ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО КАЛИБРОВКИ

Группа полезных моделей относится к весоизмерительной технике, ее метрологическому обеспечению и может быть использована в машиностроении, складском хозяйстве, в атомной энергетике и других отраслях промышленности для взвешивания перемещаемых подъемно-транспортными механизмами грузов, в частности, для взвешивания контейнеров с ядерным отработанным топливом.
Известно весоизмерительное грузоприемное устройство кранов, содержащее грузовую балку, на которой на одной прямой размещены оси обойм блоков грузового полиспаста и ось с обоймой для грузозахватного органа. В месте шарнирного соединения одной из обойм блоков грузового полиспаста с грузовой балкой на оси смонтированы два телескопически размещенные друг в друге стаканы. При этом наружный стакан жестко закреплен на щеках обоймы блоков и установлен на оси с зазором, а во внутреннем стакане размещен силоизмерительный датчик, который с одной стороны контактирует с центрирующей шайбой, а с другой стороны своими заплечиками опирается на крышку, соединенную с наружным стаканом при помощи шпилек и гаек (см. Авторское свидетельство СССР №1070431 G01G 19/14, опубл. 30.01.84 г. Бюл.№4). Как следует из описания изобретения, данное устройство не имеет возможности поворота транспортируемого груза, что очень важно при выполнении отдельных транспортных операций, и кроме того это устройство не обладает достаточной точностью определения веса транспортируемого груза, поскольку взвешиваемый груз и весоизмерительные датчики не находятся на одной вертикальной оси, а разнесены друг от друга на длины 11 и 12, которые технологически сложно выполнить строго одинаковыми, и этот фактор вносит свою погрешность в результаты измерения.
Известен также и весовой тензометрический модуль мостового крана, который содержит грузовую подвеску, крановые электронно-тензометрические весы и опорную раму. Ветви каната грузовой подвески огибают уравнительный блок, вмонтированный в вилку, опирающуюся гайкой на тензодатчик, установленный на траверсе, которая подвешена посредством гибкой связи на опорном блоке. Опорный блок смонтирован на вышеупомянутой раме, прикрепленной к тележке крана. Тензодатчик соединен с указательным прибором электронно-тензометрических весов имеющимся кабелем. Сигнал от тензодатчика через кабель поступает на двигатель указательного прибора электронно-тензометрических весов, стрелки которого вращаются и после подъема груза фиксируются, указывая на циферблате численное значение веса в единицах измерения (см. Авторское свидетельство СССР №477931 B66C 1/40, B66C 13/16, опубл. 25.07.75 г.Бюл.№27). Этот весовой модуль также не лишен недостатка, заключающийся в наличии погрешности при измерении груза, обусловленной растяжением гибкой связи траверсы, деформирующейся при нагрузке и искажающей за счет этого результат измерения.
Известно и собственно весоизмерительное устройство для взвешивания контейнеров, содержащее установленный с возможностью поворота вокруг вертикальной оси в подвеске грузозахват, на хвостовике которого размещены крепежная гайка, верхний подшипник, датчик, крышка, корпус и нижний подшипник. К отличительным его особенностям относятся то, что оно снабжено установленной между верхним подшипником и датчиком на крепежном кольце шайбой, смонтированной под датчиком прокладкой и втулкой, установленной под нижним подшипником, корпус выполнен с расширением в верхней части, датчик смонтирован в расширенной части корпуса на подкладке, а втулка - в суженной части корпуса, при этом шайба в нижней части имеет выпуклую поверхность, а крепежное кольцо в верхней части выполнено с вогнутой сферической поверхностью, соразмерной выпуклой поверхности сферической шайбы (см. Патент на полезную модель №84362 В66 13/16, опубл. 10.07.2009 г.). Это устройство обеспечивает поворот груза вокруг вертикальной оси при его транспортировке, но оно достаточно сложное по своей конструкции из-за наличия в его составе большого количества деталей и не предназначено для измерения веса значительной грузоподъемности.
