УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕСКИ ЛЮЛЬКИ НА ПОДЪЕМНИКЕ С КОНТРОЛЕМ ВЕСА ЛЮЛЬКИ

Полезная модель относится к подъемно-транспортному оборудованию и может быть использована, например, в подъемниках с люлькой, в которой размещается обслуживающий персонал с инструментами и аппаратурой, оснащенных системой контроля веса люльки, для того чтобы обеспечить безопасность обслуживающего персонала.
Подъемно-транспортное оборудование эксплуатируется в очень жестких условиях с повышенной вибрацией и массой внешних воздействий - большой диапазон изменения температуры окружающей среды, повышенная влажность, дождь, снег, обледенение и пр., что накладывает свои требования к системам безопасности подъемников, в том числе, к устройству контроля веса люльки. Наиболее приемлемыми являются конструкции с системой контроля веса люльки, встроенной в ее опоры.
Известно устройство для подвески люльки на подъемнике с контролем веса люльки, содержащее горизонтируемую опорную площадку в виде рамы и четыре опоры для крепления люльки на опорной площадке, при этом каждая опора выполнена в виде горизонтально расположенного силовоспринимающего элемента, концы которого соединены, соответственно, с опорной площадкой и люлькой, и каждый силовоспринимающий элемент имеет собственный измерительный участок, оснащенный тензодатчиками (см. патент РФ №2140060, G 01 G 19/02, 20.10.1999, фиг.6). В известном устройстве люлька закреплена на опорной площадке так, что исключается перемещение люльки относительно опорной площадки в горизонтальном направлении, что повышает точность контроля веса люльки. Однако в данной конструкции затруднена сборка опор и регулировка устройства контроля веса люльки. Данная конструкция имеет повышенную защиту тензодатчиков от внешних атмосферных воздействий за счет введения двух втулок,
закрывающих снаружи силовоспринимающий элемент, однако это существенно усложняет конструкцию. Полость внутри втулок защищена от прямого воздействия дождя и снега, но нет надежной защиты тензодатчиков от попадания внутрь втулок и воздействия на тензодатчики паров воды, в том числе возможно появление льда на поверхности тензодатчиков.
Известно устройство для подвески платформы подъемника с контролем веса платформы (аналог люльки в подъемном кране), содержащее опорную площадку и четыре опоры для крепления платформы на опорной площадке, при этом каждая опора выполнена в виде силовоспринимающей балки, концы которой жестко соединены, соответственно, с опорной площадкой и платформой, и каждая силовоспринимающая балка имеет собственный измерительный участок, оснащенный тензодатчиками, измеряющими изгибную деформацию балки (см. патент США №4573542, МКИ G 01 G 19/52, G 01 G 3/14, НКИ 177/132, 04.03.1986). В данной конструкции силовоспринимающие балки работают на изгиб, тензодатчики наклеены на верхнюю и нижнюю поверхности каждой балки и измеряют изгибную деформацию балки. В данной конструкции необходимо выполнить два взаимоисключающих требования: для повышения точности измерения веса необходимо иметь достаточно гибкую силовоспринимающую балку, а для повышения надежности в эксплуатации и обеспечения достаточного запаса прочности необходимо увеличивать толщину силовоспринимающей балки в ущерб точности контроля веса платформы. Недостатком данной конструкции является также низкая защищенность тензодатчиков от внешних воздействий, причем в данном устройстве сложно обеспечить повышенную защиту тензодатчиков, так как любая защита потребует введения дополнительных элементов в конструкцию опоры платформы, либо радикального изменения конструкции опоры.
Задачей настоящей полезной модели является разработка эффективного и простого в эксплуатации устройства для подвески люльки на подъемнике с контролем веса люльки, обеспечивающего достаточно высокую точность контроля веса люльки при уменьшенных затратах на изготовление и
минимальном контроле за силовоспринимающими элементами и тензодатчиками в процессе эксплуатации, которое легко можно устанавливать на существующих подъемниках. Другой задачей полезной модели является создание эффективного и простого в эксплуатации устройства для подвески люльки с контролем веса люльки, в котором обеспечивается высокая защищенность тензодатчиков от воздействия большинства факторов окружающей среды.
