ПОДЪЕМНЫЙ КРАН И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
HOISTING CRANE AND METHOD OF ITS OPERATION

Настоящее изобретение относится к подъемному крану, оснащенному устройством для натяжения удлиненного подъемного элемента, выполненного с возможностью прохождения между первым и вторым создающими трение элементами, установленными с возможностью вращения на первом и втором опорном элементе, соответственно. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу эксплуатации указанного подъемного крана.
Во время подъемных операций, недостаточное натяжение в проволочном тросе, хранящемся на барабане лебедки, может вызвать серьезное повреждение проволочного троса. Недостаточное натяжение также может создать потенциальную угрозу безопасности. Данная проблема особо отчетливо проявляется во время подъемных операций, проводимых глубоко под водой. Например, при наматывании длинного проволочного троса после размещения груза на морском дне, вес самой проволоки, как правило, является достаточным для обеспечения достаточного натяжения проволочного троса при его намотке на барабан в начале операции намотки. К концу операции намотки, например, для последних 500 метров проволочного троса или около того, вес самого проволочного троса больше не является достаточным для обеспечения требуемого натяжения проволочного троса на барабане лебедки, а это значит, что верхние слои проволочного троса на барабане лебедки будут в значительной степени ослабленными, если уменьшенное натяжение не будет никоим образом компенсировано. Если в дальнейшем необходимо осуществить подъем тяжелого груза, это может привести к серьезному повреждению проволочного троса на барабане лебедки в случае движения сильно натянутого проволочного троса по слабо намотанным виткам. Это может вызвать существенное и непоправимое повреждение проволочного троса. При этом проволочные тросы могут быть очень дорогостоящими, а их замена может потребовать много времени.
Одно из решений данной проблемы заключается в применении одного или нескольких промежуточных грузов для натяжения проволочного троса для обеспечения более тяжелого груза во время одной или нескольких промежуточных подъемных операций. Такие промежуточные подъемные операции могут отнимать довольно много времени, причем промежуточные грузы, как правило, занимают место на палубе судна, на котором установлен кран.
Также, из уровня техники известно применение тяговых лебедок и якорных шпилей для натяжения проволочных тросов при наматывании на барабан лебедки или другое накопительное средство. Якорные шпили и тяговые лебедки обычно представляют собой конструкции очень больших размеров, которые занимают очень много места на палубе в случае их размещения на судне. Кроме того, из-за их размеров, якорные шпили и тяговые лебедки, как правило, требуют использования специально предназначенных судов для их транспортировки в различные места по всему миру.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить альтернативное устройство для натяжения удлиненного подъемного элемента, такого как проволочный трос, наматываемого на накопительное устройство, такое как барабан лебедки. Также задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для управления натяжением в удлиненном подъемном элементе, причем указанное устройство имеет компактную конструкцию, и кроме того, предпочтительно обеспечена возможность транспортировки указанного устройства с использованием стандартизованной инфраструктуры.
При этом главная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить или уменьшить по меньшей мере один из недостатков известных из уровня техники устройств, или по меньшей мере обеспечить приемлемую альтернативу известным из уровня техники устройствам.
Задача настоящего изобретения решена посредством признаков, которые изложены в нижеследующем описании и прилагаемой формуле изобретения.
В нижеследующем описании, под выражением «удлиненный подъемный элемент» следует понимать любой удлиненный элемент, используемый при подъеме груза. Один конец такого удлиненного подъемного элемента, как правило, соединен с накопительным средством, таким как барабан лебедки или катушка, а другой его конец выполнен с возможностью соединения с грузом, обычно посредством грузозахватного элемента. Удлиненный подъемный элемент может представлять собой любой тип троса, кабеля, проволоки, цепи, проволочного троса и т.д. В основном, он представляет собой проволочный трос, содержащий проволоки, изготовленные из стали и/или волокон.
Согласно первому аспекту настоящее изобретение относится к устройству для натяжения удлиненного подъемного элемента, причем указанное устройство содержит:
первый создающий трение элемент, установленный с возможностью вращения вокруг первого опорного элемента,
второй создающий трение элемент, установленный с возможностью вращения вокруг второго опорного элемента, причем указанный первый и указанный второй создающие трение элементы выполнены с возможностью обеспечения трения удлиненному подъемному элементу, когда указанные первый и второй создающие трение элементы давят друг на друга, а между ними находится участок удлиненного подъемного элемента, и
тормозное средство для торможения вращения указанных первого и второго создающих трение элементов вокруг указанных первого и второго опорных элементов.
