Кран-манипулятор электрогидравлический подвесной

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к мостовым кранам, применяемым на объектах использования атомной энергии (ОИАЭ) для выполнения различных технологических грузоподъемных операций в помещениях с повышенным уровнем радиации со строго ограниченным доступом обслуживающего персонала.
Работа мостовых кранов в условиях повышенной радиации на ОИАЭ должна отвечать требованиям повышенной безопасности и высокой надежности их эксплуатации за счет использования в конструкции приборов, узлов и механизмов, не подверженных воздействию радиации, а также за счет дублирования важнейших систем и наличия дистанционного управления. И именно поэтому значительное большинство мостовых кранов не удовлетворяет этим высоким требованиям ни конструктивно, ни оснащением их средствами контроля и автоматизации.
Так известен мостовой кран, на котором размещена с возможностью продольного перемещения по направляющей балке грузовая с приводом тележка, несущая телескопическую раздвижную подъемно-поворотную колонну с установленной на ее свободном конце грузопассажирской колонной с ограждениями по ее периметру. Отличием этого мостового крана с тележкой, на которой установлена телескопическая колонна, является то, что с целью улучшения условий труда при ведении монтажно-покрасочных работ, его грузопассажирская платформа снабжена оборудованием, которое очищает воздух от вредных примесей непосредственно в зоне проведения таких работ. Каких-либо других средств, обеспечивающих, например, контроль за перегрузкой на крюке, за плавностью хода перемещения моста, повышающих безопасность работы крана, кроме улучшения условий труда работников, выполняющих малярные работы, в описании изобретения не рассматриваются (см. авторское свидетельство СССР №1414759, В66С 17/00, опубл. 07.08.1988 г., бюл. №29).
Основным недостатком этого крана, исходя из его применения для выполнения лакокрасочных работ, является то, что он не приспособлен для работы на объектах использования атомной энергии в помещениях с повышенным уровнем радиации, так как не имеет дистанционного управления и рабочих органов, в силу чего не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к кранам подобного назначения.
Известен также и мостовой кран, который состоит из металлоконструкций, включающий две крайние мостовые балки с рельсами, расположенными на верхних поясах мостовых балок и двух концевых балок с ходовыми колесами. Грузовая тележка с механизмом подъема груза перемещается по рельсам по всей длине мостового крана, который состоит из рамы, ведущих и ведомых колес, механизма передвижения грузовой тележки. На раме грузовой тележки установлена насосная станция с регулируемым насосом, гидроаппаратура. Для подъема и опускания груза служит телескопический гидроцилиндр двустороннего действия, установленный на раме грузовой тележки вертикально. К штоку гидроцилиндра двустороннего шарнирно крепится грузовой крюк. Корпус гидроцилиндра крепится к раме грузовой тележки, а гидролинии соединяют насосную станцию, гидроаппаратуру, гидроцилиндр между собой. Мостовой кран имеет кабину управления.
Рассматриваемый мостовой кран с телескопическим двусторонним гидроцилиндром с подвешенным к нему грузовым крюком используется для выполнения различных погрузочно-разгрузочных операций на складах, перевалочных пунктах, в цехах и других аналогичных местах, где разрешено присутствие обслуживающего персонала по санитарным условиям окружающей среды (см. патент на полезную модель РФ №137281, В66С 17/00, опубл. 10.02.2014 г.). Исходя из вышеперечисленных мест применения крана, его конструкция также не предусматривает использование применительно к объектам ядерной энергетики, в помещениях с повышенным уровнем радиации, исключающих наличие в них обслуживающего персонала, поскольку не отвечает высоким требованиям автоматического управления работой крана в подобных помещениях.
