PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69714196T2 13.03.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0846648
Titel Einrichtung für die Kontrolle der Senkung einer Last in einem Kran
Anmelder Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Miyata, Noriaki, Nishi-ku, Hiroshima, JP;
Taguchi, Toshio, Nishi-ku, Hiroshima, JP
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69714196
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.12.1997
EP-Aktenzeichen 973097710
EP-Offenlegungsdatum 10.06.1998
EP date of grant 24.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.03.2003
IPC-Hauptklasse B66C 13/48
IPC-Nebenklasse B66C 13/46   B66C 13/06   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln der Last- Absenkbewegungen eines Krans. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die nützlich ist, wenn sie an einem Kran zum Bewegen eines Containers verwendet wird, der in einer Containeranlage installiert ist, z. B. einer Hafenanlage.

In einer Containeranlage, z. B. einer Hafenanlage, werden Container, die von einem Fahrwerk, einem automatisierten gelenkten Fahrzeug (AGF) oder dergleichen dorthin transportiert wurden, Stück für Stück von einem Kran zum Bewegen eines Containers bewegt, der in der Containeranlage installiert ist, so dass sie in der Containeranlage gestapelt werden (auf anderen Containern) oder auf den Boden gestellt werden (auf den Boden heruntergelassen werden).

Fig. 6 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Aufbau eines herkömmlichen Krans zum Bewegen eines Containers zeigt. Wie in dieser Zeichnung dargestellt, hat der Kran zum Bewegen eines Containers einen Aufbau, der einen horizontal über einer Containeranlage vorgesehenen Träger 1, den Träger 1 stützende Ständer 2, und an den unteren Enden der Ständer 2 vorgesehene Laufsysteme 3 sowie einen Laufwagen 4, der auf dem Träger 1 montiert ist und entlang dem Träger 1 läuft, ein auf dem Laufwagen 4 montiertes Hubwerk 5, einen Hubwerkmotor 7 zum Antreiben des Hubwerks 5, ein Seil 6, das von dem Hubwerk 5 aufgenommen oder ausgegeben wird, ein Hubgeschirr 10, das an dem Hubwerk 5 mittels des Seils 6 aufgehängt ist, und einen Seilwinden-Geschwindigkeitsregler 20 zum Regeln des Hubwerkmotors 7 aufweist.

Wird beispielsweise ein Container 11 an einer Zielposition 12 (auf einem Container 21) zwischen benachbarte Container 22 und 23 gesetzt, die hoch gestapelt sind, wirkt der Kran zum Bewegen eines Containers folgendermaßen:

Wenn ein Fahrwerk oder AGF 30, das den Container 11 trägt, neben dem Kran zum Bewegen eines Containers anhält, wird der Laufwagen 4 entlang dem Träger 1 bewegt und direkt über dem Fahrwerk oder AGF 30 angehalten.

Dann wird das Hubwerk 5 von dem Hubwerkmotor 7 angetrieben, um das Seil 6 auszugeben, wodurch das Hubgeschirr 10 auf dem Container 11 platziert wird. Der Container 11 wird von einem Drehverriegelungsmechanismus (nicht gezeigt) gehalten, und das Seil 6 wird von dem Hubwerk 5 aufgenommen, um den Container 11 zusammen mit dem Hubgeschirr 10 anzuheben.

Nach oder gleichzeitig mit dem Anheben des Containers 11 wird der Laufwagen 4 entlang dem Träger 1 bewegt. Nach oder gleichzeitig mit dem Bewegen des Laufwagens 4 wird das Seil 6 durch das Hubwerk 5 ausgegeben, um den Container 11 zusammen mit dem Hubgeschirr 10 nach unten zu bewegen (zu senken) und in die Zielposition 12 zu bringen.

Mit anderen Worten, wenn der Container 11 in die Zielposition 12 gebracht werden soll, wird der Container 11 einmal in eine höhere Position angehoben, um einem im Weg liegenden Stapel von Containern auszuweichen. Während oder nach diesem Anheben wird der Laufwagen 4 in eine Zielposition über dem Container 21 bewegt. Während oder nach dem Bewegen des Laufwagens 4 wird der Container 11 abgesenkt, um in die Zielposition 12 gebracht zu werden.

