SE454625B - Sett jemte en anordning for att indikera overlast redan vid lyftets start vid lyft i wireupphengd lyftanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 454 625 Det är känt att bestäma lastens tyngd vid hastigheten 0 eller vid konstant rörelsehastighet uppåt eller nedåt.

Detta kan ske genom exempelvis att mekaniskt bestämma dragkrafter i linorna eller tryckkrafterna vid aktuella axel-.och lagerstöd. Man kan också få en uppfattning om lastens storlek genom att mäta till lyftmotorn tillförd effekt, elströmmen i rotorlindningen, strömmens frekvenser i rotorlindningen m m. Detta framgår bl a av ryska patent- skriften 705270 samt de japanska offentliggjorda patent- skrifterna 56-53420 och 56-58623. Däremot har man inte lyckats finna någon enkel och för driftförhållandena lämplig metod att redan vid uppstartningen, vid accelerationen och vid i och urkoppling av rotormotstànd, kontinuerligt esti- mera lastens massa och förse hissanordningen med en bryt- anordning, som på ett mycket tidigt stadium, under ä sekund, avbryter lyftet så att ingen säkerhetsrisk uppstår p g a överbelastning. Största svårigheterna är att dels vid acceleration àtgàr energi för att ge roterande delar mer rotationsenergi samt last, lyftkrok m m ändrad lyfthastig- het, dels kopplas till och från varierande motstånd i rotorkretsen för att styra det moment som motorn avger.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: Det har nu överraskande visat sig att om man mäter vinkelaccelerationen hos lyftmotorns rotor eller vid någon annan rotationsrörelse i systemet samt ingående effekt till motorn och sammanför dessa värden i en lämplig datorenhet så kan man bestämma lastens massa redan under accelerations- preioden vid lyftets start samt förse lyftanordningen med ett överlastskydd som avbryter lyftet så fort tillåten massa hos lasten överskrides.

Uppfinningen kommer närmare att beskrivas i efterfölj- ande krav, i en utförlig beskrivning nedan samt med hjälp av figur 1 som schematiskt visar en lyftanordning, vars driv- källa är en släpringad asynkronmotor med variabelt sekundär- motstånd. Diagram 1-ll visar uppmätta och beräknade värden vid olika lyftsituationer.

NÄRMARE BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: För att förtydliga uppfinningen har här gjorts ett försök till en teoretisk förklaring till den formel som är grund- 10 15 20 25 30dator, 5. Enligt figuren mätes varvtalet genom att mäta ; .___ ,...__¶ 454 625 läggande för uppfinningen. Bifogade figur är mycket schema- tisk och visar en variant hur hissanordningen kan tänkas vara uppbyggd.

Den till asynkronmotorn, 1, matade effekten P1 till- föres statorlindningen, 2, via tillförselkabeln, 3. Effekten kan uppdelas i tvâ delar P2 och P2_4. P2 betecknar de kopparförluster som uppstår i statorlindningen, 2, och kan anses vara konstant inom arbetsområdet i fråga. P2_4 beteck- nar den överförda effekten mellan statorn, 2, och rotorn, 4.

Således P1 = P2 + P2_4 (1) Dessutom gäller att P2_4 =ws ' Tm (2) där: us är asynkronmotorns, 1, synkrona varvtal Tm av motorn, 1, avgivna moment Vidare kan den välkända tröghetsekvationen J ' m = Tm - TL (3) ställas upp där: J = Systemets tröghetsmoment Ä = vinkelacceleration - TL= Av drivmotorn upplevt lastmoment E Ekvationen (1) och (2) härledes till boken: 'Elektriska maskiner" av Karl Erik Hallenius, 2 uppl., Malmö, Liber läromedel 1977, sid 10:38-10:81.

Ekvationen (3) härledes till boken 'TEFYMA; Handbok för grundläggande teknisk fysik, fysik och matematik' av Ingelstam-Rönngren-Sjöberg, Sjöbergs förlag Stockholm/Bromma 1984, sid 69.

Varvtalet m kan bestämmas var som helst inom systemet, t ex med tachometergenerator eller frekvensmätning, 8, i rotorkretsen och omräknas till vinkelaccelerationen i en frekvensen i rotorkretsen och omvandla den i datorn, 5, till ett mått pà rotationshastigheten w.

Ekv (1) - (3) ger följande uttryck: P2-4 (J) J - ¿ = - TL (4) eller (51 10 15 20 '25 30 35 454 625 4 1 P2 Dálí' _É_ och J i detta fall är konstanta kan formlerna S S förenklas till TL = K. P1 - A - B “ ü (6) där K, A och B är konstanter.