Мостовые же краны, предназначенные для применения в ОИАЭ, или вообще не имеют дистанционного управления и не требуют точности их наведения на технологический объект (см. патент на полезную модель РФ №57264, В66С 17/00, опубл. 10.10.2006 г.), или выполняют одну конкретную операцию, преимущественно для погрузки-разгрузки бочек с радиоактивными отходами в ячейки хранилища (см. патент на полезную модель РФ №94557, В66С 17/00, опубл. 27.05.2010 г.), то есть не обладают набором выполняемых технологических операций и погрузочных работ. Для возможного полного обеспечения надежной и безопасной работы крана в условиях жесткой радиации в помещении (каньон емкостей) требуется применение механизмов с многофункциональными рабочими органами, дублированных приводов перемещения самого крана, тележки и подъема груза, автоматизированного управления с пульта, на котором размещаются все средства индикации, отображения видеоинформации и другие органы управления. Именно такими свойствами и конструктивными элементами обладает кран-манипулятор электрогидравлический подвесной.
Предлагаемый в качестве полезной модели кран-манипулятор электрогидравлический подвесной совпадает с аналогами функционально по применению и не совпадает конструктивно по элементам, их расположению и выполняемым действиям, и поэтому ни один из них не может быть выбран в качестве прототипа. Задача по обеспечению наиболее возможной полной безопасности работы крана в условиях жесткой радиации решается путем согласованного применения средств автоматизации и контроля за параметрами и характеристиками функционирования его отдельных узлов и механизмов.
Технический результат - повышение надежности и безопасности работы крана в условиях жесткой повышенной радиации обеспечивается тем, что он содержит двухбалочный подвесной с приводом мост, на котором размещена с возможностью перемещения подвешенная на каретках к двутавровым балкам грузовая тележка с приводом, несущая телескопическую раздвижную с помощью цепи грузоподъемную с секциями штангу. На последней секции штанги смонтирована поворотная платформа, на которой установлены два гидравлических манипулятора, управляемые по интерфейсу, с технологическим местом для присоединения грузозахватных приспособлений с приводом и управлением от поворотной платформы. На платформе также установлены блоки подвижных и неподвижных видеокамер, собственно контролирующих работу гидроманипуляторов и позволяющих ориентировать поворотную платформу на нужный угол при выполнении технологических операций. Причем с боков телескопической штанги на тележке установлены две электрогидравлические насосные станции с поддонами для сбора протечек гидравлической жидкости. Телескопическая же штанга для компактной укладки цепи снабжена контейнером, на горловине которого и на фланце внешней секции установлены механический укладчик цепи с приводом и датчик перемещения цепи - измеритель высоты подъема поворотной платформы. Привод телескопической штанги размещен на тензометрических датчиках устройства контроля усилий на кране. При этом на грузовой тележке для уборки и выпуска гидравлических рукавов, передающих давление от электрогидравлических станций к гидравлическим манипуляторам на поворотной платформе смонтированы два двухсекционных кабельных барабана, оснащенных гидравлическими вращающимися коллекторами и укладчиками гидравлических рукавов, и имеющих привод от шаговых электродвигателей. На грузовой тележке также установлен секционный кабельный барабан с кольцевым коллектором и приводом, оснащенный направляющими шкивами для укладки электрических кабелей на секции. Контроль натяжения электрических кабелей осуществляется с помощью тензометрических датчиков. Для целенаправленной работы крана-манипулятора, применяемого в каньоне емкостей ОИАЭ, имеющим повышенный уровень радиации, его пульт управления вынесен в отдельное операторское помещение, и на котором размещены все средства индикации, отображения видеоинформации с использованием консоли управления гидравлическим манипулятором, а также отдельных органов управления.
К числу отличий крана-манипулятора следует отнести и то, что мотор-редуктор подъема цепи оснащен дублированными электродвигателями переменного тока с короткозамкнутым ротором и встроенными тормозами, что обусловливает движение цепи в заданном направлении с выбранной скоростью.
Повышение уровня надежности крана-манипулятора обусловливается и тем, что электродвигатели приводов все асинхронные с короткозамкнутым ротором, обеспечивающие при частотном управлении требуемые значения основной и доводочной скорости, а также соответствующие уровни ускорений при трогании, переходе со скорости на скорость и торможении.
Кран-манипулятор предназначен для применения его в каньоне емкостей ОИАЭ, где исключено из-за высокого уровня радиации присутствие обслуживающего персонала, и в связи с этим должен выполнять следующие технологические работы и операции:
- обслуживание оборудования КИП;
- перекоммутацию трубных соединений;
- перемещение, замену и установку емкостного оборудования;
- замену светильников в помещении каньона емкостей;
- обслуживание камер видеонаблюдения каньона емкостей;
- обслуживание оборудования в пределах зоны досягаемости гидравлических манипуляторов.
