KR101176967B1 - 크레인 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크레인 제어 방법에 관한 것으로, 마찰-구동 구동휠(3)을 갖는 크레인의 후크에 연결된 로프부(13)를 제어하는 단계를 포함하고, 여분의 로프(12)는 저장릴(4)에 복수의 층으로 감긴다. 상기 방법에서, 2개의 기계들(1,2)이 사용되며, 그 중 하나의 기계(1)는 상기 구동휠(3)을 위해 구비되고 다른 하나의 기계(2)는 상기 저장릴(4)을 위해 구비되며, 두 기계들(1,2) 중 하나는 속도 명령에 의해 제어되고 다른 하나는 토크 명령에 의해 제어된다.

Description

크레인 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A CRANE}

본 발명은 크레인(crane) 제어 방법에 관한 것이다.

리프팅(lifting) 장치에서, 일반적으로 상기 호이스팅(hoisting) 로프는 상기 리프팅 후크가 상부(upper position)에 있을 때 드럼에 한 층으로 감긴다. 그러나, 로프가 저장릴에 감기는 해결책이 또한 알려져 있다. 이러한 해결책에서, 상기 구동휠 및 도르래를 사용함으로써 충분한 마찰이 발생하고, 여기에서 상기 저장휠(storage wheel)에 상기 로프를 팽팽해지도록 하는데 필요한 것은 예를 들어 나선형 스프링 수단에 의해 발생되는 가벼운 힘뿐이다. 하나의 해결책은 상기 로프를 상기 드라이빙 드럼에 여러 층으로 곧바로 감는 것이다.

그러나, 특별히 극단적인 리프팅 높이에서, 만약 상기 로프가 한 층으로 되어 있다면 상기 로프 드럼은 길어진다. 이렇게 되면, 드럼을 위한 큰 공간이 필요하며, 이론적인 강도에 따른 강한 구조가 필요하다. 또한, 상기 드럼의 길이는 상기 로프가 상기 후크의 높이에 따라 변하도록 한다. 드럼 해결책에서, 상기 로프각(rope angle)이 커지면, 상기 로프의 작동 수명이 짧아진다. 로프각은 상기 구동휠 또는 상기 드럼으로부터 시작한 각을 나타낸다. 상기 설명한 방식으로 저장릴을 사용하는 것은 상기 구동휠 기계에서 큰 토크를 유발한다. 그러나, 상기 저장릴을 처리하는 것은 상기 로프의 팽팽함(tightness)을 조절하기 위한 어떠한 장치를 필요로 한다. 나선형 스프링은 상기 리프팅 높이가 높을 때 문제를 발생시킨다. 또한, 상기 드럼에 여러 층으로 직접 감는 리프팅 장치는 큰 토크를 필요로 한다. 또한, 상기 로프는 큰 힘에 의해 상기 릴에서 손상되기 때문에, 상기 로프의 수명은 단축된다.

본 발명의 목적은 상기 개시된 문제점을 제거하는 것이다. 본 발명의 목적은 속도 명령(speed instruction)으로 기계들(machinery) 중 하나를 제어하고, 토크 명령(torque instruction)으로 상기 기계들 중 다른 하나를 제어함으로써 달성된다.

본 발명은 마찰-구동 구동휠(driving wheel)로 상기 크레인의 후크(hook)에 연결된 로프부를 제어하는 단계를 포함하고, 여분의 로프(extra rope)가 저장릴(storage reel)에 복수의 층(layer)으로 감기고(coiled), 2개의 기계들(machineries)이 사용되며, 상기 기계들 중 제1 기계는 상기 구동휠을 위해 구비되고, 다른 기계는 상기 저장릴을 위해 구비된다.

본 발명은 두 기계들의 사용에 기반하고 있다. 상기 기계는 전기 모터 및 일반적인 기어(gear)를 포함한다. 또한, 기어가 없는 해결책도 채용될 수 있다. 상기 기계들 중 하나는 마찰-구동 구동휠(friction-operated driving wheel)을 구동하고, 다른 하나는 여러 층으로 감기는 저장릴(storage reel)을 구동한다. 바람직하게, 상기 구동휠을 제어하는 기계는 상기 속도 명령으로 조절되고, 상기 저장릴을 제어하는 기계는 상기 토크 명령으로 제어된다. 상기 속도 명령은 상기 리프팅 장치의 사용자 또는 상기 동작을 제어하는 컴퓨터에 의해 제공된다. 상기 속도 명령은 상기 리프팅 후크의 속도를 제어한다.

