КРАН КОНСОЛЬНО-ПЕРЕДВИЖНОЙ ПО КРИВОЛИНЕЙНОМУ ПУТИ

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к консольным передвижным кранам и может быть использована на АЭС для выполнения различных грузоподъемных операций при перемещении по криволинейному пути.
Спецификой кранов для объектов использования атомной энергии является то, что они должны обеспечить безусловную безопасность и надежность эксплуатации, дистанционное управление их работой и иметь дублирование важнейших систем функционирования. Однако большинство известных конструкций передвижных консольных кранов по тем или иным причинам не удовлетворяют этим требованиям.
Так известен консольный передвижной кран, содержащий опорную балку с нижними и верхними упорными роликами, обеспечивающими устойчивость крана в вертикальном положении, ходовые колеса для прямолинейного перемещения в пространстве по рельсу, консольную стрелу, предназначенную для установки грузоподъемного механизма (см. Патент РФ №2072961 В66С 23/46, опубл. 10.02.1997 г.). В целом конструктивно согласно чертежам и описанию изобретения указанный консольный кран не предназначен для применения его на атомной станции при перемещении к тому же по криволинейному пути.
Также известен и кран консольный настенный передвижной (ККНП), который содержит опорную стойку, жестко соединенную с консолью, на которой установлен с возможностью горизонтального перемещения грузоподъемный механизм с электрически управляемым пультом. Опорная стойка снабжена ходовыми колесами для перемещения крана в пространстве по рельсовому пути и настенными упорами, обеспечивающими его вертикальное положение. Данный настенный кран применяется, как правило, в цехах и помещениях, где уже имеются расположенные над ним мостовые краны, и используется в качестве вспомогательного средства, (см. сайт Интернета «грузоподъем.ру>...kran...nastennyy-peredvizhnoy-kknp/v).
Этот консольный настенный передвижной кран также не может быть использован в условиях АЭС, в частности, для выполнения функциональных технологических операций в зоне узла развески топлива, поскольку имеющаяся общепринятая конструкция не учитывает вышеперечисленных специфических требований, предъявляемых к грузоподъемным устройствам подобного назначения, в частности, возможности перемещения крана по криволинейному пути в помещениях центральных залов энергоблоков станции.
Наиболее близким конструктивно по технической сущности и решаемой задаче является консольно-передвижной кран по криволинейному пути (далее - кран), который и выбран в качестве прототипа (см. Кран консольно-передвижной г.п. 1 т, чертеж 351851 СБ, Курская атомная станция, 307250, Курская обл., г. Курчатов, Промзона АБК-1).
Известный консольно-передвижной кран по криволинейному пути содержит консольный двухбалочный полумост с приводом механизма его передвижения. На двух балках размещена платформа, на которой смонтирована с возможностью перемещения по направляющим грузовая с приводом тележка, несущая грузоподъемный механизм с собственным приводом и крюковым подвесом. В качестве привода механизма перемещения крана использован электродвигатель, соединенный через муфты и редуктор с ходовым колесом. Второе ходовое колесо, разнесенное по торцевой стороне моста, своего привода не имеет, а привод перемещения грузовой тележки состоит из электродвигателя, редуктора и тормоза, при этом грузоподъемный механизм включает в свой состав электродвигатель, муфты, тормоз и редуктор, кинематически соединенный с подъемным барабаном, имеющим крюковой подвес. Кран конструктивно не имеет аварийного устройства по опусканию груза, в нем отсутствует ограничитель грузоподъемности, а все приводы крана имеют по одному двигателю и одному тормозу. Кран оснащен концевыми выключателями, механизмами подъема груза, передвижения крана и тележки.
Для перемещения крана используется криволинейный подкрановый путь, состоящий из трех рельсов - одного опорного и двух противонаправленных упорных, верхнего и нижнего, однотипного квадратного сечения 50Ч50 мм. Движение этого крана по криволинейному участку с радиусом 8 м приводит к тряске, рывкам, что обусловливает усиленный износ опорного рельса и ходовых колес. Причины этого негативного эффекта следующие: большая база опорных колес механизма перемещения крана, отсутствие возможности их поворота, наличие всего одного ведущего колеса из всех имеющихся, а также отсутствие контроля ускорений при трогании, переходе с малой скорости на основную и при останове. Все вышеперечисленное снижает надежность работы крана в условиях выполнения транспортно-технологических операций в центральных энергетических залах атомных электростанций. Не добавляет надежности работы крана в специфических условиях производства атомной энергии и отсутствие дублирующих приводов перемещения крана, тележки и грузоподъемного механизма.
Задача предлагаемой полезной модели: устранить все вышеперечисленные недостатки прототипа.