И поэтому для выполнения вышеприведенного перечня работ и операций нужен кран с манипуляторами с большим числом степеней свободы и большой рабочей зоной, со значительной грузоподъемностью до 2,5 т и в то же время с выверенным движением кисти руки гидроманипулятора с обратной связью по положению.
Предлагаемый кран-манипулятор электрогидравлический подвесной способен выполнить требуемый объем и перечисленный выше перечень работ в каньоне емкостей в силу применения гидравлических манипуляторов с высокой производительностью и удельной мощностью.
Заявляемый кран-манипулятор электрогидравлический по своей конструкции, включающий подвесной двухбалочный мост с приводом, грузовую тележку тоже с приводом, подвешенную на каретках, установленную на тележке телескопическую грузоподъемную штангу с поворотной платформой, на которой смонтированы электрогидравлические манипуляторы и видеокамеры, кабельные барабаны с приводами подъема и другие средства измерения параметров его работы представляют собой по совокупности перечисленных технических средств функциональное единое устройство, где каждый отдельно взятый конструктивный элемент обеспечивает достижение единого более высокого уровня надежности и безопасности работы крана в условиях повышенного уровня радиации, исключая наличие в помещении обслуживающего персонала.
Полезная модель является новой, поскольку совокупность существенных признаков ее формулы не обнаружена в информационных и патентных источниках, доступных заявителю (см. Источники информации, принятые во внимание при оформлении данной заявки на полезную модель).
По предлагаемой полезной модели разработана конструкторская документация, что подтверждается наличием большого количества чертежей.
Заявляемая полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид крана в исходном положении, на фиг. 2 - то же, но с выпущенной телескопической грузоподъемной штангой, вид моста и тележки крана сверху изображен на фиг. 3, на фиг. 4 отражен вид тележки в сборе, на фиг. 5 изображен гидравлический манипулятор, телескопическая штанга (подъемник) в сборе и с видом сверху показан на фиг. 6 и 7, конструкция каретки, моста и тележки изображена на фиг. 8, 9 и 10, на фиг. 11 показан в общем с разрезом виде привод поворотной платформы, на фиг. 12 - поворотная платформа, общая схема управления гидравлическим манипулятором изображена на фиг. 13, на фиг. 14 показан общий вид пульта управления работой крана и на фиг. 15 представлена структурная блок-схема управления работой крана-манипулятора в целом.
Кран-манипулятор (кран) содержит с двумя дублированными приводами 1 мост 2, на котором размещена с возможностью перемещения по рельсам 3 грузовая с двумя дублированными приводами 4 тележка 5, несущая телескопическую грузоподъемную штангу 6 (подъемник), на последней секции 7 которой смонтирована поворотная платформа 8 с установленными на ней гидравлическими семифункциональными манипуляторами 9 и посадочным местом 10 для присоединения грузозахватных приспособлений 11 с приводом 12 и управлением от поворотной платформы 8, блоками подвижных и неподвижных радиационно устойчивых видеокамер 13 и 14, соответственно контролирующих работу, выполняемую гидроманипуляторами 9, и наведения крана на необходимый технологический объект.