Während des vorhergehenden Vorgangs ist der Container 11 an dem Seil 6 aufgehängt, und bewegt sich so, während er, beeinflusst durch den Wind oder durch Änderungen der Geschwindigkeit des Laufwagens 4, horizontal schwingt. Um die Größe der Schwingung des Containers 11 zu verringern, sind verschiedene Ideen ausgeführt worden, wie z. B. das Vorsehen eines Hilfsseils oder die Anwendung eines Verfahrens zur automatischen Regelung der Beschleunigung des Laufwagens 4. Solange jedoch der Container 11 an dem Seil 6 aufgehängt ist, ist es im Prinzip unmöglich, die Schwingbewegung des Containers 11 vollständig zu beseitigen. Insbesondere bei starkem Wind ist seine Schwingbewegung beträchtlich.

Wenn also der Container 11 in eine Position abgesenkt werden soll, an der die Container 22, 23 in benachbarten Reihen hoch gestapelt sind, wie in Fig. 6 gezeigt (d. h. in die Zielposition 12), besteht die Gefahr, dass der Container 11 während des Absenkens mit einem Container in der benachbarten Reihe zusammenstößt, insbesondere wenn ein starker Wind weht. Wenn sich ein Zusammenstoß ereignet, kann dieser eine Beschädigung des Containers oder dessen Fall verursachen.

Um diesen Unfall zu vermeiden, ist die übliche Praxis folgendermaßen: Wenn ein Container zu einer Position abgesenkt wird, an der Container in benachbarten Reihen hoch aufgeschichtet sind, vor allem während er in einen schluchtartigen Zwi schenraum zwischen solchen Reihen eingesetzt wird, verringert der Bediener die Geschwindigkeit, mit der der Container gesenkt wird, und führt eine Operation aus, während er darauf achtet, dass dieser Container nicht mit dem benachbarten Container zusammenstößt. Wenn der Container beträchtliche Schwingbewegungen macht und mit dem benachbarten Container zusammenstoßen kann, beendet der Bediener die Absenkung sofort.

Dieses herkömmliche Verfahren führt jedoch zu dem Problem, dass das Absenken des Containers Zeit kostet, wodurch es unmöglich wird, die für einen Arbeitszyklus benötigte Zeit zu verringern.

Die EP-A-0 596 330 offenbart eine Vorrichtung, die es ermöglicht, Pendelschwingungen einer an einem Kran aufgehägten Last mit hoher Genauigkeit zu messen. Die Vorrichtung umfasst eine Markierung mit reflektierender Oberfläche, die im Bereich der Ladung angeordnet ist, eine Beleuchtungsausstattung und eine Linienerfassungskamera, die beide an dem Kran befestigt und auf die Markierung ausgerichtet sind. Die Kamera hat einen linearen Bildsensorbereich, der in Längsrichtung an der Richtung der Schwingung ausgerichtet ist. Das Signal aus dem Bereich wird ausgewertet, um die momentane Position der Markierung zu bestimmen. Dieses Dokument dient als Grundlage des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung hat die oben beschriebenen früheren Technologien zum Hintergrund. Ihre Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Regeln der Last- Absenkbewegungen eines Krans zur Verfügung zu stellen, die eine Last (z. B. einen Container) schnell zu einem Ort absenken kann, an dem sich Hindernisse befinden wie z. B. Lasten, die angrenzend aufgestapelt sind, während ein Zusammenstoß der Last mit diesen Hindernissen verhindert wird.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Tatsache, dass ein an einem Seil aufgehängter Container mit einer langen Periode pendelartig schwingt und aufgrund seiner Trägheit keine plötzlichen Änderungen der Position erfahren kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Regeln der Last- Absenkbewegungen eines Krans zur Verfügung gestellt, wobei der Kran einen Hub werkmotor, ein von dem Hubwerkmotor angetriebenes Hubwerk, ein von dem Hubwerk aufgenommenes oder ausgegebenes Seil und ein vom Hubwerk mittels des Seils aufgehängtes Hubgeschirr, das vom Hubwerk angehoben oder abgesenkt wird, umfasst, wobei der Kran eine vom Hubgeschirr getragene Last zusammen mit dem Hubgeschirr zu einer Zielposition auf einem Stapel anderer Lasten oder einer Position auf dem Boden absenkt, wobei die Vorrichtung geeignet ist, während des Absenkens eine Kollision der Last mit Hindernissen wie anderen angrenzend an die Zielpositionen gestapelten Lasten zu verhindern,

wobei die Vorrichtung aufweist:

einen Hubgeschirr-Schwingungsdetektor zum Erfassen der Schwingbewegungen des Hubgeschirrs,

einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen der Absenkgeschwindigkeit der Last und

einen Regler zum Regeln des Hubmotors zum Regeln der Absenkgeschwindigkeit der Last, wobei der Regler seinen Regelungsvorgang ausführt basierend auf: den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der vom Hubgeschirr- Schwingungsdetektor erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs und einem vorbestimmten Schwellenpegel oder mehreren vorbestimmten Schwellenpegeln, der Richtung der Änderungen der Größe der Schwingung, die aus der erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs berechnet wird, und der vom Geschwindigkeitsdetektor erfassten Absenkgeschwindigkeit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung mit einem Seillängendetektor zum Erfassen der Länge des Seils versehen, und

der Regler berechnet eine maximale Verschiebung durch die Schwingbewegung des Hubgeschirrs voraus, basierend auf: der vom Hubgeschirr- Schwingungsdetektor erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs, der Rate der Positionsänderung des Hubgeschirrs, berechnet aus der erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs, und der Periode der Schwingung des Hubgeschirrs, berechnet aus der vom Seillängendetektor berechneten Seillänge; und der Regler regelt den Hubwerkmotor auf der Basis der Ergebnisse des Vergleichs zwischen der vorausberechneten maximalen Verschiebung durch die Schwingung und einem vorbestimmten Schwellenpegel, wodurch die Absenkgeschwindigkeit der Last geregelt wird.

So regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Absenkgeschwindigkeit basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der Größe der Schwingung des Hubgeschirrs und einem Schwellenpegel oder mehreren Schwellenpegeln, der Richtung von Änderungen der Größe der Schwingung des Hubgeschirrs und der Absenkgeschwindigkeit. Hier ist anzunehmen, dass eine Last zusammen mit dem Hubgeschirr abgesenkt wird, um auf einen Stapel oder auf den Boden gesetzt zu werden, an einem Ort, wo Hindernisse wie angrenzend aufgestapelte Lasten vorhanden sind. Zu dem Zeitpunkt, wenn die Schwingung des Hubgeschirrs während des Absenkens der Last abnimmt, muss die Absenkgeschwindigkeit nicht verringert werden, selbst wenn die Schwingung des Hubgeschirrs (d. h. die Schwingung der Last) zu dem Zeitpunkt beträchtlich ist. Darüber hinaus kann die Operation kontinuierlich mit Höchstgeschwindigkeit ausgeführt werden, ohne dass die Last mit dem benachbarten Hindernis zusammenstößt. Falls ein echtes Kollisionsrisiko besteht, kann das Absenken der Last gestoppt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine maximale Verschiebung durch die Schwingbewegung des Hubgeschirrs vorausberechnet. Basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der vorausberechneten maximalen Verschiebung durch die Schwingbewegung und einem vorbestimmten Schwellenpegel wird die Absenkgeschwindigkeit geregelt. So kann ein Zusammenstoß zwischen der abgesenkten Last und dem benachbarten Hindernis zuverlässiger verhindert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Aufbau eines Krans zum Bewegen eines Containers zeigt, der mit einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken versehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Regelungssystems bei dem in Fig. 1 gezeigten Kran zum Bewegen eines Containers;

Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Aktionen einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine erläuternde Zeichnung als Ansicht von oberhalb des Containers von unterschiedlichen Operationen entsprechend der Größe der Schwingung und einer Richtung von Änderungen der Größe der Schwingung bei der schwellenpegelbasierten Regelung einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ist eine erläuternde Zeichnung einer auf Vorausberechnung der Position basierenden Regelung einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Aufbau eines herkömmlichen Krans zum Bewegen eines Containers zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Teile, die mit dem Stand der Technik übereinstimmen (Fig. 6), werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und sich überschneidende ausführliche Beschreibungen werden weggelassen.

Fig. 1 ist eine erläuternde Zeichnung, die den Aufbau eines Krans zum Bewegen eines Containers zeigt, der mit einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines Regelungssystems in dem in Fig. 1 gezeigten Kran zum Bewegen eines Containers.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat der Kran zum Bewegen eines Containers einen Aufbau, der einen Träger 1, Ständer 2 und Laufsysteme 3, einen Laufwagen 4, ein Hubwerk 5, einen Hubwerkmotor 7, ein Seil 6, ein Hubgeschirr 10 und einen Seilwinden-Geschwindigkeitsregler 20 umfasst.

