WO2011160803A1 - Verfahren zur lastmomentbegrenzung eines arbeitsfahrzeuges mit einem ausleger - Google Patents

Verfahren zur lastmomentbegrenzung eines arbeitsfahrzeuges mit einem ausleger Download PDF

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Hans Braun
Petra Kramer
Johan Regin
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    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
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    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C23/00—Cranes comprising essentially a beam, boom, or triangular structure acting as a cantilever and mounted for translatory of swinging movements in vertical or horizontal planes or a combination of such movements, e.g. jib-cranes, derricks, tower cranes
    • B66C23/88—Safety gear
    • B66C23/90—Devices for indicating or limiting lifting moment
    • B66C23/905—Devices for indicating or limiting lifting moment electrical

Definitions

  • the invention relates to a method for load moment limitation of a work vehicle with a boom, in particular a mobile crane with a multi-part hydraulically movable boom, according to the features of the preamble of claim 1.
  • FIGS. 3 to 5 A first method is shown in FIGS. 3 to 5. From operating parameters of the work vehicle such as pressure (eg in the working cylinders for raising and lowering a boom), angle (of the boom), length (in particular of the boom) and further configuration of the work vehicle (such as number of telescopic elements a telekopbaren cantilever) are detected and fed on the one hand a multi-dimensional map and on the other hand, a load table with load limits. From the acquired operating parameters, on the one hand, a current load value is determined, which should correspond to the actual trailer load (in reality, however, as a rule, this does not actually correspond). On the other hand, a load limit is determined from the load table. The load value taken from the map is compared with the load limit value (possibly taking into account a
  • FIG. 3 shows a schematic device for carrying out the procedure described above, wherein FIG. 4 shows a three-dimensional load characteristic field, wherein more than one such load characteristic field may also be present. Since the meshes of this characteristic map are created by measurement before commissioning of the work vehicle by way of example, an exact load value can not always be taken from that in FIG. 4 as a function of the acquired operating parameters (such as angle, pressure and the like).
  • a value for a potential total energy of the work vehicle is calculated in dependence on the detected operating parameters, taking into account the configuration of the work vehicle, and from this the unknown load value is determined.
  • the stored load characteristic field can be adjusted taking into account the operating parameters, so that a significantly more accurate load value can be determined and compared with the load limit value from the load capacity table as a function of the detected operating parameters and, above all, also depending on the specific configuration of the work vehicle. This makes it possible to significantly reduce the load reserve and bring the working point of the work vehicle much closer to the load limit.
  • the potential total energy of the work vehicle in particular a mobile crane, and in particular its mathematical derivation according to the degrees of freedom of movement (boom angle) is thus determined in a computing unit.
  • the determined energy advantageously includes the dead weights of the components of the work vehicle, the elastic energy by deformation of these components and the lifted load. This is of particular advantage because tolerances and changes to these components are automatically included in the calculation of the potential total energy and the derived load.
  • the reaction forces or moments can be measured by pressure measurement in the associated hydraulic cylinders, generally by measuring the operating parameters of an actuator that affects a component of the work vehicle. From the resulting equation, the arithmetic unit determines the unknown lifted load.
  • Another advantage is the fact that in addition to the determination of the load, the calculation also provides the current horizontal load position, taking into account the deformation of the boom.
  • parameters of the working vehicle or parameters of its components are taken into account in the calculation of the total energy.
  • the calculation of the total potential energy of the work vehicle requires the knowledge of a number of characteristics of that work vehicle. These are, for example, masses and centers of gravity of components of the work vehicle, such. B. the geometric dimensions, weights and properties of components of a crane. Due to manufacturing tolerances, conversions or other variations (such as material properties) in the components used, these parameters are not known in advance with sufficient accuracy.
  • the sensor used to detect the operating parameters such as pressures, lengths and angles and the like has measurement uncertainties. All mentioned deviations are typical or even copy-dependent.
  • the parameters are determined experimentally.
  • the parameters are corrected by means of predefinable quantities or factors. For this purpose, a series of measurements with known loads in typical conditions of the work vehicle is performed. The parameters are determined in the sense of a statistical estimation method in such a way or predefined nominal values are corrected in such a way that the best possible agreement with the measurements is achieved.
  • the method can thus be used for fine tuning both with little previous knowledge (eg retrofitting an existing work vehicle, so-called retrofit) and with relatively precise knowledge of the nominal values (eg in new work vehicles).
  • the required measuring effort is inversely related to the quantity and quality of the previous knowledge.
  • Figures 1 and 2 show, as far as shown in detail, a device for carrying out the method according to the invention for the load torque limitation of a work vehicle.