För detta belastningsfall gäller att TL = (Mx + Mo)(a + g) ° r (7) där: MX = Lastens, 10, massa, Mo = Massan av övrigt som hänger ned från lintrumman, 6, såsom wire, ll, krok, 12, m m. g är jordaccelerationen a är lastens momentana acceleration och r är fiktiv radie som rotorn känner Den kraft Fx som utövas på lyftmaskineriet är Fx = MX (a+g) där (8) a = r ' Ü (9) Insättes uttrycken (7), (8) och (9) i ekvationen (S) Termernas K =' i: féë + Mo -' g)och(-š - r - Mo) är konstanta under aktuellt lyft. Sätt: -K1 +MO'Q=Å1 Hlm-HIV HIN- I u r - Mo B1 Detta ger följande uttryck: Fx = Kl ' Pl - Al - B1.N (10) Det gäller nu att bestämma konstanterna X1, A1 och Bl, vilket kan ske genom att 1. Avläsa inmatade effekten P1 utan last, 10, och då accelerationen N = 0. Värdet betecknas Pa. 1 vid känd last, F, och då accelerationen U = 0. Värdet betecknas Pb.

Härav fås att 0 = Kl ~ Pa - A1 - Bl- O F = Kl ' Pb ~ A1 - Bl- O vilket är ett ekvationssystem ur vilket A 2. Avläsa inmatade effekten P 1 och Kl kan lösas. ...w-J 10 15 20 25 30 35 Sedan detta är gjort gör man ytterligare en provbelastning 454 625 med en känd last, 10. Man avläser sedan såväl ingående effekt som vinkelacceleration under ett tillfälle då vinkel- accelerationen ej är 0. Därmed kan även konstanten Bl bestämmas.

Exemgel Vid försöken användes en travers med följande data: Avsedd max.last Ingående huvudspänning Uh Motorns märkeffekt Motorns synkrona varvtal Lyfthastighet max 10 m/min Rotorn var försedd med fyra seriekopplade motstånd, 9, som kunde urkopplas i fem steg.

Som 15 ton 500 V 35 kw (kont) 750 varv/min instrument användes en persondator HP 9816, 5. Till denna var ansluten mätgivare, 7, för inmatad effekt och givare, 8, för att mäta rotorfrekvensen.

A. Först bestämdes till motorn ingående effekten vid 5 olika kända lasters, 10, massa, och sedan lyfthastigheten stabiliserats, d v s vid accelerationen 0.

Mätn nr Lastens massa Ingående total effekt (ton) (kW) 1 0 29,12 2 2,5 33,7 3 5,1 37,4 4 10,5 45,1 5 15,6 53,7 Ex .

Lastens, 10, massa = -š- da a = O Värdena har också lagts in i diagram 1 med lasten, 10, utefter horisontella axeln och effekten utefter vertikala axeln. Diagrammet visar dels att effekten utan last var 29,12 kW och att effekten är direkt proportionell mot lastens, 10, massa.

Om man sätter in värdena i ekv. 10 ovan får man fram storleken på konstanterna Kl och A1 till 6,3 resp 183. få. 454 625 B. Vid den kända lasten 15,6 ton uppmättes ingående effekten vid tre olika regleringssteg med 2 resp 1 resp inget motstånd, 9, inkopplat i rotorkretsen. Diagram 2 visar ingående effekten på vertikala axeln i kw och tiden i 5 sekunder vid uppmätningen. Här syns att under steg 1 är ingående effekten c:a 54 kW vid konstant lyfthastighet. När sedan ett motstånd, 9, kopplas ur, steg 2, ökades ingående effekten drastiskt på grund av att motorn, 1, lämnar ett 10 större Tm. Systemet accelererar upp till en ny arbetspunkt då Tm = TL. Ingående effekten ställer ånyo in sig på samma effekt, P, när hastigheten åter blivit konstant. Samma sak vid urkoppling av det andra motståndet, 9, steg 3. Härav syns att ingående effekten är oberoende av 15 motstàndsförändringar i rotorkretsen vid konstant lyfthastighet men ökar vid accelerationskrafter då lyfthastigheten förändras.

C. Ingående effekten till lyftmotorn uppmättes från start tills lyfthastigheten ökat till fortfarighetstillstánd. 20 Lyftanordningen kördes utan last. Av det diagram (diagram 3), som datorn framtog med effekten på vertikala axeln och tiden på horisontella axeln framgår att _ a) en kort strömtopp just vid start uppstod b) en kortare tidsperiod med konstant effektuttag 25 erhölls p g a att lyftanordningens broms ännu ej släppt. c) En period på c:a 4 sek. med sjunkande effektuttag följde efter, varpå effektuttagets storlek stabili- serades. Fortsatta försök visar att lyfthastigheten samtidigt stabiliserade till konstant hastighet. 30 D. Motsvarande diagram upptogs för lyft med en last av 10,5 ton, diagram 4.