Das Hubgeschirr 10 ist mit einem Schwingungserfassungsziel 16 versehen, das eine Markierungsscheibe, eine Leuchtdiode oder eine Laserlichtquelle umfasst. Der Laufwagen 4 ist mit einem Hubgeschirr-Schwingungsdetektor 15 wie z. B. einer CCD-Kamera oder einer PSD-Kamera ausgestattet. Das Hubwerk 5 ist mit einem Seillängendetektor 17 und einem Seilwinden-Geschwindigkeitsdetektor 18 versehen, die üblicherweise installiert sind. Der Seillängendetektor 17 erfasst die Länge des Seils 6, während der Seilwinden-Geschwindigkeitsdetektor 18 die Windegeschwindigkeit (d. h. die Anheb- oder Absenkgeschwindigkeit) des Seils 6 erfasst.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, werden ein Erfassungssignal von dem Hubgeschirr-Schwingungsdetektor 15, ein Erfassungssignal von dem Seillängendetektor 17 und ein Erfassungssignal von dem Seilwinden-Geschwindigkeitsdetektor 18 in eine Recheneinheit 19 eingegeben. Auf der Grundlage dieser Erfassungssignale berechnet die Recheneinheit 19 einen Befehlswert für die Absenkgeschwindigkeit des Hubgeschirrs 10 (d. h. des Containers) und gibt es an den Seilwinden- Geschwindigkeitsregler 20 aus. Die Einzelheiten dieses Vorgangs werden weiter unten erläutert.

Auf der Grundlage des von der Recheneinheit 19 generierten Befehlswerts steuert der Seilwinden-Geschwindigkeitsregler 20 den Hubwerkmotor 7, um die Absenkgeschwindigkeit des Hubgeschirrs 10 zu regeln.

Konkret führt dieses Regelungssystem die Regelung folgendermaßen durch:

1 Zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit des Hubgeschirrs 10 wird ein Schwellenpegel für die Größe der Schwingung des Hubgeschirrs 10 (im Folgenden einfach als Größe der Schwingung bezeichnet) gesetzt.

2 Wenn die Größe der Schwingung des Hubgeschirrs 10, die von dem Hubgeschirr-Schwingungsdetektor 15 erfasst wird, nicht größer ist als der Schwellenpegel, oder wenn die Größe der Schwingung größer ist als der Schwellenpegel, aber diese Größe der Schwingung sich in einer Richtung ändert, in der sich die entsprechende Verschiebung gegenüber einer vorbestimmten Position verringert, wird eine Operation mit normaler Absenkgeschwindigkeit durchgeführt.

3 Wenn die Größe der Schwingung größer ist als der Schwellenpegel und diese Größe der Schwingung sich in einer Richtung ändert, in der die entsprechende Verschiebung gegenüber der vorbestimmten Position sich vergrößert, wird die Absenkgeschwindigkeit mit vorbestimmter Verlangsamung verringert.

Die verbleibende Absenkstrecke (L in Fig. 1) wird ständig beobachtet, so dass, wenn die Absenkgeschwindigkeit mit vorbestimmter Verlangsamung verringert wird, das Absenken gestoppt werden kann, bevor das Einsetzen in einen schluchtartigen Zwischenraum erfolgt. Die verbleibende Absenkstrecke wird folgendermaßen bestimmt: Auf dem Träger 1 wird ein Entfernungsmessgerät (nicht gezeigt) so befestigt, dass es direkt über jedem Containerstapel positioniert ist. Diese Entfernungsmessgeräte erfassen die Entfernung von dem Träger 1 zur obersten Fläche jedes Containerstapels. Die Höhenposition des getragenen Containers andererseits wird von dem Seillängendetektor 17 erfasst. Die Höhe eines Containers ist bereits bekannt. So wird die verbleibende Absenkstrecke aus Erfassungssignalen für beide Erfassungen berechnet.

Oben wird ein Schwellenpegel verwendet. Falls zwei Schwellenpegel gesetzt werden, wird eine Regelung folgendermaßen durchgeführt:

1 Zur Regelung der Absenkgeschwindigkeit des Hubgeschirrs 10 werden Schwellenpegel D&sub1; und D&sub2; für die Größe der Schwingung des Hubgeschirrs 10 gesetzt, wobei D&sub1; < D&sub2;. Im Folgenden ist die Größe der Schwingung mit D bezeichnet.