본 발명은 상기 로프의 팽팽함(tightness)을 조절하기 위한 효과적인 매커니즘을 갖는 저장릴을 제공하고 동시에, 종래기술과 비교하여 마찰-구동 구동휠에 더 작은 토크를 걸리게 한다. 또한, 작고 이론적인 강도를 만족하는 구조가 달성된다. 상기 로프각(rope angle)을 회피함으로써 상기 로프의 사용 가능 수명이 연장된다. 상기 로프의 위치가 상기 리프팅 높이의 함수로서 본 발명의 장치에서 역시 변하지 않는다. 본 발명에서, 상기 로프의 사용 가능 수명은 상기 릴 상에 곧바로 감는 리프팅 장치에서보다 상기 저장릴 상에 걸리는 상기 로프의 작은 신장력(tension force)에 의해 연장된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 저장 릴의 토크 명령은 상기 로프의 한 층으로부터 또 다른 층으로 이동 시 변해서, 상기 저장릴 및 상기 마찰 구동휠 사이의 상기 로프부에 걸리는 힘은 일정하게 유지된다. 또한, 상기 마찰 구동휠 및 상기 저장릴 사이의 로프에 걸리는 힘은 상기 마찰 구동휠로부터 상기 후크까지 이어지는 로프부에 걸리는 값의 절반으로 유지된다. 그러나, 다른 종류의 관계가 또한 사용될 수 있다. 상기 로프가 상기 저장릴 상에서 층이 바뀌면서 감길 때 토크가 변하게 된다. 추가적인 층으로 이동이 있을 때 토크가 증가하게 되며, 층이 감소할 때 토크는 감소하게 된다. 상기 로프 층의 변화 지점을 처리하기 위해서는 위치의 함수로서 상기 층의 변화 지점을 포함한 테이블이 상기 기계들을 제어하는 컴퓨터의 메모리에 저장되어야 한다. 이러한 정보는 교시적 작업(teaching run)에 의해 쉽게 획득된다. 상기 교시적 작업(teaching run)은 상기 장치의 구현과 관련하여 수행된다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 상기 저장릴은 상기 속도 명령으로 제어되고, 상기 구동휠은 토크 명령으로 제어된다. 이러한 점으로부터, 상기 제어 컴퓨터는 상기 로프 길이의 함수로서 상기 저장릴의 회전 속도를 변화시키기 위한 테이블을 포함하여, 상기 후크의 속도는 상기 주어진 속도 명령의 크기 이내에서 유지된다.

본 발명에 따른 바람직한 실시 예들이 종속항인 제2항 내지 제9항에 기재되어 있다.

본 발명은 상기 로프의 팽팽함을 조절하기 위한 효과적인 매커니즘을 갖는 저장릴을 제공하고, 동시에 종래기술과 비교하여 마찰-구동 구동휠에 더 작은 토크를 걸리게 하며, 작고 이론적인 강도를 만족하는 구조가 달성된다. 또한, 로프각을 작게 함으로써 상기 로프의 사용 가능 수명이 연장되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 사용된 크레인의 구조를 도시한 도면;
도 2A 및 2B는 저장릴의 구조를 도시한 도면;
도 3은 속도 명령을 도시한 도면; 및
도 4는 본 발명의 크레인의 기계들에 대한 제어를 조절하기 위한 컴퓨터 또는 전기적 장치들 사이의 상호 통신을 도시한 블록도.

하기에서 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에서 사용된 크레인과 관련하여 좀 더 세부적으로 설명될 것이다.

