Inclinosensoren in rail-infra hoogwerker

Door: Marjolein de Wit-Blok

Hoogwerkers worden in verschillende uitvoeringen ontworpen en gebouwd. Zo bestaan er zogenaamde schaarhoogwerkers die zich uitsluitend recht omhoog kunnen bewegen, maar ook uitvoeringen die werken met een arm waaraan een werkplatform (‘werkbakje’) is gekoppeld dat ruimte biedt aan één of meer personen. Met dit type hoogwerker kunnen deze mensen op veilige manier werkzaamheden op hoogte uit te voeren. Bijvoorbeeld onderhoud aan hoge gebouwen, groenonderhoud (bomen) of werkzaamheden aan bovenleidingen in de railsector.

Koppel

Net als bij een hijskraan die een massa verplaatst, wordt bij hoogwerkers waar een werkplatform met mensen wordt verplaatst, een koppel geïntroduceerd. Dit koppel wordt bepaald door de massa in het bakje vermenigvuldigd met de horizontale afstand tot het zwaartepunt van de hoogwerker. Kracht maal arm. Wanneer het product van deze factoren een bepaalde waarde overschrijdt zal de stabiliteit van de hoogwerker zodanig reduceren worden dat de hoogwerker omvalt.

Veiligheid

Om deze gevaarlijke situaties te voorkomen is wet- en regelgeving ontwikkeld. Hoogwerkers vallen onder het warenwetbesluit machines en bijlage IV van de machinerichtlijn 2006/42/EG (gevaarlijke werktuigen). Verder dienen ze technisch te voldoen aan de Europese norm EN 280. Hoewel de wetgeving dus al langer bestaat, gebeuren er af en toe toch nog ongelukken met hoogwerkers die de aandacht van de handhavers aanwakkeren.

De arm van het rail-infra voertuig van Koerts voorziet onder meer in twee dynamische inclinosensoren die realtime de scheefstand van de arm meten.

Scheefstand bewaken

Koerts Techniek houdt zich sinds 2006 bezig met het multifunctioneel aanpassen van spoorkranen (Krol) als hijskraan, hoogwerkers en grondverzet machines. Daarnaast ontwikkelt en fabriceert het bedrijf haar eigen rail-infra machines waaronder hoogwerkers met de eerder genoemde werkplatforms. Om te voorkomen (dat het koppel dat het werkplatform uitoefent op de hoogwerker) de veilige grens overschrijft, past het bedrijf in haar hoogwerkers inclinosensoren van DIS toe. Deze sensoren – ook wel elektronische waterpas genoemd – worden industriebreed toegepast om de helling van een machineonderdeel of een oppervlak te meten. In het geval van de hoogwerkers gaat het om de scheefstand van de arm. De realtime metingen worden naar het besturingssysteem gestuurd dat hiermee in staat is de commando’s van de machinebediener interpreteren en zo de veiligheid van het gebruik van de hoogwerker te borgen.

De redundant geplaatste inclinosensoren – elektronische waterpas – zijn ongevoelig voor
schok- en trillingsignalen. 

Dynamische inclinosensor

In traditionele oplossingen worden met behulp van conventionele inclinometers de zogenaamde vervuilingspieken in de metingen afgevlakt middels filteralgoritmes in het besturingssysteem. Daarnaast kunnen aanvullende sensoren een oplossing bieden. Gyroscopen of traagheidssensoren kunnen bijvoorbeeld informatie over de hoek geven maar hebben weer als nadeel dat zij uitsluitend werken in bewegende systemen. En hoewel gyroscopische metingen geschikt zijn om de verstoorde waarde van een inclinometer te compenseren, zijn er ook nadelen: iedere extra sensor en filter vertraagt het besturingssysteem en verhoogt de productie- en onderhoudskosten.Om die reden ontwikkelde DIS een nieuw hardware platform dat gebaseerd is op de MEMS chip. MEMS staat voor Micro-Electrical-Mechanical Systems en combineert een versnellingsmeter met een traagheidshoekmeting op drie assen tegelijk. Dit betekent dat de hoek die de sensor doorgeeft aan de besturing gyro-gecompenseerd is en hiermee vrij van de invloed van versnellingen en schokken die niets met de scheefstand te maken hebben. Het doorgeven gebeurt als afzonderlijk CANopen/J1939-object per as.

