DE3213332C2

DE3213332C2 - Verfahren zur Horizontalsteuerung des Lastanlenkpunktes eines Gelenkkranes mit senkrechten Drehachsen

Info

Publication number: DE3213332C2
Application number: DE3213332A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Ing.(grad.) 2400 Lübeck Röder; Behrend Ing.(grad.) 2407 Bad-Schwartau Volkmar
Original assignee: O&K Orenstein and Koppel GmbH
Current assignee: CNH Industrial Baumaschinen GmbH
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1982-04-06
Publication date: 1986-03-13
Also published as: GB2118738B; JPS5912088A; US4435118A; FR2524453A1; GB2118738A; ES521239A0; GB8308536D0; FR2524453B1; DE3213332A1; ES8401749A1

Abstract

Verfahren zur Horizontalsteuerung des Lastanlenkpunktes eines Gelenkkranes, dessen Ausleger aus einem Grundlenker und einem Spitzenlenker mit je annähernd gleicher Lenkerlänge besteht, wobei der Grundlenker an einem Ende über ein Drehwerk mit der Kransäule verbunden ist und am anderen Ende über ein weiteres Drehwerk eine gemeinsame Drehachse mit dem Spitzenlenker hat, der am freien Ende die Last trägt, wobei das Fahrtrichtungsziel des Lastanlenkpunktes mit einem Fahrtrichtungswähler (11) gewählt und laufend in kleinen Schritten nachgestellt wird, und die Messung und Verarbeitung von Istgrößen zu Sollwertspannungen der Drehwerke führt.

Description

Πα =

21 π sin β

bzw. daß c*je Drehzahl n_B des Spitzenlenkers (3) um seine mit dem Grundlenker (1) gemeinsame Drehachse B bestimmt wird durch

··■->·'*> i* ihr

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν durch die Speisespannung U dargestellt wird, und die Speisespannung U die Höhe der Drehzahlen n_A und n_B bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisespannung U, die als Drehzahlvorgabe dient, eine Steuerspannung A U zur veränderbaren Erhöhung der Drehzahlen überlagert ist.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß eine der Größe -.·, entsprechende Spannung vom Potentiometer (12a) abgegriffen, im Summierverstärker (17) mit der Konstanten -—— verknüpft und im Dividierer (18) durch den aus der Ausgangs-

spannung des Winkelgebers (13) und den im Funktionsgenerator (14) gebildeten Wert sin^S dividiert und ais Drehzahisoiiwert n_A dem Sollwertiniegratör (19) zugeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Wert v₂ entsprechende

Spannung vom Potentiometer (126) abgegriffen, im Summierer (22) mit der Konstanten ~~r ^{zum Wert}

n_B2 verknüpft und im Summenbildner (23) mit dem, aus der Ausgangsspannung des Winkelgebers (13) und dem im Funktionsgeber (15) bzw. im Multiplizierer (16) quadrierten Wert sin² — nach dessen

Multiplikation im Multiplikator (21) mit dem Wert -2n_A, dargestellten Wert n_BU zu dem Drehzahlsollwert n_B addiert und dem Sollgrößenintegrator (24) zugeführt wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlsollwerte η_λ und n_B dem Regelverstärker (25) zugeführt sind, dessen Ausgangsspannung die Speisespannung U der Potentiometer (12a und 126) darstellt.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Regelverstärkers (25) über einen Spannungssteller (26) den Potentiometern (12a und 126) zugeführt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pythagoräische Aufteilung des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν in die Größe V₁ und den Wert v₂ im Fahrtrichtungsgeber (8) erfolgt.

9. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe v, und der Wert v₂ als Teilspannung der Speisespannung U zweier in einer Ebene, zueinander senkrecht angeordneter Potentiometer (12a, 126) dargestellt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Horizontalsteuerung des Lastanlenkpunktes eines Gelenkkranes mit senkrechten Drehachsen entsprechend dem Oberbegriff des geltenden Anspruches 1.

Das zunehmende Transportaufkommen von Containern in der Schiffahrt zwingt zur Weiterentwicklung der bordeigenen Verladesysteme, um Liegezeiten in den Häfen zu verkürzen und den Güterumschlag zu vereinfachen. Die Erfahrungen aus dem konventionellen Bordkranbau haben zur Entwicklung neuer Verladesysteme geführt. Es sollten insbesondere die Sichtverhältnisse für den Kranführer optimiert werden, die Lasten schneller und genauer geführt werden können und die Bauhöhen der Krane reduziert werden, um die Brückensicht zu verbessern.

