EP0985629A1 - Kran - Google Patents

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EP0985629A1
EP0985629A1 EP98116951A EP98116951A EP0985629A1 EP 0985629 A1 EP0985629 A1 EP 0985629A1 EP 98116951 A EP98116951 A EP 98116951A EP 98116951 A EP98116951 A EP 98116951A EP 0985629 A1 EP0985629 A1 EP 0985629A1
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    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/76—Control of force or torque of the output member

Definitions

  • the invention relates to a crane with a hydraulically operated boom system, with at least one cylinder for actuating the boom system and a device to monitor the pressure in the cylinder indicating the load on the crane, the Flow of hydraulic fluid to the cylinder by changing the cross section of a Valve is controllable.
  • Vibrations of the support structure of the crane or the load carried by the crane come.
  • vibrations in the vertical direction can occur when a load is in is moved in the vertical direction, i.e. raised or lowered, and this movement is stopped.
  • Such vibrations lead to load peaks in the support structure of the crane and / or uncontrolled movements of the load.
  • the classic method for actively damping unwanted vibrations is one Regulation in which the oscillation is caused by a 180 ° phase-shifted, equal frequency Vibration is damped.
  • the method works well for gradual rocking of vibrations, for example of pendulum movements of moving loads Portal cranes (see. DE 42 38 795 A1) to prevent.
  • the time required for the determination However, the phase and frequency of the disturbing harmonic oscillation is relatively large. In particular, suddenly occurring stresses become dangerous Initial phase not diminished.
  • the aim of the invention is a crane which is used to avoid dynamic overloading is provided with a real and at the same time quick-acting regulation.
  • the control according to the invention is based on the Measurement of a characteristic value for the dynamic loading of the crane, whereby directly on the crane is measured. So the crane operator is not corrected from the outset, but first when dynamic loads occur which affect the structure of the crane endanger or lead to undesirable load movements by forming a Signal, which the drive for adjusting the valve cross section in the sense of a reduction actuated the determined pressure change, counteracted. The signal is therefore independent from the setpoint of the valve cross section defined by the position of a hand lever.
  • Fig. 1 shows a loading crane 1 of classic design for a truck.
  • the crane 1 points a main arm 2 and a multi-telescopic articulated arm 5, at the tip a crane hook 4 is arranged for hanging loads.
  • the main arm 2 of the crane 1 is pivoted relative to the column 6 of the crane 1 by means of a lifting cylinder 3.
  • Fig. 2 shows the details of the device according to the invention, in particular on a cylinder is attached to said lifting cylinder 3.
  • the control of the lifting cylinder 3 takes place via a commercially available remote control, which consists of a transmitter 9 and Receiver 10 exists.
  • Control signals from the actuation of the control lever on the transmitter 9 originate, are transmitted by radio to the receiver 10, which in turn is a signal forwards to the slider 12.
  • the slide 12 is a multiple proportional valve with volume control, the drives for adjusting the valve cross sections are integrated in the slide 12.
  • Such a slide is for example under the designation PVG 32 available from Danfoss.
  • the differentiating unit 8 supplies an output signal which the drive for adjustment of the valve cross section in the sense of a reduction in the pressure change detected operated.
  • the output signal of the differentiating unit 8 can with a factor k (p) that of the measured pressure values depends, are multiplied, whereby the signal is achieved increases disproportionately at higher pressure values. This takes account of the fact borne that the risk of the support structures of the crane from dynamic loads is particularly large given a high static base load.
  • the output signal of the differentiating unit 8 is used to determine the desired position of the valves Slider 12 defining signal, which is forwarded by the receiver 10, superimposed and then fed to the slider 12.
  • this overlay means that the adjustment speed of the valves in the slide 12 and thus the acceleration of the crane boom is reduced. Since only large accelerations are disadvantageous for the crane, low values of dp / dt the generation of a correction signal can be suppressed.