Bijzonder

Bert Koerts is samen met zijn broer Ed Koerts directeur eigenaar van het bedrijf en geeft aan: "Nu zijn inclinosensoren an sich niet nieuw, maar bijzonder aan deze dynamische varianten is het feit dat de metingen niet worden verstoord wanneer de hoogwerker tijdens de werkzaamheden ook rijdt. En dat is bij onze rail-infra hoogwerkers eigenlijk standaard. Veel andere sensoren reageren wel op de rijbeweging of andere externe factoren die trillingen of schokken veroorzaken en geven hierdoor foutieve meetwaarden af. Hierdoor heb je als bestuurder voortdurend te maken met onterechte alarmen en soms zelf een onterechte blokkering vanuit de besturing. Buiten het feit dat dit mensen stoort en werkzaamheden vertraagt, kan het ook leiden tot een soort ‘alarmmoeheid’. Wanneer je tien keer achter elkaar een alarm ontvangt dat achteraf niets betekent, hoe serieus neem je dan immers nog het elfde alarm?"

Loggen van gegevens

Bert Koerts: "De meetgegevens van deze sensoren worden samen met andere data – zoals de snelheid waarmee de hoogwerker rijdt, de hoogte van werkplatform, de wieldruk en de windbelasting – realtime door de besturing verwerkt. Op basis hiervan is bekend of de hoogwerker op dat moment veilig staat of niet. Een deel van de gegevens waarop de algoritmes zijn gebaseerd hebben we proefondervindelijk vastgesteld. Het uitgangspunt op het spoor is dat de wieldruk op de vier wielen hoog genoeg moet zijn om het sein ‘veilig’ te geven. Door testen weten we inmiddels waar de grenzen liggen.

"Een ander deel van de informatie op basis waarvan de algoritmes werken, zijn ingegeven vanuit de wet- en regelgeving. In spoortoepassingen mag de hoogwerker bijvoorbeeld maximaal 7° scheef staan. Deze waarde wordt in de besturing gebruikt als grenswaarde voor een veilig gebruik maar tevens gecombineerd met andere metingen. Zo is 7° bijvoorbeeld niet veilig wanneer de wind er vol op staat vanuit een ongunstige positie en wil je bij een kleinere scheefstand al een alarm ontvangen. Maar ook wanneer je volledig vlak staat kun je niet zomaar met het werkplatform naar alle posities bewegen. Dit is bijvoorbeeld ook afhankelijk van de massa die op het platform heeft plaats genomen. Een andere eis is dat de hoogwerker tijdens werkzaamheden niet sneller rijdt dan 4 km/u. In ingeklapte toestand is de maximale snelheid 20 km/u; de typische snelheid waarmee de hoogwerker naar zijn specifieke locatie kan rijden."

Eindoplossing

De dynamische inclinosensoren zijn redundant toegepast in de hoogwerker waarmee een Performance Level d is behaald. Verder logt het bedrijf alle metingen en gegevens en zorgt ervoor dat deze van minimaal de afgelopen week beschikbaar zijn. Bert Koerts: "Met deze gegevens kun je in het geval van een calamiteit nauwkeurig zien wat de omstandigheden waren op het moment dat het incident plaatsvond. Je voorkomt dan ook veel discussies omdat je weet hoe snel er werd gereden, wat de stand van de verschillende onderdelen van de hoogwerker was enzovoorts. Juridisch gezien belangrijk en daarnaast belangrijke input voor mogelijke toekomstige verbeteringen aan de hoogwerker."