УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КРАНА-ТРУБОУКЛАДЧИКА

Устройство относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам управления и индикации для кранов-трубоукладчиков, но с наибольшим успехом может быть использовано для защиты кранов-трубоукладчиков от перегрузки и для контроля его режима использования.
Известно устройство для защиты самоходных кранов от перегрузки и опрокидывания, содержащее датчик фактической нагрузки и датчик угла наклона стрелы, который создает сигнал допустимой нагрузки, сравнивающее устройство (компаратор), создающее управляющий сигнал на отключение механизмов крана, когда величина сигнала датчика нагрузки превысит величину сигнала датчика угла наклона стрелы, усилитель и исполнительный механизм [Патент Российской Федерации 2116240, В 66 с 23/90, 1998 (прототип)].
Недостатком такого устройства является низкая точность контроля нагрузки на кране - трубоукладчике, в том числе во время его движения в колонне с учетом рельефа местности, а также отсутствие режима регистрации параметров работы для контроля текущих показателей и определения режима использования крана - трубоукладчика в течение всего срока эксплуатации.
Цель полезной модели - повышение точности, надежности и обеспечения комплексной защиты крана-трубоукладчика, груза и обслуживающего персонала от перегрузки и опрокидывания крана-трубоукладчика как в случае недопустимого усилия на крюке последнего, так и в случае недопустимого его наклона. Целью полезной модели является также регистрация текущих
параметров крана-трубоукладчика и оценка статистических показателей его эксплуатации для определения сроков регламентных работ (технического обслуживания, планового ремонта и т.п.)
Цель достигается тем, что устройство защиты крана-трубоукладчика, содержащее датчик нагрузки и датчик угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали, компаратор и блок усилителей, к которому подключены исполнительные механизмы, снабжено блоком коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока записи расчетных значений параметров, второй вход - к выходу датчика нагрузки, а третий вход - к выходу датчика угла наклона стрелы, первый выход блока коррекции подключен к первому входу блока определения веса груза, ко второму входу которого подключен выход датчика нагрузки, а второй выход блока коррекции подключен к первому входу функционального преобразователя, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона стрелы, причем выход блока определения веса груза подключен к первому входу компаратора и первому входу блока индикации, а выход функционального преобразователя подключен к второму входу блока индикации и входу блока задания допустимых нагрузок, выход которого подключен к третьему входу блока индикации и второму входу компаратора, выход которого подключен к входу переключателя, первый выход которого подключен к сигнальному устройству, а второй выход подключен к входу блока усилителей.
Другая цель достигается тем, что устройство по п.1 содержит датчик угла наклона платформы крана-трубоукладчика в вертикальной плоскости перемещения стрелы, выход которого подключен к четвертому входу блока коррекции, третий выход которого подключен к первому входу дополнительного функционального преобразователя, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона платформы, а выход дополнительного функционального преобразователя подключен к четвертому входу блока индикации, дополнительному входу блока задания допустимых нагрузок и к первому входу дополнительного компаратора, второй вход которого подключен к выходу блока задания допустимых углов наклона, а выход дополнительного компаратора подключен к дополнительному входу блока усилителей.
Следующая цель достигается тем, что устройство по п.1 содержит регистратор параметров, входы которого подключены соответственно к выходам датчиков нагрузки и угла наклона стрелы, блоку определения веса груза, функциональному преобразователю, блоку задания допустимых нагрузок, компаратору, дополнительному компаратору и блоку усилителей.
Дополнительная цель достигается тем, что устройство по п.2 содержит регистратор параметров, входы которого подключены соответственно к выходам датчиков нагрузки, угла наклона стрелы и угла наклона платформы, блоку определения веса груза, функциональному преобразователю, дополнительному функциональному преобразователю, блоку задания допустимых нагрузок, компаратору, дополнительному компаратору и блоку усилителей.
Другая дополнительная цель достигается тем, что устройство по п.1 содержит блок определения режима работы крана-трубоукладчика, вход которого подключен к выходу блока определения веса груза, а выход подключен к дополнительному входу регистратора и к первому входу второго дополнительного компаратора, ко второму входу которого подключен выход блока задания предельных уровней использования крана-трубоукладчика, а выход второго дополнительного компаратора подключен к пятому входу блока индикации.
На фиг.1 представлена схема крана-трубоукладчика с расположенными на нем блоками устройство.
На фиг.2 представлена функциональная схема устройства.