2 Wenn die Größe der Schwingung D nicht größer ist als der Schwellenpegel D&sub1;, oder wenn die Größe der Schwingung D größer ist als D&sub1;, aber nicht größer als D&sub2;, und diese Größe der Schwingung sich in einer Richtung ändert, in der sich die entsprechende Verschiebung gegenüber einer vorbestimmten Position verringert, wird eine Operation mit normaler Absenkgeschwindigkeit durchgeführt.

3 Wenn die Größe der Schwingung D größer ist als D&sub1;, aber nicht größer als D&sub2;, und wenn diese Größe der Schwingung sich in einer Richtung ändert, in der sich die entsprechende Verschiebung gegenüber der vorbestimmten Position vergrößert, oder wenn die Größe der Schwingung D größer ist als D&sub2;, aber diese Größe der Schwingung D sich in einer Richtung ändert, in der sich die entsprechende Verschiebung gegenüber der vorbestimmten Position verringert, wird ein Absenkvorgang fortgesetzt, wenn die verbleibende Absenkstrecke größer ist als der normale Bremsweg. Sobald die verbleibende Absenkstrecke gleich dem normalen Bremsweg ist, wird die Absenkgeschwindigkeit mit vorbestimmter Verlangsamung verringert.

4 Wenn die Größe der Schwingung D größer ist als D&sub2; und wenn diese Größe der Schwingung sich in einer Richtung ändert, in der die entsprechende Verschiebung aus der vorbestimmten Position sich vergrößert, wird das Absenken sofort gestoppt.

Um weitere Sicherheit zu gewährleisten wird die folgende Regelung der Position auf der Grundlage der Vorausberechnung mit der letztgenannten Regelung kombiniert:

Ein Schwellenpegel D&sub3; wird gesetzt und eine maximale Verschiebung durch die momentane Schwingung wird aus Berechnungen vorausberechnet, die auf der momentanen Größe der Schwingung beruhen (d. h. der Größe der Verschiebung gegenüber einer vorbestimmten Position), die von dem Hubgeschirr- Schwingungsdetektor 15 erfasst wird, der Rate der Positionsänderung, die aus dieser Größe der Schwingung berechnet wurde, und der Periode der Vibration des Hubge schirrs, die aus der momentanen Seillänge berechnet wird, die von dem Seillängendetektor 17 erfasst wird. Wenn die vorausberechnete maximale schwingungsbedingte Verschiebung größer ist als der Schwellenpegel D&sub3;, wird die Absenkgeschwindigkeit verringert.

Der Funktionsplan einer handelsüblichen Maschine, die bei der Erfindung übernommen wurde, wird basierend auf Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. Diese handelsübliche Maschine regelt die Absenkgeschwindigkeit gemäß den beiden folgenden Funktionsplänen, A (schwellenpegelbasierte Regelung) und B (Regelung beruhend auf der Vorausberechnung der Position). Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Aktionen einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Bei dieser Zeichnung sind die entsprechenden Teile mit den Bezugszeichen S1 bis S20 gekennzeichnet. Fig. 4 ist eine erläuternde Zeichnung als Ansicht von oberhalb des Containers, die unterschiedliche Operationsarten zeigt, abhängig von der Größe der Schwingung und der Richtung von Änderungen bei der Größe der Schwingung bei einer schwellenpegelbasierten Regelung einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 ist eine erläuternde Zeichnung einer Regelung beruhend auf einer Vorausberechnung der Position einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

A. Schwellenpegelbasierte Regelung

Zum Regeln der Absenkgeschwindigkeit des Hubgeschirrs werden zwei Schwellenpegel D&sub1; und D&sub2; gesetzt (S1 in Fig. 3). Diese Schwellenpegel D&sub1; und D&sub2; werden beispielsweise auf D&sub1; = 30 mm und D&sub2; = 60 mm gesetzt. Das Absenken des Hubgeschirrs (d. h. des Containers) wird gestartet, und die Größe der Schwingung D wird erfasst (S2, S3). Die Änderungsrate der Schwingung D wird berechnet (S4), und Vergleiche zwischen der erfassten Größe der Schwingung D und dem Schwellenpegel D&sub1; oder D&sub2; und der Änderungsrate der Schwingung D werden wie folgt gemacht:

1 Wenn D&sub1; < D ≤ D&sub2; & d D1 /dt ≤ 0 oder D ≤ D&sub1;, d. h. unter der in Fig. 4(1) gezeigten Bedingung, wird ein Befehlswert für die Absenkgeschwindigkeit wie folgt gesetzt (s. S5, S6, S7 und S9 in Fig. 3):

