УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ПОВОРОТА ПЛАТФОРМЫ ПОДЪЁМНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Область техники
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в системах управления и защиты от перегрузок подъемно-транспортных машин.
Известны устройства для определения угла поворота платформы подъемно-транспортной машины в виде поводковых датчиков ДКП-1 и ДКЦ-1 производства НПАО «ПЛЭСО», Украина. Датчик ДКП-1 содержит дифференциальный трансформаторный преобразователь угловых перемещений в электрический информационный сигнал, работающий от автогенератора с частотой 60 кГц, а датчик ДКЦ-1 выполнен с преобразователем угла поворота платформы в цифровой код и передачей информации в контроллер в последовательном цифровом коде по однопроводной сигнальной линии (Сушинский В.А., Маш Д.М. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Часть II - учебно-методическое пособие. СПб.; 2001, с. 19-20, 66).
Недостатком такого типа датчиков является сложность их конструкции.
Известны также устройства для определения угла поворота платформы подъемно-транспортной машины, выполненные на основе потенциометрических преобразователей, например, датчик азимута ЛИГМ.401261.004 производства ОАО «Мытищинский электротехнический завод» (Сушинский В.А., Маш Д.М. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Часть II - учебно-методическое пособие. СПб.; 2001, с. 130-131, рис. 4.6), или на основе магнитных энкодеров (RU 133522 Ul, В66С 13/12, 20.10.2013, фиг. 7; RU 94332 Ul, G01C 9/06,20.05.2010.
Устройство по патенту RU 94332 U1 является наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков. Оно содержит основание с вырезом для поводка, связанного с поворотной платформой машины, размещенный на основании преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, ось которого снабжена опорой в виде подшипника скольжения, и одноступенчатую зубчатую передачу с параллельным расположением осей, включающую в себя ведущее зубчатое колесо, ось которого установлена в закрепленном на основании подшипнике качения и имеет резьбовое отверстие для крепления устройства на опорной раме неповоротной части машины, и находящееся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, закрепленное на оси преобразователя угла поворота платформы в электрический информационный сигнал с помощью резьбового соединения, снабженного контровочной гайкой. Преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал выполнен в виде магнитного энкодера, включающего в себя магниточувствительную микросхему-преобразователь и закрепленный в гнезде оси магнитного энкодера с зазором относительно микросхемы-преобразователя цилиндрический диаметрально намагниченный магнит.
Смещение в данном устройстве оси преобразователя угла поворота платформы в электрический информационный сигнал относительно оси опорной рамы неповоротной части подъемно-транспортной машины вызвано оснащением этих машин, как правило, тросовой системой управления подачей топлива в двигательную установку, расположенную на неподвижной части машины, из поворотной части машины. Поэтому использование данного устройства на современных подъемно-транспортных машинах, оборудованных бестросовой системой управления подачей топлива в двигательную установку, возможно, но нецелесообразно, так как наличие в данном устройстве зубчатой передачи усложняет его конструкцию и снижает в целом точность измерений. Кроме того, использование открытой зубчатой передачи снижает надежность данного устройства при работе в жестких условиях окружающей среды (в широком диапазоне температур, наличии вибрации, высокой влажности и пыли). И не смотря на то, что использование магнитного энкодера обеспечивает повышенную точность угловых измерений по сравнению с потенциометрическим преобразователем, реализация в полной мере преимуществ магнитного энкодера будет определяться точностью изготовления зубчатой передачи и существенно зависит от технологических возможностей изготовителя. Поэтому для достижения необходимой точности измерений и стабильности показаний в процессе эксплуатации машины в известном устройстве желательно использовать высокоточную зубчатую передачу, что увеличивает стоимость данного устройства.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание простого по конструкции устройства для определения угла поворота платформы подъемно-транспортной машины, оборудованной системой дистанционного бестросового управления подачей топлива в двигательную установку машины, с повышенной точностью измерений и повышенной надежностью при использовании его в жестких условиях окружающей среды.
