ES2901160T3 - Grúa y procedimiento para controlar una grúa de este tipo - Google Patents

Abstract

Grúa giratoria de torre con una torre (201) que porta una pluma (202), en la que puede desplazarse un carro, desde el que parte un cable de elevación (207), un medio de suspensión de carga (208) colocado en el cable de elevación (207), dispositivos de accionamiento para mover varios elementos de grúa y desplazar el medio de suspensión de carga (208), un dispositivo de control (3) para controlar los dispositivos de accionamiento de manera que el medio de suspensión de carga (208) se desplaza a lo largo de una trayectoria de desplazamiento, así como un dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) para amortiguar movimientos oscilatorios del medio de suspensión de carga (208) y/o del cable de elevación (207), en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta un módulo de control (341) para influir en la activación de los dispositivos de accionamiento dependiendo de parámetros relevantes para la oscilación, caracterizada por que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta medios de determinación (342) para determinar deformaciones de la torre (201) y componentes estructurales adicionales de la grúa como consecuencia de cargas dinámicas, en la que el módulo de control (341) del dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) está configurado para considerar, al influir en la activación de los dispositivos de accionamiento, las deformaciones determinadas de la torre y componentes estructurales adicionales como consecuencia de cargas dinámicas.

Description

DESCRIPCIÓN

Grúa y procedimiento para controlar una grúa de este tipo

La presente invención se refiere a una grúa en forma de una grúa giratoria de torre, con un medio de suspensión de carga colocado en un cable de elevación, dispositivos de accionamiento para mover varios elementos de grúa y desplazar el medio de suspensión de carga, un dispositivo de control para controlar los dispositivos de accionamiento de manera que el medio de suspensión de carga se desplaza a lo largo de una trayectoria de desplazamiento, así como un dispositivo de amortiguación de oscilaciones para amortiguar los movimientos oscilatorios del medio de suspensión de carga, en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones mencionado presenta un módulo de control para influir en la activación de los dispositivos de accionamiento dependiendo de criterios relevantes para la oscilación. Además, la invención también se refiere a un procedimiento para controlar una grúa, con el que un dispositivo de amortiguación de oscilaciones influye en la activación de los dispositivos de accionamiento dependiendo de parámetros relevantes para la oscilación.

Por el documento DE 100 64 182 A1 y el documento EP 1880 971 A2 se conocen en cada caso grúas móviles portuarias, en las que un dispositivo de amortiguación de oscilaciones interviene en la activación de los elementos de accionamiento, para evitar una oscilación del gancho de carga. A este respecto, se propone considerar la flexión y la velocidad angular de basculación de la pluma basculante. El documento DE 10 2011 001 112 A1 que da a conocer las características de los conceptos generales de las reivindicaciones 1 y 14, describe una grúa giratoria de torre con un dispositivo de amortiguación de oscilaciones, que para reducir las vibraciones en la estructura de grúa calcula la frecuencia resonante, así como el grado de amortiguación del sistema de grúa y considera estos en la activación de los elementos de accionamiento. Se conocen grúas adicionales con amortiguación de oscilaciones por el documento DE 4315005 A1.

Para poder desplazar el gancho de carga de una grúa a lo largo de una trayectoria de desplazamiento o entre dos puntos objetivo, deben activarse y controlarse habitualmente diversos dispositivos de accionamiento. En una grúa giratoria de torre, en la que el cable de elevación parte de un carro que puede desplazarse en la pluma de la grúa, debe activarse y controlarse habitualmente en cada caso el mecanismo de giro, por medio del que la torre con la pluma prevista en la misma o la pluma con respecto a la torre se gira alrededor de un eje de giro vertical, así como el elemento de accionamiento de carro, por medio del que el carro puede desplazarse a lo largo de la pluma, y el mecanismo de elevación, por medio del que se ajusta el cable de elevación y por consiguiente el gancho de carga puede elevarse y hacerse descender. A este respecto, los dispositivos de accionamiento mencionados se activan y controlan habitualmente por el operario de grúa mediante elementos de manejo correspondientes como por ejemplo en forma de palancas de mando, interruptores basculantes, botones giratorios y guías deslizantes y similares, lo que requiere según la experiencia mucho tacto y experiencia, para llegar a los puntos objetivo de manera rápida y sin embargo suave sin grandes movimientos oscilatorios del gancho de carga. Aunque debe circularse lo más rápido posible entre los puntos objetivo, para lograr un alto rendimiento de trabajo, debe detenerse en el punto objetivo respectivo de manera suave, sin que el gancho de carga oscile posteriormente con la carga fijada en el mismo. Un control de este tipo de los dispositivos de accionamiento de una grúa es fatigoso en vista de la concentración requerida para el operario de grúa, sobre todo porque hay que realizar frecuentemente siempre trayectorias de desplazamiento recurrentes y tareas monótonas, por ejemplo cuando en el hormigonado una cuba de hormigón suspendida de un gancho de grúa debe desplazarse de aquí para allá muchas veces entre una hormigonera, en la que se llena la cuba de hormigón, y una zona de hormigonado, en la que se vacía la cuba de hormigón. Por otro lado, con una concentración menguante o también con una experiencia insuficiente con el tipo de grúa respectivo se producen movimientos oscilatorios demasiado grandes de la carga suspendida y por consiguiente un potencial de riesgo correspondiente, cuando el operario de grúa no maneja de manera suficientemente delicada la palanca o elementos de manejo de la grúa.