Телескопическая штанга 6 сдвигается и раздвигается с помощью цепи 15, при этом телескопическая штанга 6 имеет контейнер 16, на горловине 17 которого установлен цепеукладчик 18 с приводом от дублированных мотор-редукторов 19, размещенных на тензометрических датчиках 20 силы, обеспечивающих выдачу сигнала на устройство 21 контроля сил, возникающих в цепи при выполнении грузоподъемных и технологических операций. Для учета и компенсации веса выбранной цепи и кабеля мотор-редкутор 19 оснащен измерителем 22 угла поворота, выдающим код вертикальной координаты местонахождения поворотной платформы 8 (фиг. 15). Мост 2 крана предназначен для перемещения в помещении (каньон емкостей) с длиной хода 42,3 м и представляет собой сварную, сборную рамную конструкцию 23, состоящую из балок 24, 25 и 26. Мост 2 передвигается по крановому пути в виде двух балок двутаврового профиля, закрепленных к потолку помещения каньона емкостей. Передвижение моста 2 осуществляется при помощи четырех приводных кареток 27 и четырех холостых 28, а также восьми отбойных роликов 29. Для обеспечения плавности хода и отсутствия проскальзывания при трогании каждая приводная каретка 27 имеет четыре ведущих колеса 30. На нижней части главных балок 24, 25 и 26 моста размещаются две балки 31 двутаврового профиля, образующие подкрановый путь 32 тележки 5. На мосту крана в крайних положениях устанавливаются упоры 33 для буферов тележки 5 и «флажки» концевых выключателей 34 крайних положений. Тележка 5 представляет собой раму 35, подвешенную на каретках 36 и 37 (одноименных мостовым) к двутавровым балкам 31. При этом четыре каретки 36 приводные, и четыре 37 - холостые. Кроме этого для центровки тележки 5 на подвесном пути установлено восемь отбойных роликов 29. Рама 35 тележки 5 по ходу движения оснащается роликовыми буферами 38 и сдвоенными выключателями 39 крайнего положения. На раме 35 тележки 5 размещается силовая площадка 40, в центре которой при помощи фланца 41 установлена телескопическая грузоподъемная штанга 6, с боков которой смонтированы две электрогидравлические насосные станции 42 типа НЭЭ-Ч-21. 3И63Ф1 с расходом 19 л/мин каждая при рабочем давлении 25 МПа. Под каждой насосной станцией 42 установлен специальный поддон 43 для сбора протечек гидравлической жидкости.
На силовом фланце 41 закреплена внешняя секция 44 телескопической штанги 6. Секции телескопической штанги 6 имеют специальные проточки, в которые входят подшипники, установленные на фланцах внешних секций (на фиг. не показаны). Центральная секция 45 телескопической штанги 6 в верхней части имеет элементы крепления 46 цепи 15 и элементы фиксации кабелей 47 и гидравлических рукавов 48.
Для уборки и выпуска электрических кабелей 47 при движении штанги 6 применен секционный кабельный барабан 49 с коллектором кольцевым 50, оснащенный направляющими шкивами для укладки упомянутых кабелей на секции и тензометрическим датчиками 66 контролем их натяжения. Привод барабана и укладчика осуществляется шаговыми двигателями 67. Для уборки и выпуска гидравлических рукавов (РВД), передающих давление от станций 42 электрогидравлических к гидравлическим манипуляторам 9 на поворотной платформе 8, используются два двухсекционных барабана 51, снабженных гидравлическими вращающимися коллекторами 52 и имеющими привод от шаговых двигателей 53. Барабаны 51 также оснащены укладчиками 54 гидравлических рукавов 48. В нижней части центральной секции размещается электропривод 55 поворота платформы 8 с концевыми выключателями 56. Выходной вал 57 электропривода 55 выполнен полым для прохода кабелей 47 и РВД и заканчивается фланцем 58 для стыковки с платформой 8 поворотной. В качестве установленных на поворотной платформе 8 гидроманипуляторов 9 может быть выбран гидроманипулятор типа «PREDATOR», который состоит из поворотного плеча 59, закрепляемого на поворотной платформе 8, предплечья 60, локтевого сустава 61 и кисти 62. В целом рука 63 гидроманипулятора 9 выполнена на основе гидравлических исполнительных органов. Поворот руки 63 в плече 59 и в кисти 62 осуществляется при помощи гидромоторов (на фиг. не показаны), а движение плеча 59 и предплечья 60 выполняется при помощи гидроцилиндров 64 и 65. Гидравлическое питание каждого гидроманипулятора 9 осуществляется при помощи двух рукавов 48 высокого давления (РВД), один - для подачи давления в сеть, второй - для слива в гидробак насосной станции 42.