Abstract

Kran (1) mit einem hydraulisch betätigten Auslegersystem (2-5), mit mindestens einem Zylinder (3) zur Betätigung des Auslegersystems (2,5) und einer Einrichtung zur Überwachung des die Belastung des Krans (1) anzeigenden Druckes im Zylinder (3), wobei der Zufluß von Hydraulikflüssigkeit zum Zylinder (3) durch Veränderung des Querschnitts eines Ventils (12) steuerbar ist, und daß in Abhängigkeit von der im Zylinder (3) festgestellten zeitlichen Änderung des Druckes bzw. der zeitlichen Änderung der Belastung des im Zylinder (3) geführten Kolbens ein Signal erzeugt wird, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druck- bzw. Belastungsänderung betätigt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kran mit einem hydraulisch betätigten Auslegersystem, mit mindestens einem Zylinder zur Betätigung des Auslegersystems und einer Einrichtung zur Überwachung des die Belastung des Krans anzeigenden Druckes im Zylinder, wobei der Zufluß von Hydraulikflüssigkeit zum Zylinder durch Veränderung des Querschnitts eines Ventils steuerbar ist.
Beim Bewegen von Lasten kann es durch die auftretenden Beschleunigungen zu Schwingungen der Trägerstruktur des Kranes bzw. der vom Kran getragenen Last kommen. Beispielsweise kann es zu Schwingungen in vertikaler Richtung kommen, wenn eine Last in vertikaler Richtung bewegt wird, also gehoben oder abgesenkt wird, und diese Bewegung gestoppt wird. Durch solche Schwingungen kommt es zu Belastungsspitzen in der Trägerstruktur des Kranes und/oder zu unkontrollierten Bewegungen der Last.
Das klassische Verfahren zur aktiven Dämpfung unerwünschter Schwingungen ist eine Regelung, bei der die Schwingung durch eine um 180° phasenverschobene, gleichfrequente Schwingung gedämpft wird. Das Verfahren eignet sich gut dazu, das allmähliche Aufschaukeln von Schwingungen, beispielsweise von Pendelbewegungen bewegter Lasten bei Portalkränen (vgl. DE 42 38 795 A1), zu verhindern. Der Zeitaufwand für die Bestimmung von Phase und Frequenz der störenden harmonischen Schwingung ist jedoch relativ groß. Insbesondere werden plötzlich einsetzende Belastungen gerade in ihrer gefährlichen Anfangsphase nicht gemindert.
Beispielsweise in DE 37 19 897 A1 ist demgegenüber vorgeschlagen worden, die bei Ladekränen für Lastfahrzeuge am häufigsten auftretenden dynamischen Überlastungen ursächlich zu bekämpfen. Als Ursache wird dabei die zu rasche Verschiebung des Steuerhebels für den hydraulischen Antrieb eines Kranteiles angesehen. Die große Differenz zwischen Soll- und Istwert der Geschwindigkeit des Kranteiles bzw. von Soll- und Istwert des Venilquerschnittes würde ohne Gegenmaßnahmen eine zu rasche Änderung des Ventilquerschnittes und damit eine zu große Beschleunigung des Kranes bewirken. Gemäß dem bekannten Vorschlag wird daher das Steuersignal gefiltert, die Information über die Stellung des Steuerhebels und damit die gewünschte Endgeschwindigkeit des Kranteiles wird nur verzögert an den Stellmotor zur Veränderung des Ventilquerschnittes weitergegeben. Nachteilig an diesem Verfahren ist vor allem, daß es lediglich Bedienungsfehler korrigiert, die tatsächlichen dynamischen Verhältnisse aber nicht berücksichtigt. Diese sind jedoch nicht nur von der Steuerung, sondern von der jeweiligen Konfiguration des Krans und der Last sowie Umwelteinflüssen (Wind, plötzliche Verringerung oder Vergrößerung der Last) abhängig.