Para afrontar la problemática de movimientos oscilatorios indeseados, ya se propuso dotar al dispositivo de control de la grúa de dispositivos de amortiguación de oscilaciones que intervienen por medio de módulos de control en el control e influyen en la activación de los dispositivos de accionamiento, por ejemplo evitan o atenúan aceleraciones demasiado grandes de un dispositivo de accionamiento mediante una activación demasiado rápida o demasiado intensa de la palanca de manejo o limitan velocidades de desplazamiento determinadas con grandes cargas o intervienen de manera similar en los movimientos de desplazamiento, para impedir una oscilación demasiado fuerte del gancho de carga.

Tales dispositivos de amortiguación de oscilaciones para grúas se conocen en distintas realizaciones, por ejemplo, mediante la activación de los accionamientos de mecanismo de giro, basculación y carro dependiendo de determinadas señales del sensor, por ejemplo, señales de inclinación y/o giroscópicas. Por ejemplo, los documentos DE 202008 018260 U1 o DE 102009032270 A1 muestran amortiguaciones de oscilaciones de carga conocidas de grúas, a cuyo objeto se hace referencia explícita en este sentido, es decir en cuanto a las bases del dispositivo de amortiguación de oscilaciones. En el documento DE 202008 018206 U1 se mide, por ejemplo, por medio de una unidad giroscópica el ángulo de cable con respecto a la vertical y su cambio en forma de la velocidad angular de cable, para intervenir automáticamente en el control al superar un valor límite para la velocidad angular de cable con respecto a la vertical.

Además, de la empresa Liebherr con el nombre de “Cycoptronic” se conoce un sistema de amortiguación de oscilaciones de carga para grúas marítimas, que calcula previamente movimientos de carga e influencias como el viento y basándose en este cálculo previo introduce automáticamente movimientos compensatorios, para evitar una vibración de la carga. Con este sistema, concretamente, también se detecta por medio de giroscopios el ángulo de cable con respecto a la vertical y sus cambios, para intervenir dependiendo de las señales giroscópicas en el control. Sin embargo, en estructuras de grúa largas, delgadas con diseño de carga límite ambicioso, tal como es particularmente el caso en las grúas giratorias de torre es difícil en ocasiones intervenir con dispositivos de amortiguación de oscilaciones convencionales de la manera correcta en la activación de los elementos de accionamiento, para lograr la acción deseada, de amortiguación de oscilaciones. A este respecto, en la zona de las partes estructurales, en particular de la torre se producen efectos dinámicos y deformaciones elásticas de las partes estructurales, cuando se acelera o se frena un elemento de accionamiento de modo que la intervención en los dispositivos de accionamiento (por ejemplo, frenado o aceleración del elemento de accionamiento de carro o del mecanismo de giro) no tiene efecto directamente de la manera deseada en el movimiento oscilatorio del gancho de carga. Por un lado, mediante las acciones dinámicas en las partes estructurales pueden producirse retardos temporales en la transmisión al cable de elevación y el gancho de carga, cuando los elementos de accionamiento se activan de manera que amortiguan las oscilaciones. Por otro lado, los efectos dinámicos mencionados también pueden tener efectos excesivos o incluso contraproducentes sobre una oscilación de carga. Cuando, por ejemplo, una carga oscila hacia atrás hacia la torre mediante en primer lugar una activación demasiado rápida del elemento de accionamiento de carro y el dispositivo de amortiguación de oscilaciones lo corrige, retardándose el elemento de accionamiento de carro, puede producirse un movimientos de cabeceo de la pluma, dado que la torre se deforma de manera correspondiente, con lo que puede comprometerse la acción de amortiguación de oscilaciones deseada. A partir de ello, la presente invención se basa en el objetivo de crear una grúa mejorada, así como un procedimiento mejorado para su control, evitar las desventajas del estado de la técnica y perfeccionar la última de manera ventajosa. En particular, debe conseguirse una amortiguación de oscilaciones mejorada en grúas giratorias de torre, que considere mejor las múltiples influencias de la estructura de grúa.

Según la invención el objetivo mencionado se alcanza mediante una grúa según la reivindicación 1 así como un procedimiento según la reivindicación 14. Configuraciones preferidas de las invenciones son objeto de las reivindicaciones dependientes.

También se propone, con las medidas de amortiguación de oscilaciones no sólo considerar el verdadero movimiento oscilatorio del cable en sí, sino también la dinámica de la construcción de acero de la grúa y sus trenes de accionamiento. La grúa ya no se presenta como cuerpo rígido inmóvil que implementa de manera directa e idéntica movimientos de accionamiento de los dispositivos de accionamiento, es decir 1:1 en los movimientos del punto de suspensión del cable de elevación. En su lugar, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones considera la grúa como estructura blanda que muestra en sus componentes de acero como por ejemplo el entramado de torre, y en los trenes de accionamiento elasticidades y flexibilidades con aceleraciones, y considera esta dinámica de las partes estructurales de la grúa en la influencia de amortiguación de oscilación de la activación de los dispositivos de accionamiento.