Для достижения поставленных задач и других преимуществ предложено устройство для подвески люльки на подъемнике с контролем веса люльки, содержащее горизонтируемую опорную площадку и, по крайней мере, три опоры для крепления люльки на опорной площадке, при этом каждая опора выполнена в виде силовоспринимающей балки, концы которой жестко соединены, соответственно, с опорной площадкой и люлькой, и каждая силовоспринимающая балка имеет собственный измерительный участок, оснащенный, по крайней мере, одним тензодатчиком, в котором на каждом измерительном участке в боковых стенках силовоспринимающей балки выполнены идентичные встречно направленные несквозные выемки, разделенные тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой, на каждой перегородке закреплен, по крайней мере, один тензодатчик, регистрирующий деформацию сдвига.
Предпочтительно, каждая силовоспринимающая балка оснащена двумя тензодатчиками, закрепленными на обеих поверхностях вертикальной перегородки, при этом тензодатчики силовоспринимающей балки соединены в собственный измерительный мост.
Предпочтительно, все тензодатчики включены в один измерительный мост.
Предпочтительно, чтобы каждая силовоспринимающая балка была выполнена в виде бруса с прямоугольным поперечным сечением.
Предпочтительно, выемки выполнены в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины.
Кроме того, в силовоспринимающих балках выполнены выходящие в гнезда каналы для электропроводки к тензодатчикам.
Предпочтительно, полости несквозных выемок заполнены герметизирующим полимерным материалом.
В основу полезной модели положено использование в системе контроля веса люльки тензодатчиков, регистрирующих деформацию сдвига, при этом тензодатчики закреплены на тонкой вертикальной измерительной перегородке, разделяющей две идентичные встречно направленные несквозные выемки, выполненные в боковых стенках каждого измерительного участка. Таким образом, можно использовать короткую силовоспринимающую балку, длина измерительного участка которой определяется размером выемки, причем размер выемки практически совпадает с расстоянием между узлами крепления балки к люльке и опорной площадке, что дает возможность использовать данное устройство в эксплуатируемых подъемниках и встроить тензодатчики системы контроля веса люльки в существующие опоры для крепления люльки, так как размеры балок опор позволяют выполнить в них указанные выемки. При этом сохраняются несущие возможности люльки и работоспособность подвески с контролем веса люльки при любых перемещениях подъемника и любых перемещениях оператора в люльке. Расположенные в выемках тензодатчики достаточно хорошо защищены от случайных внешних воздействий. Устройство содержит минимальное количество деталей, что упрощает его изготовление и эксплуатацию.
Оснащение каждой силовоспринимающей балки двумя тензодатчиками, закрепленными на обеих поверхностях вертикальной перегородки, при этом тензодатчики силовоспринимающей балки соединены в собственный измерительный мост, повышает точность измерения веса люльки.
Включение всех тензодатчиков в один измерительный мост позволяет упростить контроль веса люльки, так как при такой схеме включения тензодатчиков происходит алгебраическое суммирование показаний тензодатчиков.
Выполнение каждой силовоспринимающей балки в виде бруса с прямоугольным поперечным сечением упрощает проектирование устройства, так как методики расчета деформаций бруса прямоугольного поперечного сечения хорошо проработаны.
Выполнение выемок в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины упрощает проектирование и изготовление устройства.
Выполнение в каждой силовоспринимающей балке выходящих в гнезда каналов для электропроводки к тензодатчикам, повышает надежность устройства, так как наиболее тонкие провода будут защищены от случайных внешних воздействий.
Заполнение полостей несквозных выемок герметизирующим полимерным материалом повышает защищенность тензодатчиков от внешних воздействий.
На фиг.1 схематически показана установка люльки на горизонтируемой опорной площадке; на фиг.2 показано сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4А и 4Б показаны поперечные сечения В-В на фиг.2 для двух примеров размещения тензодатчиков на вертикальной силоизмерительной перегородке; на фиг.5А и 5Б - примеры схемы соединения тензодатчиков в измерительный мост.
В общем случае люлька 1 закреплена на горизонтируемой опорной площадке 2 с помощью опор 3. Количество опор определяется проектировщиком, но оно не может быть меньше трех, так как плоскость может быть задана, по меньшей мере, тремя точками. С точки зрения удобства проектирования и расчетов, целесообразно иметь четыре опоры 3.