Все известные весоизмерительные устройства для обеспечения их стабильной точности взвешивания требуют постоянной калибровки.
Так известно устройство для осуществления поверки весов, в котором силозадающий механизм выполнен в виде имеющий привод лебедки, с помощью которой передают результирующую нагрузку перпендикулярно вниз поверяемым весам. В качестве силопередающего элемента используют трос с одной или несколькими ветвями. Преобразователь предназначен для изменения направления движения троса, а с помощью силоизмерительного датчика измеряют нужную величину нагрузки, при этом указанный силоизмерительный датчик аттестован на один или более разряд выше поверяемых весов. Затем считывают нагрузки с сохранением усилия нагружения неизменным на весь период поверки (см. Патент РФ на изобретение №2246705 G01G 23/01, опубл.20.02.2005 г.). Ввиду того, что в этом устройстве использован в качестве силопередающего элемента трос, который при нагрузке подвержен растяжению, то оно не способно обеспечить стабильность и высокую точность результатов измерения, и чем выше нагрузка, тем больше будет погрешность в измерении.
Известно также и устройство для калибровки тензометрических весов, которое содержит установленные на основании гидроцилиндр со штоком и гидравлический насос, аналого-цифровой преобразователь и цифровое табло. Устройство снабжено также асинхронным электродвигателем, вал которого соединен с насосом и преобразователем частоты, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, причем эталонный тензодатчик установлен на штоке гидроцилиндра таким образом, что давление от штока передается на эталонный тензодатчик и тензодатчик поверяемых весов. Кроме того, устройство имеет микропроцессор, блок выходных сигналов, выход которого соединен со входом преобразователя частоты, а вход связан с выходом микропроцессора (см. патент РФ на изобретение №23447197 G01G 23/01, опубл.20.02.2009 г.). Данное устройство является наиболее близким к заявляемому по функциональному назначению и достигаемому результату, но имеют принципиально различное конструктивное исполнение. Однако это устройство не обеспечивает возможность калибровки весоизмерительных модулей, содержащих несколько параллельно включенных датчиков, что чаще всего неизбежно при больших нагрузках.
В виду того, что весоизмерительные модули грузоподъемного крана и устройства для его калибровки совпадают с известными аналогами только по функциональному назначению и в тоже время эти технические решения имеют различное конструктивное исполнение, поэтому они не могут считаться близкими аналогами заявляемой группы полезных моделей.
Задача по созданию весоизмерительного модуля грузоподъемных кранов повышенной тоннажности с устройством для его калибровки решается путем исключения возможности влияния растягиваемости тросов на точность измерения взвешиваемого груза и за счет выполнения их иной конструкции, элементы которых находятся одновременно под действием как растягивающих, так и сжимающих усилий.
Технический результат, заключающийся в повышении точности калибровки весоизмерительного модуля, обеспечивается прежде всего за счет отличия его новой конструкции, в которой грузовая траверса с силоизмерительным устройством соединена с обоймой блоков грузового полиспаста и с обоймой подвески грузозахватного механизма, а силоизмерительное устройство включает в свой состав корпус, составленный из верхнего и нижнего секторов, в которых установлен с возможностью поворота вокруг вертикальной оси в подшипниках ступенчатый вал с подвеской для грузозахвата. При этом верхний сектор корпуса выполнен в виде перевернутого стакана с буртом и съемной крышкой, образуя полость, в которой размещены элементы, обеспечивающие вращение грузовой траверсы, а нижний сектор корпуса, также выполненный по форме стакана с буртом, соединен направляющими с упомянутым верхним сектором с возможностью его свободного вертикального перемещения и образованием между ними зазора, достаточного для неподвижного размещения в нем силоизмерительных датчиков с узлами вставки - эластомерами, причем силоизмерительные датчики соединены через нормирующие преобразователи с весовым контроллером пульта управления, который связан радиоканалом с дублирующим терминалом.