Según la invención, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones comprende medios de determinación para determinar deformaciones y movimientos dinámicos de los componentes estructurales con cargas dinámicas, en el que el módulo de control del dispositivo de amortiguación de oscilaciones que influye de manera que amortigua las oscilaciones en la activación del dispositivo de accionamiento, está configurado para considerar, al influir en la activación de los dispositivos de accionamiento, las deformaciones dinámicas determinadas al menos de la torre y componentes estructurales adicionales de la grúa.

El dispositivo de amortiguación de oscilaciones tampoco considera la estructura de grúas o máquinas como rígida, por así decirlo una estructura infinitamente rígida, sino que parte de una estructura elásticamente deformable y/o flexible y/o relativamente blanda, que permite (adicionalmente a los ejes de movimiento de ajuste de la máquina como por ejemplo el eje de basculación de pluma o el eje de giro de torre) movimientos y/o cambios de posición mediante deformaciones de los componentes estructurales.

La consideración de la movilidad de la estructura de máquinas como consecuencia de deformaciones estructurales con carga o cargas dinámicas es especialmente de importancia en estructuras agotadas conscientemente extensas, delgadas y según las condiciones límite estáticas y dinámicas (considerando las seguridades necesarias) como en grúas giratorias de torre, dado que en este caso se añaden fracciones de movimiento que pueden percibirse por ejemplo para la pluma y por consiguiente la posición de gancho de carga mediante las deformaciones de los componentes estructurales. Para poder combatir mejor los orígenes de oscilaciones, la amortiguación de oscilaciones considera tales deformaciones y movimientos de la estructura de máquinas con cargas dinámicas. Mediante ello, pueden alcanzarse ventajas considerables: en primer lugar, se reduce la dinámica de vibraciones de los componentes estructurales por el comportamiento regulatorio del dispositivo de control. A este respecto, mediante el comportamiento de desplazamiento se amortigua de manera activa la vibración o no comienza a excitarse en absoluto mediante el comportamiento regulatorio.

Igualmente, se cuida y se exige menos a la construcción de acero. En particular, se reducen las cargas de impacto mediante el comportamiento regulatorio.

Además, mediante este procedimiento puede definirse la influencia del comportamiento de desplazamiento.

Mediante el conocimiento de la dinámica estructural y el comportamiento de regulador puede reducirse y amortiguarse en particular la vibración de cabeceo. De esta manera, la carga se comporta de manera más reposada y ya no oscila más tarde hacia y desde la posición de reposo.

Las deformaciones elásticas y movimientos mencionados anteriormente de los componentes estructurales y trenes de accionamiento y los movimientos propios que se ajustan mediante los mismos pueden determinarse básicamente de distinta manera. En un perfeccionamiento de la invención, los medios de determinación mencionados pueden comprender un dispositivo de estimación que estima las deformaciones y movimientos de la estructura de máquinas con cargas dinámicas, que resultan dependiendo de órdenes de control introducidas en la estación de control y/o dependiendo de acciones de activación determinadas de los dispositivos de accionamiento y/o dependiendo de perfiles de velocidad y/o aceleración determinados de los dispositivos de accionamiento, considerando las circunstancias que caracterizan la estructura de grúa.

Un dispositivo de estimación de este tipo puede acceder por ejemplo a un modelo de datos, en el que se almacenan y/o están vinculados entre sí magnitudes estructurales de la grúa como altura de torre, longitud de pluma, rigideces, momentos de inercia de superficie y similares, para estimar entonces mediante una situación de carga concreta, es decir, peso de la carga suspendida del gancho de carga y la descarga momentánea, qué efectos dinámicos resultan, es decir deformaciones en la construcción de acero y en los trenes de accionamiento para una activación determinada de un dispositivo de accionamiento. Dependiendo de una acción dinámica estimada de esta manera el dispositivo de amortiguación de oscilaciones puede intervenir entonces en la activación de los dispositivos de accionamiento e influir en las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento de los dispositivos de accionamiento, para evitar o reducir movimientos oscilatorios del gancho de carga y del cable de elevación.

En particular, el dispositivo de determinación puede presentar una unidad de cálculo para determinar tales deformaciones estructurales, que calcula estas deformaciones estructurales y movimientos parciales estructurales que resultan de las mismas mediante un modelo de cálculo almacenado dependiendo de las órdenes de control introducidas en la estación de control. De manera similar, un modelo de este tipo puede estar incorporado en un modelo de elementos finitos o ser un modelo de elementos finitos, en el que ventajosamente sin embargo se usa un modelo claramente simplificado con respecto a un modelo de elementos finitos, que puede determinarse por ejemplo de manera empírica mediante la detección de deformaciones estructurales con determinadas órdenes de control y/o condiciones de carga en la verdadera grúa o la verdadera máquina. Un modelo de cálculo de este tipo puede trabajar por ejemplo con tablas, en las que determinadas deformaciones están asociadas a determinadas órdenes de control, en el que valores intermedios de las órdenes de control por medio de un dispositivo de interpolación pueden convertirse en deformaciones correspondientes.