Технический результат заключается в повышении надежности и безопасности работы крана, перемещаемого по криволинейному пути центрального зала атомной станции, и достигается тем, что механизм передвижения выполнен в виде поворотных опорных с колесами кареток, каждая из которых имеет индивидуальный привод на одно или оба колеса каретки, а также горизонтальные упорные колеса, опираемые на нижний упорный рельс, при этом каждая каретка снабжена антисейсмическим подхватом за головку опорного рельса, рама же крана в верхней части оснащена двумя упорными колесами, опираемыми на верхний упорный рельс и размещаемыми на неподвижном кронштейне. Причем механизм подъема имеет три скорости, а третья скорость, самая высокая, реализуется механизмом при отсутствии нагрузки на крюковом подвесе, контролируемой тензометрическим датчиком силы, размещаемым под опорой барабана. Привод механизма подъема груза оснащен дополнительным электродвигателем, а все приводы оснащены частотными преобразователями, управляемыми программируемым логическим контроллером для плавного регулирования скоростей и контроля ускорений механизмов. Все электродвигатели оснащены встроенными энкодерами, выходы которых, как и выход тензометрического датчика подключены через преобразователи к программируемому логическому контроллеру. В целом же привод полумоста крана включает два мотор-редуктора, два тормоза и два частотных преобразователя, связанных с программируемым логическим контроллером, точно такое же построение имеет и привод грузовой тележки крана, а привод барабана подъема груза состоит из двух электродвигателей, двух редукторов, двух тормозов и связанных с логическим контроллером двух частотных преобразователей. Для повышения надежности крана в условиях сейсмической активности опорный рельс подкранового пути выполнен с головкой, которую охватывает антисейсмический подхват, выполненный в виде двух пластин с загнутыми концами, установленными на приводных колесах поворотных кареток, которые представляет собой корпус с валом (осью) и втулкой с опорно-упорным и опорным подшипниками. В случае движения крана только по прямолинейному пути вместо опорных поворотных кареток могут быть установлены с индивидуальным приводом опорные ходовые колеса. Для усиления контроля груза на крюковом подвесе пульт управления снабжен дополнительным индикатором веса, соединенным с контроллером.
В связи со специфическими условиями производства в центральных залах АЭС, в частности, значительной высотой подъема, консольный кран, передвигающийся по криволинейному пути, подвешен настенно с возможностью его перемещения по опорному рельсу с головкой и удерживаемый с помощью верхних и нижних противонаправленных вращающихся колес, перемещаемым по направляющим, жестко смонтированных на кронштейне.
Заявляемый кран консольно-передвижной по криволинейному пути по совокупности технических средств, узлов, механизмов (двухбалочный полумост, грузовая тележка, грузоподъемный барабан с крюковым подвесом, приводы их движения, каретки, пульт управления, частотные преобразователи, контроллер и другие конструктивные элементы), их взаимное расположение и функциональное назначение находятся в конструктивном взаимодействии и представляют собой единое устройство, обеспечивающее достижение более высокого уровня технического результата, а именно значительное повышение надежности работы крана в сложных производственных условиях АЭС. Полезная модель является новой, поскольку совокупность существенных признаков ее формулы не обнаружена в информационных и патентных источниках (см. Источники информации, принятые во внимание при оформлении данной заявки на полезную модель).
Промышленная применимость полезной модели не вызывает сомнения, так как в основном каждый элемент конструкции крана известен в технике и может быть применен и изготовлен методом обычного инженерного проектирования с использованием известных промышленных технологий. Предлагаемая полезная модель находится на стадии разработки технического проекта.
Заявляемая полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид крана консольно-передвижного по криволинейному пути, на фиг. 2 его вид сверху, на фиг. 3 - вид сбоку, кинематическая схема крана, перемещаемого по криволинейному пути, показана на фиг. 4, а кинематическая схема крана, перемещаемого по прямолинейному пути, - на фиг. 5, на фиг. 6 изображено устройство опорной поворотной каретки. Конструкция опорного рельса с головкой и антисейсмическим подхватом показана на фиг. 7 и на фиг. 8 отражена схема управления краном.
