KR100627128B1

KR100627128B1 - 크레인의 스프레더 제어방법

Info

Publication number: KR100627128B1
Application number: KR1020047019448A
Authority: KR
Inventors: 티모 소르사
Original assignee: 케이씨아이 코네크레인스 피엘씨
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2006-09-25
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: WO2004087556A1; EP1611046A1; JP2006511416A; US7392914B2; KR20050033050A; EP1611046B1; CN100337902C; CN1697777A; ES2402152T3; JP4277024B2; PL1611046T3; FI20030486L; US20060054581A1; FI115132B; FI20030486A0

Abstract

크레인의 스프레더 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림(swaying)과 규칙적인 흔들림(swinging)을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 크레인은, 트롤리(1), 호이스트 기어들(2), 게양 로프들(hoisting ropes)(4), 모터와 모터 제어장비가 구비된 보조 기어들(10) 및 보조 로프들(12)을 포함하며, 스프레더(7)가 트롤리(1)에 매달리고, 상기 스프레더에 발휘된 보조 로프들의 힘들은, 보조 로프의 로프 힘들(F_rope) 및 보조 기어들의 회전속도 데이터를 기초로하여 얻어진 토크 명령(torque instructions)(T_control)에 의해서 상기 보조 기어들을 사용하여 상기 보조 로프들을 이동시킴으로써 제어되며, 각각의 보조 기어(10)의 회전 속도 데이터는 보조 기어으 측정된 회전 속도(n_act)와 보조 기어의 계산된 회전 속도(n_cal) 사이의 차이로서 명확하게(gear-specifically) 형성된다.

크레인, 스프레더, 토크, 호이스트, 트롤리, 보조 기어, 보조 로프, 제어장비

Description

크레인의 스프레더 제어방법{Method for controlling spreader in crane}

본 발명은 크레인의 스프레더 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림(swaying)과 규칙적인 흔들림(swinging)을 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 크레인은, 트롤리, 상기 트롤리에 위치된 호이스트 드럼을 구비한 호이스트 기어들, 및 호이스트 드럼들에 배열된 게양 로프들(hoisting ropes)을 포함하며, 상기 스프레더는 트롤리에 매달리고, 상기 게양 로프들은 스프레더에 배열된 도르래들을 통해서 다시 상기 트롤리 쪽으로 되감기며, 상기 불안정한 흔들림과 상기 규칙적인 흔들림은, 로프 드럼들을 구비하고 모터들 및 상기 트롤리에 위치된 모터 제어장비를 구비한 4개의 보조 기어들, 상기 보조 기어들의 상기 로프 드럼들 상에 배열된 보조 로프들, 상기 스프레더에 위치된 보조 로프용 도르래들을 포함하는 제어장비에 의해서 제어되며, 상기 보조 기어들의 로프 드럼들로부터 연장된 상기 보조 로프들은 보조 로프용 도르래들을 비스듬하게 통과하여 보조 로프용 호이스트 드럼들에 배열된 공간을 향하여 진행하고, 상기 스프레더에 발휘된 상기 보조 로프의 힘들은, 상기 보조 로프의 로프 힘들 및 제어 논리를 사용하여 상기 보조 기어들의 회전속도 데이터를 기초로하여 얻어진 토크 명령(torque instructions)에 의해서 상기 보조 기어들을 사용하여 상기 보조 로프들을 이동시킴으로써 제어되며, 원하는 로프 힘들을 제공하고 유지시킬 수 있으며, 상기 보조 기어들에서 상기 모터들의 회전 및 상기 모터들의 규칙적인 흔들림에 대한 저항을 제어한다.

본 발명의 방법은 핀란드 특허 제 101466 호로부터 알려져 있는데, 이 방법은 고무 타이어들에 의해서 이동하고 게양 높이와 게양 속도가 적당한 크레인과 관련된 것이다.