Alternativa o adicionalmente a una estimación o cálculo de las deformaciones elásticas y movimientos dinámicos de los componentes estructurales el dispositivo de amortiguación de oscilaciones también puede comprender un sistema de sensores adecuado, por medio del que se detectan tales deformaciones elásticas y movimientos de los componentes estructurales con cargas dinámicas. Un sistema de sensores de este tipo puede comprender por ejemplo sensores de deformación como extensímetros en la construcción de acero de la grúa, por ejemplo, los entramados de la torre y/o de la pluma. Alternativa o adicionalmente, pueden estar previstos sensores de aceleración y/o velocidad, para detectar determinados movimientos de componentes estructurales como por ejemplo movimientos de cabeceo de la punta de pluma y/o efectos dinámicos rotatorios en la pluma. Alternativa o adicionalmente, también pueden estar colocados sensores de inclinación o giroscopios por ejemplo en la torre, en particular en su sección superior, en la que está colocada la pluma, para detectar la dinámica de la torre. Por ejemplo, los movimientos de elevación bruscos conducen a movimientos de cabeceo de la pluma, que están acompañados de movimientos de flexión de la torre, en el que una oscilación posterior de la torre conduce a su vez a movimientos de cabeceo de la pluma, lo que está acompañado de movimientos de gancho de carga correspondientes. Alternativa o adicionalmente, también pueden estar asociados sensores de movimiento y/o aceleración a los trenes de accionamiento, para poder detectar la dinámica de los trenes de accionamiento. Por ejemplo, a los rodillos de retorno del carro para el cable de elevación y/o a los rodillos de retorno para un cable de sujeción de una pluma basculante pueden estar asociados codificadores rotatorios, para poder detectar la verdadera velocidad de cable en el punto relevante.

Ventajosamente, a los dispositivos de accionamiento en sí mismos también están asociados sensores de movimiento y/o velocidad y/o aceleración adecuados, para poder detectar de manera correspondiente los movimientos de accionamiento de los dispositivos de accionamiento y establecerlos en relación con las deformaciones estimadas y/o detectadas de los componentes estructurales como de la construcción de acero y en los trenes de accionamiento.

En particular, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones en un perfeccionamiento de la invención puede comprender un dispositivo de filtro o un observador que observa las reacciones de grúa que se ajustan con determinadas magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento y considerando principios predeterminados de un modelo dinámico de la grúa que puede proporcionarse básicamente de distinta manera y obtenerse mediante análisis y simulación de la construcción de acero, influye mediante las reacciones de grúa observadas en las magnitudes de ajuste del regulador.

Un dispositivo de filtro u observador de este tipo puede estar configurado en particular en forma de un denominado filtro de Kalman, al que se proporcionan como magnitud de entrada las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento de la grúa y los movimientos de grúa, en particular el movimiento de gancho de carga, en particular su movimiento oscilatorio, y el que a partir de estas magnitudes de entrada mediante ecuaciones de Kalman que modelan el sistema de dinámica de la estructura de grúa, en particular sus componentes de acero y trenes de accionamiento, influye de manera correspondiente en las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento, para lograr la acción de amortiguación de oscilaciones deseada.

En particular, por medio de un sistema de sensores adecuado se detecta la posición del gancho de carga, en particular también su tracción oblicua con respecto a la vertical, es decir la desviación del cable de elevación con respecto a la vertical y se suministra al filtro de Kalman mencionado. El dispositivo de detección para la detección de posición del gancho de carga puede comprender ventajosamente un sistema de sensores que proporciona imágenes, por ejemplo, una cámara, que mira sustancialmente hacia abajo de manera perpendicular desde el punto de suspensión del cable de elevación, por ejemplo, el carro. Un dispositivo de evaluación de imágenes puede identificar en la imagen proporcionada por el sistema de sensores que proporciona imágenes el gancho de grúa y determinar a partir de ello su excentricidad o su desplazamiento del centro de imagen, que es una medida para la desviación del gancho de grúa con respecto a la vertical y por consiguiente caracteriza la oscilación de carga.

Ventajosamente, el sistema de sensores de posición puede estar configurado para detectar la carga con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo y/o el dispositivo de control de desplazamiento estar configurado para posicionar la carga con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo.

A este respecto, mediante la detección de posición de carga puede realizarse una regulación de tracción oblicua que elimina o al menos reduce una deformación estática por la carga suspendida. Para reducir una dinámica de vibraciones o no permitir que comience a producirse en absoluto, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones puede estar configurado para corregir el mecanismo de giro y el mecanismo de desplazamiento de carro de modo que el cable siempre que sea posible esté en perpendicular a la carga, también cuando la grúa se inclina hacia delante cada vez más por el par de carga creciente. Por ejemplo, al elevar una carga desde el suelo puede considerarse el movimiento de cabeceo de la grúa como consecuencia de su deformación con la carga y el mecanismo de desplazamiento de carro puede seguirse considerando la posición de carga detectada o posicionarse con estimación predictiva de la deformación de cabeceo, de modo que el cable de elevación con la deformación de grúa resultante está en perpendicular sobre la carga. A este respecto, la mayor deformación estática se produce en el punto en el que la carga abandona el suelo. Entonces ya no es necesaria ninguna regulación de tracción oblicua. Alternativa o adicionalmente, de manera correspondiente, el mecanismo de giro puede seguirse también considerando la posición de carga detectada y/o posicionarse con estimación predictiva de una deformación transversal de modo que el cable de elevación con la deformación de grúa resultante esté en perpendicular sobre la carga.