При наматывании удлиненного подъемного элемента между первым и вторым создающими трение элементами, создающие трение элементы начнут вращаться вокруг своих соответствующих опорных элементов в противоположных направлениях благодаря движению удлиненного подъемного элемента и трению между удлиненным подъемным элементом и создающими трение элементами.
В одном из вариантов осуществления, создающие трение элементы могут быть выполнены с возможностью их активного приведения в движение, а это значит, что создающие трение элементы могут способствовать наматыванию и разматыванию удлиненного подъемного элемента. Создающие трение элементы могут быть приведены в движение с помощью гидравлического или электрического двигателя. Однако, в предпочтительном варианте осуществления, первый и второй создающие трение элементы могут быть пассивно установлены с возможностью вращения вокруг указанного первого и второго опорного элемента, соответственно. Это значит, что может отсутствовать какой-либо активный привод, соединенный с устройством, при этом создающие трение элементы могут просто вращаться вокруг их соответствующих опорных элементов за счет их фрикционного контакта с удлиненным подъемным элементом. В большинстве случаев, натяжное устройство деактивируют при разматывании проволочного троса, когда натяжение обеспечивается за счет веса груза, а также веса самого проволочного троса, который может быть существенным, особенно, при использовании стальных проволок.
В одном из вариантов, указанные первый и второй создающие трение элементы могут содержать множество контактных панелей, входящих в первый и второй фрикционный ремень, соответственно. Таким образом, создающие трение элементы могут принимать форму ремней, в которых контактные панели образуют наружные участки, то есть, создающие трение части, указанных ремней. Контактные панели могут быть по меньшей мере частично изготовлены из стали, при этом поверхность контактных панелей, входящих в контакт с удлиненным подъемным элементом, может быть рифленой для получения лучшего трения. Стальные панели особенно целесообразно использовать совместно с проволочными тросами, выполненными из стали. Тросы из волокон, которые, как правило, являются более деликатными по сравнению со стальными проволочными тросами, могут потребовать выполнение панели из материала, который также является более деликатным.
В одном из вариантов осуществления, тормозное средство может содержать дисковый тормоз. Такая компоновка может обеспечить особенно простое и надежное техническое решение, не требующее частого обслуживания и ремонта. Один дисковый тормоз может быть соединен с одним из создающих трение элементов, для обеспечения торможения/остановки/противодействия вращению создающего трения элемента за счет создания тормозного момента. Таким образом, дисковый тормоз может создавать требуемое натяжение в удлиненном подъемном элементе. Суппорты тормозных дисков могут быть отрегулированы механически с помощью пружины или другого подобного средства или предпочтительно гидравлически или пневматически. В одном из вариантов осуществления, регулирование тормозной силы посредством суппортов может быть осуществлено вручную с помощью небольшого ручного насоса или другого подобного средства, обеспечивающего плавное регулирование тормозной силы. Гидравлические или пневматические цилиндры могут быть предусмотрены в или рядом с тормозом, и могут являться неотъемлемой частью натяжного устройства согласно настоящему изобретению, а это значит, что отсутствует необходимость в обеспечении гидравлики или пневматики извне. Фактически, может потребоваться лишь подача воды для охлаждения. В зависимости от типа дискового тормоза, тормоз, как правило, соединен с создающими трение элементами посредством зубчатого колеса для обеспечения возможности работы с его приблизительно предпочтительной скоростью вращения. Оптимальное передаточное отношение также зависит от скорости наматывания удлиненного подъемного элемента, но в некоторых вариантах осуществления, оно может составлять порядка 1:50. В одном из вариантов осуществления, дисковый тормоз может представлять собой тормоз с водяным охлаждением или муфту, например, поставляемую компанией «Wichita Clutch». Натяжное устройство согласно настоящему изобретению при этом требует лишь наличия впускного отверстия для охлаждающей воды и выпускного отверстия для горячей воды.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что тормозное средство не обязательно должно представлять собой дисковый тормоз, но также оно может быть выполнено в виде тормозных колодок или других тормозных средств, которые напрямую или косвенно взаимодействуют с создающим трение элементом для создания требуемой тормозной силы. В некоторых вариантах осуществления, целесообразно обеспечить возможность ручного регулирования тормозной силы, как раскрыто выше, для механического/гидравлического/пневматического регулирования суппортов.