도 1은 본 방법 발명에서 사용된 크레인의 구조를 좀더 상세히 도시하고 있다. 참조번호 1 및 2가 기계들로서 동작한다. 제1 기계는 전기 드라이브(9)에 의해 구동되고, 제2 기계는 전기 드라이브(10)에 의해 구동된다. 상기 전기 드라이브들은 전형적인 주파수 변환 드라이브들이지만, 직류 드라이브들이 유사한 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 제1 기계는 마찰-구동 구동휠(3)을 구동하고, 제2 기계는 저장릴(4)을 구동한다. 도르래(8)는 상기 로프에 대한 충분히 큰 그립각(gripping angle)을 획득하기 위해 필요하다. 상기 그립각이 커지면 마찰력이 증가한다. 도르래 시스템(6, 7)은 필요한 상기 로프 힘을 감소시키기 위한 통상적인 로프 트랜스미션(transmission)을 구성한다. 상기 크레인의 후크(미도시)는 상기 하부 도르래 시스템(7)에 고정된다. 상기 로프의 참조번호 5는 상기 크레인의 상부 구조내의 고정된 지점에 고정된다. 상기 기계들의 샤프트들은 각도 센서들(14, 15)을 포함하고 있어서 상기 기계들의 속도 정보 및 위치 정보를 제공한다. 상기 위치 정보는 특히 교시(teaching) 프로그램과 연관될 필요가 있다. 상기 센서들(14, 15)은 상기 로프층이 변화할 때 속도 변화를 감지한다. 이러한 구조는 270도 내지 360도의 접촉각(contact angle)을 만든다. 도 1에 따르면, 상기 로프는 처음에 상기 구동휠(3)의 둘레를 순회하고, 그 다음 자유롭게 회전하는 도르래(7)의 둘레를 순회하며, 다시 상기 구동휠(3)에 도달한다. 상기 구동휠(3)의 효과적인 접촉각은 270도라는 것을 알 수 있다. 상기 저장릴(4)을 또 다른 방식으로 위치시킴으로써, 예를 들어 360도 내지 540도에 이르는 접촉각을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 여기에서 상기 접촉각이 작게 유지될 필요가 있다. 만약 상기 릴(4)이 끌어당기는 방식(pulling type)이 아니라면, 요구되는 상기 접촉각은 종래 기술에서 일반적이었던 것과 같이 충분한 마찰력을 발생시키기 위해 약 1000도가 될 것이다. 상기 릴(4)이 끌어 당겨질 때, 상기 구동휠(3)에 의해 필요한 마찰력은 끌어당기는 릴이 없을 때보다 약 절반까지 작아진다. 이러한 점이 상기 접촉각이 270도에서 540도의 범위 내에 있을 수 있는 이유이다. 또한, 밑을 잘라낼 필요 없이 반원 형태의 그루브(groove)들을 사용할 수 있다. 이 경우, 끌어당기는 동안 상기 로프의 쓸림(chafing)은 상대적으로 경미해진다. 이러한 점으로부터 상기 로프들의 사용 가능 수명이 연장된다. 상기 구동휠에 가해지는 샤프트 힘이 또한 합당해진다.