Una regulación de tracción oblicua de este tipo puede activarse de nuevo en un momento posterior por el operario que de esta manera puede usar la grúa como manipulador. Mediante ello, el mismo puede posicionar posteriormente la carga sólo presionando y/o tirando. A este respecto, la regulación de tracción oblicua procura seguir la desviación que produce el operario. De esta manera, puede realizarse un control de manipulación.

El dispositivo de amortiguación de oscilaciones mencionado puede supervisar con la activación manual de la grúa activando elementos de manejo correspondientes como palancas de mando y similares las órdenes de entrada del operario de grúa y si es necesario realizar un control de orden superior, en particular en el sentido de que el operario de grúa puede reducir por ejemplo aceleraciones predeterminadas demasiado fuertes o también iniciar movimientos contrarios de manera automática, cuando un movimiento de grúa predeterminado por el operario de grúa ha conducido o conduciría a una oscilación del gancho de carga.

Alternativa o adicionalmente, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones también puede utilizarse con una activación automatizada de la grúa, con la que el dispositivo de control de la grúa en el sentido de un piloto automático desplaza el medio de suspensión de carga de la grúa automáticamente entre al menos dos puntos objetivo a lo largo de una trayectoria de desplazamiento. Con una activación automática de este tipo, con la que un módulo de determinación de trayectoria de desplazamiento del dispositivo de control determina una trayectoria de desplazamiento deseada por ejemplo en el sentido de un control de recorrido y un módulo de control de desplazamiento automático del dispositivo de control activa el regulador de accionamiento o los dispositivos de accionamiento de modo que el gancho de carga se desplaza a lo largo de la trayectoria de desplazamiento determinada, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones puede intervenir en la activación del regulador de accionamiento mediante el módulo de control de desplazamiento mencionado, para desplazar el gancho de grúa sin oscilaciones o amortiguar los movimientos oscilatorios.

La invención se explica más detalladamente a continuación mediante un ejemplo de realización preferido y los dibujos correspondientes. En los dibujos muestran:

la figura 1: una representación esquemática de una grúa giratoria de torre, en la que se detecta la posición de gancho de carga y un ángulo de cable con respecto a la vertical mediante un sistema de sensores que proporciona imágenes, y en la que un dispositivo de amortiguación de oscilaciones influye en la activación de los dispositivos de accionamiento para impedir los movimientos oscilatorios del gancho de carga y su cable de elevación,

la figura 2: una representación esquemática de un filtro de Kalman del dispositivo de amortiguación de oscilaciones y la influencia realizada por el mismo de las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento,

la figura 3: una representación esquemática de las deformaciones y formas de vibración de una grúa giratoria de torre con carga y su amortiguación o evitación mediante una regulación de tracción oblicua, en la que la vista parcial a.) muestra una deformación de cabeceo de la grúa giratoria de torre con carga y tracción oblicua vinculada a la misma del cable de elevación, las vistas parciales b.) y c.) una deformación transversal de la grúa giratoria de torre en representación en perspectiva así como en vista en planta mostrada desde arriba, y las vistas parciales d.) y e.) muestran una tracción oblicua vinculada con tales deformaciones transversales del cable de elevación.

Tal como muestra la figura 1, la grúa puede estar configurada como grúa giratoria de torre. La grúa giratoria de torre mostrada en la figura 1 puede presentar por ejemplo de una manera conocida una torre 201 que porta una pluma 202 que se equilibra por una contrapluma 203, en la que está previsto un contrapeso 204. La pluma 202 mencionada puede girarse junto con la contrapluma 203 alrededor de un eje de giro vertical 205, que puede ser coaxial al eje de torre, mediante un mecanismo de giro. En la pluma 202 puede desplazarse un carro 206 mediante un elemento de accionamiento de carro, en la que del carro 206 parte un cable de elevación 207, en el que está sujeto un gancho de carga 208.

A este respecto, tal como muestra igualmente la figura 1, la grúa 2 puede presentar un dispositivo de control 3 electrónico, que puede comprender, por ejemplo, un ordenador de control dispuesto en la propia grúa. A este respecto, el dispositivo de control 3 mencionado puede activar distintos elementos de ajuste, circuitos hidráulicos, motores eléctricos, dispositivos de accionamiento y otras unidades de trabajo en la máquina de construcción respectiva. Estos pueden ser por ejemplo en la grúa mostrada su mecanismo de elevación, su mecanismo de giro, su elemento de accionamiento de carro, su elemento de accionamiento de basculación de pluma (existente dado el caso) o similares.

A este respecto, el dispositivo de control 3 electrónico mencionado puede comunicarse con un terminal 4 que puede estar dispuesto en la estación de control o en la cabina de operario y puede presentar por ejemplo la forma de una tableta con pantalla táctil y/o palancas de mando, botones giratorios, pulsadores deslizantes y elementos de manejo similares, de modo que por un lado distintas informaciones del ordenador de control 3 pueden visualizarse en el terminal 4 ya la inversa pueden introducirse órdenes de control mediante el terminal 4 en el dispositivo de control 3. El dispositivo de control 3 mencionado de la grúa 1 puede estar configurado en particular para activar también entonces los dispositivos de accionamiento mencionados del mecanismo de elevación, del carro y del mecanismo de giro, cuando un dispositivo de amortiguación de oscilaciones 340 detecta parámetros de movimiento relevantes para la oscilación.