In dieser Folge ist eine neue Art von Schiffskranen entwickelt worden, sogenannte Gelenkkrane, deren Ausleser aus einem Grundlenker und einem Spitzenlenker bestehen Dabei wird der Grundlenker gleich

einem Arm auf der Kransäule geführt, und es arbeiten der Grundlenker und der Spitzenlenker n&ch Art eines Ellbogengelenkes zusammen.

Es ist bereits eine Regelung für Antriebe einer Ladeeinrichtung, insbesondere eines Schiffskranes, bekannt, bei der am Ende eines um ein Gelenk drehbaren Auslegers ein Ladegeschirr angeordnet ist und geregelte Antriebe für mindestens sin Drehwerk, Hubwerk und/oder Fahrwerk vorgesehen sind, wobei die Antriebe mit Reglern ausgerüstet sind, deren Sollwerteingänge mit Gebern eines Modells der Ladeeinrichtung verbunden sind, die den gewünschten Bewegungsablauf erfassen und Sollwerte für die Regelung liefern, und daß das Enic des Modellauslegers durch ein Führungskörper in einer Grundplatte geführt ist, und daß der Führungskörper mit einem Antrieb in Wirkverbindung steht, dessen Drehzahl durch ein mit einem Stellhebel versehenes Stellorgan einstellbar ist, wobei zur Erzielung verschiedener Abstände der Lastweg des Grundgeltnkes des Modellauslegers relativ zum Schlitz verstellbar ist (DE-OS 28 06 399).

Bekannt ist weiterhin eine Steuerung für Drehwerks- oder Hubwerksantriebe eines Schiffskranes, bei dem am Ende eines um ein Drehgelenk drehbaren Innenholms ein um ein Drehgelenk drehbarer Außenholm mit einem Ladegeschirr angeordnet ist, und die Antriebe des Innenhoims und des Außenholms Drehwinkelregler besitzen, denen Drehwinkelsollwerte über Sollwertgeber zugeführt werden, die über Steuerhebel manuell einstellbar sind, wobei der Sollwertgeber für den Drehwinkel des Außenholms von dem zugehörigen Drehwinkelregler abkuppelbar und auf diesen Drehwinkelregler ein von dem Sollwertgeber für den Drehwinkel des Innenhoims ansteuerbarer Funktionsgenerator schaltbar ist, der zur Erzielung eines vorgegebenen Transportweges, abhängig vom Winkel des Innenholms, einen Winkelsollwert für die Einstellung des ^v':nkels zwischen Innenholm und Außenholin bildet, und wobei der rait dem Steuerhebel vorgesehene Sollwertgeber zur Vorgäbe einer Transportgeschwindigkeit einer: Signalumformer steuert, der ein nach einer vorgegebenen Funktion sich zeitlich änderndes Ausgangssignal bildet, das einem Rechner zur Berechnung des zeitlichen Verlaufes des Drehwinkelsollwertes in Abhängigkeit von den für den Transportweg charakteristischen Parameterwerten zugeführt wird (DE-AS 29 33 861).

Derartige Regelungen haben den Nachteil, daß sie einen erheolichen Aufwand bedingen. So ist es erforderlieh, ein besonderes Modell vorzusehen. Desweiteren ist es nur möglich, einen Lastaufnahme- oder Lastabsenkpunkt im Linienbetrieb anzufahren, d.h. der gewünschte Zielpunkt wird nur in geradlinigen Teilstrecken nach Durchfahren zweier Koordinaten erreicht.

Letztlich bekannt ist ebenfalls eine Steuereinrichtung für Krane, insbesondere Drehkrane, bei denen sich das Verhältnis zwischen der Antriebsgeschwindigkeit eines Triebwerkes und der Geschwindigkeitskomponente der Last in der Wirkungsrichtung dieses Triebwerkes in Abhängigkeit von der Stellung der Last stetig ändert, wobei für dieses und wenigstens ein weiteres Krantriebwerk ein gemeinsames Richtungssteuergerät vorgesehen ist, an dem die Bahn oder Bahnrichtung für die Last einstellbar ist und bei dem zur Erzielung einer gleichbleibenden Geschwindigkeit auf der vorgegebenen Bahn oder Bahnrichtung Tastvorrichtungen und von der jeweiligen Stellung des Auslegers des Kranes beeinflußte Kurvenscheiben dienen, die Steuerung der einzelnen Triebwerke die Geschwindigkeitskomponenten in den Wirkungsrichtungen der einzelnen Triebwerke und die Stellung der Last fortlaufend abgreifen (DE-AS 10 65 152).