Решение поставленных задач и достижение технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для определения угла поворота платформы подъемно-транспортной машины, содержащем основание с вырезом для поводка, связанного с поворотной платформой машины, размещенный на основании преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, выполненный в виде магнитного энкодера, ось которого снабжена закрепленной на основании подшипниковой опорой, при этом манитный энкодер включает в себя магниточувствительную микросхему-преобразователь и закрепленный в гнезде оси магнитного энкодера с зазором относительно микросхемы-преобразователя цилиндрический диаметрально намагниченный магнит, согласно полезной модели, ось магнитного энкодера выполнена в виде стакана с гнездом для магнита на внешней поверхности его донной части, снабженного размещенным на торце его кромки кольцеобразным опорным элементом, выполненным с резьбой на внутренней цилиндрической поверхности для крепления устройства на опорной раме неповоротной части машины, а подшипниковая опора выполнена в виде цилиндрического кольца с установленными в нем подшипниками качения, при этом основание выполнено из листового материала с отверстием под кольцеобразный опорный элемент, и стакан вставлен в подшипниковую опору до соприкосновения торцевой поверхности кольцеобразного опорного элемента с внутренним кольцом одного из подшипников качения.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Опорный элемент выполнен с двумя параллельными лысками на внешней цилиндрической поверхности, на одной из которых выполнено резьбовое отверстие под установочный винт.
Выполнение оси магнитного энкодера в виде стакана с гнездом для магнита на внешней поверхности его донной части, снабженного размещенным на торце его кромки кольцеобразным опорным элементом, выполненным с резьбой на внутренней цилиндрической поверхности для крепления устройства на опорной раме неповоротной части машины, обеспечивает расположение неподвижной оси магнитного энкодера соосно оси опорной рамы неповоротной части подъемно-транспортной машины. Таким образом, в предлагаемом устройстве имеет место прямое преобразование угла поворота платформы подъемно-транспортной машины в электрический информационный сигнал без использования какой-либо кинематической передачи, что повышает точность измерений и повышает эксплуатационную надежность устройства. При этом снабжение стакана кольцеобразным опорным элементом, размещенным на торце его кромки, обеспечивает необходимый зазор между магнитом и микросхемой-преобразователем магнитного энкодера, а выполнение основания из листового материала с отверстием под кольцеобразный опорный элемент обеспечивает возможность изготовления основания без какого-либо специализированного оборудования, что упрощает процесс изготовления предлагаемого устройства, особенно в мелкосерийном производстве, так как основание со всеми отверстиями и вырезом для поводка может быть выполнено на специализированном предприятии с использованием высокоточной лазерной резки и современных компьютерных технологий.
Выполнение на внешней цилиндрической поверхности кольцеобразного элемента двух параллельных лысок упрощает монтаж предлагаемого устройства на подъемно-транспортных машинах с использованием для этого стандартного инструмента в виде гаечного ключа, а выполнение на одной из лысок резьбового отверстия под установочный винт исключает возможность углового смещения стакана с постоянным магнитом относительно опорной рамы неповоротной части машины под действием вибрационных нагрузок и обеспечивает, тем самым, неизменность характеристик предлагаемого устройства в течение всего срока его эксплуатации.
Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет использовать его как бесконтактный датчик азимута не только в новых разработках систем управления и защиты от перегрузок подъемно-транспортных машин, но и как замену уже существующим потенциометрическим датчикам в ответственных приложениях, где требуется высочайшая надежность при неблагоприятных условиях эксплуатации.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении точности измерений и эксплуатационной надежности устройства.
Приведенные далее описание предлагаемого устройства и сопровождающие чертежи предназначены только для иллюстрации полезной модели и ни в коем случае не ограничивают объема формулы полезной модели.
Краткое описание чертежей На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, закрепленное на неподвижной оси токосъемника, установленного на опорной раме неповоротной части подъемно-транспортной машины; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. На приведенных рисунках одни и те же детали обозначены одинаковыми позициями.
Осуществление полезной модели
Устройство для определения угла поворота платформы подъемно-транспортной машины содержит основание 1 с открытым вырезом 2 для поводка 3, связанного с поворотной платформой подъемно-транспортной машины, и размещенный на основании 1 преобразователь 4 угла поворота платформы подъемно-транспортной машины в электрический информационный сигнал, выполненный в виде магнитного энкодера на основе эффекта Холла.
Магнитный энкодер включает в себя размещенную на печатной плате 5 магниточувствительную микросхему-преобразователь 6 и размещенный с зазором относительно микросхемы-преобразователя постоянный магнит 7.
Ось 8 магнитного энкодера выполнена из немагнитного материала в виде стакана с гнездом на внешней поверхности его донной части, в котором закреплен цилиндрический диаметрально намагниченный магнит 7. Стакан снабжен размещенным на торце его кромки кольцеобразным опорным элементом 9, выполненным с резьбой на внутренней цилиндрической поверхности для крепления устройства на резьбовом наконечнике 10 неподвижной оси 11 токосъемника 12, установленного на опорной раме неповоротной части подъемно-транспортной машины, и двумя параллельными лысками 13 на внешней цилиндрической поверхности под монтажный инструмент в виде гаечного ключа, на одной из которых выполнено резьбовое отверстие под установочный винт 14.
