DE3233899C2

DE3233899C2 -

Info

Publication number: DE3233899C2
Application number: DE3233899A
Authority: DE
Inventors: Bernt Dipl.-Ing. Vaesteraas Se Ling; Mikael Dipl.-Ing. Eskilstuna Se Sternad
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1982-09-13
Publication date: 1989-09-07
Also published as: US4512711A; JPS5863684A; DE3233899A1; CH662329A5; JPH0262471B2; SE429748B; SE8105570L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren beim Entladen einer Last unter Seitenverschiebung durch eine die Last tragende Laufkatze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Verfahren ist bekannt aus der DE-AS 20 22 745. Bei der Last kann es sich beispielsweise um Schüttgut handeln.

Beim Abladen solcher Lasten ist es wichtig, die Schwingungen zu berücksichtigen und zu steuern, welche die an den Seilen hängende Last ausführt. Diese Steuerung wurde bisher oft von Hand vorgenommen. Dabei wird die Laufkatze abgebremst und am Rande der Abladestelle, zum Beispiel einem Bunker, zum Stehen gebracht. Aufgrund der auf die Last wirkenden Trägheitskräfte bei der Verzögerung der Laufkatze schwingt der Greifer mit der Last in Richtung zur Entladestelle vor. Unmittelbar nach dem Anhalten der Laufkatze wird diese wieder in der entgegengesetzten Richtung beschleunigt. Die Last, zum Beispiel Schüttgut, wird am Ende der Verzögerungsphase und am Anfang der Beschleunigungsphase vom Greifer freigegeben. Der Kranführer versucht, die am Ende der Beschleunigung vorhandenen Lastpendelungen manuell über die Kransteuerung zu dämpfen. Dies erfordert große Geschicklichkeit und kann infolge verschiedener äußerer Umstände schwierig sein.

Ferner ist das folgende Verfahren bekannt, um die Geschwindigkeit der Last während der Entladungsphase automatisch und schwingungsgedämpft zu ändern:

Die Verzögerung erstreckt sich zeitlich über eine Periodendauer T der Lastschwingung T = 2π , wobei l die Pendellänge und g die Erdbeschleunigung ist. Wenn die Laufkatze beispielsweise in der Mitte des Bunkers stehengeblieben ist, hat die Lastpendelung aufgehört, und die Entladung des Gutes geschieht dann bei stillstehender Laufkatze. Schließlich wird die Laufkatze während der Zeit T aus dem Bunker heraus beschleunigt.

Ein Verfahren der letztgenannten Art wird auch in der DE-AS 20 22 745 beschrieben. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Bewegung der Katze derart zu steuern, daß dann, wenn diese am Zielort zum Stehen kommt, die Schwingung der Last gleichfalls verschwunden ist. Die Last wird dann bei stehender Katze abgesetzt. Das bekannte Verfahren verwendet hierfür eine entsprechend programmierte Drehzahlregeleinrichtung mit einer überlagerten Wegeregeleinrichtung.

Bei dem zuerst genannten manuellen Verfahren ist die Schwingungsdämpfung unsicher, jedoch arbeitet jenes Verfahren relativ schnell. Mit den letztgenannten Verfahren dagegen erzielt man eine wirksamere Schwingungsdämpfung, die jedoch durch größere Zeitverluste erkauft wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem es möglich ist, die Laufkatze beim Entladen der Last sowohl schnell als auch schwingungskontrolliert zu bewegen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen genannt.