Der Nachteil dieser Steuervorrichtung besteht neben ihrem Aufwand darin, daß ebenfalls eine Last nur in vorprogrammierten Bahnen bzw. Bahnrichtungen mit vorgegebenen Geschwindigkeiten bewegt werden kann.

Die Ausgabe der Erfindung besteht darin, eine Steuerung für das Drehwerk zwischen der Kransäule und dem Grundlenker sowie für das weitere Drehwerk zwischen dem Grundlenker und dem Spitzenlenker eines Gelenkkranes mit senkrechten Drehachsen anzugeben. Dabei soll die elektrische Steuerung aufwandsgering sein und es ermöglichen, Aufnahme- und Absetzpunkte der Last sichtgeführt direkt anzufahren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Lösung der Aufgabe gemäß dem Kennzeicnen des Anspruches 1 erreicht.

Die pythagoräische Aufteilung des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν in die Größe v, und den Wert V₂ erfolgt im Fahrtrichtungsgeber, und es werden die Größe v, und der Wert v₂ als Teilspannungen einer Speisespannung U zweier in einer Ebene zueinander senkrecht angeordneter Potentiometer dargestellt. Es wird der Betrag des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν durch die Speisespannung U dargestellt.

Er bestimmt die Höhe der Drehzahlen n_A und n_B. Dabei ist der Drehzahienvorgabe für n_A und n_B eine Drehzahlsteuerung zur veränderbaren Erhöhung der Drehzahlgeschwindigkeit überlagert, die durch eine Erhöhung der Speisespannung U der Potentiometer erfolgt, letztere wird als Teilspannung eines weiteren Potentiometers abgegriffen.

Die durch Steuerspannungen vorgegebenen Drehzahlen n_A, entsprechend der Drehzahl des Gruiidlenkers um die Kransäule, und n_B entsprechend der Drehzahl des Spitzenlenkers um die gemeinsame Drehachse B des Grund- und des Spitzenlenkers werden dann noch mit einem festen Faktor multipliziert, der dem Übersetzungsverhältnis und den Daten des elektrisch angetriebenen Drehwerkes Rechnung trägt. Die Drehrichtung der Drehzahlen n_A und n_B ist gegenläufig.

Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigt Fig. 1 und 2 die Seitenansicht und die Draufsicht auf einen Gelenkkran,

Fig. 3 einen Abschnitt des Spitzenlenkers mit dem angedeuteten Fahrerhaus und dem sich darin befindlichen Fahrtrichtungsgeber,

Fig. 4 die mathematischen Zusammenhänge des Erfindungsgegenstandes,

Fig. 5 ein Ausfuhrungsbeispiel der elektrischen Anordnung zur Durchfuhrung des erfinderischen Verfahrens.

In den Figuren sino gleiche Inhalte mit gleichen Ziffern bezeichnet.

In der Fig. 1 ist die Kransäule 1 über ein Drehwerk4 mit dem Grundlenker2 verbunden. Dabei dreht sich der Grundlenker 2 um die Drehachse A. Am anderen Ende des Grundlenkers 2 ist dieser über ein weiteres

Drehwerk 6 mit dem Spitzenlenkcr 3 in Zusammenarbeit, wobei sich der letztere um die beiden gemeinsame Drehachse B dreht. Am Spitzenlenker 3 ist das Kranfahrerhaus 7 angeordnet. Von hier aus wird der Lastanlenkpunkt 5 gesteuert.

In der die Draufsicht auf einen Gelenkkran verdeutlichenden Fig. 2 erkennt man den zwischen Grund-S lenker 2 und Spitzenlenker 3 gebildeten Winkel^?. Er bestreicht einen Bereich der größer als 0 aber kleiner als 360° ist und wird gemessen zwischen der Spitzenlenkerachse 9 und der entsprechenden Achse des Grundlenkers 2.

Die Fig. 3 zeigt vergrößert den Ausschnitt CD des Spitzenlenkers3 aus der Fig. 2. Darin erkennt man den im Kranfahrerhaus 7 vorgesehenen Fahrtrichtungsgeber 8 und den Fahrtrichtungswähler 11. Mit ihm in wird der Fahrtrichtungswählerendpunkt 10 auf das anzusteuernde Ziel des Lastanlenkpunktes ausgerichtet, und es wird dann dieser Punkt aufgrund der Eigenbewegung des Spitzenlenkers 3 laufend auf das gewählte Ziel nachgestellt. Der Fahrtrichtungswählerendpunkt 10 beschreibt dabei auf dem Fahrtrichtungsgeber 8 einen Kreis. Die Verbindung des Mittelpunktes mit dem Fahrtrichtungswählerendpunkt 10 stellt gleichzeitig den gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswert ν dar. Es bildet sich zwischen diesem und der Spitzenlenker-Iangsachse9 der Winkel«. Die pythagoräische Aufteilung des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν führt in Richtung der Spitzenlenkerlängsachse 9 zu der Größe v, = ν cos α und dem dazu senkrecht gerichteten Wert C₂ = ν sin a.

