УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ПОЛОЖЕНИЙ ГРУЗОВЫХ КАНАТОВ И ГРУЗА ГРУЗОПОДЪЁМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, служит для сбора, контроля, хранения и передачи параметров положений углов грузовых канатов и груза грузоподъемного крана.
Полезная модель обеспечивает расширение арсенала технических возможностей систем безопасности грузоподъемных кранов, как отечественного, так и иностранного производства. Заявленная полезная модель является универсальной в отношении следующих типов грузоподъемных машин: башенные краны, мостовые краны, автокраны и иные грузоподъемные механизмы, обеспечивающие подъем и перемещение груза на крюковой подвеске (далее – грузоподъемный кран).
Следствием использования полезной модели является повышение уровня техники безопасности при работе грузоподъемных кранов с грузом, поскольку посредством полезной модели обеспечивается мониторинг состояния груза, позволяющий своевременно выявить не только опасное раскачивание груза при его перемещении, но и нарушения установленной технологии погрузки (разгрузки), допущенной работниками, обслуживающими работу грузоподъемного крана.
Известны устройства, такие как:
- Устройство управления раскачиванием груза, подвешенного на снабженном двигателем подвижном элементе, который может перемещаться вдоль горизонтальной оси. Устройство управления содержит блок управления и инерциальную платформу. Инерциальная платформа способна определять характерные значения угла наклона троса, который поддерживает груз, относительно вертикали и снабжена средством передачи этих значений в блок управления. Блок управления снабжен средством измерения и управления скоростью снабженного двигателем подвижного элемента и способен так обработать эти значения, характеризующие угол наклона троса относительно вертикали, чтобы рассчитать и передать управляющие действия, направленные на динамическое изменение скорости снабженного двигателем подвижного элемента в зависимости от желаемого угла наклона троса относительно вертикали. Блок управления содержит пропорциональный контроллер с изменением коэффициента усиления, снабженный средством вычисления переменного коэффициента усиления, применяемого для управления скоростью снабженного двигателем подвижного элемента в зависимости от расстояния от груза до снабженного двигателем подвижного элемента. Предложены также способ управления раскачиванием груза и устройство управления для подъемного устройства. Достигается стабилизация колебаний груза, как во время обычных операций, так и из-за этапов резкого торможения или ускорения (патент RU 2 676 210 C1).
Недостатки данного устройства и способа заключаются в сложности (многокомпонентности) конструкции с большим количеством технических элементов, снижающей экономическую эффективность от использования такого устройства. Кроме того, непосредственно само место расположения датчиков акселерометра и гироскопа в конструкции (на инерциальной платформе, расположенной на неподвижной оконечной муфте троса, поддерживающего захватывающий груз элемент) негативным образом сказывается на надежности указанного устройства, а также обуславливает трудоемкость процесса его монтажа и обслуживания.
- Система мониторинга грузоподъемной машины, содержащая: устройство регистрации параметров грузоподъемной машины, включающее в себя цифровой вычислительный блок, периферийные устройства регистрации параметров грузоподъемной машины и встроенное запоминающее устройство, связанное с цифровым вычислительным блоком цифровой линией связи; и блок архивации и трансляции параметров грузоподъемной машины, включающий в себя контроллер, к которому подключены энергонезависимое запоминающее устройство и порт для связи с внешним компьютером. Блок архивации и трансляции параметров подключен к цифровой линии связи и снабжен соединенным с контроллером портом для подключения к цифровой линии связи и устройством индикации. В качестве энергонезависимого запоминающего устройства использован твердотельный легкосъемный накопитель информации, а цифровая линия связи выполнена в виде интерфейсной шины обмена информацией между составными частями устройства регистрации рабочих параметров и блоком архивации и трансляции параметров (патент RU 172 638 U1).
Недостатком указанного устройства является отсутствие у него возможности учета положения углов грузовых канатов, являющейся второй по значимости задачей (после оценки определения массы груза) приборов безопасности, установленных на грузоподъемных кранах.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство определения положения крюка, содержащее: инструмент для измерения угла, выполненный с возможностью измерения угла между осью координат второй системы координат и соответствующей осью координат первой системы координат в режиме реального времени; измеритель ускорения, выполненный с возможностью измерения ускорения крюка в заданном направлении в режиме реального времени; процессор, выполненный с возможностью создания первой системы координат и второй системы координат, причем первая система координат установлена относительно заданного положения, и вторая система координат установлена относительно крюка, при этом ось координат первой системы координат соответствует оси координат второй системы координат; и параметры положения крюка в первой системе координат получают на основе угла, измеренного инструментом для измерения угла, и ускорения, измеренного измерителем ускорения; и устройство вывода, выполненное с возможностью выдачи параметров положения (патент RU 2 516 812 C2).
Недостатком данного устройства является отсутствие системного подхода к обеспечению возможностей его фактического использования (отсутствуют возможности подключения его к приборам безопасности грузоподъёмного крана, осуществления записи, и последующих обработки и анализа параметров работы с грузом).
Заявленная полезная модель лишена указанных выше недостатков и представляет собой принципиально новое универсальное устройство, расширяющие функциональные возможности приборов безопасности, устанавливаемых на грузоподъёмных кранах посредством мониторинга положений грузовых канатов и груза, подвешенного на крюковой подвеске грузоподъёмного крана. Полезная модель характеризуется простотой исполнения и структурной эффективностью, достигнутой за счет минимизации (по сравнению с устройствами аналогичного назначения) количества используемых в ней электронных компонентов.
