DE69203425T2

DE69203425T2 - Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine.

Info

Publication number: DE69203425T2
Application number: DE69203425T
Authority: DE
Inventors: Norihiko Hayashi; Hideaki Yoshimatsu
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2012-10-23
Also published as: DE69203425D1; US5217126A; KR960008350B1; JP2564060B2; JPH05116889A; KR930007793A; EP0539207A1; EP0539207B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine wie zum Beispiel einen Kran, die ein drehbares oberes Drehelement wie zum Beispiel einen Ausleger aufweist, welche eine Nennlast in Übereinstimmung mit Ausfahrzuständen von Stützelementen der Baumaschine einstellt und einen Sicherheitsvorgang bzw. eine Sicherheitsoperation wie zum Beispiel ein zwangsweises Anhalten des Antriebs des oberen Drehelements oder eine Alarmierung in Übereinstimmung mit der Nennlast ausführt.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Im allgemeinen ist es bei Baumaschinen des erwähnten Typs wichtig, das Knicken, Umkippen usw. wahrend des Drehvorgangs zu verhindern, und zu diesem Zweck wurden verschiedene Sicherheitsvorrichtungen vorgeschlagen, bei denen die Betätigung eines oberen Drehelements wie zum Beispiel eines Auslegers automatisch gestoppt wird, wenn die Betriebsbedingungen des oberen Drehelements einen Sicherheitsbereich verlassen.
Bei einer herkömmlichen Sicherheitsvorrichtung ist ein Zulässigkeitsbereich gleichmäßig über den gesamten Bereich von 360º eingestellt, unabhängig von einem Drehwinkel des oberen Drehelements bezüglich seiner Achse. Da jedoch ausfahrbare Stützelemente wie zum Beispiel ausfahrbare Hilfsstützen bzw. Abstützfüße, die an einem Kran geschaffen sind, nicht immer vollständig horizontal ausgefahren werden können und die horizontal ausgefahrenen Beträge bzw. Strecken der Stützelemente in Abhängigkeit von einem Arbeitsstandort wie zum Beispiel einer engen Straße zum Teil unterschiedlich sein können, muß der Zulässigkeitsbereich notwendigerweise auch in Abhängigkeit vom Drehwinkel des oberen Drehelements geändert werden.
In der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 57- 27893 ist eine Sicherheitsvorrichtung offenbart, bei welcher ein Betriebszustand eines Krans ständig bzw. jeden Augenblick erfaßt wird und eine Nennlast des Krans aus dem erfaßten Wert und aus den vorher eingestellten Werten der für verschiedene Bedingungen gespeicherten Hubkapazität bestimmt wird und dann eine Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit einem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Nennlast und einer tatsächlichen Last ausgeführt wird.
Eine andere Sicherheitsvorrichtung ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 3-115091 offenbart, bei welcher ein kritischer Betriebsbereich eines Auslegers in Übereinstimmung mit einer horizontal ausgefahrenen Strekke jedes Stützelements eingestellt wird, und eine Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit dem kritischen Betriebsbereich gesteuert wird. Der kritische Betriebsbereich kann derart eingestellt sein, daß, wenn die horizontal ausgefahrenen Strecken des linken und rechten Stützelements voneinander verschieden sind, in bezug auf eine Drehrichtung des Auslegers ein stabiler Abschnitt und ein instabiler Abschnitt bestimmt werden, und ein erster Arbeitsradius für den stabilen Abschnitt eingestellt wird, während für einen am meisten instabilen Abschnitt innerhalb des instabilen Abschnitts ein zweiter Arbeitsradius eingestellt wird, der kleiner als der erste Arbeitsradius ist, und der Arbeitsradius für jeden anderen Abschnitt innerhalb des instabilen Abschnitts kontinuierlich von dem ersten Arbeitsradius zu dem zweiten Arbeitsradius verringert wird.
Da die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 57-27893 offenbarte Vorrichtung jeden Moment eine Nennlast in Übereinstimmung mit den derzeitigen Ausfahrbedingungen der Abstützfüße berechnet, zeigt eine Kurve (Nennlastkurve), welche durch das miteinander Verbinden der Nennlasten bei den verschiedenen mittels der Vorrichtung berechneten Drehwinkeln erzielt wird, ein unregelmäßiges Profil, und infolgedessen gibt es einen Nachteil derart, daß es für den Bediener schwierig ist, die Kurve zu erfassen. Für den Fall, daß zum Beispiel der Ausleger in einen Zustand gedreht ist, in welchem der Arbeitsradius feststehend ist, wird die Nennlast manchmal selbst durch eine kleine Änderung des Drehwinkels plötzlich verringert, und der Bediener kann eine Veränderung der Nennlast durch die Drehbewegung überhaupt nicht voraussagen. Demgemäß ist es erforderlich, daß der Bediener sehr vorsichtig arbeitet.
Andererseits kann mit der in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 3-115091 offenbarten Vorrichtung, da ein zulässiger Arbeitsradius aus einer Hublast an dem oberen Drehelement berechnet wird, und ein zulässiger Betriebsbereich in Übereinstimmung mit dem zulässigen Arbeitsradius eingestellt wird, ein kritischer Betriebsbereich vergleichsweise einfach erfaßt werden. Bei einer Baumaschine wie zum Beispiel einem Kran ist es jedoch im allgemeinen dringend erforderlich, zum Zweck der Sicherheit auf der Basis eines Lastfaktors (Verhältnis der Hublast zur Nennlast) eine Sicherheitsoperation (Alarmierung, Zwangsstop, Anzeigen eines Lastfaktors o. dgl.) zu bewirken, und eine derartige Sicherheitsoperation wird bereits im allgemeinen in weitem Maße ausgeführt. Um mit der vorhergehend beschriebenen Vorrichtung einen kritischen Betriebsbereich zu berechnen, muß jedesmal aus Daten der Nennlast entsprechend den Ausfahrstrecken der Stützelemente und/oder einem Arbeitsradius des oberen Drehelements die Beziehung zwischen einem Arbeitsradius und einem Drehwinkel, wenn die derzeitige Hublast gleich der Nennlast ist, völlig getrennt von der Berechnung eines Lastfaktors berechnet werden. Folglich gibt es einen Nachteil derart, daß die Berechnungsvorrichtung kompliziert ist und die notwendige Kapazität erhöht ist.
Es ist festzustellen, daß, während in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 3-73795 eine Vorrichtung vorgeschlagen ist, bei welcher ein Lastfaktor über den gesamten Umkreis eines oberen Drehelements berechnet wird und als eine Lastfaktor-Abbildung angezeigt wird, in der Veröffentlichung gemäß dem Stand der Technik nicht offenbart ist, wie die Berechnung eines Lastfaktors relativ zu der Arbeitsstellung eines Krans tatsächlich ausgeführt wird. Demgemäß weist die Vorrichtung keine Lösung des vorhergehend beschriebenen Problems auf.
EP-A-0059901 beschreibt eine Mikroprozessor-gesteuerte Vorrichtung für eine Drehleiter oder einen analogen Hubarm. Die Vorrichtung weist Steuerungen zum Anheben oder Absenken, Ausfahren oder Einziehen und Schwenken einer Leiter auf. Die gewünschte Bewegung wird mit Hilfe von manuellen Auswahleinrichtungen realisiert, welche elektrische Signale schaffen, die für einen Mikroprozessor die gewünschte Richtung und Geschwindigkeit repräsentieren, in dessen Speicher die maximalen Bereiche als eine Funktion von verschiedenen auswählbaren und vorbestimmten Parametern gespeichert sind. Der Mikroprozessor steuert auch eine Verlangsamung der Bewegung, wenn die Leiter sich dem maximalen Bereich annähert.
Die US-4833615 beschreibt eine mobile Luftfahrtvorrichtung, die auch entfaltbare Abstützfüße hat, Sensoren für das Abstützfuß-gestützte Gewicht, Sensoren für Ausleger- Azimut, -Höhe und -Ausfahrung und Sensoren für andere Auslegerzustände hat. Ein bordinterner digitaler Computer ist mit den Lasttabellen für die Vorrichtung programmiert. Die verschiedenen Sensorsignale und Lasttabellendaten werden durch den Computer verarbeitet, um die Annäherung an das Umkippen oder an Überlastungszustände festzustellen. Wenn der Ausleger in der Nähe eines gefährlichen Hindernisses betätigt wird, welches umgangen werden soll, wird er zu Beginn dazu gebracht, bestimmte vorbereitende Positionen relativ zu dem Hindernis einzunehmen, und es werden durch den Computer Daten erzeugt, welche aus diesen Positionen einen Bereich im Raum extrapolieren, welcher eine verbotene nahe Annäherung des Auslegers an das Hindernis repräsentiert. Die vorhergehend genannte Information wird dazu benutzt, den Bediener vor der Annäherung eines gefährlichen Zustands zu warnen, und außerdem, um zu verhindern, daß der Kran Bewegungen ausführt, welche ein Umkippen verursachen würden oder welche in den verbotenen Bereich eindringen würden.
Die EP-A-420625 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung für einen Kran, welche eine Sicherheitsoperation ausführen kann, bei welcher eine Beziehung zwischen einem Schwenkzustand eines Auslegers und einem Grenzarbeitsbereich genau in Betracht gezogen wird. Bei der Vorrichtung werden ein Arbeitsradius und ein Schwenkwinkel des Auslegers und Ausfahrstrecken von ausfahrbaren Stützelementen des Krans erfaßt, und ein Grenzarbeitsbereich des Auslegers wird in Übereinstimmung mit einem Gewicht einer Hängelast und den Ausfahrstrecken eingestellt. Es wird ein Restwinkel, um welchen der Ausleger geschwenkt werden kann, bis der eingestellte Grenzarbeitsbereich überschritten wird, berechnet, und außerdem wird eine Bremswinkelbeschleunigung berechnet, mit welcher die Schwenkbewegung des Auslegers gebremst und gestoppt wird, ohne die Hängelast zu erschüttern. Ferner wird ein Schwenkwinkel des Auslegers berechnet, der erforderlich ist, um die Schwenkbewegung des Auslegers mit der Bremswinkelbeschleunigung zu bremsen und anzuhalten, und der folglich berechnete erforderliche Winkel und der Restwinkel werden miteinander verglichen. Folglich wird eine Sicherheitsoperation ausgeführt, bevor der Restwinkel den erforderlichen Winkel übersteigt. Inzwischen werden der eingestellte Grenzarbeitsbereich und der augenblickliche Arbeitsradius und der Schwenkwinkel des Auslegers auf dem gleichen Bildschirm einer Anzeige angezeigt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Wege gefunden, eine Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine wie zum Beispiel einen Kran zu schaffen, welche die gleichen Daten wie die Daten für eine herkömmliche Berechnung eines Lastfaktors verwenden kann, ohne daß spezielle Berechnungen zum Herausfinden von sowohl einem Lastfaktor als auch einem zulässigen Betriebsbereich erforderlich sind.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben außerdem Untersuchungen in bezug auf die Schaffung einer Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine wie zum Beispiel einen Kran vorgenommen, welche einen zulässigen Betriebsbereich einstellen kann, der einfach im Profil und für einen Benutzer leicht zu erfassen ist und eine Differenz zwischen den horizontalen Ausfahrstrecken von Stützelementen in geeigneter Weise in Betracht zieht.
Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurde die vorliegende Erfindung realisiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine geschaffen, welche ein drehbares oberes Drehelement und eine Vielzahl von ausfahrbaren Stützelementen aufweist, und bei welcher eine Hublast an einer festgelegten Position des oberen Drehelements angehängt ist, mit einer Hublast-Erfasssungseinrichtung zum Erfassen einer Hublast an dem oberen Drehelement, einer Arbeitsradius-Erfasssungseinrichtung zum Erfassen eines Arbeitsradius des oberen Drehelements, einer Drehwinkel-Erfasssungseinrichtung zum Erfassen eines Drehwinkels des oberen Drehelements, einer Stützelement-Erfasssungseinrichtung zum Erfassen einer horizontalen Ausfahrstrecke von jedem der Stützelemente, eine Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung zum Berechnen von Nennlasten des oberen Drehelements in Übereinstimmung mit dem Arbeitsradius und den horizontalen Ausfahrstrecken der Stützelemente für verschiedene Drehwinkel und zum Einstellen einer Nennlastkurve über den gesamten Umkreis, eine Lastfaktor-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Lastfaktors in Übereinstimmung mit der mittels der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung berechneten Nennlast, einer ersten Betätigungseinrichtung zum Ausführen einer Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit dem mittels der Lastfaktor-Berechnungseinrichtung berechneten Lastfaktor, und einer zweiten Betätigungseinrichtung zum Ausführen einer Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit der mittels der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung eingestellten Nennlastkurve und einer tatsächlichen Hublast und einem tatsächlichen Drehwinkel des oberen Drehelements, und wobei die Gesamtumkreis-Nennlast- Berechnungseinrichtung eine Berechnungseinrichtung für die vorwärts gerichtete Kapazität zum Berechnen einer ersten Nennlast des oberen Drehelements in bezug auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, eine Berechnungseinrichtung für die seitwärts gerichtete Kapazität zum einzelnen Berechnen von zweiten Nennlasten des oberen Drehelements in bezug auf die linke und die rechte Seite in Übereinstimmung mit Ausfahrzuständen der Stützelemente und eine Nennlast-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Nennlastkurve, welche über den gesamten Umkreis verläuft, in Übereinstimmung mit der ersten Nennlast, der zweiten Nennlast und den Ausfahrzuständen der einzelnen Stützelemente aufweist.
Im folgenden kann "eine Sicherheitsoperation auf der Basis eines Lastfaktors" zusätzlich zu einer Alarmoperation oder einer Zwangsstopp-Operation in Übereinstimmung mit einem konkreten Wert des Lastfaktors ein Anzeigevorgang des Lastfaktors nach außen usw. sein.
Bei der Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine werden eine erste Nennlast, welche eine Kapazität in Vorwärtsrichtung definiert, und eine zweite Nennlast, welche eine Kapazität in Seitwärtsrichtung definiert, in Übereinstimmung mit den horizontalen Ausfahrstrecken der vorderen und hinteren, linken und rechten Stützelemente festgelegt, und eine endgültige Nennlastkurve, welche sich über den gesamten Umkreis erstreckt, wird in Übereinstimmung mit der ersten und der zweiten Nennlast eingestellt. Wenn des weiteren mit Hilfe der Lastfaktor- Berechnungseinrichtung ein Lastfaktor berechnet wird, können die Ergebnisse der Berechnung durch die Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung verwendet werden, wie sie sind.
Mit der Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine kann, da eine Vorwärtskapazität, d. h. eine erste Nennlast in Hinsicht auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, berechnet wird und Seitwärtskapazitäten, d. h. zweite Nennlasten in Hinsicht auf Seitenrichtungen, einzeln für die gegenüberliegende linke und rechte Seite in Übereinstimmung mit Ausfahrzuständen der Stützelemente berechnet werden, und dann aus den ersten und zweiten Nennlasten und den Ausfahrzuständen der Stützelemente Wendewinkel einer Nennlastkurve berechnet werden, woraufhin aus den Richtungsänderungswinkeln abschließend eine Nennlastkurve eingestellt wird, welche sich über den gesamten Umkreis erstreckt, eine Nennlastkurve eingestellt werden, welche die horizontalen Ausfahrstrecken der vorderen und hinteren Stützelemente in Betracht zieht und einfach durch einen Bediener erfaßt werden kann, und infolgedessen kann eine Verbesserung der Bedienbarkeit der Sicherheitsvorrichtung erzielt werden, während die Sicherheit der Baumaschine gesichert ist. Außerdem können, wenn ein Lastfaktor zu berechnen ist und in Übereinstimmung mit der Berechnung ein Sicherheitsvorgang auszuführen ist, die mit Hilfe der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung berechneten Nennlasten verwendet werden, wie sie sind. Infolgedessen ist ein Vorteil derart gegeben, daß die Berechnungsvorrichtung vereinfacht werden kann und deren Kapazität reduziert werden kann.
Die vorhergehend genannten und anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher verständlich, in welchen gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des Hardware-Aufbaus von Eingängen und Ausgängen einer Berechnungs- und Steuereinheit einer Sicherheitsvorrichtung für einen Kran, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsblöcke der Berechnungs- und Steuereinheit gemäß Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsblöcke der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung der Berechnungs- und Steuereinheit gemäß Fig. 1 zeigt.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsblöcke der Bremswinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung der Berechnungs- und Steuereinheit gemäß Fig. 1 zeigt.
Fig. 5 ist ein Ablaufplan, der den Berechnungsvorgang der in Fig. 3 gezeigten Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung veranschaulicht.
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Arbeitsradius und einer in der in Fig. 3 gezeigten Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung gespeicherten Hublast veranschaulicht.
Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die eine Interpolations-Berechnungsoperation einer Nennlast veranschaulicht, die durch die in Fig. 3 gezeigte Gesamtumkreis- Nennlast-Berechnungseinrichtung ausgeführt wird.
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die eine Beziehung zwischen horizontalen Ausfahrstrecken von Abstützfüßen und einem ersten Wendewinkel veranschaulicht.
Fig. 9 ist eine ähnliche Ansicht, aber veranschaulicht ein anderes Einstellverfahren eines ersten Wendewinkels.
Fig. 10(a) ist eine schematische Ansicht, die eine Nennlastkurve zeigt, wenn ein zweiter Wendewinkel nicht eingestellt ist, und Fig. 10(b) ist eine ähnliche Ansicht, aber zeigt eine Nennlastkurve, wenn ein zweiter Wendewinkel eingestellt ist.
Fig. 11 ist eine grafische Darstellung, die eine für den gesamten Umkreis eingestellte Kompression zeigt.
Fig. 12 ist eine schematische Ansicht, die eine mittels der Berechnungs- und Steuereinheit gemäß Fig. 1 eingestellte Nennlastkurve zeigt.
Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand einer Hublast als ein einfaches Pendel veranschaulicht.
Fig. 14 ist eine grafische Darstellung, die eine Gleichung in Hinsicht auf einen Schwenkwinkel und eine Schwenkgeschwindigkeit der Hublast in einem Phasenraum veranschaulicht, und
Fig. 15 ist eine Seitenansicht eines Krans, in welchen die Sicherheitsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Zuerst wird auf Fig. 15 Bezug genommen, in der als eine Baumaschine ein Kran gezeigt ist, in welchen eine Sicherheitsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Der gezeigte Kran ist im allgemeinen mit 10 bezeichnet und weist einen Auslegerfuß 102, der um eine vertikale Welle 101 drehbar ist und als ein oberes Drehelement dient, und einen ausfahrbaren Ausleger B auf, der aus N Auslegerelementen B&sub1; bis BN aufgebaut ist und an dem Auslegerfuß 102 befestigt ist. Der Ausleger B ist derart befestigt, daß er mit einer Schwenkbewegung (Aufwärts- und Abwärtsbewegung) um eine horizontale Welle 103 bewegt wird, und an einem Ende (Auslegerpunkt) des Auslegers B ist mit Hilfe eines Seils 104 eine schwebende Last C angehängt. Es ist festzuhalten, daß Bn (n=1, 2, ..., N) in der folgenden Beschreibung ein n-tes Auslegerelement bezeichnet, von der Seite des Auslegerfußes 102 aus gezählt.
Abstützfüße 105, die als Stützelements dienen, sind an den vier Ecken, vorn und hinten, links und rechts, eines unteren Rahmens des Krans 10 angeordnet und erstrecken sich horizontal seitwärts. Die horizontale Ausfahrstrecke von jedem der Abstützfüße 105 kann einzeln eingestellt werden.
Wie außerdem in Fig. 1 gezeigt ist, sind ein Auslegerlängensensor 11, ein Auslegerwinkelsensor 12, ein Zylinderdrucksensor 13, vier Sensoren 14 für die horizontale Ausfahrstrecke der Abstützfüße, ein Drehwinkelsensor 15, ein Drehwinkelgeschwindigkeitssensor 16 und ein Seillängensensor 17 an dem Kran 10 angeordnet, und Erfassungssignale der Sensoren 11 bis 17 werden in eine Berechnungs- und Steuereinheit 20 eingegeben. Aus der Berechnungs- und Steuereinheit 20 werden die Steuersignale zu einer Alarmeinrichtung 31, einer Anzeige 32 mit einem Anzeigebildschirm und einem Hydraulikkreis 33 zum drehenden Antrieb des Auslegers B ausgegeben.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die einen funktionalen Aufbau der Berechnungs- und Steuereinheit 20 zeigt. Die Berechnungs- und Steuereinheit 20 ist derart aufgebaut, daß sie zwei Steuerungen ausführt, die sich grob in
1) Berechnung und Steuerung hinsichtlich eines Lastfaktors, und
2) Berechnung und Steuerung hinsichtlich einer Nennlastkurve aufteilt.