Para ello, la grúa 1 puede presentar un dispositivo de detección 60 que detecta una tracción oblicua del cable de elevación 207 y/o desviaciones del gancho de carga 208 con respecto a una vertical 61 que discurre por el punto de suspensión del gancho de carga 208, es decir el carro 206. En particular, puede detectarse el ángulo de tracción de cable 9 con respecto a la línea de acción de fuerza de gravedad, es decir la vertical 62, véase la figura 1.

Los medios de determinación 62 previstos para ello del dispositivo de detección 60 pueden trabajar por ejemplo ópticamente, para determinar la desviación mencionada. En particular, en el carro 206 puede estar colocada una cámara 63 u otro sistema de sensores que proporciona imágenes, que mira hacia abajo de manera perpendicular desde el carro 206, de modo que con el gancho de carga 208 no desviado su reproducción de imágenes se sitúa en el centro de la imagen proporcionada de la cámara 63. Sin embargo, el gancho de carga 208 se desvía con respecto a la vertical 61, por ejemplo, mediante una arrancada a empujones del carro 206 o un frenado abrupto del mecanismo de giro, la reproducción de imágenes del gancho de carga 208 sale del centro de la imagen de cámara, lo que puede determinarse mediante un dispositivo de evaluación de imágenes 64.

Dependiendo de la desviación determinada con respecto a la vertical 61, en particular considerando la dirección y magnitud de la desviación, el dispositivo de control 3 puede activar con ayuda del dispositivo de amortiguación de oscilaciones 340 el elemento de accionamiento de mecanismo de giro y el elemento de accionamiento de carro, para llevar el carro 206 de nuevo de manera más o menos exacta sobre el gancho de carga 208 y compensar o reducir o no permitir que comiencen en absoluto movimientos oscilatorios,.

Para ello, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 430 comprende medios de determinación 342 para determinar deformaciones dinámicas de los componentes estructurales, en el que el módulo de control 341 del dispositivo de amortiguación de oscilaciones 340 que influye de manera que amortigua las oscilaciones en la activación del dispositivo de accionamiento, está configurado para considerar, al influir en la activación de los dispositivos de accionamiento, las deformaciones dinámicas determinadas de los componentes estructurales de la grúa.

A este respecto, los medios de determinación 342 pueden comprender un dispositivo de estimación 343 que estima las deformaciones y movimientos de la estructura de máquinas con cargas dinámicas que resultan dependiendo de órdenes de control introducidas en la estación de control y/o dependiendo de acciones de activación determinadas de los dispositivos de accionamiento y/o dependiendo de perfiles de velocidad y/o aceleración determinados de los dispositivos de accionamiento, considerando las circunstancias que caracterizan la estructura de grúa. En particular, una unidad de cálculo 348 puede calcular las deformaciones estructurales y movimientos parciales estructurales que resultan de las mismas mediante un modelo de cálculo almacenado dependiendo de las órdenes de control introducidas en la estación de control.

Alternativa o adicionalmente, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 340 también puede comprender un sistema de sensores 344 adecuado, por medio del que tales deformaciones elásticas y movimientos se detectan por componentes estructurales con cargas dinámicas. Un sistema de sensores 344 de este tipo puede comprender por ejemplo sensores de deformación como extensímetros en la construcción de acero de la grúa, por ejemplo, los entramados de la torre 201 o de la pluma 202. Alternativa o adicionalmente, pueden estar previstos sensores de aceleración y/o velocidad, para detectar determinados movimientos de los componentes estructurales como por ejemplo movimientos de cabeceo de la punta de pluma o efectos dinámicos rotatorios en la pluma 202. Alternativa o adicionalmente, también pueden estar previstos sensores de inclinación o giroscopios por ejemplo en la torre 201, en particular en su sección superior, en la que está colocada la pluma, para detectar la dinámica de la torre 201. Alternativa o adicionalmente, a los trenes de accionamiento también pueden estar asociados sensores de movimiento y/o aceleración, para poder detectar la dinámica de los trenes de accionamiento. Por ejemplo, a los rodillos de retorno del carro 206 para el cable de elevación y/o rodillos de retorno para un cable de sujeción de una pluma basculante pueden estar asociados codificadores rotatorios, para poder detectar la verdadera velocidad de cable en el punto relevante.

Tal como muestra la figura 2, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 340 posee un dispositivo de filtro o un observador 345 que observa las reacciones de grúa que se ajustan con determinadas magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento 347 y considerando principios predeterminados de un modelo dinámico de la grúa, que puede proporcionarse básicamente de distinta manera y obtenerse mediante análisis y simulación de la construcción de acero, influye mediante las reacciones de grúa observadas en las magnitudes de ajuste del regulador.

Un dispositivo de filtro u observador 345b de este tipo puede estar configurado en particular en forma de un denominado filtro de Kalman 346, al que se suministran como magnitud de entrada las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento 347 de la grúa y los movimientos de grúa, en particular el ángulo de tracción de cable 9 con respecto a la vertical 62 y/o su cambio momentáneo o la velocidad angular de la tracción oblicua mencionada, y el que a partir de estas magnitudes de entrada mediante ecuaciones de Kalman que modelan el sistema de dinámica de la estructura de grúa, en particular sus componentes de acero y trenes de accionamiento, influye de manera correspondiente en las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento 347, para lograr la acción de amortiguación de oscilaciones deseada.