Техническим результатом полезной модели является недопущение косого положения канатов и контроль колебаний груза, подвешенного на канатах грузоподъемного крана, а также обеспечение возможности записи данных, учитывающих колебания груза и положения его в пространстве, следствием чего является повышение уровня техники безопасности грузоподъемного крана при работе с грузом, а также улучшение условий эксплуатации и технического обслуживания грузоподъемного крана. Кроме того, разработанная в рамках полезной модели возможность записи и анализа записанных данных позволит создавать на программном уровне алгоритмы оптимизации рабочего процесса (погрузки/разгрузки), повышающие экономическую эффективность эксплуатации грузоподъемного крана.
Осуществляется полезная модель в виде дополнительно устанавливаемых на грузоподъёмном кране последовательно функционально связанных между собой беспроводной связью следующих блоков:
- блок регистрации параметров груза и положений угла канатов (включающий в себя: датчики акселерометра и гироскопа, цифровой вычислительный блок, встроенное запоминающее устройство и модуль беспроводной связи), установленный непосредственно на крюковой подвеске грузоподъёмного крана;
- блок хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана (включающий в себя микроконтроллер, к которому подключены модуль беспроводной связи, устройство отображения информации в виде дисплея для визуализации параметров, энергонезависимое запоминающие устройство и универсальный порт для связи с внешним компьютером), установленный непосредственно в кабине грузоподъёмного крана или выполненный в виде переносного устройства (для моделей грузоподъемных кранов, необорудованных кабиной машиниста (оператора)). У блока хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана предусмотрена возможность подключения к прибору безопасности (как иностранного, так и российского производства) посредством универсального порта.
На чертеже (фиг.1) представлена структурная блок-схема полезной модели, содержащая последовательно функционально связанные между собой беспроводной связью:
- блок регистрации параметров груза и положений угла канатов (1) (включающий в себя подключенные к цифровому вычислительному блоку (4) датчик акселерометра (2), датчик гироскопа (3), который, в свою очередь, имеет двухстороннюю связь с встроенным запоминающим устройством (5) и модулем беспроводной связи (6));
.
- блок хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана (7) (включающий в себя модуль беспроводной связи (8), соединенный двухсторонней связью с контроллером (9), к которому подключено устройство отображения информации (10), универсальный порт (11), и энергонезависимое запоминающие устройство легкосъемного накопителя (12)), который, в свою очередь, имеет возможность подключения к внешнему компьютеру (13) через универсальный порт (11)
На чертеже (схеме) (фиг.2) представлен вариант структурной блок-схемы полезной модели, содержащей последовательно функционально связанные между собой беспроводной связью и описанные выше: блок регистрации параметров груза и положений угла канатов (1) и блок хранения и трансляции отображения параметров грузоподъемного крана (7), у которого, в свою очередь, установлена связь через универсальный порт (11) с прибором безопасности (14).
На чертеже (фиг.3) схематично представлено расположение полезной модели (в составе, описанном на структурной блок-схеме (фиг.2)) относительно грузоподъемного крана, где: блок регистрации параметров груза и положений угла канатов (1) установлен на крюковой подвеске грузоподъёмного крана (15), а блок хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана (7), соединённый беспроводной связью с прибором безопасности грузоподъемного крана (14), расположен в кабине машиниста (оператора) крана (16).
В случае возникновения: косого положения грузовых канатов, нестабильности груза (при ненадлежащим образом выполненной строповке), раскачивания груза (при ветровых нагрузках и (или) при перемещении груза), соударения груза со встречными предметами, самопроизвольной расстроповки груза, обрыва грузовых канатов, закручивания груза, - датчики акселерометра (2) и гироскопа (3) фиксируют смещение крюковой подвески с грузом относительно центра в трёх плоскостях, по координатным осям x, y, z  Поданные сигналы с датчиков (2) и (3) обрабатываются цифровым вычислительным блоком (4), передающим далее обработанные данные на встроенное запоминающие устройство (5) и модуль беспроводной связи (6), который, в свою очередь, передаёт сигнал на модуль беспроводной связи (8) в составе блока хранения и трансляции и отображения параметров грузоподъёмного крана (7). С модуля беспроводной связи (8) сигнал передаётся на контроллер (9), который, в свою очередь, передаёт сигнал на устройство отображения информации (10), с помощью которого машинист (оператор) грузоподъемного крана может отслеживать в трех плоскостях (по осям x, y, z) состояние и положение подвешенного груза, при этом посредством контроллера (9) осуществляется запись полученной информации о состоянии и положении груза на энергонезависимое запоминающее устройство легкосъемного накопителя (12), что позволяет, даже при отсутствии беспроводной связи обеспечить удобный перенос информации, сохраненной в блоке хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана (7), для последующей ее обработки во внешнем компьютере без демонтажа указанного блока. При этом, что крайне важно, блок хранения и трансляции отображения параметров грузоподъемного крана (7) остается устойчивым к обычным уровням вибрации и ударных нагрузок, характерных для грузоподъемных машин.
Подключение к контроллеру блока хранения и трансляции отображения параметров грузоподъёмного крана (9) модуля беспроводной связи (8), приспособленного для обмена информацией как с модулем беспроводной связи внешнего компьютера (13), так и с модулем беспроводной связи модуля регистрации параметров груза и положений угла канатов (6), позволяет упростить передачу на внешний компьютер информации о регистрируемых параметрах для дальнейшей ее обработки.
При подключении прибора безопасности грузоподъемного крана (14) посредством универсального порта (11) к блоку хранения, трансляции и отображения параметров грузоподъемного крана (7), в зависимости от значений переданных данных, обеспечиваются необходимые для конкретной ситуации действия, имеющие целью предотвратить возникновение аварийной ситуации (в соответствии с запрограммированными в приборе безопасности грузоподъемного крана (14) значениями недопустимых параметров): гашение колебаний груза, подвешенного на канатах грузоподъемного крана; недопущение косого положения канатов, остановка работ.