핀란드 특허 제 101466 호에 따른 방법은 최초 적용예에 있어서 짐의 원하지 않는 움직임을 적당히 감소시켰다. 핀란드 특허 제 108788 호에는 레일상에서 이동하는 부두 크레인이 개시되어 있는데, 이 부두 크레인은 크게 향상된 게양 높이와 이동 속도를 갖는다. 보조 로프들의 대각선 기하학 및 특별한 상황을 고려할때, 보조 기어들에서 매우 빠른 속도변화가 요구되는 게양 운동과 연관된 과정의 변화와 기능이 모든 상황에 적합하여야 한다. 핀란드 특허 제 101466 호에 개시된 방법은 보조 기어들을 제어하는데 있어서 부정확한 회전 속도 데이터를 제공한다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해소하는데 있다. 이러한 목적은 본 발명에 따른 방법에 의해서 달성되는데, 본 발명에 따른 방법은 보조 기어의 측정된 회전속도와 보조 기어의 계산된 회전속도 사이에서의 차이와 같이 명확하게(gear-specifically) 형성된 보조 기어의 회전 속도 데이타로서 속도 명령이 제어회로에 제공되는 것을 특징으로 한다.

계산된 회전속도는 보조 로프들의 대각선 기하학에 의해서 야기된 보조 기어의 적어도 계산된 회전 속도를 포함한다.

만일 보조 로프들이 몇몇 층들에서 호이스트 드럼 상에 감겨지면, 호이스트 드럼상에서 일어나는 보조 로프의 가능한 층변화에 의해서 야기된 보조기어의 계산된 회전속도는 상기 계산된 회전 속도에 부가된다.

호이스트 드럼의 축과 평행한 축을 중심으로 일어나는 불규칙한 흔들림이 "리스트-기어들(list-gears)"로서 알려진 구동운동에 의해서 야기되고 이러한 불규칙한 흔들림에 의해서 야기된 보조 기어의 계산된 회전속도을 상기 회전속도에 부가하는 것이 바람직하다.

게양 기어들의 허용가능한 가변 게양속도(특히 의도적으로 수행된 "트림 드라이브(trim drive)"에 의해서 야기된 호이스트 드럼들의 평행한 수평선에 대하여 스프레더가 벗어나는 보조 기어의 계산된 회전속도를 상기 계산된 회전속도에 부가하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 방법은 빠른 이동 속도와 높은 게양 높이를 갖도록 세워진 크레인으로부터 스프레더와 그에 매달린 짐의 거칠고 갑작스러운 교정 움직임을 제거할 수 있게 하며, 핀란드 특허 제 101466 호에서는 불가능했던 방법의 이용을 가능하게 한다.

본 발명의 상기한 목적들 및 장점들은 하기의 첨부도면들을 참조로한 본 발명의 상세한 설명을 통해서 명백하게 밝혀질 것이다.

본 발명에 따른 방법은 크레인 장치에 의해서 보다 상세하게 설명될 것이며, 첨부된 도면들을 참조로하여 성공적으로 적용될 수 있다, 첨부된 도면에서;

도 1은 트롤리의 이송방향에서본 크레인 장치의 단순 개략도;

도 2는 도 1에 도시된 크레인 장치의 측면도;

도 3은 도 1에 도시된 크레인 장치의 평면도;

도 4는 확대된 보조 로프 공간을 나타낸 도면; 그리고

도 5는 본 발명에 따른 방법을 단순화한 다이어그램이다.