dem annähernd gleichseitigen Dreieck mit den Schenkeln L, die den annähernd gleichen Längen des Grund- und Spitzenlenkers entsprechen, ist zwischen diesen beiden Schenkeln der Winkel^ gebildet. Mit B und A sind die Drehachse bzw. die weitere Drehachse des Gelenkkranes kenntlich gemacht. Angedeutet als schwarzes Quadrat ist weiterhin das Kranführerhaus 7. Ausgehend von dem Endpunkt des Dreiecks, der der Drehachse A gegenüberliegt, sind die Verhältnisse bei einer virtuellen, d.h. gedachten kleinen Verrückung des .Spitzenlenker«; 3 erkennbar. Die Seite des Dreiecks zwischen den annähernd gleichlangen Schenkeln behält

"" ihren Wert 2 L sin —. Für ein rechtwinkeliges Dreieck, gebildet in dem nichtbezeichneten Eckpunkt des bisher beschriebenen gleichseitigen Dreiecks mit dem Ausgangs- un·;' dem Endpunkt der virtuellen Verrückung gilt, daß sich die Hypotenuse bestimmt zu 2 - η., ■ 2 L sin — Δ t, und daß sich die senkrecht auf der Spitzen-

}<i lenkerlängsachse ursprünglicher Stellung stehende Kathete bestimmt zu 2 ~ n_B L At. D;r dieser Kathete gegenüberliegende Dreieckswinkel hat die Größe —.
Bei Benutzung der Symbole

'f L für die Lenkerlänge (m)

ι r

η, für die Drehzahl im Punkt A -^- und

min

n_s für die Drehzahl im Punkt B

min

läßt sich schreiben sin — = ^B

2 ζ η j 2 L sin — A t

Unter Verwertung der Signale der Größe V₁ und des Wertes v, und unter Berücksichtigung, daß diese Steuersignale die Drehwerke gegenläufig auf Drehzahlen bringen, läßt sich nach umformenden Zwischenschritten die Drehzahl in Punkt A schreiben zu

4^ sin £ cos £
bzw. die Drehzahl im Punkt B zu

-L 2 2Lr. 2 j~L 2 2nL

Das ±-Vorzeichen des letzten Quotienten trägt dem Betrieb in den verschiedenen Quadranten Rechnung. Zur Vereinfachung der elektrischen Darstellung der vorgenannten Größen läßt sich die Drehzahl in Punkt B auch schreiben zu:

n_B = -ln_A sin² $- ± ^v'

2 2 -L

Die Fig. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel eine elektrische Schaltung zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens. Der Fahrtrichtungsgeber 8 enthält zwei in einer Ebene liegende, um 90° versetzt angeordnete Potentiometer 12a und 12Z>, von denen das eine in Spitzenlenkerlängsachsrichtung liegt und deren jede

Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrtrichtungswählers 11 steht. Das eine Potentiometer 12a bildet die Größe v, und das zweite Potentiometer 12b stellt den Wert v₂ dar. Mit einem Winkelgeber 13 wird der Winkel./? zwischen dem Grundlenker und dem Spitzenlenker gemessen und in eine Spannung umgeformt. Durch den Funktionsgenerator 14 wird sinjS und mit dem Funktionsgeber 15 sin — gebildet. Der letzte Wert wird in dem Multiplizierer 16 quadriert. Im Summierverstärker 17 wird die Größe V| mit der Koj^ianten verknüpft.

Durch diesen Wert wird im Dividierer 18 sin./? dividiert. Der jetzt gebildete Wert n_A wird dem Sollwertintegrator 19 des Drehwerkes zwischen der Kransäule und dem Grundlenker und weiterhin dem Umkehrverstärker 20 zugeführt. Letzterer hat eine Verstärkung von - 2.

