordinated with each other by the joint will. Approximately linear vibration states can be achieved if the suspension is rough point of the vibrating mass attacks the rocker arm. The leave the comparatively stiff springs required due to the low stroke also by rubber elastic Realize springs or disc springs.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der die Schwing masse tragende Schwinghebel, die Federung und gegebenen falls die Dämpfeinrichtung mittels eines insbesondere als Gehäuse ausgebildeten Gestells zu einer vom Träger unab hängig handhabbaren Baueinheit vereinigt. Ein solcher Schwingungstilger kann auch nachträglich problemlos an einem Träger montiert werden.In a preferred embodiment, this is the oscillation mass-carrying rocker arms, the suspension and given if the damping device by means of a particular as Housing trained rack to one of the carrier easily manageable unit united. Such a Vibration dampers can also be easily applied afterwards mounted on a carrier.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt:The following is an embodiment of the invention be explained in more detail using a drawing. Here shows:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Laufkatzen-Brückenkrans; Figure 1 is a side view of a trolley bridge crane.
Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Schwingungszu stände eines Brückenträgers des Brückenkrans und Fig. 2 is a diagram for explaining the Schwingungszu conditions of a bridge girder of the bridge crane and
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Schwingungstilgers des Brückenkrans nach Fig. 1. Fig. 3 is a side view of a vibration of the bridge crane of FIG. 1.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Brückenkran umfaßt im Abstand voneinander angeordnete Kopfträger 1, in welchen auf ortsfesten Schienen 3 fahrbare Laufräder 5 drehbar gelagert sind. Die Kopfträger 1 sind durch wenig stens einen Haupt- oder Brückenträger 7 verbunden, längs dem eine bei 9 angedeutete Laufkatze fahrbar ist. Die Laufkatze 9 trägt ein Hubwerk 11 für einen an einem Seil 13 hängenden Lasthaken 15.The bridge crane shown schematically in Fig. 1 comprises spaced-apart head carriers 1 , in which 3 movable wheels 5 are rotatably mounted on fixed rails. The head supports 1 are connected by at least one main or bridge support 7 , along which a trolley indicated at 9 can be moved. The trolley 9 carries a lifting mechanism 11 for a load hook 15 hanging on a rope 13 .
Aufgrund der vielfach großen freitragenden Länge des Brückenträgers 7 können beim Aufnehmen oder Absetzen der Last unerwünschte Schwingungen in der Vertikalebene des Brückenträgers 7 auftreten.Due to the often large unsupported length of the bridge girder 7 , undesirable vibrations can occur in the vertical plane of the bridge girder 7 when the load is picked up or set down.
Wie Fig. 2 zeigt, können sich bei einem Brückenkran der vorstehenden Art Schwingungen ausbilden, die etwa im Bereich der durch die Schienen 3 gebildeten Auflagestel len Schwingungsknoten 17 haben. Die bei 19 angedeutete Grundschwingung hat die niedrigste Eigenfrequenz und, abhängig von der Position der Laufkatze 9, einen Schwin gungsbauch etwa in der Mitte des Brückenträgers 7. Die bei 21 dargestellte erste Oberschwingung hat einen Schwin gungsknoten etwa in der Mitte des Brückenträgers 7 und eine kleinere Amplitude. Weitere Oberschwingungen sind ebenfalls möglich.As shown in FIG. 2, vibrations can form in a bridge crane of the above type, which have vibration nodes 17 approximately in the region of the support positions formed by the rails 3 . The basic vibration indicated at 19 has the lowest natural frequency and, depending on the position of the trolley 9 , a vibration belly approximately in the middle of the bridge beam 7 . The first harmonic shown at 21 has a vibration node approximately in the middle of the bridge girder 7 and a smaller amplitude. Further harmonics are also possible.