Каждая опора является силовоспринимающей балкой и выполнена в виде горизонтально расположенного бруса 4. Конец 5 бруса жестко соединен, например, резьбовыми крепежными элементами 6 с силовым элементом 7 горизонтируемой опорной площадки 2. Противоположный конец 8 бруса 4 жестко соединен с люлькой. Как правило, для соединения с люлькой используют узел соединения с электроизолирующими втулками 9.
В предпочтительном варианте реализации устройства для подвески люльки на подъемнике используются четыре опоры 3 и, соответственно, четыре бруса 4. Предпочтительно, брус 4 имеет прямоугольное поперечное сечение. Каждый брус имеет собственный измерительный участок 10. В пределах измерительного участка в боковых стенках бруса 4 (силовоспринимающей балки) выполнены идентичные встречно направленные несквозные выемки 11, разделенные тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой 12, на которой закреплены тензодатчики 13, закрепленные на обеих поверхностях вертикальной перегородки 12 и регистрирующие деформацию сдвига. Каждый тензодатчик состоит из двух последовательно соединенных резисторов. Резисторы R расположены на вертикальной перегородке под углом 45° относительно продольной оси силовоспринимающей балки и под углом 90° друг относительно друга. При этом один резистор Rс подвергается воздействию сжимающих напряжений, а второй резистор Rt подвергается воздействию растягивающих напряжений. Предпочтительно, несквозные выемки 11 выполнены в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины. В каждом брусе 4 выполнены выходящие в цилиндрические гнезда каналы 14, 15 и 16 для электропроводки 17 от разъема 18 к тензодатчикам 13.
Хотя в примере реализации полезной модели, приведенном на фиг.3 и 4А, тензодатчики закреплены на обеих поверхностях вертикальной перегородки, для специалистов понятно, что возможна реализация полезной модели с использованием на каждой силовоспринимающей балке (брусе 4) одного тензодатчика 13, закрепленного на одной из поверхностей вертикальной перегородки 12, как это показано на фиг.4Б.
Предпочтительно, полости выемок 11 заполнить герметизирующим полимерным материалом 19, закрывающим тензодатчики 13. Во втором варианте исполнения, показанном на фиг.4Б, герметизирующий полимерный материал заполняет только выемку, в которой расположен тензодатчик 13, но можно заполнить герметизирующим полимерным материалом и вторую выемку 11, в которой тензодатчика нет.
В предпочтительных примерах осуществления с использованием четырех опор 3 можно использовать схемы 20 и 21 соединений тензодатчиков, показанные на фиг.5А и 5Б.
Для описания схемы на фиг.5А введем обозначения для тензодатчиков 13. На силоизмерительной балке каждой опоры размещено по два тензодатчика 13, Соответственно, в обозначение каждого тензодатчика входит индекс (номер) опоры и индекс тензодатчика на данной опоре. Например, обозначения D1-1 и D1-2 указывают, что данные тензодатчики 13 размещены на силоизмерительной балке первой опоры на обеих (двух) поверхностях вертикальной перегородки. Как было отмечено выше, каждый тензодатчик 13 имеет, по крайней мере, два резистора R. Соответственно каждый резистор будет иметь собственное обозначение. Например, обозначение D1-1-Rс означает, что данное обозначение относится к резистору, подвергающемуся воздействию сжимающих напряжений и расположенному на первой поверхности вертикальной перегородки первой опоры. Обозначение D2-2-Rt означает, что данное обозначение относится к резистору, подвергающемуся воздействию растягивающих напряжений и расположенному на второй поверхности вертикальной перегородки второй опоры. Соответственно, в данном примере реализации полезной модели будем иметь восемь тензодатчиков: D1-1 и D1-2; D2-1 и D2-2; D3-1 и D3-2; D4-1 и D4-2 и шестнадцать резисторов D1-1-Rc и D1-1-Rt; D1-2-Rc и D1-2-Rt; D2-1-Rc и D2-l-Rt, ... D4-1-Rc и D4-1-Rt; D4-2-Rc и D4-2-Rt.