1) Funktionaler Aufbau hinsichtlich Berechnung und Steuerung des Lastfaktors

Die Berechnungs- und Steuereinheit 20 weist eine Arbeitsradius-Berechnungseinrichtung 21 auf, welche aus einer Auslegerlänge LB und einem Auslegerwinkel φ, die mittels des Auslegerlängensensors 11 bzw. des Auslegerwinkelsensors 12 erfaßt werden, einen Arbeitsradius R einer schwebenden Last C berechnet. Die Hublast-Berechnungseinrichtung 22, die die Hublast-Erfasssungseinrichtung bildet, berechnet eine durch eine tatsächlich gehobene schwebende Last C geschaffene Last W aus der Auslegerlänge LB, dem Auslegerwinkel φ und einem mittels des Zylinderdrucksensors 13 erfaßten Zylinderdruck p eines oberen Auslegerelements.
Die Lastfaktor-Berechnungseinrichtung 23 berechnet auf der Basis der mittels der Hublast-Berechnungseinrichtung 22 berechneten Hublast W des Auslegers B, eines Drehwinkels θ, der mittels des Drehwinkelsensors 15 erfaßt wird, und einer Nennlast Wo hinsichtlich des Drehwinkels θ, die mittels der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung 24 berechnet wird, welche im folgenden beschrieben wird, ein Verhältnis der tatsächlichen Hublast W zu der Nennlast Wo, d. h. einen Lastfaktor W/Wo.
Eine erste Alarm-Steuereinrichtung 291, die als eine erste Betätigungseinrichtung dient, gibt zu einem Zeitpunkt, wenn der mittels der Lastfaktor-Berechnungseinrichtung 23 berechnete Lastfaktor W/Wo höher als 90 % wird, ein Steuersignal zu der Alarmeinrichtung 31 aus, um die Alarmierung zu bewirken. Eine erste Anhalte-Steuereinrichtung 292, die als eine erste Betätigungseinrichtung dient, gibt zu einem Zeitpunkt, wenn der Lastfaktor W/Wo 100 % übersteigt, ein Steuersignal zu dem Hydraulikkreis 33 aus, um eine Betätigung des Krans mit Ausnahme eines Drehvorgangs zwangsweise zu stoppen.
Mit Hilfe der vorhergehend beschriebenen Einrichtung wird die Berechnung eines Lastfaktors W/Wo und die Steuerung einer Sicherheitsoperation auf der Basis des Lastfaktors W/Wo ausgeführt.