Con ayuda de una regulación de tracción oblicua de este tipo pueden amortiguarse en particular deformaciones y formas de vibración de la grúa giratoria de torre con carga o evitarse desde el principio, tal como se muestran en la figura 3 a modo de ejemplo, en la que en la misma la vista parcial a.) muestra esquemáticamente en primer lugar una deformación de cabeceo de la grúa giratoria de torre con carga como consecuencia de una flexión de la torre 201 con el descenso que acompaña a la misma de la pluma 202 y una tracción oblicua vinculada a la misma del cable de elevación.

Además, las vistas parciales b.) y c.) de la figura 3 muestran a modo de ejemplo de manera esquemática una deformación transversal de la grúa giratoria de torre en representación en perspectiva, así como en vista en planta desde arriba con las deformaciones que se producen a este respecto de la torre 201 y de la pluma 202.

Por último, la figura 3 en sus vistas parciales d.) y e.) muestra una tracción oblicua vinculada con tales deformaciones transversales del cable de elevación.

Para contrarrestar la dinámica de vibraciones correspondiente, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 430 puede comprender una regulación de tracción oblicua. En particular, por medio de los medios de determinación 62 se detecta la posición del gancho de carga 208, en particular también su tracción oblicua con respecto a la vertical, es decir la desviación del cable de elevación 207 con respecto a la vertical y se suministra al filtro de Kalman 346 mencionado.

Ventajosamente, el sistema de sensores de posición puede estar configurado para detectar la carga o el gancho de carga 208 con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo y/o el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 430 estar configurado para posicionar la carga con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo.

A este respecto, mediante la detección de posición de carga puede realizarse una regulación de tracción oblicua que elimina o al menos reduce una deformación estática mediante la carga suspendida. Para reducir una dinámica de vibraciones o no permitir que comiencen a producirse en absoluto, el dispositivo de amortiguación de oscilaciones 430 puede estar configurado para corregir el mecanismo de giro y el mecanismo de desplazamiento de carro de modo que el cable esté siempre que sea posible en perpendicular a la carga, también cuando la grúa se incline hacia delante cada vez más por el par de carga creciente.

Por ejemplo, al elevar una carga desde el suelo puede considerarse el movimiento de cabeceo de la grúa como consecuencia de su deformación con la carga y el mecanismo de desplazamiento de carro puede seguirse considerando la posición de carga detectada o posicionarse con estimación predictiva de la deformación de cabeceo de modo que el cable de elevación con la deformación de grúa resultante esté en perpendicular sobre la carga. A este respecto, la mayor deformación estática se produce en el punto, en el que la carga abandona el suelo. Entonces ya no es necesaria ninguna regulación de tracción oblicua. De manera correspondiente, alternativa o adicionalmente el mecanismo de giro considerando la posición de carga detectada también puede seguirse y/o posicionarse con la estimación predictiva de una deformación transversal de modo que el cable de elevación con la deformación de grúa resultante esté en perpendicular sobre la carga.