Точности калибровки весоизмерительного модуля способствует также и наличие в контроллере пульта управления программного обеспечения по приему, передаче и отображению измерительной информации калибруемого канала.
Для обеспечения калибровки весоизмерительного модуля повышенной грузоподъемности в конструкции самого силоизмерительного устройства предусмотрено наличие трех весоизмерительных тензорезисторных датчиков, а для обеспечения его работоспособности предусмотрены также равноудаленно друг от друга три направляющие, обеспечивающие относительное перемещение верхнего и нижнего секторов. Технический результат - повышение точности калибровки весоизмерительного модуля грузоподъемного крана
обеспечивается также устройством, предусмотренным для этой цели, которое характеризуется тем, что оно содержит силовую раму с опорными площадками для размещения весоизмерительного модуля с подвеской для грузозахвата, основание, на котором жестко установлен с гидроприводом гидроцилиндр, на штоке которого закреплена силонагружающая нижняя траверса, воздействующая на эталонные силоизмерительные датчики, размещенные на опорных площадках, скрепленных каждая из них со штоком гидроцилиндра с помощью талрепа. Имеющаяся же в устройстве соединенная с подвеской весоизмерительного модуля силорастягивающая верхняя траверса скреплена с помощью стяжек с упомянутыми площадками эталонных силоизмерительных датчиков, причем эталонные датчики соединены через нормирующие преобразователи с контроллером, снабженным индикаторным табло, отображающим результат измерения эталонного канала.
Возможность выполнения повышенной калибровочной эталонной нагрузки весоизмерительного модуля производится с помощью гидропривода гидроцилиндра, включающего в свой состав насос ручной и насос плунжерный, гидрораспределитель, гидробак, манометр и рукава высокого давления. Наиболее оптимальными для преобразования деформации упругих элементов весоизмерительных датчиков, возникающей под действием нагрузки на крюке крана, в электрический аналоговый сигнал являются тензорезисторные датчики.
Группа полезных моделей представляет собой единый комплекс технических решений, взаимосвязанных друг с другом авторским замыслом, обеспечивающим достижение конечного результата, поскольку именно такое устройство предназначено для точной калибровки именно такого конкретного весоизмерительного модуля грузоподъемного крана повышенной тоннажности, ибо другие калибрующие устройства по своей конструкции в данном случае применены быть не могут.
Весоизмерительный модуль грузоподъемного крана и устройство для его калибровки являются новыми, так как в источниках информации подобное единое сочетание устройств и совокупность предложенных признаков в формулах полезной модели заявителем не обнаружены. Предлагаемая группа полезных моделей промышленно применима, так как уже разработана конструкторская документация и руководство по их эксплуатации, а сам весоизмерительный модуль и устройство для его калибровки находятся в стадии промышленного изготовления опытного образца.
Полезные модели проиллюстрированы чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид весоизмерительного модуля в плане, на фиг.2 показан разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 выполнен поперечный разрез на фиг.2, общий вид в плане устройства для калибровки совместно с весоизмерительным модулем изображен на фиг.4, на фиг.5 показана схема нагружения калибруемых измерительных датчиков весоизмерительного модуля и эталонных датчиков устройства калибровки, и на фиг.6 изображена гидравлическая схема гидропривода гидроцилиндра.