На фиг.3 представлена функциональная схема устройства с контролем предельного углового положения рамы и коррекцией допустимой нагрузки в зависимости от смещения центра тяжести крана-трубоукладчика.
На фиг.4 представлена функциональная схема устройства с регистратором параметров.
На фиг.5 представлена функциональная схема устройства с блоками контроля статистических показателей работы крана-трубоукладчика.
Кран-трубоукладчик 1 (фиг.1) имеет раму (портал) 2, на которой устанавливается грузоподъемное оборудование: стрела 3, перемещаемая в вертикальной плоскости канатами 4 стрелоподъемного механизма, и грузоподъемный механизм грузовым канатом 5 которого перемещается крюковая обойма с грузом 6.
На раме 2 устанавливаются также блоки устройства: датчик нагрузки 7 (устанавливается не непосредственно в стрелоподъемный канат, а в
специальный передаточный механизм, обеспечивающий уменьшение усилия на датчик), датчик угла наклона стрелы 8 относительно гравитационной вертикали, датчик угла наклона 9 рамы относительно гравитационной вертикали (или горизонта) и блок управления и индикации 10 устройства.
Устройство защиты строится в соответствии с условиями работы крана-трубоукладчика в двух вариантах.
В одном варианте он используется в качестве самостоятельного грузоподъемного средства для подъема единичных грузов на погрузо-разгрузочных работах, транспортировке и раскладке труб вдоль трассы, сварочно-монтажных и др. Условия и характер выполняемых работ весьма близки к условиям работы самоходных стреловых кранов, когда не допускается работа на площадках, имеющих уклон более 3 град. и подъем грузов, масса которых превышает максимальную грузоподъемность для соответствующего вылета по грузовой характеристике.
В этом случае требуется автоматическое отключение приводов механизмов крана-трубоукладчика, когда сигнал датчика нагрузки, устанавливаемого в стрелоподъемном механизме (для контроля грузового момента) превысит допустимое значение нагрузки, определяемое сигналом датчика угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали (который позволяет вычислить истинный вылет и по нему допустимую грузоподъемность).
В другом варианте в соответствии со сложившейся технологией монтаж трубопровода производится колонной кранов-трубоукладчиков, перемещающих на грузовых крюках трубопровод. В процессе работы нагрузка и грузовой момент, воспринимаемые каждой машиной, изменяют свою величину и в ряде случаев достигают предельных значений. В этом варианте машинист должен следить за изменением рельефа местности, которое является основной причиной непрерывного изменения нагрузки на крюке. При работе в колонне не допускается отключение приводов механизмов и на основе получаемой информации машинист самостоятельно должен принимать оперативные меры, исключающие перегрузку кранов-трубоукладчиков. Устройство при этом должно иметь переключатель режима работы.
В обоих вариантах, несмотря на контроль истинного вылета, при движении крана-трубоукладчика по сильно пересеченной местности его центр тяжести может значительно смещаться в вертикальной плоскости перемещения стрелы, что приводит к необходимости корректировки допустимой нагрузки.
В определенных случаях эксплуатации кранов-трубоукладчиков требуется регистрация параметров с целью анализа его работы. Регистрируемые
показатели могут быть как текущими для оценки, например, предаварийной ситуации, так и долговременными статистическими для оценки необходимости проведения регламентных работ на машине.
Устройство (фиг.2) содержит датчик нагрузки 7, датчик угла наклона стрелы 8 относительно гравитационной вертикали, блок коррекции 11, первый вход которого подключен к выходу блока записи расчетных значений параметров 12, второй вход - к выходу датчика нагрузки, а третий вход - к выходу датчика угла наклона стрелы, первый выход блока коррекции подключен к первому входу блока определения веса груза 13, ко второму входу которого подключен выход датчика нагрузки, а второй выход блока коррекции подключен к первому входу функционального преобразователя 14, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона стрелы, причем выход блока определения веса груза 13 подключен к первому входу компаратора 15 и первому входу блока индикации 16, а выход функционального преобразователя 14 подключен к второму входу блока индикации и входу блока задания допустимых нагрузок 17, выход которого подключен к третьему входу блока индикации и второму входу компаратора, выход которого подключен к входу переключателя 18, первый выход которого подключен к сигнальному устройству 19, а второй выход подключен к входу блока усилителей 20, включающих исполнительные механизмы 21.