Ziel der Erfindung ist ein Kran, welcher zur Vermeidung dynamischer Überbeanspruchungen mit einer echten und gleichzeitig rasch wirkenden Regelung versehen ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in Abhängigkeit von der im Zylinder festgestellten zeitlichen Änderung des Druckes bzw. der zeitlichen Änderung der Belastung des im Zylinder geführten Kolbens ein Signal erzeugt wird, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druck- bzw. Belastungsänderung betätigt.
Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen zur Schwingungsunterdrückung, bei denen zu abrupte Steuersignale gefiltert werden, beruht die erfindungsgemäße Regelung auf der Messung eines Kennwertes für die dynamische Belastung des Krans, wobei direkt am Kran gemessen wird. Es wird also nicht von vorneherein der Kranführer korrigiert, sondern erst dann, wenn dynamische Beanspruchungen auftreten, welche die Trägerstruktur des Krans zu gefährden drohen oder zu unerwünschten Lastbewegungenfühen, durch Bildung eines Signals, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druckänderung betätigt, entgegengewirkt. Das Signal ist somit unabhängig von dem durch die Stellung eines Handhebels definierten Sollwert des Ventliquerschnitts.
Da die Gefährdung des Krans bei höherer Belastung grundsätzlich größer ist, kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Stärke des Signals bei höheren Werten des Druckes überproportional steigt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt:
  • Fig. 1 einen Ladekran für ein Lastfahrzeug,
  • Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schwingungsunterdrückung,
  • Fig. 3 ein Meßprotokoll eines Belastungstests ohne erfindungsgemäße Einrichtung zur Schwingungsunterdrückung und
  • Fig. 4 ein Meßprotokoll eines Belastungstests mit erfindungsgemäßer Einrichtung zur Schwingungsunterdrückung.
    • Fig. 1 zeigt einen Ladekran 1 klassischer Bauart für ein Lastfahrzeug. Der Kran 1 weist einen Hauptarm 2 sowie einen mehrfach teleskopierbaren Knickarm 5 auf, an dessen Spitze ein Kranhaken 4 zum Einhängen von Lasten angeordnet ist. Der Hauptarm 2 des Krans 1 wird mittels eines Hubzylinders 3 gegenüber der Säule 6 des Krans 1 verschwenkt.
    Da auf den Hubzylinder 3 das gesamte Lastmoment des Krans 1 einwirkt, eignet sich dieser in besonderem Maße für die Anbringung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Schwingungsunterdrückung. Ebenso vorstellbar wäre die Anbringung der erfindungsgemäßen Einrichtung an einem Zylinder, der die Verschwenkung des Kranauslegers um eine vertikale Achse bewirkt.
    Fig. 2 zeigt die Details der erfindungsgemäßen Einrichtung, die an einem Zylinder, insbesondere am genannten Hubzylinder 3 angebracht ist. Die Steuerung des Hubzylinders 3 erfolgt über eine handelsübliche Fernsteuerung, die aus einem Sender 9 und einem Empfänger 10 besteht. Steuersignale, die von der Betätigung der Steuerhebel am Sender 9 herrühren, werden über Funk an den Empfänger 10 übertragen, welche wiederum ein Signal an den Schieber 12 weiterleitet. Beim Schieber 12 handelt es sich um ein Mehrfach-Proportionalventil mit Volumenssteuerung, wobei die Antriebe zur Verstellung der Ventilquerschnitte in den Schieber 12 integriert sind. Ein derartiger Schieber ist beispielsweise unter der Bezeichnung PVG 32 bei der Firma Danfoss erhältlich. Je nach Stellung der Ventile im Schieber 12 wird das über die Druckölleitung 13 heranströmende Hydrauliköl in unterschiedlichen Mengen an die Kolbenseite 3a oder die Stangenseite 3b des Hubzylinders 3 weitergeleitet. Auf der Kolbenseite 3a ist dabei ein Lasthalteventil 11 zwischengeschaltet.