2) Funktionaler Aufbau hinsichtlich Berechnung und Steuerung der Nennlastkurve

Die Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung 24 berechnet eine Gesamtumkreis-Nennlast des Krans 10, d. h. eine Last (Nennlast) Wo eines Bereichs, innerhalb dem es mit dem Arbeitsradius R, also für alle Drehwinkel θ auf der Basis des Arbeitsradius R und die horizontalen Ausfahrstrecken d&sub1; bis d&sub4; der einzelnen Abstützfüße 105, die mittels der Sensoren 14 für die horizontalen Ausfahrstrecken der Abstützfüße erfaßt werden, sicher ist. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Gesamtumkreis-Nennlast- Berechnungseinrichtung 24 insbesondere eine Vorwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 241, eine Abstützfußmodus- Feststelleinrichtung 242, eine Seitswärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 243, eine Kompressions-Berechnungseinrichtung 244, eine Wendewinkel-Berechnungseinrichtung 245, eine Interpolations-Berechnungseinrichtung 246 auf, welche die Nennlast-Einstelleinrichtung und die Nennlast-Einstelleinrichtung 247 bildet. Die hier eingestellte Nennlast Wo ist durch einen Ausdruck bzw. eine Funktion Wo = f(θ) zu dem Drehwinkel θ gegeben.
Wie wiederum in Fig. 3 gezeigt ist, berechnet die Restwinkel-Berechnungseinrichtung 25 einen Restwinkel θc, um welchen der Ausleger B gedreht werden kann, bis er von seiner augenblicklichen Position aus eine Nennlastkurve erreicht.
Die Bremswinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 26 berechnet aus dem Arbeitsradius R, der Auslegerlänge LB, dem Auslegerwinkel φ und einer Winkelgeschwindigkeit Ωo und einem Schwenkdurchmesser l einer Hublast, die mittels des Winkelgeschwindigkeitssensors 16 bzw. des Seillängensensors 17 erfaßt wird, eine tatsächliche Bremswinkelbeschleunigung β. Insbesondere weist die Bremswinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 26, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine Auslegerträgheitsmoment-Berechnungseinrichtung 261, eine Berechnungseinrichtung 262 für die zulässige Winkelbeschleunigung und eine Berechnungseinrichtung 263 für die tatsächliche Winkelbeschleunigung auf, und berechnet eine Bremswinkelbeschleunigung β, welche auf das Anhalten der Drehbewegung hin keine Hin- und Herbewegung bzw. kein Schwingen der schwebenden Last C verursacht und eine seitliche Biegefestigkeit des Auslegers B entgegen einer Trägheitskraft auf das zwangsweise Anhalten hin in Betracht zieht.
Wie erneut unter Bezug auf Fig. 2 dargelegt wird, berechnet die Berechnungseinrichtung 27 für den erforderlichen Winkel vor dem Beginn des Bremsens der Drehbewegung auf der Basis einer Winkelgeschwindigkeit Ωo einen Winkel (erforderlichen Winkel) θr, um den der Ausleger B gedreht wird, bis er nach dem Beginn des Bremsens mit der Bremswinkelbeschleunigung β anhält. Die Spielraumwinkel- Berechnungseinrichtung 28 berechnet einen Spielraumwinkel Δθ, welcher eine Differenz zwischen dem Restwinkel θc und dem erforderlichen Winkel θr ist.
Die zweite Alarm-Steuereinrichtung 293 der zweiten Betätigungseinrichtung gibt zu einem Zeitpunkt, wenn der berechnete Spielraumwinkel Δθ geringer als ein vorbestimmter Wert wird, ein Steuersignal zu der Alarmeinrichtung 31 aus, um die Alarmierung zu bewirken. Die zweite Anhalte-Steuereinrichtung 294 der zweiten Betätigungseinrichtung gibt zu einem Zeitpunkt, wenn der Spielraumwinkel Δθ gleich Null wird, ein Steuersignal aus, um einen Motor in dem Hydrauliksystem 33 zu bremsen und um eine Drehbewegung des Auslegers B mit der Bremswinkelbeschleunigung β zu stoppen, und sendet ein anderes Signal zu der ersten Anhalte-Steuereinrichtung 292, um von dem Zeitpunkt ab jegliche Betätigung des Auslegers zwangsweise zu stoppen, bei welcher der Arbeitsradius R weiter vergrößert wird.
Mittels der vorhergehend beschriebenen Einrichtung wird eine Nennlastkurve über den gesamten Umkreis eingestellt und eine Sicherheitsoperation wird in Übereinstimmung mit einem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Nennlastkurve und einem derzeitigen Betriebszustand gesteuert.
Nachfolgend wird der tatsächlich mittels der Berechnungs- und Steuereinheit 20 ausgeführte Inhalt der Berechnung und der Inhalt der Steuerung beschrieben.

1) Berechnung und Steuerung hinsichtlich des Lastfaktors

Die Arbeitsradius-Berechnungseinrichtung 21 berechnet zuerst aus einer Auslegerlänge LB und einem Auslegerwinkel φ einen Arbeitsradius R', bei welchem eine Durchbiegung des Auslegers B nicht in Betracht gezogen wird, und berechnet einen Fehler ΔR, der durch eine Durchbiegung des Auslegers B verursacht wird, und berechnet dann aus dem Arbeitsradius R' und dem Fehler ΔR einen Arbeitsradius R. Die Hublast-Berechnungseinrichtung 22 berechnet aus dem folglich berechneten Arbeitsradius R, der Auslegerlänge LB und dem Zylinderdruck p eine Last W einer tatsächlich angehobenen schwebenden Last C. Die Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung 24 berechnet aus dem derzeitigen Arbeitsradius R, den horizontalen Ausfahrstrecken d&sub1; bis d&sub4; der Abstützfüße 105 usw. auf eine im folgenden beschriebene Weise eine Nennlast Wo in Form einer Funktion f(θ) des Drehwinkels über den gesamten Umkreis. Ferner berechnet die Lastfaktor-Berechnungseinrichtung 23 aus einer Nennlast Wo entsprechend dem augenblicklichen Drehwinkel θ und der Hublast W einen Lastfaktor W/Wo.
Für den Fall, daß der Lastfaktor W/Wo höher als 90 % ist, wird von der Alarmeinrichtung 31, welche ein Ausgangssignal von der ersten Alarm-Steuereinrichtung 291 empfangen hat, ein Alarm ausgelöst und infolgedessen kann der Bediener davon Kenntnis erhalten, daß die Last W durch die Hublast C in der Nähe der Nennlast Wo ist. Im weiteren wird, wenn der Lastfaktor W/Vo 100% überschreitet, d. h., wenn die tatsächliche Last W höher als die Nennlast Wo ist, die Betätigung des Krans außer der Drehbewegung, d. h. das Ausfahren oder die Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Auslegers B, der Hubbetrieb der schwebenden Last C o. dgl., in Antwort auf ein Ausgangssignal von der ersten Anhalte-Steuereinrichtung 292 zwangsweise angehalten, um ein Risiko zu vermeiden.