Die Grundschwingung erreicht vielfach eine unerwünscht große Amplitude mit der Gefahr von Schäden an der Kon struktion des Brückenkrans oder dessen Schienen. Um rasches Abklingen der Schwingungsamplitude zu erreichen, ist etwa in der Mitte des Brückenträgers 7, und zwar zur Minderung der Bauhöhe seitlich davon, ein Schwingungstil ger 23 angebracht. Der Schwingungstilger 23 ist als gesonderte Baueinheit ausgebildet, jedoch fest mit dem Brückenträger 7 verbunden. Der Schwingungsträger 23 umfaßt ein gehäuseartiges Gestell 25, in welchem ein etwa horizontal sich erstreckender Schwinghebel 27 angeordnet ist. Der Schwinghebel 27 ist an seinem einen Ende über ein Gelenk 29 um eine etwa horizontal verlaufende Achse schwenkbar an dem Gestell 25 gelagert und greift mit seinem anderen Ende zwischen zwei übereinander angeordne te Schraubendruckfedern 31, 33, die mit ihren schwinghe belfernen Enden an dem Gestell 25 abgestützt sind. Ab standjustierscheiben 35 zwischen der unteren Feder 33 und dem Gestell 25 sowie ein justierbares Widerlager 37 zwischen der oberen Feder 31 und dem Gestell 25 erlauben sowohl die Justierung der Ruhelage des Schwinghebels 27 als auch der Vorspannung der Federn 31, 33. Zwischen dem Gelenk 29 und den Federn 31, 33 ist an dem Schwinghebel 27 eine Schwingmasse 39 in Form eines durch Schrauben 41 zusammengehaltenen Pakets aus Metallscheiben 43 ange bracht. Die Zahl der Metallscheiben 43 ist zur Justierung des Gewichts der Schwingmasse 39 änderbar. Zwischen einem gestellfesten Gelenk 45 und einem Ansatz 47 des Schwing hebels 27 ist ein hydraulischer Dämpfer 49 angelenkt, der die Schwingbewegung des aus der Schwingmasse 39 und den Federn 31, 33 bestehenden Schwingungssystems dämpft. Der Dämpfer 49 hat hierzu eine der Bewegungsgeschwindigkeit der Schwingmasse 39 angenähert proportionale Dämpfungs kraft. Mit anderen Worten, die Dämpfungskraft nimmt angenähert proportional mit der Bewegungsgeschwindigkeit zu.The fundamental vibration often reaches an undesirably large amplitude with the risk of damage to the construction of the overhead crane or its rails. In order to achieve rapid decay of the vibration amplitude, a vibration style 23 is attached approximately in the middle of the bridge girder 7 , specifically to reduce the overall height of it. The vibration damper 23 is designed as a separate structural unit, but is firmly connected to the bridge support 7 . The vibration carrier 23 comprises a housing-like frame 25 , in which an approximately horizontally extending rocker arm 27 is arranged. The rocker arm 27 is pivotally mounted on the frame 25 at one end via a joint 29 about an approximately horizontal axis and engages with its other end between two superimposed te helical compression springs 31 , 33 , which have their ends at the frame 25 at their distant ends are supported. From leveling discs 35 between the lower spring 33 and the frame 25 and an adjustable abutment 37 between the upper spring 31 and the frame 25 allow both the adjustment of the rest position of the rocker arm 27 and the bias of the springs 31 , 33rd Between the joint 29 and the springs 31 , 33 , an oscillating mass 39 in the form of a package of metal disks 43 held together by screws 41 is placed on the oscillating lever 27 . The number of metal disks 43 can be changed to adjust the weight of the oscillating mass 39 . A hydraulic damper 49 is articulated between a frame-fixed joint 45 and a shoulder 47 of the oscillating lever 27 , which dampens the oscillating movement of the oscillating system consisting of the oscillating mass 39 and the springs 31 , 33 . For this purpose, the damper 49 has a damping force which is approximately proportional to the movement speed of the oscillating mass 39 . In other words, the damping force increases in proportion to the speed of movement.
