ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ КРАНОВ С ЖЕСТКОЙ ПОДВЕСКОЙ СТРЕЛЫ

Предлагаемая полезная модель относится к подъемно-транспортному оборудованию, а именно к устройствам ограничения грузоподъемности подъемно-транспортных средств. Устройство предназначено для защиты от перегрузки судовых кранов с жесткой подвеской.
Известна конструкция ограничителей грузоподъемности кранов с жесткой подвеской стрелы ОГБ-3, ОГБ-3П, ОГБ-3-3, в которых в качестве датчиков усилий и угла наклона стрелы используются трансформаторные преобразователи (см. Сушинский В.А. и др. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Ч. 1. - 2-е издание, - СПб.: НТЦ Строймашавтоматизация, 2001.).
Такие устройства имеют низкую надежность и точность, обусловленные наличием в них движущихся элементов, а так же чувствительностью трансформаторных преобразователей перемещений к влиянию вибрации и изменению температуры.
Из авторского свидетельства N 1342867 известен ограничитель грузоподъемности подъемно-транспортного средства, состоящий из магнитоупругого преобразователя, интегратора, полосового фильтра, выпрямителя, двух фильтров нижних частот, блока компараторов и источника переменного напряжения.
Недостатком данного устройства является наличие в канале измерения статической нагрузки крана фильтра нижних частот, которое приводит к значительному увеличению времени измерения.
В качестве прототипа заявляемого устройства выбран ограничитель грузоподъемности, описанный в пат. RU №2179146, МПК В66С 23/90, опубл. 10.02.2002. Указанное устройство содержит источник переменного напряжения, магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа, трансформаторный датчик длины стрелы, трансформаторный датчик угла наклона стрелы, выпрямители, блоки фильтров нижних частот, блоки перемножения сигналов, компараторы и пороговые элементы. Примененный в устройстве фильтр с конечной импульсной характеристикой усредняет выходной сигнал преобразователя за время, не превышающее 0,5-1 периода низкочастотных колебаний на его входе.
Недостатком прототипа является низкая надежность и точность срабатывания, обусловленные применением трансформаторного датчика наклона стрелы, аналоговых блоков перемножения, компараторов и пороговых элементов.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении точности и надежности ограничителя.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков. В ограничителе грузоподъемности кранов с жесткой подвеской (содержащем также, как и прототип, датчик наклона стрелы, систему обработки сигналов и трансформаторный магнитоупругий преобразователь с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного напряжения, и измерительной обмоткой, подключенной к системе обработки сигналов, при этом система обработки сигналов включает последовательно соединенные усилитель, блок фильтров, выпрямитель и фильтр с конечной импульсной характеристикой), в отличие от прототипа в систему обработки сигналов введен аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорный контроллер, при этом вход аналого-цифрового преобразователе подключен к выходу фильтра с конечной импульсной характеристикой, а выход к первому входу микропроцессорного контроллера, в свою очередь, датчик угла наклона стрелы размещен в шарнирном соединении стрелы крана, ось вращения которой имеет кинематическую связь с осью датчика угла наклона, а выход датчика наклона подключен к второму входу микропроцессорного контроллера, причем трансформаторный магнитоупругий преобразователь установлен с зазором относительно штока подъемного гидроцилиндра стрелы крана, с возможностью измерения осевых усилий в штоке гидроцилиндра, при этом в микропроцессорном контроллере заложена грузовая функция крана и функция перемножения сигналов с датчиков усилия и угла наклона стрелы. Для обеспечения возможности измерения осевых усилий штока гидроцилиндра магнитопровод трансформаторного магнитоупругого преобразователя установлен с зазором по отношению к штоку, таким образом, что угол между линией, соединяющей центры измерительной обмотки магнитоупругого преобразователя, и линией измеряемых осевых усилий равен 45°. Для более точного и надежной срабатывания ограничителя в нем датчик угла наклона стрелы выполнен в виде абсолютного оптического энкодера.
В указанном исполнении ограничитель позволяет в отличие от прототипа измерять массу поднимаемого груза, при помощи автоматического преобразования в микропроцессорном контроллере величины осевого усилия в штоке гидроцилиндра, измеряемого трансформаторным магнитоупругим преобразователем и угла наклона стрелы, измеряемого абсолютным оптическим энкодером. Помимо этого, при превышении результата преобразований сигналов в микропроцессоре, величины, допускаемой грузовой характеристикой крана, происходит изменение состояния его выходов с последующей блокировкой работы грузоподъемного крана и срабатыванием сигнализации. Благодаря применению микропроцессорного контроллера можно, в отличие от прототипа отказаться от кусочно-линейной аппроксимации грузовой характеристики при помощи компараторов, а увеличить количество точек аппроксимации практически до любого требуемого количества, что в свою очередь позволяет повысить точность срабатывания ограничителя.