Mit dem Multiplikator 21 werden die Werte - 2 n_A und sin² — zu einem Wert n_a, multipliziert. Im Sum-

1 ²

mierer 22 wird der Wert v₂ mit der Konstanten: -z—— zu n_e2 und im Summenbildner 23 werden die Werte

fl_fl, und n_B2 zu n_B verknüpft, wobei benutzt wird n_B =■■ n_Bi ± n_B2. Es wird dieser Wert dem Sollgrößenintegrator 24 des Drehwerkes zwischen dem Grundlenker und dem Spitzenlenker zugeführt. Da die beiden Sollwerte für die Drehzahlen n_A und n_H außerdem einem Regelverstärker 25 zugeführt sind, wird bewirkt, daß in dem Fall, da einer der Sollwerte seinen Grenzwert erreicht, der vorgegebene Geschwindigkeitssollwert, er hängt von der Größe des gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswertes ν ab bzw. der Potentiometerspeisespannung i/, reduziert wird, so daß alle Rechenfunktionen weiter eingehalten werden können.

Da sämtliche Funktionen nur für einen kleinen Weg gelten, muß der Fahrtrichtungswähler 11 während der Fahrt vom Kranführer immer in Richtung auf das einzustellende Ziel nachgeführt werden.

Das Anfahren der Drehwerke erfolgt nicht ruckartig, sondern mit einer zunehmenden Geschwindigkeit entsprechend der symbolischen Darstellung im Sollwertintegrator 19 und Sollgrößenintegrator 24. Die angedeutete Begrenzung der Drehzahlen n_A und n_B sind in den vorgenannten beiden Integratoren, ebenfalls symbolisch dargestellt. Sie ist bestimmt durch die Speisespannung U der beiden Potentiometer 12a und YLb.

Dem vorstehend dargestellten Steuerkreis mit begrenzter Drehzahlenvorgabe ist nun eine Drehzahlsteuerung zur veränderbaren Erhöhung der Drehzahl überlagert. Elektrisch erfolgt dies durch einen Spannungssteller 26, der die Speisespannung^ bei Aktivierung um einen Spannungsbetrag A U erhöht. Die vorstehend beschriebene Spannungserhöhung A U kann ebenfalls über ein Potentiometer erfolgen, das in Zusammenarbeit mit einem weiteren mechanischen Steuerhebel, z.B. einer Fußtaste, steht.

Nicht näher dargestellt ist ein Schalter, der die Steuerung des Lastanlenkpunktes »EIN« und »AUS« schaltet. Er kann am Fahrtrichtungsgeber 8, insbesondere in Kombination mit dem Fahrtrichtungswähler 11 vorgesehen sein.

1 Kransäule

2 Grundlenker

3 Spitzenlenker

4 Drehwerk

5 Lastanlenkpunkt

6 weiteres Drehwerk

7 Kranführerhaus

8 Fahrtrichtungsgeber

9 Spitzenlenkerlängsachse

10 Fahrtrichtungswählerendpunkt

11 Fahrtrichtungswähler 12α Potentiometer

12 b Potentiometer

13 Winkelgeber

14 Funktionsgenerator

15 Funktionsgeber

16 Multiplizierer

17 Summierverstärker

18 Dividierer

19 Sollwertintegrator

20 Umkehrverstärker

21 Multiplikator

22 Summierer

23 Summenbildner

24 Sollgrößenintegrator

25 Regelverstärker

26 Spannungssteller
A Drehachse

B gemeinsame Drehachse

ν gerichteter Fahrtgeschwindigkeitswert

U Speisespannung

A U Steuerspannung

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Horizontalsfeuerung des Lastanlenkpunktes eines Gelenkkranes mit senkrechten Drehachsen, dessen Ausleger aus einem Grundlenker und einem Spitzenlenker mit je annähernd gleicher Lenkerlänge L besteht, wobei der Grundlenker an einem Ende über ein Drehwerk mit der Kransäule verbunden ist und am anderen Ende über ein weiteres Drehwerk eine gemeinsame Drehachse mit dem Spitzenlenker hat, der am freien Ende die Last trägt, und der zwischen Grund- und Spitzenlenker gebiMete Winkel./?, 0 <ß < 360° erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem am Spitzenlenker (3) angeordneten Kranfahrerhaus (7) durch einen Fahrtrichtungswähler (11) eines Fahrtrichtungsgebers (8) ίο ein gerichteter Fahrtgeschwindigkeitswert ν für den Lastanlenkpunkt (S) vorgegeben und laufend in kleinen Schritten nachgestellt wird, daß nach Maßgabe des Auslenkwinkels α zwischen der Spitzenlenkerlängsachse (9) und dem Fahrtrichtungswähler (11) aus dem gerichteten Fahrtgeschwindigkeitswert ν eine Größe V₁ = ν cos α und ein Wert v₂ = ν sin α gebildet werden, und daß die Drehzahl n₄ des Grundlenkers (2) um die Kransäule (1) mit der Drehachse A bestimmt wird durch