Устройство (фиг.3) дополнительно содержит датчик 22 угла наклона платформы крана-трубоукладчика в вертикальной плоскости перемещения стрелы, выход которого подключен к четвертому входу блока коррекции 11, третий выход которого подключен к первому входу дополнительного функционального преобразователя 23, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона платформы, а выход дополнительного функционального преобразователя подключен к четвертому входу блока индикации 16, дополнительному входу блока задания допустимых нагрузок 17 и к первому входу дополнительного компаратора 24, второй вход которого подключен к выходу блока задания допустимых углов наклона 25, а выход дополнительного компаратора подключен к дополнительному входу блока усилителей 20.
Устройство (фиг.4) дополнительно содержит регистратор параметров 26, входы которого подключены соответственно к выходам датчиков нагрузки 7, угла наклона стрелы 8 и угла наклона платформы 22, блоку определения веса груза 13, функциональному преобразователю 14, дополнительному
функциональному преобразователю 23, блоку задания допустимых нагрузок 17, компаратору 15, дополнительному компаратору 24 и блоку усилителей 20.
Устройство (фиг.5) содержит блок определения режима работы крана-трубоукладчика 27, вход которого подключен к выходу блока определения веса груза 13, а выход подключен к дополнительному входу регистратора 26 и к первому входу второго дополнительного компаратора 28, ко второму входу которого подключен выход блока задания предельных уровней использования крана-трубоукладчика 29, а выход второго дополнительного компаратора 28 подключен к пятому входу блока индикации 16.
Блок коррекции 11 состоит из электропрограммируемого запоминающего устройства, в которое при настройке на кране-трубоукладчике заносятся как расчетные значения контролируемых параметров, так и соответствующие им показатели, определяемые по сигналам датчиков; на основании этих данных вычисляется поправка к показаниям датчиков, измеряемым в рабочем режиме устройства.
Блок записи расчетных значений параметров 12 включает в себя клавиатуру для ручного ввода в блок коррекции 11 расчетных значений усилий и углов, соответствующих измеряемым датчиками 7, 8 и 22.
Блок определения веса груза 13 предназначен для преобразования усилия в стрелоподъемном механизме, контролируемого датчиком нагрузки 7, в сигнал, пропорциональный весу груза или усилию на крюке.
Функциональный преобразователь 14 предназначен для преобразования по сигналу датчика угла наклона стрелы 8 относительно гравитационной вертикали в значение синуса этого угла, т.е. в величину, пропорциональную вылету.
Дополнительный функциональный преобразователь 23 предназначен для преобразования по сигналу датчика 22 угла наклона рамы крана-трубоукладчика в значение синуса этого угла, т.е. в величину, пропорциональную смещению в плоскости перемещения стрелы проекции центра тяжести крана-трубоукладчика на горизонтальную ось.
Все функциональные преобразователи предпочтительно выполняются на средствах цифровой техники, но могут быть выполнены на блоках нелинейности или на профильных механических элементах.
Блок 25 задания допустимого угла наклона рамы крана-трубоукладчика и блок 17 задания допустимой нагрузки могут быть выполнены в виде постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), адресный вход которых является входами блоков 25 и 17, а выходом этих блоков является шина
данных ПЗУ с записанными значениями допустимых нагрузок (для определенных вылетов) и предельных углов наклона рамы.
Вместе с тем блок 26 задания допустимого наклона рамы крана-трубо-укладчика может также выполняться в виде источника регулируемого опорного напряжения, снимаемого, например, с движка потенциометра, подключенного к источнику (стабилитрону), а блок 17 задания допустимой нагрузки может быть выполнен в виде блока нелинейностей.
Регистратор параметров 26 состоит из процессора и электропрограммируемого запоминающего устройства, входы которого подключаются соответственно к выходам всех датчиков и функциональным узлам устройства для регистрации показателей работы крана-трубоукладчика и самого устройства. Если само устройство выполняется средствами цифровой техники, регистратор может не содержать процессор.
Блок определения режима работы крана-трубоукладчика 27 производит суммирование нагрузок (весов грузов) на кран-трубоукладчик по заданному закону с целью определения общей нагрузки на машину с начала эксплуатации до момента регистрации и может быть выполнен в виде сумматора.
Блок задания предельных уровней использования крана-трубоукладчика 29 служит для создания информационных сигналов на проведение регламентных работ в случаях превышения общей нагрузкой на машину заданного уровня. Уровни могут быть цифровыми или потенциальными в зависимости от технического исполнения дополнительного компаратора 30.
Устройство работает следующим образом.