Una regulación de tracción oblicua de este tipo puede activarse de nuevo en un momento posterior por el operario que de esta manera puede usar la grúa como manipulador. Para ello, este puede posicionar posteriormente la carga sólo presionando y/o tirando. A este respecto, la regulación de tracción oblicua trata de seguir la desviación, que produce el operario. Por medio de ello, puede realizarse un elemento de control de manipulador.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i. Grúa giratoria de torre con una torre (201) que porta una pluma (202), en la que puede desplazarse un carro, desde el que parte un cable de elevación (207), un medio de suspensión de carga (208) colocado en el cable de elevación (207), dispositivos de accionamiento para mover varios elementos de grúa y desplazar el medio de suspensión de carga (208), un dispositivo de control (3) para controlar los dispositivos de accionamiento de manera que el medio de suspensión de carga (208) se desplaza a lo largo de una trayectoria de desplazamiento, así como un dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) para amortiguar movimientos oscilatorios del medio de suspensión de carga (208) y/o del cable de elevación (207), en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta un módulo de control (341) para influir en la activación de los dispositivos de accionamiento dependiendo de parámetros relevantes para la oscilación, caracterizada por que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta medios de determinación (342) para determinar deformaciones de la torre (201) y componentes estructurales adicionales de la grúa como consecuencia de cargas dinámicas, en la que el módulo de control (341) del dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) está configurado para considerar, al influir en la activación de los dispositivos de accionamiento, las deformaciones determinadas de la torre y componentes estructurales adicionales como consecuencia de cargas dinámicas.
2. 2. Grúa giratoria de torre según la reivindicación anterior, en la que los componentes estructurales comprenden una pluma (202) y los medios de determinación (342) están configurados para determinar deformaciones y/o cargas de la torre (201) y de la pluma (202) como consecuencia de cargas dinámicas.
3. 3. Grúa giratoria de torre según una de las dos reivindicaciones anteriores, en la que los componentes estructurales comprenden partes de tren de accionamiento como partes de mecanismo de giro, partes de accionamiento de carro y similares, y los medios de determinación (342) están configurados para determinar deformaciones y/o movimientos de las partes de tren de accionamiento como consecuencia de cargas dinámicas.
4. 4. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de determinación (342) presentan un dispositivo de estimación (343) para estimar las deformaciones y/o movimientos de los componentes estructurales como consecuencia de cargas dinámicas basándose en datos digitales de un modelo de datos que describe la estructura de grúa.
5. 5. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de determinación (342) presentan una unidad de cálculo (348) que calcula deformaciones estructurales y movimientos parciales estructurales que resultan de las mismas mediante un modelo de cálculo almacenado dependiendo de órdenes de control introducidas en la estación de control.
6. 6. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de determinación (342) presentan un sistema de sensores (344) para detectar las deformaciones y/o parámetros dinámicos de los componentes estructurales.
7. 7. Grúa giratoria de torre según la reivindicación anterior, en la que el sistema de sensores (344) presenta un sensor de inclinación y/o aceleración para detectar inclinaciones y/o velocidades de torre, un sensor de velocidad y/o aceleración de giro para detectar la velocidad y/o aceleración de giro de una pluma y/o un sensor de movimiento de cabeceo para detectar movimientos y/o aceleraciones de cabeceo de la pluma, y/o un sensor de velocidad y/o aceleración de cable para detectar velocidades y/o aceleraciones de cable del cable de elevación (207).
8. 8. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que está previsto un dispositivo de detección (60) para detectar una desviación (9) del cable de elevación (207) y/o del medio de suspensión de carga (208) con respecto a una vertical (61), en la que el módulo de control (341) del dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) está configurado para influir en la activación de los dispositivos de accionamiento dependiendo de la desviación determinada del cable de elevación (207) y/o del medio de suspensión de carga (208) con respecto a la vertical (61).
9. 9. Grúa giratoria de torre según la reivindicación anterior, en la que el dispositivo de detección (60) presenta un sistema de sensores que proporciona imágenes, en particular una cámara (62) que mira sustancialmente hacia abajo de manera perpendicular en la zona de un punto de suspensión del cable de elevación (207), en particular de un carro (206), en la que está previsto un dispositivo de evaluación de imágenes (64) para evaluar una imagen proporcionada por el sistema de sensores que proporciona imágenes en cuanto a la posición del medio de suspensión de carga (208) en la imagen proporcionada y para determinar la desviación (9) del medio de suspensión de carga (208) y/o del cable de elevación (207) y/o la velocidad de desviación con respecto a la vertical (61).
10. 10. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta un dispositivo de filtro y/u observador (345) para influir en las magnitudes de ajuste de los reguladores de accionamiento (347) para activar los dispositivos de accionamiento, en la que el dispositivo de filtro y/u observador (345) mencionado está configurado para obtener como magnitudes de entrada las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento (347) y los movimientos detectados y/o estimados de los elementos de grúa y/o deformaciones y/o movimientos de componentes estructurales, que se producen como consecuencia de cargas dinámicas y dependiendo de los movimientos inducidos dinámicamente obtenidos para magnitudes de ajuste de regulador determinadas de los elementos de grúa y/o las deformaciones de los componentes estructurales para influir en las magnitudes de ajuste de regulador.
11. 11. Grúa giratoria de torre según la reivindicación anterior, en la que el dispositivo de filtro y/u observador (345) está configurado como filtro de Kalman (346), en la que están implementadas funciones detectadas y/o estimadas y/o calculadas y/o simuladas en el filtro de Kalman (346) que caracterizan la dinámica de los componentes estructurales de la grúa.
12. 12. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) comprende un sistema de sensores de posición que está configurado para detectar el medio de suspensión de carga (208) con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo, y/o está configurado para posicionar el medio de suspensión de carga (208) con respecto a un sistema de coordenadas universales fijo.
13. 13. Grúa giratoria de torre según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) comprende un regulador de tracción oblicua y está configurado para activar los dispositivos de accionamiento para mover los elementos de grúa y desplazar el medio de suspensión de carga (208) de modo que el cable de elevación (207) esté siempre que sea posible en perpendicular a la carga, también cuando la grúa se deforma cada vez más por el par de carga creciente y/o por las fuerzas transversales crecientes y/o los pares de torsión transversales crecientes.
14. 14. Procedimiento para controlar una grúa giratoria de torre, cuyo medio de suspensión de carga (208) colocado en un cable de elevación (207) se desplaza mediante dispositivos de accionamiento, dispositivos de accionamiento que se activan por un dispositivo de control (3) de la grúa, en el que la activación de los dispositivos de accionamiento está influenciado por un dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) dependiendo de parámetros relevantes para la oscilación, caracterizado por que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) determina deformaciones de la torre (201) y de componentes estructurales adicionales de la grúa, que se producen como consecuencia de cargas dinámicas y las considera al influir en la activación de los dispositivos de accionamiento.
15. 15. Procedimiento según la reivindicación anterior, en el que el dispositivo de amortiguación de oscilaciones (340) presenta un filtro de Kalman (346), al que se le suministran como magnitudes de entrada las magnitudes de ajuste de los reguladores de accionamiento (347) para activar los dispositivos de accionamiento así como movimientos de grúa y/o deformaciones y/o movimientos inducidos dinámicamente de las partes estructurales que se ajustan con estas magnitudes de ajuste como magnitudes de entrada, en el que el filtro de Kalman (346) realiza una influencia de las magnitudes de ajuste del regulador de accionamiento (347) dependiendo de las magnitudes de entrada mencionadas.