도면들에 도시된 크레인장치는 예를 들면 핀란드 특허 제 108788 호에 개시된 것으로서, 크레인 트롤리(1)에 위치된 호이스트 드럼(3)을 갖는 2개의 호이스트 기어(2)를 포함한다. 이들 요소들은 그 종축들이 동일 선(A)상에 놓이도록 트롤리(1)에 배열된다. 2개의 게양 로프(4)는 2개의 기어들(2)의 호이스트 드럼(3) 상에 평행하게 배열된다. 호이스트 드럼(3)의 표면 상에서는 로프들을 보유하기 위한 홈들(5,6)이 서로 대향하게 형성된다. 게양될 짐들(도시되지 않음)을 고정시키기 위한 스프레더(spreader)(7)가 게양 로프들(4)에 매달린다. 스프레더는 게양 로프들(4)을 위한 도르래들(8)을 구비한다. 게양 로프들(4)은 도드래들(8)을 통과하면서 트롤리(1) 쪽으로 되감긴다. 도르래들(8)은 호이스트 드럼(3)의 종축 중간 지점 바 로 아래에서 스프레더(7)에 위치하고, 이에 의해 게양 로프들의 위치는 각기다른 게양 높이에도 불구하고 수직방향으로 실질적으로 대칭을 이루게 된다. 게양 로프들(4)은 부가적인 도르래들(9)을 통해서 트롤리(1)쪽을 향하게 되고 허용가능한 과하중 보호물들(도시되지 않음)을 통해서 크레인에 고정된다.

이러한 예에서, 게양 로프들(4)은 리스트 기어들(18)로 알려진 수단에 의해서 고정 지점에 고정되는데, 이때 리스트 기어들중 하나는 2개의 게양 로프들(4)을 위해서 제공된다. 즉, 리스트 기어들의 수는 이러한 크레인에 있어서 2개이다. 이들 리스트 기어들(18)은 도 2에 도시된 화살표(L1,L2)를 따라서 전방 또는 후방으로 기울이는데 사용된다. 그러한 리스트 기어들(18)은 이미 공지된 것이므로, 본 발명의 상세한 설명에서는 더이상 상세하게 설명하지 않는다.

본 발명에 따른 장치는 스프레더(7) 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림(swaying)과 규칙적인 흔들림(swinging)을 제어하기 위해서 트롤리(1)에 위치된 보조 기어들(10)을 또한 포함한다. 바람직하게는, 보조 기어들(10)은 직사각형의 형태로 배열되며(비록 비대칭적인 배열이 가능하지만), 그리하여 하나의 보조 기어(10)가 직사각형의 각각의 코너에 위치된다. 각각의 보조 기어(10)의 로프 드럼(11)에는 보조 로프(12)가 구비되는데, 이 보조 로프(12)는 스프레더(7)에 위치된 도르래들(13)을 비스듬히 통과하여 호이스트 드럼(3) 쪽으로 되감겨서 호이스트 드럼(3) 내에 보조 로프(12)를 보관하도록 설계된 공간(14) 내로 들어간다. 도르래들(13)은 직사각형으로 배열되며, 그리하여 하나의 도르래(13)가 직사각형의 각각의 코너에 위치된다. 스프레더(7) 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림과 규칙적인 흔들림을 제어하기 위해서 요구되는 수직한 힘들이 스프레더(7) 및 그에 부착된 짐에 작용할 수 있도록 보조 기어들(12) 및 보조 로프들에 의해서 보조 기어(12) 및 보조 로프들에 의해서 보조 로프들(12)을 비스듬하게 배열하는 것이 필요하다. 결과적으로, 게양 로프들(4)은 완벽하게 수직으로 위치될 수 있다. 스프레더(7) 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림과 규칙적인 흔들림을 제어하기 위한 방법이 하기에서 설명될 것이다.