Die Resonanzfrequenz des aus der Schwingmasse 39, dem Schwinghebel 27, dem Dämpfer 49 und den Federn 31, 33 bestehenden Schwingsystems ist etwas kleiner als die mittlere betriebsmäßig auftretende niedrigste Grundeigenfrequenz des Brückenträgers 7, die sich aus dem Schwingungsverhalten des Brückenträgers 7 einschließlich der in der Mitte des Brückenträgers 7 sich befindenden maximal belasteten Laufkatze 9 ergibt. Zweckmäßigerweise liegt die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers 23 zwischen 92% und 98%, vorzugsweise bei etwa 95% dieser Grund-Eigenschwingung.The resonance frequency of the oscillating system consisting of the oscillating mass 39 , the oscillating lever 27 , the damper 49 and the springs 31 , 33 is somewhat lower than the mean lowest operational fundamental frequency of the bridge girder 7 , which arises from the vibration behavior of the bridge girder 7, including that in the middle of the bridge girder 7 located maximum loaded trolley 9 results. The resonance frequency of the vibration absorber 23 is expediently between 92% and 98%, preferably around 95% of this basic natural vibration.
An dem Brückenträger 7 können, wie dies bei 23′ darge stellt ist, weitere Schwingungstilger angebracht sein, die auf Eigenfrequenzen höherer Ordnung abgestimmt sind. Der in Fig. 1 dargestellte Schwingungstilger 23′ ist angenähert im Schwingungsbauch der ersten Oberschwingung angeordnet und auf die erste Oberschwingung unterkritisch abgestimmt. Es versteht sich, daß symmetrisch auf der gegenüberliegenden Seite des Schwingungstilgers 23, d. h. am Ort des zweiten Schwingungsbauchs, ein weiterer auf die erste Oberschwingung abgestimmter Schwingungstilger vorgesehen sein kann. On the bridge support 7 , as shown at 23 'Darge, further vibration absorbers can be attached, which are tuned to natural frequencies of higher order. The vibration absorber 23 shown in Fig. 1 'is arranged approximately in the antinode of the first harmonic and sub-critically tuned to the first harmonic. It goes without saying that a further vibration damper matched to the first harmonic can be provided symmetrically on the opposite side of the vibration damper 23 , ie at the location of the second vibration antinode.
In einem praktisch ausgeführten Beispiel eines Brücken krans für eine maximale Last von 16 t mit 24 m Brücken- Spannweite und einem Längsgewicht von 200 kg/m seines Brückenträgers hat ein Schwingungstilger der vorstehend erläuterten Art eine Schwingmasse von einigen 100 kg bei Schraubendruckfedern mit einer Federkonstante von etwa 500 N·sec/m oder weniger und einer Länge des Schwinghebels von etwa 1 m. Als hydraulischer Dämpfer kann ein Dämpfer mit einer geschwindigkeitsproportionalen Dämpfungskonstante von 2000 Ns/m verwendet werden.In a practical example of a bridge cranes for a maximum load of 16 t with 24 m bridge Span and a longitudinal weight of 200 kg / m of his The bridge girder has a vibration damper of the above explained type a vibration mass of some 100 kg Helical compression springs with a spring constant of approximately 500 N · sec / m or less and a length of the rocker arm of approximately 1 m. As a hydraulic damper, a damper with a speed proportional damping constant of 2000 Ns / m can be used.
Während der maximal belastete Brückenträger ohne Schwin gungstilger etwa 1 bis 2 Minuten benötigte, bis eine beim Anheben angefachte Schwingung abgeklungen war, konnte unter Einsatz des Schwingungstilgers bei einer Schwing masse von etwa 5% der maximalen Trägerlast die Schwing zeit auf weniger als 20 sec. gemindert werden.During the maximum loaded bridge girder without swin gungstilger took about 1 to 2 minutes to get one Lifting fanned vibration had subsided, could using the vibration damper on a swing mass of about 5% of the maximum beam load time can be reduced to less than 20 seconds.
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DE19904030297 DE4030297A1 (en) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | Damping of beam vibration in overhead crane - involves vibration absorber mounted on beam |
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- 1990-09-25 DE DE19904030297 patent/DE4030297A1/en not_active Withdrawn
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