Vset = Vc + ΔV

(Maximaler Wert von Vset = Vm)

wobei Vset: Befehlswert für Absenkgeschwindigkeit

Vc: Momentaner Wert der Absenkgeschwindigkeit

Vm: Vorbestimmte Absenkgeschwindigkeit

ΔV: Geschwindigkeitsschritt an jedem Erfassungszeitpunkt

2 Wenn D&sub1; < D < D&sub2; & d D /dt > 0 oder D > D&sub2; & d D /dt ≤ 0, d. h. unter der in Fig. 4(2) gezeigten Bedingung, wird ein Befehlswert für die Absenkgeschwindigkeit wie folgt gesetzt (s. S5, S6, S7, S8, S10, S11 und S12 in Fig. 3):

Wenn ein Abstand bleibt, der größer als ein normaler Bremsweg ist,

Vset = Vc

Wenn kein Abstand bleibt, der größer als ein normaler Bremsweg ist,

Vset = Vc - ΔV

Minimaler Wert von Vset = 0

3 Wenn D > D&sub2; & d D /dt > 0, d. h. unter der in Fig. 4(3) gezeigten Bedingung, wird das Absenken gestoppt (s. S6, S8 und S13 in Fig. 3).

4 Unter anderen Bedingungen wird dem Funktionsplan ® Priorität gegeben.

B. Regelung beruhend auf einer Vorausberechnung der Position

Die Vorausberechnung der Position bedeutet, wie oben erwähnt, die Vorausberechnung einer schwingungsbedingten maximalen Verschiebung im momentanen Stadium. Anders ausgedrückt, wenn die momentane Schwingung anhält, bewegt sich das Hubgeschirr nach unten in dem Bereich der vorausberechneten maximalen Verschiebung. Wenn die vorausberechnete maximale schwingungsbedingte Verschiebung (Einzelheiten des Vorausberechnungsverfahrens werden weiter unten dargelegt) größer ist als ein Schwellenpegel D&sub3; (z. B. ±110 mm), der getrennt von den Schwellenpegeln D&sub1; und D&sub2; gesetzt wird (s. S1 in Fig. 3), wird daher die Absenkgeschwindigkeit folgendermaßen verringert (s. S10, S11, S12, S14, S15, S16, S17, S18 und S19 in Fig. 3):

Vset = Vc - ΔV

Minimalwert von Vset = 0

Das Verfahren zur Vorausberechnung der Position wird weiter unten im Einzelnen erläutert.

(1) Prinzip der Vorausberechnung der Position

Es wird angenommen, dass die Bewegung des Hubgeschirrs (die Schwingung) eine einfache harmonische Bewegung ist. Die Amplitude des Hubgeschirrs kann aus der Position des Hubgeschirrs (der Größe der Verschiebung gegenüber der vorbestimmten Position), der Rate der Positionsänderung und der Periode der Vibration berechnet werden, wie oben erwähnt. Die Position des Hubgeschirrs kann unter Verwendung der erfassten Werte berechnet werden, während die Rate der Positionsänderung aus den erfassten Positionswerten zu jedem Zeitpunkt berechnet werden kann. Die Periode der Vibration kann aus den erfassten Werten der Seillänge berechnet werden. Die relevanten Gleichungen sind unten angegeben.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die Verschiebung des Hubgeschirrs durch die Gleichung ® dargestellt, wobei X&sub0; die Koordinaten der Zielposition bezeichnet.

X = X&sub0; + r sinωt 1

Die erste Ableitung für die Gleichung 1 ist durch die Gleichung 2 dargestellt.

x' = r ωcosωt 2

Daher ist die Amplitude r des Hubgeschirrs durch die Gleichung 3 dargestellt.

Für eine parallele Schwingung ist ω durch die Gleichung 4 dargestellt.

So kann die Funktionsform der Gleichung 1 bestimmt werden.

Für eine schräge Schwingbewegung, d. h. eine Drehschwingung, wird die Gleichung 5 an Stelle der Gleichung 4 verwendet.

wobei l: Trägheitsmoment

m: Gewicht

L: Seillänge

d: Abstand zwischen Drehpunkten

(2) Vorausberechnung der Position

Die Vorausberechnung der maximalen Verschiebung wird folgendermaßen durchgeführt:

Es sei

XR: der von der rechten Kamera gemessene Verschiebungswert

XL: der von der linken Kamera gemessene Verschiebungswert

Die Verschiebung XR oder XL ist eine zusammengesetzte Vibration, die eine parallele Schwingung und eine schräge Schwingung umfasst und daher nicht als einfache harmonische Bewegung anzusehen ist. Daher werden XR und XL jeweils zu der folgenden Gleichung umgeformt, so dass eine Reduktion zu einer parallelen Schwingung und einer schrägen Schwingung erfolgt, die als einfache harmonische Bewegungen anzusehen sind.