2) Berechnung und Steuerung hinsichtlich der Nennlastkurve

Die Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung 24 stellt in Übereinstimmung mit den horizontalen Ausfahrstrecken d&sub1; bis d&sub4; der Abstützfüße 105 eine Nennlastkurve ein.
Mit Bezug auf Fig. 3, 5 und 6 bis 11 wird ein Einstellvorgang der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung 24 beschrieben.
Zuerst wird mittels der Arbeitsradius-Berechnungseinrichtung 21 ein Arbeitsradius R berechnet (Schritt S1 gemäß Fig. 5), und dann berechnet die in Fig. 3 gezeigte Vorwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 241 auf der Basis des Arbeitsradius R zuerst eine Nennlast (erste Nennlast) W&sub0;&sub1;, wenn der Ausleger B in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung ausgefahren wird, welche ein für eine Vorwärtskapazität des Krans repräsentativer Parameter ist. Es ist festzustellen, daß mittels einer im folgenden beschriebenen Berechnung eines Wendewinkels eine Zone, bis in welche eine Position als ein Vorwärts- (Rückwärts-) Bereich des Krans festgelegt werden sollte, und eine Zone, bis in welche eine Position als ein Seitwärtsbereich des Krans festgelegt werden sollte, festgelegt werden.
Die erste Nennlast W&sub0;&sub1;, welche die Vorwärtskapazität des Krans definiert, wird unabhängig von den horizontalen Ausfahrstrecken der Abstützfüße 105 bestimmt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speichert die Vorwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 241 die Nennlasten W&sub0;&sub1; entsprechend dem Arbeitsradius R für vier Auslegerlängen LB, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und auf der Basis der Daten wird eine für die derzeitige Auslegerlänge LB und die Nennlast R geeignete erste Nennlast W&sub0;&sub1; berechnet. Es ist festzuhalten, daß, wenn die tatsächliche Auslegerlänge LB nicht einer der vier Auslegerlängen entspricht und einen Zwischenwert zwischen diesen hat, ein geeigneter Wert W&sub0;&sub1; durch eine lineare Interpolationsberechnung aus Werten entsprechend den zwei Auslegerlängen berechnet wird, zwischen welchen der Wert sich befindet.
Inzwischen wird in der Abstützfußmodus-Feststelleinrichtung 242, die Feststellung eines derzeitigen Abstützfußmodus (Abstützfußausfahrzustand) einzeln für sowohl die linke als auch die rechte Seite des Krans (Schritt S3) ausgeführt. Der horizontale Ausfahrbetrag von jedem der Abstützfüße 105 kann über vier Strecken einschließlich seines Ausgangszustands (nicht ausgefahren), einer Zwischenstufenstrecke 1 (eine kleinere Ausfahrstrecken- Zwischenstufe), einer anderen Zwischenstufenstrecke 2 (eine größere Ausfahrstrecken-Zwischenstufe) und einer völlig ausgefahrenen Strecke geändert werden, wie auch in Fig. 8 gezeigt ist, und demgemäß entspricht der Abstützfußmodus einem von 10 in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgelisteten Modi. Tabelle 1 Modus Ausfahrung des vorderen Abstützfußes Ausfahrung des hinteren Abstützfußes Bemerkungen völlig Zwischenstufe Ausgangszustand Rückkehr zum Modus
Nachfolgend berechnet die Seitwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 243 aus dem Arbeitsradius R und dem vorhergehend beschriebenen Abstützfußmodus eine Nennlast (zweite Nennlast) W&sub0;&sub2;, wenn der Ausleger nach links und nach rechts ausgefahren wird, welche ein Parameter der Seitwärtskapazität ist (Schritt S4). In der Seitwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung 243 sind insbesondere Daten gespeichert, die den Daten der in Fig. 6 gezeigten grafischen Darstellung entsprechen, daß heißt, Nennlasten W&sub0;&sub2; entsprechend dem Arbeitsradius R, einzeln für die vorhergehend beschriebenen 10 Abstützfußmodi, und sie stellt auf der Basis der Daten eine zweite Nennlast W&sub0;&sub2; ein. Die zweite Nennlast W&sub0;&sub2; ist selbstverständlich höher als die vorhergehend beschriebene erste Nennlast W&sub0;&sub1;, aber die zweite Nennlast W&sub0;&sub2; ist kein Wert, der von Faktoren der Festigkeit von verschiedenen Abschnitten des Krans abhängt, sondern ist ein Wert, welcher hauptsächlich von Faktoren abhängt, die von der Möglichkeit des Umstürzens des Krans eingeschränkt werden, das durch ein Verkürzen der Ausfahrstrecke der Abstützfüße verursacht werden kann.
Nachfolgend wird mittels der Kompressions-Berechnungseinrichtung 244 aus den zwei Nennlasten W&sub0;&sub2; und W&sub0;&sub1; eine Kompression berechnet, welche eine Verhältnis W&sub0;&sub2;/W&sub0;&sub1; ist (Schritt S5). Dann wird aus der Kompression λ und dem Abstützfußmodus ein Wendewinkel einer Nennlastkurve berechnet (Schritt S6).
Der Wendewinkel bedeutet einen Drehwinkel, bei welchem, wenn eine Nennlastkurve einzustellen ist, die Kurve von einem Bogen, der einen Radius gleich einer Nennlast hat, zu einer geraden Linie oder von einer geraden Linie zu einem Bogen übergeht. Der hier eingestellte Wendewinkel wird ungefähr in vier vordere und hintere, linke und rechte erste Wendewinkel θF1 und θR1 (welche ohne Versagen bzw. Fehler eingestellt werden), welche Grenzen zwischen den Vorwärts- und Rückwärtszonen und den linksseitigen und rechtsseitigen Zonen des Krans darstellen, und zweite Wendewinkel θF2 und θR2 (welche eingestellt werden können oder nicht) geteilt, welche zwischen den vorderen und den hinteren ersten Wendewinkeln eingestellt werden.
Zuerst werden der erste Vorderseiten-Wendewinkel θF1 und der erste Rückseiten-Wendewinkel θR1 auf eine einfache Weise einzeln entsprechend der Beziehung zu der vorderseitigen horizontalen Abstützfuß-Ausfahrstrecke bzw. der rückseitigen horizontalen Abstützfuß-Ausfahrstrecke festgelegt. Wenn zum Beispiel angenommen wird, daß die Vorderseite des Krans als θ = 0º festgelegt ist und die horizontale Ausfahrstrecke der vorderseitigen Abstützfüße 105 dem "Ausgangszustand" entspricht, während die horizontale Ausfahrstrecke der rückseitigen Abstützfüße 105 der "Zwischenstufe 2" entspricht, dann wird der vorderseitige erste Wendewinkel θF1 auf 5º eingestellt, während der rückseitige erste Wendewinkel θR1 auf 180º - 30º = 150º eingestellt wird.
Es ist zu bemerken, daß bei einem Gerät, bei welchem die horizontale Abstützfuß-Ausfahrstrecke auf eine analoge Weise justiert werden kann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, Winkel, die um einen bestimmten Einstellwinkel Ψ von Winkeln der geraden Linien verschoben sind, die von dem Mittelpunkt 0 des Krans zu den Ausfahrpunkten PF und PR der Abstützfüße gezogen sind, als erste Wendewinkel festgelegt werden können.
Der Arbeitsbereich des Krans wird mittels der ersten Wendewinkel θF1 und θR1 in einen vorderen und einen hinteren Bereich und einen linken und rechten Bereich geteilt, und was den vorderen und den hinteren Bereich betrifft, so stellen Bögen, welche der vorhergehend beschriebenen ersten Nennlast W&sub0;&sub1; entsprechen, Nennlastkurven, wie sie sind, dar.
Nachfolgend wird bezüglich des linken und rechten Bereichs zuerst beurteilt, ob die zweiten Wendewinkel θF2 und θR2 in diesen Bereichen eingestellt werden sollten oder nicht.
Die Kriterien bei einer derartigen Einstellung werden im folgenden beschrieben. Wenn Punkte auf einem Bogen, der einen Radius der vorhergehend beschriebenen ersten Nennlast W&sub0;&sub1; hat, die den ersten Wendewinkeln θF1 und θR1 entsprechen, durch eine gerade Linie verbunden werden, existieren zwei Fälle, einschließlich eines ersten Falls, bei welchem die gerade Linie einen anderen Bogen schneidet, der einen Radius der zweiten Nennlast W&sub0;&sub2; hat, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist, und eines zweiten Falls, bei dem die gerade Linie den letztgenannten Bogen nicht schneidet. Im Fall, daß die gerade Linie den Bogen nicht schneidet, wird die gerade Linie, wie sie ist, als eine Grenze zwischen den linken und den rechten Bereich gelegt. Andererseits werden für den Fall, daß die gerade Linie den Bogen schneidet, der den Radius der zweiten Nennlast W&sub0;&sub2; hat, die Winkel entsprechend den Berührungspunkten von tangentialen Linien, die von Punkten entsprechend den einzelnen ersten Wendepunkten θF1 und θR1 zu dem Bogen gezogen sind, wie in Fig. 10(b) gezeigt ist, als zweite Wendewinkel θF2 und θR2 eingestellt.