상기 동작 방안이 마련되고 상기 마찰 구동휠(3) 및 상기 저장릴(4) 사이의 상기 로프부(12)에 가해지는 힘은 상기 마찰 구동휠(3) 및 상기 후크 사이에서 상기 로프(13)에 가해지는 힘에 따라 관계가 결정된다. 예를 들어, 절반은 이러한 관계에 해당하지만 다른 관계도 사용될 수 있다. 이러한 점은 상기 로프부(12)에 걸리는 힘을 적절히 조절함으로써 조절된다. 여러 층으로 감기는 상기 릴(4)로 향하는 상기 로프에서 일정한 힘을 생성하는 것이 바람직하면, 상기 릴(4) 상의 로프의 양에 따라 또는 사용되는 로프층에 따라 상기 릴(4)의 샤프트에 다른 토크가 요구된다. 이러한 이유는 상기 릴(4)의 샤프트 및 상기 로프 사이의 반지름이 로프 변화의 양에 따라 변하기 때문이다. 상기 반지름은 새로운 층이 상기 릴(4) 상에서 만들어질 때면 항상 증가한다. 이러한 점이 상기 토크 명령에 있어서의 변화가 컴퓨터를 제어함에 있어서 필요한 이유이다. 이러한 점이 성공하려면 상기 장치를 제어하는 컴퓨터는 상기 릴(4)에 감겨지는 로프의 감긴 횟수가 변하는 시점을 알아야 한다. 이러한 정보를 얻기 위해서, 교시(teaching) 프로그램이 컴퓨터에 사용된다. 상기 교시적 작업은 상기 기계(2)의 일정한 속도에서 수행된다. 이 경우, 상기 기계(1)는 작은 토크 명령으로 구동된다. 이로써, 상기 크레인은 리프팅 이동의 일단으로부터 타단까지 상기 컴퓨터(11)에 의해 제어된 일정 속도로 구동된다. 이 경우, 상기 기계(1)의 속도는 상기 로프가 새로운 층으로 감겨지기 시작할 때면 항상 변화한다. 상기 컴퓨터(11)는 상기 기계들의 샤프트들 상의 센서(14, 15)를 사용하여, 위치 및 속도를 모니터한다. 상기 변화 지점의 감지는 상기 컴퓨터의 메모리 내에 저장된다. 상기 저장릴(4)에 의해 요구되는 토크 변화를 사용한 테이블 내의 이러한 결과들은 보통의 동작으로 처리될 수 있다. 보통의 드라이브에서 이러한 층 정보는 상기 로프에 걸리는 힘을 일정하게 유지하는 방식으로 기계(2)의 토크를 변화시키는 데 사용된다. 상기 크레인의 후크에 연결된 로프부(13)는 마찰-구동 구동휠로 제어되고, 여분의 로프는 상기 저장릴(4)에 복수의 층으로 감긴다.

도 2는 저장릴의 구조를 도시하고 있다. 로프의 다른 층들은 참조번호 16, 17, 18 및 19에 의해 지정된다.

도 3은 속도 명령 터널(20, 21, tunnel)을 도시하고 있다. 도 3에서, 상기 속도 명령(22)은 양에서 음으로 다른 값들을 수신한다. 곡선(23)은 실현된 속도 명령을 나타내고, 또한 음의 속도에서 로프 미끄러짐(slip)을 나타낸다. 이 경우, 상기 미끄러짐은 상기 속도 명령 터널의 벽에 충돌하는 상기 속도 명령에 의해 처리된다. 상기 미끄러짐은 작은 부하가 걸릴 때 또는 부하 없이 구동될 때 주로 생성된다. 이 경우, 상기 미끄러짐은 상기 저장릴(4)에 걸리는 토크를 증가시킴으로써 처리될 수 있다. 그러나, 이 경우 필요한 총 토크는 작고 상기 저장릴은 토크상 증가치를 견디어낸다.