Die Verschiebungen X&sub1; und X&sub2; können durch das oben in (1) beschriebene Verfahren bestimmt werden. Die Perioden der parallelen Schwingung und der schrägen Schwingung unterscheiden sich voneinander. Die Funktionsformen der ursprünglichen Verschiebungen XR und XL können aus X&sub1; und X&sub2; mittels des oben beschriebenen Verfahrens berechnet werden.

XR = X&sub1; + X&sub2;

XL = X&sub1; - X&sub2;

Die vorausberechnete maximale Verschiebung E&sub0; wird wie folgt berechnet:

ER = Max{XR}

ER: Von der rechten Kamera gemessene vorausberechnete maximale Verschiebung

EL = Max{XL}

EL: Von der linken Kamera gemessene vorausberechnete maximale Verschiebung

E&sub0; = Max{ER, EL}

Die Berechnungen für die oben genannten Funktionspläne A und B werden kontinuierlich an jedem Erfassungszeitpunkt durchgeführt, ab dem Zeitpunkt, wenn die untere Fläche des aufgehängten Containers eine vorbestimmte Höhe über dem Eingang zu dem schluchtartigen Zwischenraum erreicht, z. B. 4 m darüber, oder ab dem Zeitpunkt, wenn der Laufwagen eine vorbestimmte horizontale Position im Abstand von dem Eingang zu dem schluchtartigen Zwischenraum erreicht, z. B. ab 1 m, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Container den Boden erreicht (oder auf den Stapel von aufeinander gestapelten Containern gesetzt wird). Gemäß diesen Funktionsplänen werden die Berechnungen an jedem Erfassungszeitpunkt unter Verwendung der erfassten Werte der Seillänge durchgeführt.

Es kann daher festgehalten werden, dass Änderungen der Seillänge während der Schwingbewegung berücksichtigt werden.

Wenn der Container auf den Containerstapel gesetzt wird (oder auf den Boden gesetzt wird), bewegt sich eine federunterstützte Stange (nicht gezeigt) nach oben, um einen Begrenzungsschalter (nicht gezeigt) auszuschalten, um die Last an dem Hubgeschirr 10 zu verringern. Auf der Grundlage dieses Vorgangs wird bestimmt, ob das Absenken vollendet worden ist oder nicht (s. S20 in Fig. 3).

Durch das Installieren der Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß dieser Ausführungsform an einem Kran zum Bewegen eines Containers braucht daher, selbst wenn die Schwingbewegung des Hubgeschirrs 10 (d. h. die Schwingbewegung des Containers 11) zu dem Zeitpunkt beträchtlich ist, die Absenkgeschwindigkeit nicht verringert zu werden, wenn die Schwingung sich während des Absenkens des Containers 11 verringert. Darüber hinaus kann die Operation fortgesetzt werden, ohne dass der Container 11 mit den angrenzenden Containern 22 und 23 zusammenstößt. Falls ein echtes Kollisionsrisiko besteht, kann das Absenken gestoppt werden. So kann die für einen Arbeitszyklus benötigte Zeit gefahrlos verringert werden.

Eine Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß der vorliegenden Erfindung wird an einer handelsüblichen Maschine zur praktischen Verwendung installiert und wird mit zufrieden stellendem Ergebnis betrieben. So wurde ihre Effektivität unter Beweis gestellt.