Während beim Einstellen jedes Wendepunkts die Vorgehensweise der vorhergehend beschriebenen entspricht, wenn die Berechnung augenblicklich auszuführen ist, ist eine Kompression λo, welche eine Abgrenzung dazwischen darstellt, ob eine solche Begrenzungslinie zu realisieren ist, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist, oder ob eine Begrenzungslinie zu realisieren ist, wie sie in Fig. 10(b) gezeigt ist, in der Wendewinkel-Berechnungseinrichtung 245 gespeichert, und was Kompressionen anbelangt, die höher als die Grenzkompression λo sind, so sollten einzelne Kompressionen λ und zweite Wendewinkel entsprechend den Abstützfußmodi gespeichert werden.
Nachdem die Wendewinkel auf diese Weise eingestellt sind, wird mittels der Interpolations-Berechnungseinrichtung 246 durch Interpolationsrechnung in Übereinstimmung mit der ersten Nennlast W&sub0;&sub1; und der zweiten Nennlast W&sub0;&sub2; ein Verhältnis Wo/W&sub0;&sub1; zwischen der Nennlast Wo in einem Bereich, in welchem eine Begrenzungslinie eine gerade Linie ist, und der ersten Nennlast W&sub0;&sub1; oder, in anderen Worten gesagt, eine Zwischenstufen-Kompression, herausgefunden (Schritt S7). Infolgedessen wird eine derartige Kompression Wo/W&sub0;&sub1; über den gesamten Umkreis ermittelt, wie mit Hilfe der grafischen Darstellung gemäß Fig. 11 gezeigt ist. Eine Nennlast über den gesamten Umkreis wird mittels der Nennlast-Einstelleinrichtung 247 in Übereinstimmung mit der Gesamtumkreis-Kompression eingestellt (Schritt S8), wodurch ein Einstellvorgang einer Nennlastkurve abgeschlossen ist.
Die Einstellung einer Gesamtumkreis-Nennlast auf der Basis des Arbeitsradius R kann aus einer dreidimensionalen grafischen Darstellung erkannt werden, die von R-θ-Wo in einem zylindrischen Koordinatensystem gezeichnet ist. Eine in der grafischen Darstellung gezeigte dreidimensionale Fläche SF bezeichnet eine Nennlast Wo entsprechend einem unterschiedlichen Arbeitsradius R und einem Drehwinkel θ, und ein instabiler Bereich der dreidimensionalen Fläche SF seitwärts des Fahrzeug-Grundkörpers bildet eine konkave Fläche SS, wie sie in Fig. 7 vorn gezeigt ist, wenn sich zum Beispiel der linke vordere Abstützfuß und der linke hintere Abstützfuß 105 im Zustand der Zwischenstufe 2 befinden. Demgemäß bildet eine Schnittlinie (geschlossene Kurve) RP zwischen der dreidimensionalen Fläche SF und einem Zylinder CY, der einen Radius gleich dem derzeitigen Arbeitsradius R hat, eine zu bestimmende Nennlastkurve.
Fig. 12 zeigt eine als Beispiel dienende Nennlastkurve, die auf eine im vorhergehenden beschriebene Weise eingestellt wurde. In Fig. 12 bezeichnet DL eine Nennlastkurve, und der durch die Nennlastkurve DL umgebene Bereich, daß heißt der durch schräge Linien bezeichnete Bereich, bildet einen Sicherheits-Betriebsbereich. Wie aus Fig. 12 gesehen werden kann, wird bei der Anlage gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Nennlastkurve DL für die gegenüberliegende linke und rechte Seite unterschiedlich eingestellt, und es wird eine Einstellung vorgenommen, welche auch einen Unterschied zwischen den horizontalen Ausfahrstrecken der vorderen und hinteren Abstützfüße 105 in Betracht zieht. Die Nennlastkurve DL verläuft außerdem über den gesamten Umkreis und hat ein Profil, welches aus Bögen und geraden Linien zusammengesetzt ist und welches von einem Benutzer leicht erfaßt werden kann. Des weiteren bezeichnet der Punkt A eine tatsächliche Last und einen tatsächlichen Drehwinkel zum gegenwärtigen Zeitpunkt, wie im vorhergehenden beschrieben ist, und eine augenblickliche Betriebssituation innerhalb des Betriebsbereichs kann am Einfall bzw. Verlauf einer Strecke OA (Strecke 40) erkannt werden.
Inzwischen berechnet die Bremswinkelbeschleunigungs-Berechnungseinrichtung 26 mittels der folgenden Prozedur eine Bremswinkelbeschleunigung β, welche eine seitliche Biegefestigkeit des Auslegers B in Betracht zieht, und welche kein Schaukeln bzw. Schwingen einer Last verursacht.
Zuerst berechnet die Auslegerträgheitsmoment-Berechnungseinrichtung 261 die Trägheitsmomente In der einzelnen Auslegerelemente Bn in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung:
In = Ino cos²φ + (Wn/g) Rn²,
wobei Ino ein Trägheitsmoment (konstant) von jedem Auslegerelement Bn rund um den Schwerpunkt und Wn ein Gewicht jedes Auslegerelements Bn, g die Schwerebeschleunigung und Rn ein Drehradius des Schwerpunkts jedes Auslegerelements Bn ist.
Die Berechnungseinrichtung 262 für die zulässige Winkelbeschleunigung berechnet eine zulässige Winkelbeschleunigung β&sub1; auf die folgende Weise.
Wenn die Auslegerlänge LB zunimmt, wirkt im allgemeinen aufgrund einer Trägheitskraft, welche auf das Bremsen der Drehbewegung hin auftritt, eine hohe seitliche Biegekraft auf den Ausleger B, während der Ausleger B und der Auslegerfuß 102 des Krans 10 ausreichende Festigkeiten haben. Da die Festigkeits-Belastung durch eine seitliche Biegekraft ihr Maximum in der Umgebung des Auslegerfußes 102 erreicht, wird hier die Bewertung der Festigkeit in Übereinstimmung mit einem Moment um die Welle 101 ausgeführt.
Wenn vorausgesetzt wird, daß die Winkelbeschleunigung des Auslegers B auf das Bremsen der Drehbewegung hin durch β' repräsentiert wird und die Drehwinkelbeschleunigung der schwebenden Last C durch β" repräsentiert wird, dann wird ein Moment NB, welches während der Drehbewegung des Auslegers B auf die Mitte der Drehbewegung wirkt, durch die folgende Gleichung 1 repräsentiert:
wobei W eine mittels der Hublast-Berechnungseinrichtung 22 berechnete Hublast ist. Außerdem wird, wenn eine Nennlast hinsichtlich einer seitlichen Biegefestigkeit des Auslegers B durch Wo' (= Wo α', wobei α' ein Sicherheitsfaktor ist) repräsentiert wird, ein Zulässigkeitsbereich hinsichtlich der Festigkeit durch die folgende Gleichung 2" repräsentiert:
NB/RB ≤ Wo' .....(2)
wobei RB = LB cosφ ist.
Wenn Gleichung 2 in Gleichung 1 eingesetzt wird, wird die folgende Gleichung 3 erzielt:
Demgemäß sollte eine maximale Winkelbeschleunigung β', welche die Gleichung 3 erfüllt, als eine zulässige Winkelbeschleunigung β&sub1; eingestellt werden. Es ist festzustellen, daß, während die Nennlast Wo' als ein feststehender Wert eingesetzt werden kann, sie auf andere Weise auf einen Wert eingestellt werden kann, welcher abnimmt, wenn die Auslegerlänge LB und der Arbeitsradius R zunehmen, wobei eine Durchbiegung des Auslegers B usw. in Betracht gezogen wird.
Die Berechnungseinrichtung 263 für die tatsächliche Winkelbeschleunigung berechnet in Übereinstimmung mit der zulässigen Winkelbeschleunigung β&sub1;, die auf diese Weise berechnet wird, und der Ausleger-Winkelgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit vor der Verlangsamung) Ωo und dem Lastschwingdurchmesser 1, der aus den Ergebnissen der Erfassung des Winkelgeschwindigkeitssensors 16 und des Seillängensensors 17 berechnet wird, eine tatsächliche Bremswinkelbeschleunigung β.
Eine Berechnungsweise für diese wird nachfolgend beschrieben. Zuerst wird ein Modell eines einfachen Pendels, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, in bezug auf die schwebende Last C, die am Kran 10 angehängt ist, in Betracht gezogen. Differentialgleichungen des Systems sind durch die folgende Gleichung 4 und Gleichung 5 gegeben:
+ (g/l) η = -/l .....(4)
V = Vo + at .....(5)
wobei η ein Schwenkwinkel der schwebenden Last C, V eine Drehgeschwindigkeit des Auslegerpunkts, welche sich mit der Zeit t ändert, Vo eine Drehgeschwindigkeit (= RΩo) des Auslegerpunkts vor dem Beginn des Stoppens der Drehbewegung und a eine Beschleunigung des Auslegerpunkts ist. Wenn die gegenüberliegenden Seiten der Gleichung 5 nach der Zeit t abgeleitet werden, dieselbe in die rechte Seite der Gleichung 4 eingesetzt wird und dieselbe unter den Anfangsbedingungen (t=0 und η = 0, dη/dt = 0) integriert wird, wird die folgende Gleichung 6 erzielt.
(η + a/g)² + ( /ω)² = (a/g)² .....(6)
wobei ω = [g/l].
Wenn die Gleichung 6 auf einer Phasenebene bezüglich (dη /dt)/ω dargestellt wird, dann wird ein Kreis gezogen, welcher seinen Mittelpunkt am Punkt A (-a/g, 0) hat und durch den Ausgangspunkt 0 (0, 0) verläuft, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Eine Zeit, die erforderlich ist, um den Kreis einmal zu umqueren, d. h. eine Zeitdauer T, in welcher das einfache Pendel zum Ausgangspunkt 0 zurückkehrt, nachdem es ihn verlassen hat, ist durch T = 2π/ω gegeben, und demgemäß kann dann, wenn die Winkelbeschleunigung β derart eingestellt ist, daß der Kran in der Zeit nt (n ist eine natürliche Zahl) von dem Zeitpunkt an, an welchem das Anhalten der Drehbewegung des Krans begonnen wird (Punkt 0), völlig angehalten werden kann, der Kran so gestoppt werden, daß auf das Anhalten hin keine Schwingbewegung der schwebenden Last auftritt. Da der Wert ω ein feststehender Wert ist, welcher von der Schwerebeschleunigung g und dem Schwingungsdurchmesser l abhängt, ist die Winkelbeschleunigung β, bei welcher das Anhalten der Drehbewegung ohne eine zurückbleibende Schwingbewegung der schwebenden Last erreicht werden kann, durch die folgende Gleichung gegeben:
β = -Ωo/nT = -ωΩo/2nπ,
wobei n eine natürliche Zahl ist.
Was die seitliche Biegefestigkeit des Auslegers B angeht, so kann dann, da die Anforderung β ≤ β&sub1; besteht, wenn eine minimale natürliche Zahl aus einem Bereich ausgewählt ist, in welchem die Anforderung erfüllt ist, eine tatsächliche Bremswinkelgeschwindigkeit β zum Stoppen des Krans ohne Zurückbleiben einer Schwingbewegung der schwebenden Last in einer notwendigen minimalen Zeit erzielt werden. Die Berechnungseinrichtung 27 für den erforderlichen Winkel berechnet auf der Basis der augenblicklichen Winkelgeschwindigkeit (d. h. der Winkelgeschwindigkeit vor dem Bremsen) Ωo einen Drehwinkel (erforderlichen Winkel) θr, der notwendig ist, bevor der Ausleger B nach dem Beginn des Bremsens vollständig angehalten ist, wenn versucht wird, das Stoppen der Drehbewegung des Auslegers B mit der Bremswinkelbeschleunigung β zu stoppen. Insbesondere, wenn eine Zeit, die erforderlich ist, bevor das völlige Anhalten nach dem Beginn des Bremsens erreicht ist, durch t repräsentiert wird, dann gelten die folgenden zwei Gleichungen
Ωo + βt = 0
θr = β t²/2 + Ωot,
und demgemäß kann der erforderliche Winkel θr durch das Eliminieren von t aus den zwei Gleichungen bestimmt werden.
Die Spielraumwinkel-Berechnungseinrichtung 28 berechnet einen Winkel, um welchen der Ausleger B mit der augenblicklichen Winkelgeschwindigkeit Ωo gedreht werden kann, bevor das Bremsen begonnen wird, d. h. einen Spielraumwinkel Δθ (= θc - θr). Wenn zum Beispiel die Position, bei welcher das Bremsen begonnen werden muß, um ein Anhalten in der Position C zu erreichen, durch D gemäß Fig. 12 repräsentiert wird, dann ist der Spielraumwinkel Δθ ein Winkel, der durch die geraden Linien 0A und 0D definiert ist.
Die zweite Anhalte-Steuereinrichtung 294 gibt zu einem Zeitpunkt, wenn der berechnete Spielraumwinkel Δθ auf 0 reduziert ist, zum Beispiel zu einem Zeitpunkt, wenn der Ausleger B an der Position D gemäß Fig. 12 ankommt, ein Steuersignal zu dem Hydraulikkreis 33 aus, um ein zwangsweises Anhalten der Drehbewegung und außerdem eines derartigen Betriebs des Auslegers B zu bewirken, bei dem sich der Arbeitsradius von dem zum derzeitigen Zeitpunkt vorliegenden aus vergrößert. Um eine Schwingbewegung der schwebenden Last C zu verhindern, stellt in diesem Fall die zweite Anhalte-Steuereinrichtung 294 einen Hydraulikmotordruck PB derart ein, daß der Ausleger B mit der Bremswinkelbeschleunigung β angehalten werden kann.
Nachfolgend wird ein Beispiel einer Art und Weise der Berechnung des Hydraulikmotordrucks PB beschrieben. Wenn eine Gesamtsumme von Trägheitsmomenten hinsichtlich der Elemente der oberen Drehelements außer dem Ausleger B durch Iu repräsentiert wird, dann ist ein zum Bremsen der Drehbewegung erforderliches Drehmoment durch die folgende Gleichung 7 gegeben:
wobei β" eine Beschleunigung der schwebenden Last C ist. Die Beschleunigung β" kann durch das Lösen der Gleichung 3 und der Gleichung 5 für die Anfangsbedingungen t = 0, η = 0 und ηt/dt = 0, obgleich dies nicht im Detail beschrieben ist, mittels der folgenden Gleichung dargestellt werden:
β" = (1 - cosωt) β
Das Drehmoment TB weist im allgemeinen, obgleich dies nicht im Detail beschrieben ist, eine Beziehung zu Bedingungen seitens des Hydraulikmotors auf, wie sie durch die folgende Gleichung 8 gegeben ist:
TB = (PB Qh/200π) i&sub0;/ηm .....(8)
wobei Qh eine Leistung des Hydraulikmotors, i&sub0; ein Gesamtreduzierungsverhältnis und ηm ein Maschinenwirkungsgrad ist.
Demgemäß kann, wenn die Gleichung 8 in die vorhergehende Gleichung 7 eingesetzt wird, ein tatsächlicher Hydraulikmotordruck PB errechnet werden.
Andererseits gibt die zweite Alarm-Steuereinrichtung 293 zu einem Zeitpunkt, wenn der Spielraumwinkel Δθ nicht auf 0, sondern auf einen Wert reduziert ist, der kleiner als ein festgelegter Wert ist, ein Steuersignal zur Alarmeinrichtung 31 aus, um die Alarmierung zu bewirken. Infolgedessen kann der Bediener erkennen, daß das Bremsen nach einer nachfolgender Drehbewegung um einen kleinen Betrag automatisch ausgeführt werden wird.
Ferner gibt die Berechnungs- und Steuereinheit 20 Informationssignale der verschiedenen Werte zu der Anzeige 32 aus, so daß zusätzlich zu einer derartigen Nennlastkurve DL und einer Strecke 40, die sowohl eine derzeitige Last W als auch einen Drehwinkel θ anzeigt, wie in Fig. 12 gezeigt ist, Ausfahrpositionen der Abstützfüße 105, eine gleichmäßige Lastfaktorkurve AL, die Positionen eines feststehenden Lastfaktors (90% in Fig. 12) miteinander verbindet, usw. auf der Anzeige 32 angezeigt werden. Infolgedessen kann der Bediener an einem Verlauf der Nennlast Wo erkennen, wie viel Abstand bzw. Spielraum bei den Betriebsbedingungen zur Zeit vorhanden ist.
Unter diesen Umständen kann der Bediener, da die Nennlastkurve DL als eine regelmäßige geschlossene Kurve eingestellt ist, welche über den gesamten Umkreis verläuft, den zulässigen Betriebsbereich im Vergleich mit dem Fall einfach erkennen, bei dem eine unregelmäßige Nennlastkurve gemäß dem Stand der Technik eingestellt ist, welche nicht im voraus durch den Bediener eingeschätzt werden kann. Außerdem wird die Sicherheit der Maschine mit Bestimmtheit gewährleistet, da eine Einstellung einer Nennlast ausgeführt wird, bei welcher die horizontalen Ausfahrstrecken der vorderen und hinteren Abstützfüße 105 in Betracht gezogen wird.
Es ist festzuhalten, daß, während bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine erste Nennlast W&sub0;&sub1; und eine zweite Nennlast W&sub0;&sub2; getrennt voneinander berechnet werden, die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist, und zum Beispiel die zweite Nennlast W&sub0;&sub2; auf der Basis der ersten Nennlast W&sub0;&sub1; und einer Kompression λ berechnet werden kann, welche einem Abstützfußmodus entspricht und in der Seitwärtskapazitäts-Berechnungseinrichtung gespeichert ist. Ferner ist eine Linie, die einen Bogen mit einem Radius der ersten Nennlast W&sub0;&sub1; und einen anderen Bogen mit einem anderen Radius der zweiten Nennlast W&sub0;&sub2; miteinander verbindet, nicht auf eine gerade Linie eingeschränkt, sondern kann zum Beispiel als eine Kurve o. dgl. eingestellt sein, deren Abstand von dem Mittelpunkt 0 proportional zum Drehwinkel θ von der ersten Nennlast W&sub0;&sub1; zu der zweiten Nennlast W&sub0;&sub2; ansteigt.
Ferner kann, während bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Kran veranschaulicht wurde, bei welchem die Abstützfüße 105 an der Vorderseite und der Hinterseite des Fahrzeug-Grundkörpers geschaffen sind und nach links und nach rechts ausgefahren werden, dieser andernfalls von der Ausführung sein, bei welcher sie radial von der Mittelachse der Drehbewegung aus schräg nach auf die linke und rechte Seite des Fahrzeug-Grundkörpers ausgefahren werden. Ferner kann die vorliegende Erfindung bei einem Kran wie zum Beispiel einem Raupenkettenkran angewendet werden, bei dem, während kein Abstützfuß geschaffen ist, linke und rechte Raupenketten ausgefahren werden können und der Kran benutzt wird, während die Raupenketten nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten in einem eingefahrenen Zustand sind.
Ferner kann die vorliegende Erfindung bei einer Baumaschine angewandt werden, bei welcher eine Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit einer Nennlast gesteuert wird, und der detaillierte Inhalt ihrer Sicherheitsoperation spielt keine Rolle. Es kann zum Beispiel zusätzlich zu einer derartigen Alarmierung oder einer Zwangsstopp- Operation, wie sie vorhergehend beschrieben sind, eine Anzeige geschaffen sein, um die Aufmerksamkeit eines Bedieners zu erzwingen, und eine Betätigung der ersten Betätigungseinrichtung kann ein Anzeigevorgang eines Lastfaktors sein.
Während die Erfindung nun vollständig beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann verständlich, daß viele Abänderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich von dem Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche zu entfernen.