보조 로프들(12)은 트롤리(1)에 배열된 적어도 한세트의 추가적인 도르래(15)를 구비한다. 보조 로프들(12)은 스프레더(7) 및 그안에 배열된 제 1 세트의 도르래들(13)로부터 연장되어 도르래들(15)을 통과한후 호이스트 드럼(3)의 보조 로프 공간(14)을 향하게 된다. 그러므로, 각각의 보조 로프(12)는 게양 높이와 관련이 있으면서도 이와는 독립적으로 트롤리(1)에서 정적인 위치에 제공되고, 이에 의해 트롤리(1)의 일측에서 드럼에 관계된 보조 로프들(12)의 운동이 회피된다. 또한, 보조 로프들을 위한 공간들(14)은 상당히 좁은 영역 내에서 예를 들면 플랜지들(6)에 의해 호이스트 드럼(3)의 단부들에 형성되며, 그리하여 보조 로프들(12)은 다수의 층들 위로 감겨질 수 있고, 호이스트 드럼(3)과 관련하여 보조 로프들(12)의 각도는 모든 게양 높이(hoisting height)에서 거의 일정하게 유지되며, 호이스트 드럼(3)은 이전보다 훨씬 짧아진다.

추가적인 도르래들(15)과 호이스트 드럼들(3) 사이에 도르래들(17)이 또한 배열되는데, 이 도르래들(17)은 보조 로프들(12)이 방해를 받지 않고 통과할 수 있도록 배열된다.

핀란드 특허 제 101466 호에 따르면, 보조 기어들(10)은 예를 들어 동일하고 기계적으로 독립적인 장치들이며, 이들의 제어는 전기적으로 수행되며, 보조 로프(12)의 하중 데이타, 로프 드럼(11)의 회전 속도, 즉 보조 기어(10), 및 유사한 변수들을 기초로하여 결정된다. 충분한 양의 보조 로프(12)가 로프 드럼(11) 상에 항상 저장되고, 이에 의해 보조 로프(12)와 호이스트 로프(4)의 각기 다른 기하학에 의해서 야기된 보상은 자동적으로 해결된다. 각각의 보조 기어(10)를 제어하는 특정한 제어 논리에 의해서, 각각의 보조 로프(12)에 가해지는 힘들은 스프레더(7) 및 그에 게양된 짐의 불안정한 흔들림과 규칙적인 흔들림을 방지하는 방식으로 상기한 변수들을 기초로하여 제어된다. 상기한 제어 논리는 비대칭이 가능하므로, 보조 기어들(10)을 완전히 대칭적으로 위치시킬 필요가 없다.

도 5를 참조하면, 스프레더(7) 및 그에 부착된 짐의 운동은 다음과 같이 본 발명에 따라서 제어된다.

정적인 토크 명령(static torque instruction)(T_stat)는 분리 배열된 피드백 제어논리회로(C)에 의해서 각각의 보조 기어(10)에 대하여 명확하게(gear-specifically)하게 계산된다. 예를 들면, 핀란드 특허 제 101466 호에 공지된 회로는 힘 제어기 및 속도 제어기를 포함하는데, 여기에서 정적인 토크 명령(static torque instruction)(T_stat)는 각각의 보조 기어(10)에서 로프 힘의 참조 값(F_ref), 로프 힘(F_rope)의 측정 데이터 및 보조 기어(10)의 회전 속도(n)를 기초로하여 계산된다. 로프 힘(F_rope)은 적당한 중량 감지센서에 의해서 측정된 정보를 나타내거나, 하기에서 설명하는 보조 기어(10)에서 모터 제어 장비(예를 들면 주파수 변환기)에 의해서 결정된 토크의 실제적인 값으로부터 계산될 수 있다. 회전 속도 데이타는 짐이 평형 위치로부터 어떻게 불규칙적으로 흔들렸는지를 나타낸다. 로프 힘의 참조 값(F_ref)을 설정하는 것은 상기한 특허에 상세하게 개시되어 있으므로 하기에서는 더이상 상세하게 설명하지 않는다.

본 발명에 따르면, 보조 기어(10)의 측정된 회전속도(n_act)와 보조 기어(10)의 계산된 회전속도(n_calc) 사이의 차이로서 얻어진 n_control은 피드백 제어 논리 회로(C)에 대한 보조 기어(10)의 회전 속도 데이터(n)으로서 제공된다.