По функциональным возможностям гидроманипулятор предназначен для выполнения работ по обслуживанию оборудования, находящегося в зоне повышенного уровня радиации, и поэтому имеет смысл только при точном наведении его краном с помощью видеокамер 14 на требуемый объект с пульта 68 управления, то есть без гидроманипулятора кран не может решить имеющейся у него задачи, а функции самого гидроманипулятора 9 могут быть реализованы только при установке ее на поворотной платформе 8 телескопической штанги 6 крана, и, в силу этого положения, манипулятор 9 следует рассматривать как составную функциональную часть крана, а не как отдельное устройство как таковое, нарушающее единство полезной модели. Кран-манипулятор исходно оснащен грузозахватными приспособлениями 11, в частности поворотным крюком 69, монтируемым узлом 70 на посадочное место 10 поворотной платформы 8. Тензометрические датчики 20 ограничителя грузоподъемности установлены под приводом телескопической штанги 6 и сигнал о нагрузке на кран передается нормирующим преобразователем 71 на ограничитель грузоподъемности 21. В случае превышения заданной нагрузки на кран более 2,5 т на пульте 68 управления звучит сигнал и загорается индикатор, после чего сигнал о превышении нагрузки блокирует возможность дальнейшего подъема груза.
Тензометрический датчик 72 устройства 73 контроля сил (УКС) установлен в приводе 19 телескопической штанги 6, и сигнал с него передается в нормирующий преобразователь 74, который предназначен для выбора усилия на кран необходимой в пределах нормы нагрузки. Преобразователь 74 преобразует сигнал с тензометрического датчика 72 в цифровой сигнал, который далее передается в устройство 73 контроля сил, расположенное в пульте 68 управления, позволяющее отслеживать резкое и плавное изменение нагрузки на телескопической штанге 6. Частотные преобразователи 75 приводов 1 моста 2 и тележки 5 с приводами 4 предназначены для управления их электродвигателями и обмена информационными и управляющими сигналами с контроллером 76, который является основой программно-управленческих действий пульта 68. Пульт 68 управления работой крана-манипулятора состоит из трех стандартных блоков и включает в свой состав следующие механические элементы: индикаторы, кнопки, джойстики, звуковой сигнализатор и другие органы управления.
В центральной секции 77 размещены телевизионный экран 78, на четырех полях которого отображается информация от двух неподвижных и двух подвижных радиационно устойчивых видеокамер 13 и 14. Панель 79 управления видеокамерами 13 и 14 обеспечивает обзорность работы гидроманипуляторов 9. Рядом с панелью 79 расположена панель 80 датчика-индикатора 72 устройства контроля сил 73. Слева от них находится джойстик 81 управления механизмом передвижения моста 2 и тележки 5, справа - джойстик 82 для управления механизмом подъема телескопической штанги 6 мотор-редуктором 19. В нижней части секции 77 установлены консоли 83 управления гидравлическими манипуляторами 9, на которых имеются индикаторы 84 пространственного положения руки 63 относительно объекта наведения и собственно джойстик 85 его управления. Далее справа есть панели 86 управления работой насосных станций 42, а слева - кнопки включения и выключения подачи напряжения в цепь, управления движением моста 2, тележки 5, телескопической штанги 6, поворотной платформы 8, а также индикаторы достижения предельных положений моста и тележки. Консоль 83 с обратной связью по усилию с пультом управления и индикаторами 84 связана через блок питания 87, модуль 88 ручки 89 управления с рукой 63 гидроманипулятора 9.
Таким образом, полное оснащение средствами управления крана позволяет вынести пульт 68 в отдельное операторское помещение, изолированное от опасности радиационного излучения, что позволяет впервые в атомной отрасли полностью заменить человека при выполнении специфических ручных работ, то есть выполнять функции крана-робота.