  • operating parameters such as pressure, angle, length, configuration and the like are fed to both a load map and a load table in the load map in which one or more multidimensional maps are again stored, If the load characteristics shown in FIG. 2 are or are being adapted, taking into account the calculated total potential energy of the work vehicle and the unknown load determined therefrom, then a substantially more accurate value is actually obtained on the load values determined using the methods known from the prior art Work vehicle attached load is available.
  • This much more accurate load value can consequently be compared with the load limit, so that it is either possible to minimize an existing load reserve significantly or under certain circumstances even provide no load reserve.
  • the comparison between the actually determined load value and the also determined load limit then leads again to a warning or to a shutdown of the work vehicle when the actual load value exceeds the allowable load limit depending on the detected operating parameters.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges mit einem Ausleger, insbesondere eines Mobilkranes mit einem mehrteiligen, vorzugsweise hydraulisch bewegbaren Ausleger oder Teleskopausleger, wobei aus erfassten Betriebsparametern des Arbeitsfahrzeuges wie Druck, Winkel, Länge, Konfiguration und dergleichen aus zumindest einem mehrdimensionalen Kennfeld ein Lastwert ermittelt und mit einem Lastgrenzwert, der in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter ermittelt wird, verglichen wird, wobei dann, wenn der tatsächliche Lastwert den Lastgrenzwert überschreitet, eine Warnung erfolgt und/oder der Betrieb des Arbeitsfahrzeuges zwangsweise unterbrochen wird, wobei in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter ein Wert für eine potentielle Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges unter Berücksichtigung der Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges berechnet und daraus der unbekannten Lastwert bestimmt wird.

Description

Verfahren zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges mit einem Ausleger
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges mit einem Ausleger, insbesondere eines Mobilkranes mit einem mehrteiligen hydraulisch bewegbaren Ausleger, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Verfahren zur Lastmomentbegrenzung von Arbeitsfahrzeugen sind grundsätzlich bekannt, wobei im Folgenden zwei verschiedene Verfahren aus dem Stand der Technik beschrieben werden.
Ein erstes Verfahren ist in den Figuren 3 bis 5 gezeigt. Aus Betriebsparametern des Arbeitsfahrzeuges wie Druck (z. B. in den Arbeitszylindern zum Heben und Senken eines Auslegers), Winkel (des Auslegers), Länge (insbesondere des Auslegers) und weiterer Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges (wie z. B. Anzahl der Teleskop- Elemente eines telekopierbaren Auslegers) werden erfasst und einerseits einem mehrdimensionalen Kennfeld und anderseits einer Traglasttabelle mit Lastgrenzwerten zugeführt. Aus den erfassten Betriebsparametern wird zum einen ein aktueller Lastwert ermittelt, der der tatsächlichen angehängten Last entsprechen soll (in der Realität aber im Regelfall nicht tatsächlich entspricht). Andererseits wird aus der Traglasttabelle ein Lastgrenzwert bestimmt. Der aus dem Kennfeld entnommene Lastwert wird mit dem Lastgrenzwert verglichen (ggf. unter Berücksichtigung einer
BESTÄTIGUNGSKOPIE vorbestimmbaren Traglastreserve), wobei dann, wenn der tatsächliche Lastwert aus dem Kennfeld den Lastgrenzwert aus der Traglasttabelle überschreitet, eine Warnung an eine Bedienperson des Arbeitsfahrzeuges erfolgt und/oder der Betrieb des Arbeitsfahrzeuges zwangsweise unterbrochen wird, weil bekannterweise in einem solchen Fall ein sicherheitskritischer Zustand (z. B. Umkippen) des Arbeitsfahrzeuges vorliegt. Figur 3 zeigt eine schematische Einrichtung zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise, wobei in Figur 4 ein dreidimensionales Lastkennfeld, wobei auch mehr als ein solches Lastkennfeld vorhanden sein kann, gezeigt ist. Da die Maschen dieses Kennfeldes exemplarisch vor Inbetriebnahme des Arbeitsfahrzeuges durch Messung erstellt werden, kann dem in Figur 4 in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter (wie Winkel, Druck und dergleichen) nicht immer ein exakter Lastwert entnommen werden. Daher ist es erforderlich, punktuelle Korrekturen vorzunehmen, wie es der Figur 5 entnommen werden kann. Die Vornahme solcher punktuellen Korrekturen ist jedoch zeit-, rechen- und speicherintensiv, so dass nicht alle Betriebsparameter direkt zu dem gewünschten Lastwert führen. Außerdem ist es erforderlich, aufgrund der punktuellen Korrekturen die Traglastreserve entsprechend zu dimensionieren, so dass es in der Praxis im Regelfall leider sehr oft vorkommt, dass schon eine Warnung erfolgt und/oder der Betrieb des Arbeitsfahrzeuges zwangsweise unterbrochen wird, obwohl eine Last vorliegt, die dies noch nicht erfordern würde. Es könnte zwar daran gedacht werden, die einzelnen Maschen des Lastkennfeldes gemäß Figur 4 sehr eng zu fassen, was jedoch einen unverhältnismäßig hohen Aufwand bei der Erstellung des Lastkennfeldes erfordert, da in mehreren Versuchsreihen und in Abhängigkeit der Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges immer wieder verschiedenen Kombinationen der Betriebsparameter eingestellt und die Last ermittelt werden muss. Dies ist für den Kranhersteller aus verfahrensökonomischen Gründen nicht durchführbar. Eine Alternative zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist in der DE 100 23 418 A1 offenbart. Dort ist ein Verfahren zur Überlastsicherung eines mobilen Kranes gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ablegen von Bauteile bezogenen Geometriedaten in einen Speicher,
Auswählen des gewünschten Rüstzustandes in einer Auswahlvorrichtung,
Zusammenstellung eines physikalischen Simulationsmodells aus den ausgewählten Daten in einem Steuerrechner,
Eingabe von realen Messdaten von kranseitigen Kraft- und Positionssensoren,
Berechnung zunächst der geometrischen Daten, Schwerpunktsdaten und Kräfte und anschließend der Abschaltwerte, ggf. Abschalten des Kranes bei Erreichen der Abschaltwerte.