При первоначальной установке устройства производится его настройка (юстировка) на кране-трубоукладчике с целью минимизации погрешностей как самого устройства (прежде всего датчиков и узлов их установки), так и погрешностей, вызванных отклонением параметров крана-трубоукладчика от расчетных значений.
Для этого стрела крана-трубоукладчика устанавливается в несколько положений, углы наклона которых измеряются датчиком 8 угла наклона стрелы и также заносятся в блок коррекции 11. Одновременно эти углы с высокой точностью измеряются внешним измерителем и заносятся посредством блока 12 в блок коррекции 11 для вычисления поправки.
Аналогично производится юстировка и вычисление поправки для датчика 22 угла наклона рамы.
В определенных положениях стрелы подвешиваются известные (измеренные с высокой точностью) грузы, значения которых также заносятся
посредством блока 12 в блок коррекции 11. Одновременно значения веса этих грузов измеряются датчиком 7 нагрузки и заносятся в блок коррекции для вычисления поправки.
Все поправки хранятся в блоке коррекции 11 в течение всего времени эксплуатации крана-трубоукладчика (или до момента повторной юстировки).
Сигналы всех датчиков во время рабочего цикла проходят блок коррекции 11, в котором к этим сигналам добавляются соответствующие поправки.
Во время эксплуатации машинист производит переключателем 18 установку устройства на соответствующий режим работы:
- когда кран-трубоукладчик работает с единичными грузами подключается блок усилителей 20 и исполнительные механизмы 21 с тем, чтобы в случаях превышения сигналом датчика 7 (и соответственно блоком определения веса груза 13) фактической нагрузки или сигналом датчика 22 угла наклона рамы (и соответственно дополнительного функционального преобразователя 23) допустимых значений, определяемых сигналами блоков 17 и 25 происходило срабатывание компараторов 15 и 24 и отключение соответствующих приводов машины;
- когда кран-трубоукладчик работает в колонне с другими кранами-трубоукладчиками и отключение приводов машины невозможно или недопустимо, блок усилителей отключается и подключается сигнальное устройство 19; управление и контроль безопасной работы машинист производит по индикатору 16.
Допустимое значение нагрузки в устройстве (рис.2) определяется вылетом стрелы и постоянно в автоматическом режиме контролируется датчиком 8 и функциональным преобразователем 14, создавая на входе блока допустимой нагрузки 17 сигнал, зависящий от положения стрелы, и вызывая на выходе блока появление сигнала допустимой нагрузки.
В случае превышения фактической нагрузкой допустимых значений происходит переключение компаратора 15 и в зависимости от положения переключателя 18 происходит либо управление исполнительными механизмами 21, либо включение сигнальных устройств 19. Одновременно блок определения веса груза 13 и функциональный преобразователь 14 создают сигналы о вылете и весе груза (усилии на крюке), которые поступают на индикатор 16, создавая информационное резервирование устройства защиты, и на регистратор параметров 26.
В регистратор параметров также записываются непосредственно показания датчиков 7 и 8, блока задания допустимой нагрузки 17, состояния компаратора 15 и сигналов блока усилителей 20. Запись текущих параметров работы крана-трубоукладчика производится в течение определенного периода времени,
данные сохраняются в течение этого периода, а затем обновляются; эти данные служат для анализа при возникновении аварии.
Контроль значения угла наклона рамы крана-трубоукладчика и создание сигнала коррекции допустимой нагрузки в устройстве (рис.3) в автоматическом режиме постоянно производится датчиком 22 угла наклона рамы и дополнительным функциональным преобразователем 23, создавая на входе блока допустимой нагрузки 17 сигнал, который вместе с сигналом об угле наклона стрелы от функционального преобразователя 14 вызывает на выходе блока 17 появление откорректированного сигнала допустимой нагрузки.
Одновременно сигнал функционального преобразователя 23 поступает на индикатор 16, регистратор 26 (как на рис.4) и сравнивается с сигналом блока 25 допустимого угла наклона рамы. В случае превышения сигналом функционального преобразователя 23 сигнала блока 25 дополнительный компаратор 24 создает сигнал в блок усилителей 20 на отключение соответствующего механизма.
Устройство посредством блока определения режима работы 27 в течение всего периода эксплуатации производит суммирование нагрузок (весов грузов) и циклов работы и определяет по заданному закону обобщенные показатели нагрузки, которые сравниваются с уровнями, заданными блоком 29, и в случаях превышения общей нагрузкой на машину заданного уровня, создает информационные сигналы на проведение регламентных работ.