Весоизмерительный модуль грузоподъемного крана содержит грузовую траверсу 1, соединенную с обоймой 2 грузового полиспаста 3 и с обоймой подвески 4 грузозахватного механизма (на фиг. не показан), весовой контроллер 5 пульта управления 6, собственно силоизмерительное устройство 8, включающее корпус 9, составленный из верхнего и нижнего секторов 10 и 11, в которых установлен с возможностью поворота вокруг вертикальной оси в подшипниках 12 ступенчатый вал 13 с подвеской 4 для грузозахвата. Верхний сектор 10 корпуса 9 выполнен в виде перевернутого стакана 14 с буртом 15 и съемной крышкой 16, образуя полость 17, в которой размещены элементы 18 в виде конических подшипника 19 и кольца 20, обеспечивающие вращение вала 13 с грузовой подвеской 4, а нижний сектор 11, также выполненный по форме стакана 21 с буртом 22, соединен тремя направляющими 23 с упомянутым верхним сектором 10 с возможностью его свободного вертикального перемещения и образованием между ними зазора 24, достаточного для неподвижного размещения в нем силоизмерительных датчиков 25 с узлами вставки - эластомерами 26. При этом все силоизмерительные датчики 25 соединены через нормирующие преобразователи 27 с весовым контроллером 5 пульта управления 6, снабженным индикаторным табло 28, отображающим результаты измерения калибруемого весоизмерительного устройства 8, причем пульт управления 6 связан радиоканалом 29 через антенны 30 с дублирующим терминалом 31. Весовой контроллер 5 снабжен программным обеспечением, выполняющим функции приема, передачи и отображения информации. В качестве силоизмерительных датчиков 25 выбраны тензорезисторные датчики. Все три тензорезисторных датчика 25 и направляющие 23 установлены в зазоре 24 между верхним и нижним секторами 10 и 11, равноудаленно друг от друга на угол α=120°, что обеспечивает на них равномерность прилагаемой нагрузки. Предельная нагрузка на три силоизмерительных датчика 25 составляет 160 т.Принцип действия силоизмерительного устройства 8 основан на преобразовании деформации узлов вставок-эластомеров 26 силоизмерительных датчиков 25, возникающей под действием нагрузки, создаваемой массой взвешиваемого груза на подвеске 4 крана, в аналоговый электрический сигнал, пропорциональный изменению взвешиваемой массы. Затем аналоговый сигнал поступает в нормирующий преобразователь 27, где он преобразуется в цифровой сигнал, подаваемый в весовой контроллер на пульт управления 6. Как и всякое измерительное средство весоизмерительный модуль грузоподъемного крана периодически подвергается калибровке с целью определения действительного значения его метрологических характеристик с использованием устройства, снабженного тензометрическими эталонными датчиками.
Устройство для калибровки весоизмерительного модуля грузоподъемного крана включает в свой состав силовую раму 32 с опорами 33 для размещения силоизмерительного модуля с подвеской 4 для грузозахвата, с основанием 7, на котором жестко установлен с гидроприводом 34 гидроцилиндр 35, на штоке 36 которого закреплена силонагружающая нижняя траверса 37, воздействующая на два эталонных силоизмерительных тензорезисторных датчика 38, размещенных на двух опорных площадках 39, скрепленная каждая из них со штоком 36 гидроцилиндра 35 с помощью талрепа 40, а имеющаяся в устройстве соединенная с подвеской 4 модуля силорастягивающая верхняя траверса 41 скреплена стяжками 42 с упомянутыми опорными площадками 39 эталонных датчиков 38, соединенных через нормирующие преобразователи 43 с весовым контроллером 44, снабженным индикаторным табло 45, отображающим результаты измерения эталонного канала 46. Для приложения с помощью гидроцилиндра высокотонной нормативной нагрузки в 40 т на весоизмерительные и эталонные датчики 25 и 38 в устройстве имеется гидропривод 34, который состоит из насоса 47 ручного и насоса 48 плунжерного, гидрораспределителя 49, гидробака 50, манометра 51 и рукава 52 высокого давления. В корпусе 53 гидропривода 34 размещен весовой контроллер 44, который снабжен программным обеспечением, выполняющим функции приема, передачи и отображения информации.
Для мобильной сборки и разборки верхней траверсы 41 и опорных площадок 39 они скреплены между собой стяжками 42, которые выполнены в виде шпилек 54 и гаек 55, а крепление подвески 4 с верхней траверсой 41 произведено болтами с гайками 56.
Работа устройства калибровки весоизмерительного модуля грузоподъемного крана осуществляется следующим образом.