Claims

1. Sicherheitsvorrichtung für eine Baumaschine, welche ein drehbares oberes Drehelement (102, B) und eine Vielzahl von ausfahrbaren Stützelementen (105) aufweist, und bei welcher eine Hublast (C) an einer festgelegten Position des oberen Drehelements angehängt ist, mit

einer Arbeitsradius-Erfasssungseinrichtung (12) zum Erfassen eines Arbeitsradius des oberen Drehelements (102, B),

einer Drehwinkel-Erfasssungseinrichtung (15) zum Erfassen eines Drehwinkels (θ) des oberen Drehelements (102, B),

einer Stützelement-Erfasssungseinrichtung (14) zum Erfassen einer horizontalen Ausfahrstrecke von jedem der Stützelemente, und

einer Hublast-Erfasssungseinrichtung (22) zum Erfassen einer Hublast an dem oberen Drehelement,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist:

eine Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung (24) zum Berechnen von Nennlasten (W&sub0;&sub1;, W&sub0;&sub2;) des oberen Drehelements in Übereinstimmung mit dem Arbeitsradius und der horizontalen Ausfahrstrecke des Stützelements (105) für verschiedene Drehwinkel (θ) und zum Einstellen einer Nennlastkurve (Wo = f(θ)) über den gesamten Umkreis,

eine Lastfaktor-Berechnungseinrichtung (23) zum Berechnen eines Lastfaktors (W/Wo) in Übereinstimmung mit der mittels der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung (24) berechneten Nennlast,

einer ersten Betätigungseinrichtung (291, 292) zum Ausführen einer Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit dem mittels der Lastfakotr-Berechnungseinrichtung (23) berechneten Lastfaktor, und

einer zweiten Betätigungseinrichtung (293, 294) zum Ausführen einer Sicherheitsoperation in Übereinstimmung mit der mittels der Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung (24) eingestellten Nennlastkurve und einer tatsächlichen Hublast (C) und einem tatsächlichen Drehwinkel (θ) des oberen Drehelements (102, B), und wobei

die Gesamtumkreis-Nennlast-Berechnungseinrichtung (24) eine Berechnungseinrichtung (241) für die vorwärts gerichtete Kapazität zum Berechnen einer ersten Nennlast (Wo1) des oberen Drehelements (102, B) in bezug auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, eine Berechnungseinrichtung (243) für die seitwärts gerichtete Kapazität zum einzelnen Berechnen von zweiten Nennlasten (Wo2) des oberen Drehelements (102, B) in bezug auf die linke und die rechte Seite in Übereinstimmung mit Ausfahrzuständen der Stützelemente (105) und eine Nennlast-Einstelleinrichtung (217) zum Einstellen einer Nennlastkurve (Wo = f(θ)), welche über den gesamten Umkreis verläuft, in Übereinstimmung mit der ersten Nennlast (Wo1), der zweiten Nennlast (Wo2) und den Ausfahrzuständen der einzelnen Stützelemente (105) aufweist.