Кран консольно-передвижной по криволинейному пути (в дальнейшем - кран) содержит консольный с приводом 1 механизма 2 его перемещения двухбалочный полумост 3, на котором размещена с возможностью продольного движения по направляющим балкам 4 грузовая с приводом 5 тележка 6, несущая грузоподъемный механизм 7 с собственным приводом 8 и крюковым подвесом 9. Механизм перемещения крана состоит из двух опорных поворотных кареток 10, каждая из которых имеет по два колеса 11 и на каждом колесе, смонтированном на раме 12, установлен мотор- редуктор 13. Поворотная каретка 10 представляет собой корпус 14 с валом 15 и втулкой 16 с упорно-опорным подшипником 17 и опорным подшипником 18. В случае движения крана только по прямолинейному пути вместо опорных кареток 10 могут быть установлены опорные ходовые колеса 11, но также с индивидуальными мотор-редукторами 13. Установка на каждой каретке 10 или на каждом отдельном колесе 11 мотор-редуктора 13 продиктована необходимостью исключить отрыв колес от подкранового пути 19 и их проскальзывания во время движения, что устраняет непредсказуемые рывки и обеспечивает равномерность движения крана. Грузовая тележка 6 выполнена в виде рамы 20 с колесами 21, настилом 22, причем на каждую пару колес установлен в качестве привода свой мотор-редуктор 23. Упоры 24 и 25 грузовой тележки 6, перемещаемой по направляющим рельсам 26 и 27 (вправо или влево) соприкасаются с концевыми выключателями 28 и 29 и отключают ее дальнейшее движение по полумосту. При выходе из строя одного мотор-редуктора кран может до конца выполнить надлежащую транспортно-технологическую операцию с оставшимся в работе мотор-редуктором и только потом отправиться на несложный ремонт, что существенно важно в условиях производства на атомной электростанции, особенно связанным со свежим ядерным топливом. В силу этого и грузоподъемный механизм 7 включает в свой состав барабан 30 подъема груза, кинематически связанный с основным редуктором 31, соединенным с промежуточным редуктором 32, к которому через тормоза 33 подключены два электродвигателя 34, т.е в случае выхода из строя одного электродвигателя 34 грузоподъемный механизм сохранит свою работоспособность. Под опоры барабана 30 установлены тензорезисторные датчики 35 устройства контроля сил (УКС) на крюке, а на его приводе 8 смонтировано по два комплекта концевых выключателей 36 крайних положений подвеса крюка. Питание оборудования крана и тележки 6 осуществляется с помощью гибкого шлейфа 37, организованного в пластиковом гибком кабель-канале 38.
Система 39 управления краном кнопочная с пола с помощью пульта 40. В основе системы управления - программируемый логический контроллер 41 (ПЛК) и частотные преобразователи. Все блоки системы управления размещены в шкафах на грузовой тележке 6 и полумоста 3 крана (на фиг. не показаны). Система оснащена интерфейсом 42 для связи с внешним компьютером 43 с целью передачи данных от регистратора параметров и диагностической информации от ПЛК при отказах оборудования. Каждый электродвигатель (мотор-редуктор) снабжен индивидуальным частотным преобразователем, способствующим ускорять (замедлять) скорость при пуске, остановке и переходе с одной скорости на другую или при вертикальном подъеме (опускании) груза. Так частотные преобразователи 44 и 45 грузоподъемного механизма 7 регулируют работу двух концевых выключателей 36 верхнего крайнего положения крюкового подвеса 9 и двух тормозов 33 и электродвигателей 34, а частотные преобразователи 46 и 47 управляют работой двух концевых выключателей 48 крайнего положения тележки 6 и двух мотор-редукторов 23, обеспечивающих ее перемещение по направляющим рельсам 26 и 27. И последняя группа преобразователей 49 и 50 обеспечивает регулирование работы двух мотор-редукторов 13 и концевых выключателей 51 крайнего положения полумоста, обеспечивая его плавное перемещение по подкрановому пути 19. Подсистема контроля веса на крюковом подвесе 9 механизма 7 подъема груза включает в свой состав тензорезисторный датчик 35, связанный с нормирующим устройством силы 52, соединенным непосредственно с устройством контроля сил 53 с ограничителем грузоподъемности, равной 1,0 тонне. Пульт управления 40 имеет дублирующее табло устройства контроля сил. Программное обеспечение системы управления 39 и программное обеспечение внешнего диагностического компьютера реализовано, в частности, на программном обеспечении Simatic STEP7 от фирмы Siemens. Подкрановый путь 19 имеет прямолинейно-криволинейной формы участки с радиусом кривизны, равным 8 метров и состоит из трех рельсов - один опорный рельс 54 с головкой 55 и два упорных рельса 56. Кран настенно подвешен на этом подкрановом пути с возможностью движения на опорном рельсе 54 с головкой 55 и удерживается с помощью верхних и нижних противонаправленных вращающихся колес, соответственно, 57 и 58 на двух упорных рельсах 56 и установленных жестко на опорах 59. На барабан 30 грузоподъемного механизма 7 может быть при необходимости установлен ручной привод. Электродвигатели 34 грузоподъемного механизма 7 на крюковом подвесе 9 имеют три скорости подъема (3 и 10 м/мин, а также ускоренную - на холостом ходу - 20 м/мин). Грузовая тележка 6 имеет две скорости передвижения: малую (3 м/мин) и нормальную (12 м/мин).