Durch dieses aus der DE 100 23 418 A1 bekannte Verfahren zur Überlastsicherung wird zwar ein Verfahren zur Überlastsicherung geschaffen, mit dem auch bei einer Vielzahl von möglichen Rüstzuständen die jeweils aktuellen Abschaltwerte schnell und genau ermittelbar sind. Dadurch wird zwar der Aufwand zur Erstellung des Lastkennfeldes und der anschließende Rechen- und Speicheraufwand bei der Interpolation verringert, wobei aber in nachteiliger Weise immer noch nicht die genaue Berechnung der tatsächlich angehängten Last möglich ist und vor allen Dingen auch Toleranzen oder Veränderungen der Kranbauteile, die bei der Erstellung des Lastkennfeldes nicht vorhanden oder nicht bekannt waren, unberücksichtigt bleiben. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges dahingehend zu verbessern, dass die im Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden werden, insbesondere dass die Traglastreserve verringert werden kann und der Aufwand für die Berechnung und Speicherung der Interpolation weiter verringert wird.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter ein Wert für eine potentielle Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges unter Berücksichtigung der Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges berechnet und daraus der unbekannte Lastwert bestimmt wird. Mit diesem unbekannten Lastwert kann das gespeicherte Lastkennfeld unter Berücksichtigung der Betriebsparameter angepasst werden, so dass in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter und vor allen Dingen auch in Abhängigkeit der konkreten Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges ein wesentlich genauerer Lastwert ermittelt und mit dem Lastgrenzwert aus der Traglasttabelle verglichen werden kann. Damit ist es möglich, die Traglastreserve deutlich zu verringern und den Arbeitspunkt des Arbeitsfahrzeuges wesentlich näher an die Traglastgrenze heranzubringen. Erfindungsgemäß wird somit in einer Recheneinheit die potentielle Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges, insbesondere eines Mobilkranes, und insbesondere deren mathematische Ableitung nach den Bewegungsfreiheitsgraden (Auslegerwinkel) ermittelt. Die ermittelte Energie schließt in vorteilhafter Weise die Eigengewichte der Bestandteile des Arbeitsfahrzeuges, die elastische Energie durch Verformung dieser Bestandteile und die gehobene Last ein. Dies ist deshalb von besonderem Vorteil, weil Toleranzen und Veränderungen an diesen Bestandteilen automatisch mit in die Berechnung der potentiellen Gesamtenergie und der daraus abgeleiteten angehängten Last berücksichtigt werden. Die Reaktionskräfte bzw. Momente können durch Druckmessung in den zugeordneten Hydraulikzylindern, allgemein durch Messung der Betriebsparameter eines Aktors, der ein Bestandteil des Arbeitsfahrzeuges beeinflusst, gemessen werden. Aus der resultierenden Gleichung ermittelt die Recheneinheit die unbekannte gehobene Last. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass neben der Ermittlung der Last die Berechnung auch die aktuelle horizontale Lastposition unter Berücksichtigung der Verformung des Auslegers liefert.