В одном из вариантов осуществления, первый и второй создающие трение элементы могут быть выполнены с возможностью давления друг на друга с помощью множества гидравлических цилиндров, причем в каждом из них верхняя часть соединена с одним из указанных первым и вторым опорным элементом, а нижняя часть соединена с другим из указанных первым и вторым опорным элементом. То, каким образом опорные элементы и, соответственно, также создающие трение элементы, давят друг на друга, обеспечивает управление трением между создающими трение элементами и удлиненным подъемным элементом. Гидравлические цилиндры, задающие давление опорных элементов друг на друга, могут также быть выполнены с возможностью ручного регулирования.
В одном из вариантов осуществления натяжное устройство согласно настоящему изобретению может быть оснащено элементом для распределения нагрузки, обеспечивающим равномерное распределение нагрузки на участке указанного удлиненного подъемного элемента, расположенном между указанными первым и вторым создающими трение элементами. Элемент распределения нагрузки может быть предусмотрен между каждым создающим трение элементом и его соответствующим опорным элементом по меньшей мере на участке, упирающемся во время использования в удлиненный подъемный элемент. В одном из вариантов осуществления, элемент распределения нагрузки может содержать множество прижимных роликов, альтернативно, он может также содержать одну или несколько упругих пластин, предусмотренных между создающими трение элементами и их соответствующими опорными элементами.
Согласно второму аспекту настоящее изобретение относится к системе для натяжения удлиненного подъемного элемента, причем указанная система содержит:
устройство согласно первому аспекту настоящего изобретения,
накопительное средство для удлиненного подъемного элемента, и
приводное средство для удлиненного подъемного элемента для наматывания указанного удлиненного подъемного элемента посредством указанного устройства по пункту 1 формулы изобретения, на указанное накопительное средство для удлиненного подъемного элемента.
В условиях нормального использования накопительное средство для удлиненного подъемного элемента обычно представляет собой барабан лебедки, однако, оно может представлять собой любое накопительное средство, содержащее катушку.
Также, в данном описании раскрыт кран, содержащий устройство согласно первому аспекту настоящего изобретения.
В одном из вариантов осуществления натяжное устройство согласно настоящему изобретению может быть встроено в неподвижную колонну указанного крана. Это может быть особенно целесообразным в случае, если сама лебедка предусмотрена ниже палубы судна, на которой установлен кран. Это позволяет получить крайне компактное, надежное натяжное устройство, не требующее частого обслуживания и ремонта, и встроенное во внутреннюю часть самого крана. В основном, натяжное устройство согласно настоящему изобретению может быть соединено с внутренней стороны неподвижной колонны крана с помощью множества соединительных стержней или других подобных средств, выполненных с возможностью соединения с поперечными балками в неподвижной колонне. Это также позволит довольно простым способом выполнить реконструкцию существующего крана за счет установки в нем предлагаемого натяжного устройства. Также следует отметить, что в варианте осуществления, в котором натяжное устройство жестко закреплено в кране, например, при проектировании нового крана с встроенным в него натяжным устройством, может оказаться целесообразным объединить натяжное устройство с блоком управления самого крана, что позволит управлять натяжным устройством из кабины крана. В таком объединенном варианте натяжное устройство может быть соединено с электронными и гидравлическими системами управления крана, входящими в гидравлическую силовую установку крана.
Также, в данном описании раскрыт переносной контейнер, содержащий натяжное устройство согласно первому аспекту настоящего изобретения. Благодаря компактной конструкции натяжного устройства согласно настоящему изобретению, его можно поместить в контейнер для морских перевозок стандартного размера. Следовательно, контейнер с таким встроенным в него натяжным устройством может быть размещен на палубе судна рядом с краном так, что удлиненный подъемный элемент проходит через натяжное устройство в контейнере. Контейнер может быть оснащен специально выделенными отверстиями для прохождения удлиненного подъемного элемента в контейнер и из него. Как раскрыто выше, регулирование тормозной силы и трения может быть осуществлено вручную с помощью встроенных гидравлических и/или пневматических средств, а это значит, что в контейнер необходимо обеспечить лишь подачу охлаждающей воды для тормозного средства.