    Sowohl auf der Kolbenseite 3a sowie auf der Stangenseite 3b befindet sich ein Druckaufnehmer 7. Aus den auf der Kolbenseite 3a und der Stangenseite 3b gemessenen Druckwerten wird unter Einrechnung der Kolben- bzw. Stangenfläche die resultierende Hubkraft errechnet, wobei der errechnete Wert für die Hubkraft an eine Differenziereinheit 8 weitergeleitet wird. Von der Hubkraft, die direkt von den auf der Kolbenseite 3a und der Stangenseite 3b gemessenen Druckwerten abhängt, wird in der Differenziereinheit 8 die erste Ableitung nach der Zeit gebildet, die die im Hubzylinder 3 gemessene Druckänderung widerspiegelt. Die Differenziereinheit 8 liefert ein Ausgangssignal, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druckänderung betätigt.
    Das Ausgangssignal der Differenziereinheit 8 kann mit einem Faktor k(p), der von den gemessenen Druckwerten abhängt, multipliziert werden, womit erreicht wird, daß das Signal bei höheren Druckwerten überproportional steigt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Gefährdung der Trägerstrukturen des Krans durch dynamische Belastungen bei einer bereits gegebenen hohen statischen Grundlast besonders groß ist.
    Das Ausgangssignal der Differenziereinheit 8 wird mit dem die Sollstellung der Ventile im Schieber 12 definierenden Signal, das vom Empfänger 10 weitergeleitet wird, überlagert und dann dem Schieber 12 zugeführt. Praktisch bedeutet diese Überlagerung, daß die Verstellgeschwindigkeit der Ventile im Schieber 12 und damit die Beschleunigung des Kranauslegers verringert wird. Da nur große Beschleunigungen für den Kran nachteilig sind, kann bei geringen Werten von dp/dt die Erzeugung eines Korrektursignals unterdrückt werden.
    In den Figuren 3 und 4 ist die Wirkung der erfindungsgemäßen schwingungsunterdrückenden Sicherheitseinrichtung dokumentiert. Beide Messungen wurden am selben Kran unter identen Belastungsverhältnissen durchgeführt, wobei das Schwingungsverhalten jeweils bei abruptem Anfahren und Stoppen gemessen wurde. Die aus Kolben- und Stangendruck resultierende Zylinderkraft schwingt in Fig. 3 (ohne erfindungsgemäße Schwingungsunterdrückung) während eines Zeitraumes von fast 7 Sekunden mit beträchtlicher Amplitude, wogegen die wesentlich geringeren Schwingungen in Fig. 4 (mit erfindungsgemäßer Schwingungsunterdrückung) bereits nach der Hälfte der Zeit abgeklungen sind.

    Claims (4)

    1. Kran mit einem hydraulisch betätigten Auslegersystem, mit mindestens einem Zylinder zur Betätigung des Auslegersystems und einer Einrichtung zur Überwachung des die Belastung des Krans anzeigenden Druckes im Zylinder, wobei der Zufluß von Hydraulikflüssigkeit zum Zylinder durch Veränderung des Querschnitts eines Ventils steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der im Zylinder festgestellten zeitlichen Änderung des Druckes bzw. der zeitlichen Änderung der Belastung des im Zylinder geführten Kolbens ein Signal erzeugt wird, welches den Antrieb zur Verstellung des Ventilquerschnitts im Sinne einer Verringerung der festgestellten Druck- bzw. Belastungsänderung betätigt.
    2. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Signals bei höheren Werten des Druckes überproportional steigt.
    3. Kran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal unabhängig von dem durch die Stellung eines Handhebels definierten Sollwert des Ventilquerschnitts ist.
    4. Kran nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder der Hubzylinder für den Hauptarm eines Ladekrans für ein Lastfahrzeug ist.
    EP98116951A 1998-09-08 1998-09-08 Kran Expired - Lifetime EP0985629B1 (de)

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