본 발명의 실시 예에서, 계산된 회전속도(n_calc)는 보조 로프(2)의 대각선 기하학에 의해서 야기된 보조 기어(10)의 적어도 계산된 회전 속도(n_g) 및 호이스트 드럼(2) 상에서 일어나는 보조 로프(12)의 층변화에 의해서 야기된 보조 기어(10)의 계산된 회전 속도(n₁)를 포함한다.

게양 로프들(4)이 수직하게 위치되고 보조 로프들(12)은 대칭적으로 위치한다고 가정하면:

n_g = a3 *

* dH,

여기에서, a1 = 보조 로프(12)의 수직 기하학적 매개변수(a1 - H는 보조 로프(12)의 대각선 부분의 수직한 사영(斜影)),

a2 = 보조 로프(12)의 수평 기하학적 매개변수(a1 - H는 보조 로프(12)의 대각선 부분의 수평한 사영(斜影)),

a3 = 비례 계수(scale factor),

H = 스프레더(7)의 게양 높이, 그리고

dH = 스프레더(7)의 게양 속도를 나타낸다.

보조 로프(12) 상에 층들이 형성된 결과로서, 권선 비임은 변화하는 반면, 게양 로프들(4)에서는 동일하게 유지된다. 결과적으로, 다음과 같은 보상의 필요성이 대두되며, 이에 의해 보조 로프(12)의 층변화와 연관된 회전 속도는 다음의 식에 따라서 계산된다.

n_l= k ×dH,

여기에서, k = 보조 로프(12)가 호이스트 드럼(3) 상에서 하나의 층으로부터 다른 층으로 이동하는 경우에 게양 높이의 함수로서 단계적으로 변화하는 일정 변환 계수(constant conversion factor)이고,

dH = 스프레더(7)의 게양 속도를 나타낸다.

만일 보조 기어들(12)이 비대칭적으로 위치하면, 각각의 기어는 기하학적 매개변수(a2)의 기어-특정 변화로 인하여 각기다른 크기의 n_g를 갖게된다.

상기한 리스트 기어들(18)이 스프레더(7)를 전방이나 후방으로 기울이는데 사용됨에 따라서, 즉 스프레더가 L1 또는 L2 방향으로 평행축 주위로 호이스트 드럼(3)의 축과함께 기울어짐에 따라서, 보조 기어의 계산된 기울임 회전 속도(n_s)가 계산된 회전 속도(n_calc)에 더해진다.

만일 게양 기어들(2)이 각기다른 속도로 구동되면, 스프레더(7)는 트림 드라이브(trim drive)로서 알려진 바와 같이 약간 기울어지도록 위치되고, 즉 스프레더(7)는 호이스트 드럼(3)에 평행한 수평선으로부터 벗어나고, 이에 의해 보조 기어의 계산된 기울임 회전 속도(n_t)가 계산된 회전 속도(n_calc)에 더해진다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 비록 하중이 이미 공지된 방법에 의해서 정확하게 제어될 지라도 핀란드 특허 101466 호에 개시된 크레인을 이용한 동일한 방법이 사용될 수 있다.

Claims

크레인의 스프레더 및 그에 부착된 짐의 불안정한 흔들림(swaying)과 규칙적인 흔들림(swinging)을 제어하기 위한 방법으로서,

상기 크레인은, 트롤리(1), 상기 트롤리(1)에 위치된 호이스트 드럼(3)을 구비한 호이스트 기어들(2), 및 상기 호이스트 드럼들(3)에 배열된 게양 로프들(hoisting ropes)(4)을 포함하며, 상기 스프레더(7)는 상기 트롤리(1)에 매달리고, 상기 게양 로프들(4)은 상기 스프레더(7)에 배열된 도르래들(8)을 통해서 다시 상기 트롤리(7) 쪽으로 되감기며,