На опоры 33 силовой рамы 32 устанавливают грузовую траверсу 1, с освобожденными от тросовой нагрузки грузового полиспаста 2 и 3, затем закрепляют нижнюю траверсу 37 на штоке 36, соединяют болтами с гайками 56 подвеску 4 с верхней траверсой 41 и скрепляют ее стяжками 42, с опорными площадками 39, соединяя их талрепами 40. Схема силовой цепи скомпанована так, что цилиндр 35 гидравлический, датчики 38 эталонные весоизмерительные и силоизмерительное устройство соединены посредством силовой рамы 32 в силовую цепь, все элементы которой находятся под одинаковой нагрузкой, создаваемой гидравлическим ручным насосом 47, входящим в состав гидропривода 34. Величина давления в гидросистеме устройства калибровки контролируется манометром 51. Для стабилизации воспроизводимого давления в течение требуемого времени используется плунжерный насос 48. При нормируемом от гидропривода 34 нагружении силовой цепи усилие от перемещающегося штока 36 гидроцилиндра 35 передается на нижнюю траверсу 37, которая деформирует узлы вставок- эластомеров 26 и эталонные силоизмерительные датчики 38, при этом последние генерируют аналоговые сигналы, которые поступают в нормирующие преобразователи 43, где преобразуются в цифровой сигнал, который принимает весовой контроллер 44 и выводит на индикаторное табло 45, образуя таким образом измерительный эталонный канал 46. Одномоментно прилагаемое нормированное усилие передается через стяжки 42, верхнюю траверсу 41, и ступенчатый вал 13 на верхний сектор 10 корпуса 9, который под действием силы перемещается по направляющим 23 относительно нижнего сектора 11 и деформирует крышкой 16 три калибруемых с узлами вставок-эластомерами 26 силоизмерительных датчика 25, находящихся в зазоре 24, которые генерируют аналоговые сигналы, поступающие в нормирующие преобразователи 27, где преобразуются уже в цифровой сигнал, передаваемый в весовой контроллер 5 пульта управления 6, откуда через антенны 30 выведенная на индикаторное табло 28 информация передается на дублирующий терминал 31, образуя вместе с радиоканалом 29 канал измерения веса калибруемых силоизмерительных датчиков 25. Полученные результаты измерения каналов эталонных и калибруемых датчиков сравниваются между собой и поправка, корректирующая весовую характеристику калибруемых датчиков, вводится программно с пульта управления 6 в процесс взвешивания груза.
Предлагаемая группа полезных моделей особенно применима в атомной энергетике, где на крупнотоннажных кранах требуется смена грузозахватных органов, которые устанавливаются на кране с помощью подвески 4, которая должна иметь возможность поворота, причем механическая силовая цепочка в виде двух траверс, опорных площадок, стяжек и талрепа предназначена для применения калибровки конкретного предлагаемого весоизмерительного устройства 8.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки на полезную модель
1. Патент РФ на полезную модель №71428 G01G 23/01, опубл. 10.03.2008 г.
2. Авторское свидетельство СССР №517804 G01G 23/02, опубл. 30.07.76 г.
3. Авторское свидетельство СССР №870963 G01G 23/01, опубл. 10.10.81 г.
4. Авторское свидетельство СССР №1229587 G01G 23/01, опубл. 07.05.86 г.
5. Авторское свидетельство СССР №1415069 G01G 23/01, опубл. 07.08.88 г.
6. Патент РФ на полезную модель №279663 G01G 23/01, опубл.20.01.2009 г.
7. Заявка РФ на изобретение №2005108905 B66C 1/00, опубликована 20.07.2005 г.
8. Патент РФ на полезную модель №58521 B66C 13/16, опубл.27.11.2006 г.
9. Патент РФ на изобретение №2460976 G01G 19/14, B66C 13/16, опубл.10.09.2012 г.
10. Патент РФ на полезную модель №101439 B66C 1/40, опубл.20.01.2011 г.