На фиг.5А показана принципиальная схема 20 соединения тензодатчиков 13 (два резистора) при наличии на каждой силоизмерительной балке двух тензодатчиков (выделено кружком), закрепленных на обеих поверхностях вертикальной перегородки 12, как это показано на фиг.4А, при этом тензорезисторы тензодатчиков, расположенных на одной силовоспринимающей балке, соединены в собственный измерительный мост.
Как видно из схемы, показанной на фиг.5А, тензодатчики D1-1 и D1-2, размещенные на силоизмерительной балке первой опоры, соединены в собственный измерительный мост, в котором присутствуют все четыре
резистора D1-1-Rc, D1-1-Rt, D1-2-Rc и D1-2-Rt, закрепленные на вертикальной перегородке первой опоры. Аналогично попарно соединены тензодатчики D2-1 и D2-2, D3-1 и D3-2, D4-1 и D4-2 в собственные измерительные мосты. Выходы четырех измерительных мостов подключаются к микропроцессору прибора безопасности подъемника (на чертеже не показан), в котором происходит суммирование сигналов и последующая обработка результатов измерений.
На фиг.5Б показана принципиальная схема измерительного моста 21 при наличии на каждой силоизмерительной балке одного тензодатчика 13 (два резистора), закрепленного на поверхности вертикальной перегородки 12, как это показано на фиг.4Б. Для описания схемы измерительного моста на фиг.5Б использована такая же система обозначения тензодатчиков, что и в предыдущем примере, но в обозначении отсутствует указание на номер поверхности вертикальной перегородки. Соответственно, в данном примере реализации полезной модели будем иметь четыре тензодатчика: D1; D2; D3 и D4 и восемь резисторов D1-Rc и D1-Rt; D2-Rc и D2-Rt; D3-Rc и D3-Rt; D4-Rc и D4-Rt.
Как видно из схемы, показанной на фиг.5Б, все тензодатчики 13 включены в один измерительный мост, с измерительной диагонали которого снимается суммарный сигнал, поступающий в микропроцессор прибора безопасности подъемника (на чертеже не показан), в котором происходит обработка результатов измерений.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При отсутствии в люльке оператора или груза на опоры 3 действует вес люльки. Четыре измерительных моста (см. схему 20) или один мост 21 (см. схему 21) могут быть сбалансированы и выходной сигнал отсутствует, либо выходной сигнал соответствует весу люльки. При наличии в люльке оператора или любого груза, независимо от того, где именно они находятся, полный вес люльки и оператора передается на опоры 3, так что суммарное усилие, действующее на опоры, равно полному весу люльки и оператора. Усилие, действующее на любую из опор 3, воспринимается ее силовоспринимающей балкой
(горизонтально расположенным брусом 4), которая деформируется. Увеличение действующего усилия приводит к изменению деформации силовоспринимающей балки. Одновременно изменяется деформация вертикальной перегородки 12 и, соответственно, резисторы тензодатчиков 13 и сами тензодатчики изменяют свое сопротивление. При изменении сопротивления резисторов тензодатчиков изменяется выходной сигнал с одного или со всех измерительного мостов на схеме 20 или выходной сигнал с общего измерительного моста на схеме 21, причем изменение выходного сигнала соответствует суммарному изменению сопротивления всех тензодатчиков, и, следовательно, выходной сигнал соответствует суммарному изменению усилия на опорах.
Данная полезная модель позволяет взвесить люльку с оператором непосредственно на подъемнике и отслеживать в процессе эксплуатации изменение веса люльки с оператором и грузом независимо от расположения груза и оператора в люльке. Специалистам понятно, что хотя полезная модель проиллюстрирована применительно к измерению изменения сопротивления тензодатчиков одним измерительным мостом, но можно, не выходя за рамки формулы настоящей полезной модели, использовать собственный измерительный мост для тензодатчиков на каждой опоре с последующей обработкой данных в микропроцессоре.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено промышленным способом на заводах, выпускающих оборудование для грузоподъемных машин. В устройстве могут быть использованы тензодатчикы типа КФ5Р фирмы ТОВ «ВЕДА» (Украина) или другие тензодатчики подобного типа. Для обработки результатов измерений можно использовать известные приборы безопасности грузоподъемных машин, например, ограничитель нагрузки ОПГ-1, выпускаемый Арзамасским приборостроительным заводом.