Для безопасности персонала, выполняющего работу по техническому осмотру и ремонту крана, весь наружный профиль полумоста 3 обнесен оградой 60 с дверью 61, при открывании которой микропереключатель 62 подачу электроэнергии прекращает. А для повышения антисейсмической безопасности на приводных колесах кареток 10 установлены подхваты 63, выполненные в виде пластин 64 с загнутыми концами 65, охватывающими головку 55 опорного рельса 54. Верхние колеса 57 размещены на неподвижном кронштейне 66.
Предлагаемый кран работает следующим образом.
В исходном положении кран находится на стояночном месте. После подачи питающего напряжения по шлейфу 37 с пульта управления 40 мотор-редукторы 13 приводят во вращение колеса 11 кареток 10, перемещающих его по опорному рельсу 54 и двум опорным рельсам 56 к месту выполнения подъемно-технологических операций. Одновременно включаются и частотные преобразователи 49 и 50, которые обеспечивают плавное ускоренное движение крана с ускорением 0,1-0,2 м/с, доводя без нагрузки до максимальной величины 20 м/мин. Наиболее крайнее безопасное положение крана в процессе работы обеспечивается двумя концевыми выключателями 51, блокирующими дальнейшее движение и также задействованные от частотных преобразователей 49 и 50. Для точной установки грузовой тележки 6 над рабочим местом с пульта 40 включается мотор-редуктор 23 колес 22 и перемещает ее по направляющим рельсам 26 и 27 в заданную точку, при этом частотные преобразователи 46 и 47 регулируют скорость перемещения от малой (3 м/мин) до нормальной (12 м/мин), а концевые выключатели 48 определяют ее возможные крайние положения после контактирования их с упорами 24 и 25. После установления грузовой тележки 6 над требуемой рабочей позицией с пульта 40 включается электродвигатель 34 и через редукторы 31 и 32 приводят во вращение барабан 30, который поднимает груз со скоростью от 3 до 10 м/мин и на холостом ходу работает со скоростью 20 м/мин. Частотные преобразователи 44 и 45 грузоподъемного механизма 7 и концевые выключатели 36 работают аналогично вышеприведенным преобразователям и выключателям. Тормоз 33 грузоподъемного механизма 7 работает автоматически. При нагрузке на опорные валы барабана 30 тензорезисторный датчик 35 подает сигнал на нормирующее преобразовательное устройство 52 контроля сил, соединенного с исполнительным устройством контроля сил 53, откуда поступает на контроллер 41, а затем в зависимости от величины нагрузки отдает команду на работу грузоподъемного механизма 7 или блокировку его двигателя 34. Все сигналы со всех преобразователей поступают на программируемый логический контроллер 41, где происходит их обработка согласно программному обеспечению. Контроллер 41 может быть подключен к внешнему компьютеру для обеспечения диагностики и настройки оборудования крана через интерфейс 42. а пульт управления 40 снабжен дублирующим табло устройства контроля сил 53.
Предложенная полезная модель значительно повышает надежность и безопасность работы крана ввиду того, что уменьшается нагрузка на опорный рельс, так как она распределяется на четыре колеса каретки вместо двух, что существенно уменьшает износ рельса и самих колес, а наличие высоких скоростей перемещения крана, тележки и подъема груза на холостом ходу способствует производительной работе при его эксплуатации.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении
заявки на полезную модель
1. Авторское свидетельство СССР №619447 В66С 23/44, опубл. 15.08.1978 г.
2. Авторское свидетельство СССР №361974 В66С 23/00, опубл. 01.01.1973 г.
3. Авторское свидетельство СССР №906912 В66С 23/44, опубл. 23.02.1982 г.
4. Авторское свидетельство СССР №998315 В66С 23/44, опубл. 23.02.1983 г.
5. Авторское свидетельство СССР №753780 В66С 23/34, опубл. 07.08.1980 г.
6. Авторское свидетельство СССР №1068376 В66С 23/34, опубл. 23.01.1984 г.
7. Патент США №3695467 В66С 1/47, оп. 1972 г.
8. Патент США №3709390 В66С 1/68, оп. 1973 г.
9. Патент Великобритании №1344110 В66С 23/04, оп. 1974 г.
10. Патент РФ №2238236 В66С 23/36, опубл. 20.10.2004 г.
11. Патент РФ №2371373 В66С 23/00, опубл. 27.10.2009 г.
12. Патент РФ №2311335 В66С 23/00, опубл. 27.11.2007 г.
13. Заявка на изобретение №95103314 В66С 23/02, опубл. 10.12.1996 г.
14. Заявка на изобретение №2007120534 В66С 25/00, опубл. 10.12.2008 г.
15. Полезная модель №57264 В66С 17/00, опубл. 10.10.2006 г.
16. Патент РФ №2006448 В66С 17/00, опубл. 1997 г.