도 4에서, 블록(28)은 사용자 또는 다른 제어로부터 입력된 속도 명령을 나타내고, 상기 속도 명령은 신호(36)를 따라 상기 장치들을 따라 상기 제어 컴퓨터(11)로 전파해간다. 또한, 상기 컴퓨터는 구동휠(3)의 전기 드라이브(9)로 속도 명령(38)을 보낸다. 상기 구동휠(3)의 드라이브는 상기 부하에 의해 발생된 토크를 관찰하고 신호(32)를 사용하여 이를 합산 부재(27, addition member)로 보낸다. 또한, 사전 조임(pre-tightening) 정보(26)가 신호(33)를 따라 합산 부재(27)에 도달한다. 만약 부하가 걸리지 않는다면 상기 구동휠(3) 및 저장릴(4) 사이의 로프(12)가 느슨해지지 않도록 상기 사전 조임 정보(26)가 필요하다. 만약 상기 로프(12)가 느슨해지면, 상기 저장릴(4)에 상기 로프를 감는 것에 방해를 받는다. 상기 리프팅 장치에 부하가 걸리면, 상기 사전 조임 정보는 0이 될 것이다. 상기 사전 조임 정보로 수정된 토크 명령은 곱셈 부재(37, multiplication member)로 간다. 제2 요인으로서, 토크 분배 계수(35, torque division coefficient)가 상기 부재에 도달한다. 상기 컴퓨터(11)는 상기 로프부(12, 13)에서 상기 로프 힘들의 비율이 원하는 만큼 유지되는 방식으로 이러한 계수를 연산한다. 최종 토크 명령(31)은 곱셈 부재(37)로부터 상기 저장릴의 전기 드라이브(10)까지 간다. 상기 저장릴(4)은 그것의 위치 정보(46)를 제어 컴퓨터(11)로 보낸다. 상기 컴퓨터는 상기 로프층의 변화 지점을 주목하기 위해 상기 위치 정보를 활용한다. 변화 지점이 발생할 때, 상기 컴퓨터는 상기 토크 분배 계수(35)를 변경한다. 속도 명령 터널을 만들기 위해, 상기 컴퓨터(11)는 상기 저장릴(4)에 적절한 속도 정보(42)를 연산한다. 상기 속도 정보는 곱셈 부재(41) 내의 속도 계수(40)에 의해 수정된 구동휠(3)의 속도(39)로부터 유도된다. 상기 계수(40)는 상기 저장릴(4) 및 그 내부에 있는 층의 상태에 의존한다. 허용되는 속도 오차(45)는 합산 부재(43, addition member) 내의 신호(25)를 따라 상기 속도 정보에 추가된다. 이로써 상기 속도 명령 터널의 상부 끝(30, upper edge)이 제공된다. 대응되는 방식으로, 속도 오차가 감산 부재(44, difference member) 내에서 상기 속도 정보(42)로부터 감산되어, 상기 속도 명령 터널에 대한 하부 극한(29, lower limit)을 제공한다. 만약 상기 로프가 미끄러지고, 속도 명령 터널의 끝에 도달하면, 상기 저장릴(4)은 상기 로프가 더 이상 미끄러짐이 일어나지 않도록 하기 위해 토크를 증가시킨다.

상기의 설명 및 그것에 관련된 도면들은 본 발명을 설명하기 위해서만 의도된 것임을 이해해야 한다. 본 발명의 다른 변경들 및 수정들은 작성된 청구항들에 개시된 본 발명의 보호 영역 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

Claims (9)

1. 마찰-구동 구동휠(3)로 크레인의 후크에 연결된 로프부(13)를 제어하는 단계를 포함하고, 여분의 로프(12)는 저장릴(4)에 복수의 층으로 감기며, 상기 구동휠(3)을 위해 구비된 제1 기계(1) 및 상기 저장릴(4)을 위해 구비된 다른 기계(2)로 이루어진 2개의 기계들(1,2)이 사용되는 크레인 제어 방법에 있어서,
   상기 기계들(1,2) 중 하나의 기계는 속도 명령으로 제어하고, 상기 기계들(1,2) 중 다른 하나의 기계는 토크 명령으로 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 속도 명령으로 상기 구동휠(3)을 구동하는 상기 제1 기계(1) 및 토크 명령으로 상기 저장릴(4)을 구동하는 상기 다른 기계(2)를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 토크 명령으로 상기 구동휠(3)을 구동하는 상기 제1 기계(1) 및 속도 명령으로 상기 저장릴(4)을 구동하는 상기 다른 기계(2)를 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 기계들(1,2) 중 하나 또는 두 개의 모터드라이브(9,10)를 동시에 제어하는 컴퓨터(11)로 상기 크레인을 제어하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
6. 제1항에 있어서, 제어 컴퓨터(11)의 메모리에 리프팅 높이에 따른 테이블을 저장하고, 상기 로프에 걸리는 힘을 일정하게 유지하는 방식으로 상기 테이블을 사용하여 상기 저장릴(4)의 토크를 조절하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 컴퓨터(11) 내에 저장된 교시(teaching) 프로그램을 사용하여 자동으로 리프팅 높이에 따른 로프층을 처리하는 테이블을 구성하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 속도가 속도 터널 내에서 유지되지 않는 경우, 상기 저장릴(4)의 토크를 증가시킴으로써 상기 구동휠(3)의 로프 미끄러짐을 처리하는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.
9. 제1항에 있어서, 도르래(8) 및 상기 구동휠(3)을 사용하여 상기 로프에 대해 270도 내지 540도의 접촉각(contact angle)을 마련해주는 것을 특징으로 하는 크레인 제어 방법.

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