상기 불안정한 흔들림과 상기 규칙적인 흔들림은,

로프 드럼들(11)을 구비하고 모터들 및 상기 트롤리(1)에 위치된 모터 제어장비를 구비한 4개의 보조 기어들(10),

상기 보조 기어들(10)의 상기 로프 드럼들(11) 상에 배열된 보조 로프들(12),

상기 스프레더(7)에 위치된 보조 로프용 도르래들(13)을 포함하는 제어장비에 의해서 제어되며,

상기 보조 기어들(10)의 상기 로프 드럼들(11)로부터 연장된 상기 보조 로프들(12)은 상기 보조 로프용 도르래들(13)을 비스듬하게 통과하여 상기 보조 로프용 상기 호이스트 드럼들(2)에 배열된 공간(14)을 향하여 진행하고,

상기 스프레더(7)에 발휘된 상기 보조 로프(12)의 힘들은, 상기 보조 로프의 로프 힘들(F_rope) 및 제어 논리 회로(C)를 사용하여 상기 보조 기어들의 회전속도 데이터(n)를 기초로하여 얻어진 토크 명령(torque instructions)(T_control)에 의해서 상기 보조 기어들(10)을 사용하여 상기 보조 로프들을 이동시킴으로써 제어되며, 원하는 로프 힘들을 제공하고 유지시킬 수 있으며, 상기 보조 기어들에서 상기 모터들의 회전 및 상기 모터들의 규칙적인 흔들림에 대한 저항을 제어하며,

상기 제어 논리 회로(C)에는 상기 보조 기어(10)의 회전 속도 데이터로서, 상기 보조 기어의 측정된 회전속도(n_act)와 상기 보조 기어의 계산된 회전속도(n_calc) 사이에서의 차이로서 명확하게(gear-specifically) 형성된 속도(n_control)가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 계산된 회전속도(n_calc)는 상기 보조 로프들의 대각선 기하학에 의해서 야기된 상기 보조 기어(10)의 적어도 계산된 회전 속도(n_g)를 포함하며, 이에 의해 상기 게양 로프들(4)은 수직하게 위치하고 상기 보조 로프들(12)은 대칭적으로 위치된 것으로 가정하면, 다음 식:

n_g = a3 *
* dH 에 의해서 계산되고,

여기에서, a1 = 상기 보조 로프(12)의 수직 기하학적 매개변수(a1 - H는 보조 로프(12)의 대각선 부분의 수직한 사영(斜影)),

a2 = 상기 보조 로프(12)의 수평 기하학적 매개변수(상기 보조 로프의 대각선 부분의 수평한 사영(斜影)),

a3 = 비례 계수(scale factor),

H = 상기 스프레더(7)의 게양 높이, 그리고

dH = 상기 스프레더(7)의 게양 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 호이스트 드럼(2) 상에서 일어나는 상기 보조 로프(12)의 층 변화에 의해서 야기된 상기 보조 기어(10)의 상기 계산된 회전 속도(n_l)은 상기 계산된 회전속도(n_calc)에 더해지고, 다음 식:

n_l= k ×dH 에 의해서 계산되며,

여기에서, k = 상기 보조 로프(12)가 상기 호이스트 드럼(3) 상에서 하나의 층으로부터 다른 층으로 이동하는 경우에 게양 높이의 함수로서 단계적으로 변화하는 일정 변환 계수(constant conversion factor)이고,

dH = 상기 스프레더(7)의 게양 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 호이스트 드럼(3)의 축에 평행한 축 주위로 진행되는 상기 스프레더(7)의 기울임이나 불규칙한 흔들림에의해서 야기된 상기 보조 기어의 계산된 회전 속도(n_s)가 상기 계산된 회전 속도(n_calc)에 더해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 호이스트 기어들(2)의 각기다른 게양 속도에 의해서 야기되고 상기 스프레더(7)를 상기 호이스트 드럼(3)과 평행한 수평선으로부터 벗어나게 하는 상기 보조 기어의 회전 속도(n_t)가 상기 계산된 회전 속도(n_calc)에 더해지는 것을 특징으로 하는 방법.