Das Verfahren nach der Erfindung verläuft automatisch und gestattet eine schnelle Verzögerung und Beschleunigung der Laufkatze. Die Lastschwingung am Ende der Verzögerung wird weiter kontrolliert und dazu benutzt, den Greifer während der Entladung der Last in den Bunker hineinzuschwenken. Schließlich werden durch das Verfahren nach der Erfindung die Lastschwingungen nach beendeter Beschleunigung von der Entladestelle weg beseitigt, wozu es nicht erforderlich ist, die Lastschwingungen direkt zu messen. Die hängende Last wird oft gleichzeitig mit der Seitenverschiebung (Katzfahrt) hochgezogen oder herabgelassen. Auch bei einer solchen Veränderung der Länge des Pendels ist eine Kontrolle der Lastschwingungen gemäß der Erfindung möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Katze während einer ersten Phase der Lastentladebewegung ungefähr mit der Hälfte einer zur Verfügung stehenden Verzögerungskraft verzögert. Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Pendelbewegung ungefähr Null ist, wird der volle Verzögerungswert aufgebracht. Während dieser Phase beginnt die Entladung der Last. Die Katze wird mit dem vollen Beschleunigungswert in entgegengesetzter Richtung beschleunigt und danach wird in entsprechender Weise die Beschleunigung auf den halben Wert herabgesetzt. Hierdurch erhält man eine schnelle und stark schwingungsgedämpfte Entladung, die vorzugsweise automatisch, beispielsweise mit Hilfe eines Computers, gesteuert wird.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm sowie Schwingungslagen für eine Steuerung mit zwei geteilten Phasen zur Verzögerung und Beschleunigung,

Fig. 2 vergleichende Diagramme von zwei verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 3 die Verhältnisse während der Entladungsphase.

Fig. 1 zeigt einen Greifer 1 und eine horizontal verfahrbare Laufkatze 2. Die Katze 2 bewegt sich mit der Geschwindigkeit V₀ in einen Bunker 3 hinein. Die Last hängt hierbei pendelfrei an Seilen 4, die eine konstante Länge haben.

Im oberen Teil von Fig. 1 ist die Geschwindigkeit der Laufkatze auf der Ordinate und die Zeit t auf die Abszisse aufgetragen. Zum Zeitpunkt t₀ wird die Laufkatze mit dem halben Betrag ihrer maximal möglichen Verzögerung (oder mit dem halben Betrag der gewünschten endgültigen Verzögerung) a _m/2 verzögert, und diese Verzögerung verursacht ein Schwingen der Last nach vorn. (Siehe den unteren Teil der Fig. 1).

Nach Ablauf der Zeit T/2 wird der Punkt t₁ auf der Zeitachse erreicht. T ist die Periodendauer der freien Schwingung der Last. Sie beträgt für kleine Winkel 2 π , wobei l die Seillänge und g die Erdbeschleunigung ist. Das Seil (oder die Seile) ist/sind dann über ihre Gleichgewichtslage (5 in Fig. 1) hinausgeschwungen und befindet sich genau in der Umkehrlage des Pendels (Winkelgeschwindigkeit Null). Die Verzögerung der Laufkatze wird dann auf den vollen Wert a _m erhöht, wodurch die Pendelgleichgewichtslage mit der Position der Seile zusammenfällt, und da die Winkelgeschwindigkeit in diesem Augenblick Null ist, hat jegliches Schwingen aufgehört. Bisher wurde eine konstante Seillänge vorausgesetzt. Bei variierender Seillänge muß dies bei der Berechnung des genannten Zeitintervalls T/2 berücksichtigt werden.

Die Katzengeschwindigkeit wird mit konstanter Verzögerung bzw. Beschleunigung a _m von V₁ in -V₁ geändert. Die Geschwindigkeit -V₁ für die Bewegung aus dem Bunker 3 heraus wird zur Zeit t₄ erreicht. Während des Intervalls t₁-t₄ steht das Pendel (die Seile und der Greifer 1) mit dem Seilwinkel R = arc tg ((a _m/g) still. Während des Intervalls t₄-t₅ = T/2 wird die Bewegung aus dem Bunker heraus mit dem Wert a _m/2 beschleunigt. Nach der Zeit t₅ fährt die Katze mit konstanter Geschwindigkeit -V₀ ohne Greiferpendelung vom Bunker weg. Während eines Zeitintervalls t₂-t₃, wenn die Katzengeschwindigkeit nahezu Null ist, wird die Last 6 abgeladen, was nachstehend noch näher beschrieben wird.

Da der Seilwinkel R während der Entladung zum Bunker gerichtet ist, braucht der Umkehrpunkt der Laufkatze nur etwas vor der vorderen Wand 5 des Bunkers 3 zu liegen (Siehe Fig. 3).