Согласно третьему аспекту настоящее изобретение относится к способу эксплуатации раскрытой выше системы, причем способ содержит этапы, на которых:
наматывают удлиненный подъемный элемент на указанное накопительное средство для удлиненного подъемного элемента, и
задействуют указанное устройство по пункту 1 формулы изобретения по меньшей мере в течение части операции наматывания для натяжения указанного удлиненного подъемного элемента на указанное накопительное средство.
Во время подъемных операций, проводимых глубоко под водой, может потребоваться задействовать натяжное устройство для последней пары сотен метров или около того с целью обеспечения достаточного натяжения. Натяжное устройство как таковое может быть встроено в кран, например, в неподвижную колонну крана или оно может быть предусмотрено на палубе судна, например, встроено в контейнер для морских перевозок, как раскрыто выше.
В одном из вариантов осуществления тормозная сила может быть увеличена при наматывании удлиненного подъемного элемента для того, чтобы сохранить по существу постоянное натяжение в проволочном тросе на барабане лебедки, независимо от оставшейся длины проволочного троса, подлежащей наматыванию.
Ниже приведено описание примера предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированного на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 на виде сбоку показано натяжное устройство согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 на виде сбоку показана часть натяжного устройства с фиг. 1.
На фиг. 3А-В на виде сзади и на виде сверху показана часть натяжного устройства с фиг. 2.
На фиг. 4 на виде сбоку и в уменьшенном масштабе показано натяжное устройство согласно настоящему изобретению, встроенное в подъемный кран.
В нижеследующем описании позицией 1 обозначено натяжное устройство согласно настоящему изобретению. На чертежах одинаковые номера позиций обозначают одни и те же или похожие признаки. Следует также отметить, что чертежи являются схематичными и упрощенными, причем различные признаки на чертежах не обязательно показаны в масштабе.
Сначала рассмотрены фиг. 1, 2 и 3А-3В, на которых показано натяжное устройство 1 согласно первому аспекту настоящего изобретения на различных видах. Натяжное устройство 1 содержит первый создающий натяжение элемент 2, в форме первого ремня, установленного с возможностью вращения вокруг первого опорного элемента 6, и второй создающий натяжение элемент 4, в форме второго ремня, установленного с возможностью вращения вокруг второго опорного элемента 8. Первый и второй опорные элементы 6, 8 с соответствующими ремнями 2, 4 придают натяжному устройству 1 вид двух гусеничных цепей, обращенных друг к другу, при этом удлиненный подъемный элемент 10, показанный здесь лишь в виде короткого участка проволочного троса, находится между ними. Каждый из ремней 2, 4 содержит множество контактных панелей 12, образующих наружные, создающие трение части каждого ремня 2, 4. Во время использования, некоторые контактные панели 12 будут контактировать с проволочным тросом 10 и создавать трение, достаточное для того, чтобы проволочный трос обеспечил вращение ремней 2, 4 вокруг их соответствующих опорных элементов 6, 8. Внутренняя часть каждого из ремней 2, 4 содержит цепь 14, с которой соединены контактные панели 12. Цепь 14 взаимодействует с зубчатым колесом 16, причем на фиг. 3А-В обозначено только его положение, при этом указанное зубчатое колесо вращает не показанный на чертежах вал, соединенный с тормозным средством 18 посредством редуктора 20, как хорошо видно на фиг. 3А-В. Трение между ремнями 2, 4 и проволочным тросом 10 обеспечивается множеством гидравлических цилиндров 22, верхняя часть 24 которых соединена с первым опорным элементом 6, а нижняя часть 26 соединена со вторым опорным элементом 8, причем гидравлические цилиндры 22 обеспечивают давление двух опорных элементов 6, 8 друг на друга. Таким образом, цилиндры 22 могут быть использованы для регулирования давления между двумя ремнями 2, 4 и, соответственно, также трения между ремнями 2, 4 и проволочным тросом 10. В показанном варианте осуществления, цилиндры 22 выполнены с возможностью ручного регулирования и не требуют соединения с внешней гидравлической системой и блоком питания. Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления, тормозное средство 18 содержит дисковый тормоз, тормозной силой которого можно управлять с помощью не показанных суппортов с гидравлическим приводом. Энергия торможения, в основном, преобразуется в тепло, которое охлаждается с помощью непоказанной системы водоснабжения.
Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления, ремни 2, 4 пассивно установлены с возможностью вращения вокруг своих соответствующих опорных элементов 6, 8, а это значит, что тормозное средство 18 не оснащено активным приводом. Проволочный трос 10 наматывается с помощью непоказанной лебедки, которая находится ниже по потоку от натяжного устройства 1, причем натяжное устройство 1 выполнено с возможностью создания требуемого натяжения в проволочном тросе 10 во время его наматывания на барабан лебедки. Для обеспечения равномерного распределения нагрузки, натяжное устройство 1 содержит элементы распределения нагрузки, в данном случае в виде прижимных роликов, не показанных подробно на чертежах, между каждым из опорных элементов 6, 8 и их соответствующим ремнем 2, 4 на участке опорных элементов 6, 8, обращенных друг к другу. Прижимные ролики предусмотрены в картриджах 27, причем часть 14 цепи ремней 2, 4 скользит по прижимным роликам во время применения. На чертежах показано, что натяжное устройство 1 также оснащено соединительными стержнями 28 для внедрения натяжного устройства 1 в кран 30, как видно на фиг. 4, или для обеспечения соединения во внутренней части контейнера для морских перевозок, как раскрыто выше. Каждый опорный элемент 6, 8 имеет перекрывающий элемент 29, упирающийся в цепь 14 во время использования, и выполненный с возможностью настройки для регулирования натяжения/перекрытия в самих ремнях 2, 4. В альтернативном, не показанном на чертежах варианте осуществления, перекрытие в ремнях 2, 4 может быть регулируемым за счет крепления указанных зубчатых колес 16 на эксцентриковых валах, для регулирования перекрытия/натяжения в каждом из ремней 2, 4 за счет простого поворота соответствующих эксцентриковых валов.
На фиг. 4 показано натяжное устройство согласно настоящему изобретению, встроенное в неподвижную колонну 30 крана, который подробно не показан. Соединительные стержни 28 натяжного устройства 1, которые не видны на чертеже, прикреплены к поперечным балкам 32 внутри неподвижной колонны 30 крана. В проиллюстрированном варианте осуществления, натяжное устройство 1 жестко, без возможности вращения закреплено внутри неподвижной колонны 30. Под палубой, то есть, ниже по потоку от натяжного устройства 1, непоказанного судна, на котором расположена неподвижная колонна 30 крана, предусмотрена непоказанная лебедка. В альтернативном варианте осуществления, натяжное устройство 1 согласно настоящему изобретению может быть соединено с внутренней стороны неподвижной колонны 28 посредством болтов и/или сварки или множеством различных способов, которые будут понятны специалисту в данной области техники. В показанном варианте осуществления, тормозное средство 18 предусмотрено в верхней части натяжного устройства 1, то есть, противоположно тому, что показано на фиг. 1.
Натяжное устройство 1 согласно настоящему изобретению, в основном, не будет использоваться при разматывании проволочного троса 10. Также натяжное устройство 1 не будет использоваться во время компенсации вертикального перемещения. При наматывании проволочного троса 10 после размещения груза на морском дне, натяжное устройство 1 может быть включено во время наматывания последних нескольких сотен метров или больше, например, во время наматывания последних 500 метров или около того. В показанном варианте осуществления, обеспечена возможность плавного регулирования тормозной силы тормозного средства 18, причем предпочтительно тормозная сила увеличивается при наматывании проволочного троса 10, для сохранения по существу постоянного натяжения проволочного троса 10, хранящегося на непоказанном барабане лебедки.
Следует отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, причем специалисты в данной области техники смогут спроектировать различные альтернативные варианты осуществления без выхода за пределы объема защиты, заданного прилагаемой формулой изобретения. В формуле изобретения, номера позиций, находящиеся в скобках, не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Использование слова «содержать» и всех его производных не исключает наличия элементов или этапов, отличных от тех, что изложены в пункте формулы. Артикли «а» и «an», предшествующие элементу, не исключают наличия множества таких элементов.
Тот факт, что конкретные меры перечислены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована с выгодой.