In Weiterbildung der Erfindung werden bei der Berechnung der Gesamtenergie Kenngrößen des Arbeitsfahrzeuges bzw. Kenngrößen dessen Bestandteile berücksichtigt. Für die Berechnung der potentiellen Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges ist die Kenntnis einer Reihe von Kenngrößen dieses Arbeitsfahrzeuges erforderlich. Dies sind beispielsweise Massen und Schwerpunktslagen von Bestandteilen des Arbeitsfahrzeuges, so z. B. die geometrischen Abmessungen, Gewichte und Eigenschaften von Bestandteilen eines Kranes. Durch Fertigungstoleranzen, Um- oder Anbauten oder auch andere Variationen (wie z. B. Stoffeigenschaften) in den verwendeten Bestandteilen sind diese Kenngrößen nicht vorab mit hinreichender Genauigkeit bekannt. Auch die verwendete Sensorik zur Erfassung der Betriebsparameter wie Drücke, Längen und Winkel und dergleichen weist Messunsicherheiten auf. Alle genannten Abweichungen sind typ- oder sogar exemplarabhängig. Um die bestmögliche Ausnutzung eines Arbeitsfahrzeuges (Arbeiten nahe der Trag lastgrenze) bei gleichzeitig sicherem Betrieb zu gewährleisten, ist daher eine Kalibrierung der Kenngrößen erforderlich. Deshalb ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Kenngrößen experimentell ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass die Kenngrößen mittels vorgebbarer Größen bzw. Faktoren korrigiert werden. Hierzu wird eine Reihe von Messungen mit bekannten Lasten in typischen Zuständen des Arbeitsfahrzeuges durchgeführt. Die Kenngrößen werden im Sinne eines statistischen Schätzverfahrens derart ermittelt bzw. vorgegebene Nominalwerte derart korrigiert, dass eine bestmögliche Übereinstimmung mit den Messungen erzielt wird. Das Verfahren kann somit sowohl bei geringen Vorkenntnissen (z. B. Umrüstung eines vorhandenen Arbeitsfahrzeuges, sogenanntes Retrofit) als auch bei relativ präziser Kenntnis der Nominalwerte (z. B. bei neuen Arbeitsfahrzeugen) zur Feinabstimmung verwendet werden. Der erforderliche Messaufwand verhält sich dabei umgekehrt zur Quantität und Qualität der Vorkenntnisse.
Ein Ausführungsbeispiel ist im Folgenden beschrieben.
Die Figuren 1 und 2 zeigen, soweit im Einzelnen dargestellt, eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges. In analoger Weise zu der Einrichtung, die in Figur 3 gezeigt ist, werden Betriebsparameter wie Druck, Winkel, Länge, Konfiguration und dergleichen sowohl einem Lastkennfeld als auch einer Traglasttabelle zugeführt, in dem Lastkennfeld, in dem wieder ein oder mehrere mehrdimensionale Kennfelder abgelegt sind, wird das oder werden die dort hinterlegten Lastkennfelder entsprechend Figur 2 unter Berücksichtigung der berechneten potentiellen Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges und der daraus bestimmten unbekannten Last angepasst, so dass gegenüber dem mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermittelten Lastwerte ein wesentlich genauerer Wert der tatsächlich an dem Arbeitsfahrzeug angehängten Last zur Verfügung steht. Dieser wesentlich genauere Lastwert kann folglich mit dem Lastgrenzwert verglichen werden, so dass es entweder möglich ist, eine vorhandene Traglastreserve deutlich zu minimieren oder unter Umständen auch gar keine Traglastreserve mehr vorzusehen. Der Vergleich zwischen dem tatsächlich bestimmten Lastwert und dem ebenfalls bestimmten Lastgrenzwert führt dann wieder zu einem Warnhinweis oder zu einem Abschalten des Arbeitsfahrzeuges, wenn der tatsächliche Lastwert den zulässigen Lastgrenzwert in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter überschreitet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Lastmomentbegrenzung eines Arbeitsfahrzeuges mit einem Ausleger, insbesondere eines Mobilkranes mit einem mehrteiligen, vorzugsweise hydraulisch bewegbaren Ausleger oder Teleskopausleger, wobei aus erfassten Betriebsparametern des Arbeitsfahrzeuges wie Druck, Winkel, Länge, Konfiguration und dergleichen aus zumindest einem mehrdimensionalen Kennfeld ein Lastwert ermittelt und mit einem Lastgrenzwert, der in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter ermittelt wird, verglichen wird, wobei dann, wenn der tatsächliche Lastwert den Lastgrenzwert überschreitet, eine Warnung erfolgt und/oder der Betrieb des Arbeitsfahrzeuges zwangsweise unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der erfassten Betriebsparameter ein Wert für eine potentielle Gesamtenergie des Arbeitsfahrzeuges unter Berücksichtigung der Konfiguration des Arbeitsfahrzeuges berechnet und daraus der unbekannten Lastwert bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Gesamtenergie in Kenngrößen des Arbeitsfahrzeuges bzw. dessen Bestandteile berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen experimentell ermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen mittels vorgebbarer Größen bzw. Faktoren korrigiert werden.
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