Für die Bremsstrecke S der Katze ergibt sich mit dieser Abbremsmethode:

Der Abstand der Katze von dem im voraus gewählten Umkehrpunkt ist mit X bezeichnet. Dieser Abstand wird kontinuierlich gemessen. Wenn die Katze so weit gelaufen ist, daß X = S ist, wird mit der Verzögerung begonnen. Es ist dann der Zeitpunkt t₀ erreicht. Die Zeit von t₀ bis zum Wenden t₆ im Zeitpunkt beträgt:

Die Zeit, während der maximal verzögert wird, beträgt:

Mit dem beschriebenen Verfahren erhält man auch die Möglichkeit, schwingungsgedämpft auf eine andere Geschwindigkeit V₅ zu beschleunigen, als die ursprüngliche Geschwindigkeit V₀ der Katze. Die Zeitpunkte t₄ und t₅ werden bestimmt durch:

Man kann dieses Verfahren mit einem Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes (t₂-t₃), zu dem der Greifer geöffnet werden soll, vervollständigen. Dies ist wichtig, um sicher zu sein, daß das Schüttgut stets im Bunker 3 landet.

t₆ wird um die halbe zur Entleerung des Greifers erforderliche Zeit verringert, wobei es sich um einen gemessenen Wert handelt. Der Greifer befindet sich im Zeitpunkt t₂ an der Stelle, an der die Entleerung eingeleitet werden soll. Im Zeitpunkt t₃ ist der Greifer leer. Das Grenzmaß für eine Entleerung außerhalb des Bunkers muß eingegeben sein, d. h. zur Zeit t₃ soll sich die senkrechte Projektion des Greifers fortwährend ganz innerhalb der Bunkerumrandung befinden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung der Last, das im linken Teil der Fig. 2 gezeigt ist. Die Katze 2 wird zuerst mit einem Wert -a verzögert, und sobald sie nach T/2 die Geschwindigkeit Null erreicht hat, wird sie wieder mit dem Wert a beschleunigt. Da T/2 = π · , wird die konstante Verzögerung/Beschleunigung a = V₀/π · a _m. Das Gut wird entladen, wenn die Katzengeschwindigkeit ungefähr gleich Null ist. Die Beschleunigung oder Verzögerung mit einem konstanten Wert geschieht insgesamt während der Zeit t = 2 f · . In dem rechten Teil der Fig. 2 sieht man schematisch ein Bild der erstbeschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 1. Man kann berechnen, welches der beiden Verfahren am effektivsten ist.

Wenn π · V₀/a _m, wird die Ausführungsform gemäß Fig. 2, linker Teil benutzt, und wenn π · < V₀/a _m, wird die Ausführungsform nach Fig. 2, rechter Teil und gemäß Fig. 1 benutzt. Auf diese Weise kann man zur Steuerung das Verfahren wählen, daß am schnellsten ist.

Die Strecke vom Beginn des Steuerns bei der Geschwindigkeit V₀ bis zum Umkehrpunkt kann im Fall gemäß Fig. 2, linker Teil mit

und die Zeit bis zum Umkehrpunkt mit π · bestimmt werden. S ist also die Strecke, die vom Beginn der Verzögerung bis zum Erreichen des Umkehrpunktes durchlaufen wird.

Die Seillänge ist nicht immer konstant. Das Hochseilen der Last erfolgt häufig gleichzeitig mit dem Fahren der Laufkatze, und das Ende der Hubphase kann mit dem Anfang der Bunkerverzögerungsphase zusammenfallen. Es ist möglich, die vorstehend beschriebenen Methoden in vielfacher Weise einer variablen Seillänge anzupassen. Nachstehend werden zwei Möglichkeiten beschrieben:

1) l kann durch den Mittelwert der Pendellänge ersetzt werden.
2) Das Fahren der Laufkatze kann durch einen Computer gesteuert werden, der ein mathematisches Modell eines pendelnden Greifers enthält. Man läßt dieses Modell Schwingungen mit den Seillängen simulieren, die während des Abbremsens tatsächlich auftreten. Die Schwingungsdauer T _s für diese simulierte Schwingung wird gemessen, und man kann dann (T _s/2)² als Schätzung für l verwenden.