Сравнение предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача - увеличение точности и надежности - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна»
Сущность технического решения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 показано пространственное расположение магнитоупругого преобразователя относительно штока гидроцилиндра,
на фиг. 2 - блок-схема системы обработки сигналов.
Предлагаемое устройство выполнено следующим образом.
На фиг. 1 показаны проекции полюсов обмотки возбуждения преобразователя А, В и проекции полюсов измерительной обмотки С, Д на поверхность штока гидроцилиндра. Как видно из рисунка, для измерения осевых усилий штока гидроцилиндра необходимо, чтобы между линией, соединяющей центры измерительной обмотки С, Д и линией измеряемых осевых усилий был угол 45. При таком расположении магнитопровода преобразователя, выходное напряжение будет пропорционально массе поднимаемого груза. В качестве датчика угла наклона стрелы предлагается использовать абсолютный оптический энкодер, в котором каждому положению вала соответствует уникальный цифровой кол. Помимо этого для перемножения сигналов датчиков усилия и наклона стрелы и задания грузовой характеристики крана предлагается использовать микропроцессорный контроллер.
На фиг. 2. представлена функциональная схема устройства. Ограничитель грузоподъемности крана содержит трансформаторный магнитоупругий преобразователь осевого усилия 1, обмотка возбуждения которого получает питание от источника переменного тока, а измерительная обмотка подключена через усилитель 2 к блоку фильтров 3. Выход блока фильтров 3 подается через выпрямитель 4 на вход фильтра с конечной импульсной характеристикой 5. С выхода фильтра с конечной импульсной характеристикой 5 сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 6 и далее в микропроцессорный контроллер 7, на другой вход которого поступает цифровой сигнал с датчика наклона стрелы 8. Выходы микропроцессорного контроллера 7 подключены к реле 9 и 10. Реле 9 обеспечивает блокировку работы подъемного механизма, а реле 10 обеспечивает срабатывание световой и звуковой сигнализации.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Трансформаторный магнитоупругий преобразователь осевого усилия 1 устанавливается с зазором по отношению к штоку подъемного гидроцилиндра стрелы. Датчик угла наклона стрелы 7 установлен соосно с шарниром стрелы крана. При работе крана в штоке гидроцилиндра возникают осевые усилия, которые приводят к появлению магнитной анизотропии и появлению напряжения в измерительной обмотке трансформаторного магнитоупругого преобразователя 1, причем это напряжение будет пропорционально механическим усилиям, прикладываемым к штоку и соответственно массе поднимаемого груза. Напряжение с измерительной обмотки трансформаторного магнитоупругого преобразователя 1 поступает на усилитель 2 и далее на блок фильтров 3, в котором выделяется первая гармоническая составляющая. С выхода блока фильтров 3 напряжение через выпрямитель 4 подается на фильтр с конечной импульсной характеристикой 5, который производит быстрое усреднение сигнала. С выхода фильтра 5 напряжение поступает в аналого-цифровой преобразователь 6, полученный цифровой код поступает на один из входов микропроцессорного контроллера 7. На другой вход микропроцессорного контроллера 7 поступает цифровой сигнал с датчика наклона стрелы 8. В микропроцессорном контроллере заложена грузовая характеристика крана и функция перемножения сигналов, магнитоупругого преобразователя 1 и оптического абсолютного энкодера 8. Выходы микропроцессорного контроллера 7 меняют свое состояние, в случае если полученное произведение сигналов превышает значение, определяемое грузовой характеристикой. Выходы микропроцессорного контроллера 7 подключены к реле 9 и 10. Реле 9 обеспечивает блокировку работы подъемного механизма, а реле 10 обеспечивает срабатывание световой и звуковой сигнализации.
Заявляемая полезная модель была разработана специалистами кафедры электродвижения и автоматики судов ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени С.О. Макарова» при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка требований PC к ограничителям грузоподъемности судовых кранов». Устройство было изготовлено и проверено в лабораторных условиях. Проведенные испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства для обеспечения безопасности судовых кранов. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».