Кран-манипулятор электрогидравлический подвесной работает следующим образом. В исходном положении кран находится в стояночном месте с убранной телескопической штангой 6, с собранной в контейнере 16 цепью 15 и смотанными на барабанах 49, 51 кабелем 47 и гидравлическими рукавами 48. После подачи питающего напряжения по гибкому траку проверяют по сигналам на пульте 68 управления и видеокамерам 14 и 15 положение и состояние моста 2, тележки 5 крана, телескопической штанги 6 и гидроманипуляторов 9. Если отсутствуют сигналы неисправности, то джойстиком 81 управления, либо кнопками перемещения с пульта 68 с помощью приводов 1, приводных кареток 27 и четырех холостых 28, перемещают кран с использованием частотного управления по подкрановому пути к требуемому месту выполнения технологических или грузоподъемных операций, ориентируясь по изображению видеокамер 13 и 14 и информации на телевизионном экране 78. Затем джойстиком 81 или кнопками доводочно перемещают по двутавровым балкам 24 с помощью кареток 36 и 37 грузовую тележку 5 с телескопической штангой 6 в строго заданное технологическое положение. Джойстиком 82 включают мотор-редуктор 19 и цепь 15 из контейнера 16 цепеукладчиком 18 раздвигает телескопическую штангу 6 до требуемого рабочего положения. Одновременно шаговым двигателем 67 кабельного барабана 49 и шаговым двигателем 53 двухсекционного барабана 51 разматываются электрический кабель 47 и гидравлические рукава 48. После наведения телескопической штанги 6 на место выполнения технологической операции джойстиком 85 включают с использованием блока 87 питания, модуля 88 и ручки управления 89 один из двух гидроманипуляторов 9, приводя в действие, руководствуясь индикатором 84, гидравлическую руку 63 и кисть 62 для выполнения заданных манипуляций. В некоторых случаях необходимаодновременная совместная работа двух гидроманипуляторов 9. При необходимости, для выполнения грузоподъемных работ на посадочное место 10 устанавливают грузозахватное приспособление 11, в частности поворотный крюк 69 грузоподъемностью до 3,0 т, на который навешиваются необходимые чалки в зависимости от габаритов и веса перемещаемого груза. Используя джойстики управления 81, 82, 85, проводят полный перечень требуемых технологических и грузоподъемных работ, ориентируясь по изображению видеокамер 13 и 14 и информации на индикаторах 84 консолей 83 гидроманипуляторов 9. В случае перегрузки при выполнении грузоподъемных работ на цепи 15 тензорезисторный датчик 20 силы выдает сигнал на нормирующий преобразователь, соединенный с устройством 21 контроля сил, откуда поступает сигнал на контроллер 76 пульта 68 управления, блокируя подъем груза. Датчик 66 натяжения кабеля 47 работает аналогичным образом, т.е. при перегрузке происходит блокирование работы соответствующих приводов. Алгоритм работы крана-манипулятора обуславливается его программным обеспечением и блок-схемой управления работой. Для получения команд от оператора все джойстики и кнопки управления краном, тележкой, гидравлическим манипулятором подключены к контроллеру 76 в пульте 68 управления. Контроллер 76 в пульте управления принимает команды от оператора и всех элементов пульта и обеспечивает индикацию на пульте управления. По окончании работ гидравлические манипуляторы 9 устанавливаются в верхнее положение к телескопической штанге 6, последняя поджимается мотор-редуктором 19 и цепеукладчиком 18 в исходное начальное расположение с одновременным сматыванием электрического кабеля 47 и гидравлических рукавов 48 в обратном направлении барабанами 49 и 51, а затем в собранном виде отправляется на стояночное место.
Источники информации
1. Патент РФ на полезную модель (ПМ) №111532, В66С17/00, опубл. 20.02.2011 г.
2. Патент РФ на ПМ №62100, В66С 17/06, опубл. 27.03.2007 г.
3. Патент РФ на ПМ №104166, В66С 17/00, опубл. 10.05.2011 г.
4. Патент РФ на ПМ №83241, В66С 17/06, опубл. 27.05.2009 г.
5. Патент РФ на ПМ №66320, В66С 17/00, опубл. 10.09.2007 г.
6. Авторское свидетельство СССР №1537131 В66С 17/00, опубл. 15.01.1990 г.
7. Патент РФ на изобретение №2025452 В66С 15/00, опубл. 28.06.1991 г.
8. Патент США №7413394 В60Р 1/54, опубл. 19.08.2008 г.
9. Интернет, сайт "slf.eu>…plant_engineering…crane…bringe…telescopic…♦.
10. Патент США №6550624, B66C 23/70, опубл. 22.04.2003 г.
11. Патент США№3605358, B66F/ 11/0482, опубл. 20.09.1971 г.