Wie oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Erfindung konkret erläutert wurde, macht die Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung in geschickter Weise Gebrauch von der Tatsache, dass eine getragene Last, z. B. ein Container, der an einem Seil aufgehängt ist, mit langer Periode pendelartig vibriert und aufgrund seiner Trägheit keine plötzlichen Positionsänderungen erfahren kann. Hierdurch regelt die Vorrichtung die Absenkgeschwindigkeit basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der Größe der Schwingung des Hubgeschirrs und einem Schwellenpegel oder mehreren Schwellenpegeln, der Richtung von Änderungen bei der Größe der Schwingung des Hubgeschirrs und der Absenkgeschwindigkeit. Es wird angenommen, dass eine Last zusammen mit dem Hubgeschirr abgesenkt wird, um auf einen Stapel von aufeinander geschichteten Containern oder auf den Boden gesetzt zu werden, an einem Ort, wo Hindernisse wie angrenzend aufgestapelte Lasten vorhanden sind. Zu dem Zeitpunkt, wenn die Schwingung des Hubgeschirrs während des Absenkens der Last abnimmt, muss die Absenkgeschwindigkeit nicht verringert werden, selbst wenn die Schwingung des Hubgeschirrs (d. h. die Schwingung der Last) zu dem Zeitpunkt beträchtlich ist. Darüber hinaus kann die Operation kontinuierlich mit Höchstgeschwindigkeit ausgeführt werden, ohne dass die Last mit dem benachbarten Hindernis zusammenstößt. Falls ein echtes Kollisionsrisiko besteht, kann das Absenken der Last gestoppt werden. So kann die für einen Arbeitszyklus benötigte Zeit gefahrlos verringert werden.

Bei einer Vorrichtung zur Kollisionsverhinderung beim Absenken gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine maximale Verschiebung durch die Schwingung des Hubgeschirrs vorausberechnet. Basierend auf den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der vorausberechneten maximalen schwingungsbedingten Verschiebung und einem vorbestimmten Schwellenpegel wird die Absenkgeschwindigkeit geregelt. So kann ein Zusammenstoß der abgesenkten Last mit dem angrenzenden Hindernis zuverlässiger verhindert werden.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Regeln der Last-Absenkbewegungen eines Krans, mit einem Hubwerkmotor (7), einem vom Hubwerkmotor (7) angetriebenen Hubwerk (5), einem vom Hubwerk (5) aufgenommenen oder ausgegebenen Seil (6) und einem vom Hubwerk (5) mittels des Seils (6) aufgehängten Hubgeschirr (10), das vom Hubwerk (5) angehoben oder abgesenkt wird, wobei der Kran eine vom Hubgeschirr (10) getragene Last (11) zusammen mit dem Hubgeschirr (10) zu einer Zielposition (12) in einem Stapel anderer Lasten oder auf dem Boden absenkt, wobei die Vorrichtung geeignet ist, während des Absenkens eine Kollision der Last (11) mit Gegenständen wie anderen angrenzend an die Zielpositionen (12) gestapelten Lasten (21) zu verhindern

wobei die Vorrichtung ferner aufweist:

einen Hubgeschirr-Schwingungsdetektor (15) zum Erfassen der Schwingbewegungen des Hubgeschirrs (11) sowie

einen Geschwindigkeitsdetektor (18) zum Erfassen der Absenkgeschwindigkeit der Last (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter aufweist:

einen Regler (19, 20) zum Regeln des Hubmotors (7) zum Steuern der Absenkgeschwindigkeit der Last (11), wobei der Regler (29) die Regelung ausführt basierend auf:

den Ergebnissen des Vergleichs zwischen der vom Hubgeschirr-Schwingungsdetektor (15) erfassten Größe der Schwingung (D) des Hubgeschirrs (11) und einem vorbestimmten Schwellenpegel oder mehreren vorbestimmten Schwellenpegeln (D1, D2, D3)

der Richtung der Änderungen der Größe der Schwingung (D), die aus der erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs berechnet wird, und

der vom Geschwindigkeitsdetektor (18) erfassten Absenkgeschwindigkeit (V).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei

ein Seillängendetektor (17) zum Erfassen der Länge (L) des Seils (6) vorgesehen ist und

der Regler (19, 20) eine maximale Verschiebung durch die Schwingbewegung des Hubgeschirrs (11) vorausberechnet basierend auf:

der vom Hubgeschirr-Schwingdetektor erfassten Größe der Schwingung (D) des Hubgeschirrs,

der Rate der Positionsänderung des Hubgeschirrs berechnet aus der erfassten Größe der Schwingung des Hubgeschirrs,

und der Periode der Schwingung des Hubgeschirrs berechnet aus der vom Seillängendetektor (17) berechneten Seillänge (L),

und wobei der Regler (19, 20) den Hubmotor (7) regelt auf der Basis der Ergebnisse des Vergleichs zwischen der vorausberechneten maximalen Verschiebung durch die Schwingung und einem vorbestimmten Schwellenpegel, wodurch die Absenkgeschwindigkeit der Last (11) geregelt wird.

3. Kran mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com