Zu diesem Zweck kann das folgende lineare Modell zur Simulation der Lastschwingungen benutzt werden:

wobei
h die Zeitstufe
R, und der Schwingungswinkel, die Winkelgeschwindigkeit bzw. die Winkelbeschleunigung,
l die augenblickliche Pendellänge,
die Änderungsgeschwindigkeit der Pendellänge,
a die Katzenbeschleunigung und
g die Erdbeschleunigung ist.

Claims

1. Verfahren beim Entladen einer Last (6) unter Seitenverschiebung durch eine die Last tragende Laufkatze (2), wobei die Seillänge während der Katzfahrt sich ändern kann, und wobei die Laufkatze, die sich auf die Entladestelle (3) zubewegt und einen im wesentlichen nicht schwingenden, an einem oder mehreren Seilen (4) hängenden Greifer (1) trägt, bis zum Stillstand verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem erreichten Stillstand der Laufkatze diese in entgegengesetzter Richtung beschleunigt wird und daß die vorausgegangene Verzögerung und die Beschleunigung nach erreichtem Stillstand derart gesteuert werden, daß im Umkehrzeitpunkt der Katze die Seile (4) mit der Vertikalen einen nach der Seite zur Entladestelle hin gerichteten Ausschlagwinkel ( R ) bilden und eine Winkelgeschwindigkeit von ungefähr Null haben, und daß der Greifer nach Beendigung der Beschleunigung im wesentlichen senkrecht und schwingungsfrei hängt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladen am Ende der Verzögerungsphase und/oder am Anfang der Beschleunigungsphase erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufkatze während des ersten Teils der Verzögerungsphase mit einem Verzögerungswert von ungefähr a _m/2 verzögert wird, daß, nachdem die Winkelgeschwindigkeit ungefähr Null ist, ungefähr die volle Verzögerung a _m aufgebracht wird, daß mit dem Entladen der Last während der letztgenannten Phase begonnen wird und daß die Laufkatze auf entsprechende Weise mit voller Beschleunigung a _m und danach mit halber Beschleunigung a _m/2 in entgegengesetzter Richtung beschleunigt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit vom Beginn der Verzögerungsphase bis zum Erreichen der Umkehrlage ( Δ t₁) und die Zeit vom Erreichen der Umkehrlage bis zur Beendigung der Beschleunigungsphase ( Δ t₂) so bemessen wird, daß wobei a _m die maximale Beschleunigung/Verzögerung der Laufkatze ist, V₀ die Geschwindigkeit ist, mit der sich die Laufkatze vor Einsetzen der Verzögerung auf die Entladestelle zubewegt, V₅ die Geschwindigkeit der Laufkatze am Ende der Wiederbeschleunigung ist, l die effektive Durchschnittslänge des Pendels ist, das aus den sich in ihrer Länge ändernden Seilen und der daran hängenden Last besteht, und wobei g die Erdbeschleunigung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung mit einem konstanten Verzögerungswert und die Beschleunigung mit einem konstanten Beschleunigungswert derart durchgeführt wird, daß die Gesamtzeit der Beschleunigungsphase und der Verzögerungsphase ungefähr gleich der Zeitspanne für eine ganze Pendelbewegung (≈ 2 π · für das Pendel ist, das aus dem Seil und der daran hängenden Last besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es angewendet wird, wenn π · < V₀/a _m ist, wobei l die Pendellänge, V₀ die Geschwindigkeit ist, mit der sich die Laufkatze vor Einsetzen der Verzögerung auf die Entladestelle zubewegt, a _m die maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung der Laufkatze und g die Erdbeschleunigung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es angewendet wird, wenn π · V₀/a _m ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Durchschnittspendellänge (l) von einem Steuercomputer berechnet wird, dem ein mathematisches Pendelmodell der während des Fahrens gültigen Pendellängenwerte zugeführt wird, und daß der Steuercomputer das Pendelmodell eine Pendelbewegung simulieren läßt, wonach l aus der Periodendauer T _s dieser Pendelbewegung nach der Beziehung l = g (T _s/2 π)² berechnet wird.