Ось 8 магнитного энкодера снабжена подшипниковой опорой, выполненной в виде цилиндрического кольца 15 с установленными в нем подшипниками 16 и 17 качения. На торцевой поверхности цилиндрического кольца 15 выполнены резьбовые отверстия 18 под крепежные элементы в виде винтов. Стакан с магнитом 7 установлен в подшипниковую опору до соприкосновения торцевой поверхности кольцеобразного опорного элемента 9 с внутренним кольцом подшипника 16.
Основание 1 выполнено с отверстием 19 в его центральной части. В отверстие 19 вставлен кольцеобразный опорный элемент 9 с расположением лысок 13 под основанием 1, и подшипниковая опора с установленным в нем стаканом закреплена на основании 1 с помощью винтов 20, ввернутых в резьбовые отверстия 18.
Печатная плата 5 с размещенной на ней магниточувствительной микросхемой-преобразователем 6 закреплена на торце подшипниковой опоры с помощью четырех стоек 21, выполненных в виде втулок, в отверстия которых вставлены винты 22, пропущенные через отверстия в печатной плате 5 и ввернутые в резьбовые отверстия 18 цилиндрического кольца 15 подшипниковой опоры. Отверстия в печатной плате 5 выполнены с гарантированными зазорами между ними и винтами 22 для регулировки положения микросхемы-преобразователя 6 относительно постоянного магнита 7.
Преобразователь 4 снабжен закрепленным на основании 1 защитным металлическим кожухом 23 с гермовыводом 24 для соединения устройства с контроллером поворотной части подъемно-транспортной машины или с какой-либо регистрирующей аппаратурой. На донной части кожуха закреплен датчик 25 температуры в виде терморезистора.
Сборка предлагаемого устройства и его установка на резьбовом наконечнике 10 неподвижной оси 11 токосъемника 12 может быть произведена по известным правилам и не представляет труда для специалистов.
При необходимости в процессе сборки устройства осуществляют юстировку магнитного энкодера, например, с помощью механического приспособления, используя для этого в качестве базовой поверхности внешнюю цилиндрическую поверхность оси 8 магнитного энкодера. Юстировку магнитного энкодера осуществляют до затягивания винтов 22 путем перемещения печатной платы 5 в пределах зазоров между отверстиями в печатной плате и крепежными винтами.
Устройство работает следующим образом.
При повороте платформы подъемно-транспортной машины поводок 3, связанный с платформой через токосъемник 12, поворачивает основание 1 с закрепленным на нем преобразователем 4 относительно оси 8 магнитного энкодера. Магнитный энкодер регистрирует прохождение магнитных полюсов постоянного магнита 7 непосредственно вблизи чувствительного элемента - микросхемы-преобразователя 6, преобразуя эти данные в соответствующий электрический сигнал. Выходные сигналы преобразователя 4 и датчика 25 температуры поступают по кабельной линии связи на входы контроллера поворотной части подъемно-транспортной машины или непосредственно на входы регистрирующей аппаратуры.
Полезная модель допускает также иные примеры реализации при сохранении общего изобретательского замысла, изложенного в формуле полезной модели. Кроме того, предлагаемое устройство так же, как и устройство-прототип по патенту RU 94332 U1, может дополнительно содержать микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством. В этом случае магнитный энкодер (датчик угла) и датчик 25 температуры подключаются к микроконтроллеру, а сам микроконтроллер подключается к линии связи с регистрирующей аппаратурой непосредственно или через схему согласования. Микроконтроллер может быть выполнен с возможностью запоминания адреса датчика угла, установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и с возможностью изменения направления отсчета угла относительно начала координат. Предлагаемое устройство может быть снабжено также элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи устройства с регистрирующей аппаратурой. Микроконтроллер, микросхема-преобразователь 6 магнитного энкодера, схема согласования с линией связи и элементы для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи могут быть расположены на одной печатной плате 5. В этом случае предлагаемое устройство может быть выполнено виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности подъемно-транспортной машины.
Промышленная применимость
Предлагаемое устройство может быть изготовлено промышленным способом на приборостроительном заводе с использованием современных электронных компонентов и технологий. В качестве магниточувствительной микросхемы-преобразователя можно использовать микросхему "MLX 90316" фирмы Milexis.