E. Vid tomgång upptogs en kurva på rotorströmmen. Diagram 5 visar rotorströmmens storlek som funktion av tiden från Bsstart tills ett minivärde stabiliserats. Förutom att svängningarnas storlek mellan yttervärdena minskades ökades också tidsavstàndet mellan två strömtoppar, vilket visar att eftersläpningar mellan rotorns, 4, vinkelhastighet och den för motorn, 1, gällande synkrona vinkelhastigheten minskades. 10 15 20 25 30 35 454 625 F. Genom analys av strömmens variationer kunde sedan eftersläpningen s framtagas. Eftersläpningen s betecknas som synkrona varvtalet ms minskat med varvtalet i_fraga m allt (ll-ü) s h) S dividerat med synkrona varvtalet således S = Diagram 6 visar dels ingående effekten som funktion av tiden från start, dels eftersläpningens storlek vid motsvarande tider. Här syns tydligt att rotorns vinkelhastighet närmar sig ett konstant värde, vilket samtidigt också visar att vinkelhastigheten ökar fràn 0 vid start asymptotiskt till maximalt värde.

G. Enligt ovan angivna formel har kurvan enligt diagram 6 omvandlats för att få fram vinkelhastighetens förändringar vid start av lyftanordningen. Vinkelhastigheten vid olika tidpunkter visas i diagram 7.

H. Genom att låta datorn derivera kurvan enligt diagram 7 har vinkelaccelerationen kunnat uppritas enligt diagram 8.

I. Enligt ekv. (10) ovan är: Fx = Kl P1 -A1 -Bl' 6 eller då Fx = 0 (tomt lyft) B K1_P1 -A1 1'"_T__' Kl som ovan nämnts har bestämts till 6,3 och Al till 183 men då i detta fall kan bestämma: 6|3'P1“183 B : 1 w Störningarna på slutet beror på att man dividerar med ett litet värde. Accelerationen går ju asymptotiskt mot 0 vid lyftet.

J. Med hjälp av framkomna värden för Kl; A1 och Bl samt formel (10) har kurvor framtagits dels vid tomlyft, diagram 10, dels vid känd last 10,6 ton, diagram ll. Som synes av kurvorna Eörefinnes vissa störningar vid inledningsskedet av lyftet beroende på vissa glapp i systemet, att bromsen ___.~ v -ei 454 625 inte släppt omgående m m, men redan efter 0,1 - 0,2 sek erhålles värdet på lastens massa. Till datorn kopplat överlastskydd, 13, kan då utläsas redan efter 0,2 sek efter lyftets start om lastens, 10, massa överskrider tillåtna värden.

Claims (4)

:... ... , . ......J 454 625 PATENTKRAV

1. Sätt att indikera överlast redan vid lyftets start via lyft i wireupphängd lyftanordning med släpringad asynkron- motor (1) k ä n n e t e c k n a d av att mätivärden på motorns ingående effekt och rotationshastighet tillföres till en dator (5) som fastställer lastens (10) massa enligt formeln: Fx = Kl ' Pl - A1 - Bl ' á lastens (10) massa är lika med summan av en konstant Kl gånger till motorn ingående effekt, en konstant A1 samt en konstant Bl gånger rotationsrörelsens vinkelacceleration och att konstanten Kl accelerationen 0, konstantet A bestämmas vid obelastat lyft vid vinkel- 1 vid känd last (10) och vinkelaccelerationen 0 samt konstanten Bl vid känd last (10) och känd vinkelacceleration och att ett till datorn kopplat överlastskydd (13) bryter strömmen till lyftmotorn (1) då av datorn (5) estimerat värde på lastens (10) massa överstiger det för lyftanordningen högsta tillåtna.

2. Sätt enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att överlastskyddet (13) bryter huvudströmmen inom 0,5 sekund från lyftets start.

3. Sätt enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a t av att huvudströmmen brytes redan efter max 0,2 sek från lyftets start.

4. Anordning för att indikera överlast och i så fall avbryta lyftet redan vid lyftets start vid lyftanordning med släpringad asynkornmotor (1) k ä n n e t e c k n a d av att till motorn (1) inkommande matarledning (3) anslutes en mättransformator (13), till rotorkretsen en tachogenerator (8) och att dessa båda anslutes till en dator (5) som är programmerad enligt formeln: Fx=1l-A'l-Bl'n där Fx är den av datorn estimerade lasten (10) P1 inkommande effekt, w med hjälp av tachogeneratorn (8) uppmätta vinkel- accelerationer hos motorn (1), att konstanten Kl bestämmes vid lasten (10) = O och accelerationen = 0, A1 vid känd last (10) och acceleratíonen = 0 samt B vid känd last (10) och 1 accelerationen större än 0 och att ett överlastskydd (13) 454 625 10 får impulser att bryta matarströmmen (3), då den estimerade lasten (10) överstiger den för lyftanordningen tillåtna. S. Anordning för att indikera överlast enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a s av att överlastskyddet (13) för- dröjes att avbryta huvudströmmen (3) minst 0}1S sek efter lyftets start.