Устройство для определения нагрузки на люльку подъёмника

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к грузоподъемной технике и может быть использована на грузоподъемных машинах прерывистого действия, предназначенных для перемещения людей с инструментом и материалами и проведения работ в пределах зоны обслуживания.
Уровень техники
Известно устройство для определения нагрузки на люльку подъемника, содержащее горизонтируемую опорную площадку и четыре опоры для крепления люльки на опорной площадке, выполненные в виде силоизмерительных датчиков, снабженных тензометрическими преобразователями, регистрирующими деформацию сдвига (RU 58521 U1, В66С 13/16, G01G 3/14, 27.11.2006).
В данном устройстве силоизмерительные датчики являются элементами для крепления люльки на горизонтируемой опорной площадке, что усложняет конструкцию данного устройства и регулировку системы контроля нагрузки на люльку подъемника в процессе эксплуатации.
Известно также устройство для определения нагрузки на люльку подъемника, содержащее установленный на оголовке стрелы подъемника с возможностью плоскопараллельного перемещения силовоспринимающий элемент, связанный с основанием рабочей платформы люльки подъемника с помощью двух параллельных и разнесенных друг относительно друга силопередающих узлов, выполненных в виде силоизмерительных датчиков рамочного типа с торцевым креплением к силовоспринимающему элементу оголовка стрелы и основанию рабочей платформы с помощью резьбовых крепежных элементов (RU 2339566 C1, В66С 13/16, G01G 3/14, 27.11.2008). Несмотря на повышенную точность измерений, данная конструкция не обеспечивает безопасной эксплуатации подъемника при возможной поломке хотя бы одного из датчиков, если не предусмотреть дополнительных конструктивных предохраняющих устройств, усложняющих в целом подъемник. Также усложняет данное устройство обязательное наличие в конструкции двух силоизмерительных датчиков, каждый из которых содержит два тензометрических преобразователя, регистрирующих деформацию сдвига.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является модуль встройки датчика нагрузки ограничителя предельного груза, выполненный в виде встроенного в конструкцию подвески люльки подъемника измерительного модуля, включающего в себя две параллельно расположенные вертикальные прямоугольные рамы с торцевым креплением их к силовоспринимающему элементу, установленному на оголовке стрелы подъемника, и к горизонтируемой опорной площадке с закрепленной на ней люлькой, и датчик нагрузки, расположенный в полости измерительного модуля и соединенный с указанными рамами так, чтобы воспринимать вертикальную нагрузку с возможностью осуществления предварительного натяга. Для этого датчик нагрузки прикреплен к ригелям рам через шарнирные соединения и стяжку, с помощью которой регулировочными гайками осуществляется предварительный натяг датчика. При этом верхние и нижние ригели рам попарно соединены между собой с помощью упругих пластин, а сами рамы дополнительно связаны между собой с помощью резьбовых крепежных элементов с возможностью смещения рам относительно друг друга в вертикальном направлении, и оснащены крышками, изолирующими полость измерительного модуля от воздействия внешней среды (RU 2414413 C1, В66С 23/88, 20.03.2011).
Конструкция данного модуля не требует дополнительных устройств для обеспечения безопасной эксплуатации подъемника при возможной поломке датчика нагрузки, но наличие в ней шарнирных соединений и стяжки для крепления датчика нагрузки к ригелям рам, усложняет в целом конструкцию данного модуля и препятствует достижению необходимой точности измерения нагрузки на люльку подъемника без частого технического обслуживания, связанного с перенастройкой прибора безопасности, вследствие того, что при транспортировке подъемника по неровным дорогам и нагружении датчика в процессе эксплуатации подъемника происходят микроперемещения в шарнирных соединениях, приводящие к их износу. Кроме этого, при изменении температуры окружающей среды, или появлении коррозии в шарнирных соединениях в процессе эксплуатации подъемника, изменяется сила трения в шарнирных соединениях и соответственно меняется измеренное усилие при одинаковой нагрузке на люльку подъемника. В описании изобретения по патенту RU 2414413 С1 нет каких-либо сведений о том, как выполнен датчик нагрузки, а в показанном на фиг. 3-5 примере исполнения данного модуля, датчик нагрузки воспринимает не только вертикальную нагрузку, так как его продольная ось показана на чертеже под углом к вертикальной оси, что снижает точность измерения нагрузки на люльку подъемника.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является разработка эффективного и простого в эксплуатации устройства для определения нагрузки на люльку подъемника, обеспечивающего повышенную точность контроля загрузки люльки подъемника при уменьшенных затратах на обслуживание устройства в процессе его эксплуатации, и которое легко можно установить на существующих подъемниках.
Дополнительные решаемые задачи и преимущества предлагаемой полезной модели будут понятны из последующего описания.
Для решения поставленных задач предлагается устройство для определения нагрузки на люльку подъемника, выполненное в виде встроенного в конструкцию подвески люльки измерительного модуля, включающего в себя две параллельно расположенные вертикальные прямоугольные рамы с торцевым креплением их к силовоспринимающему элементу, установленному на оголовке стрелы подъемника, и к горизонтируемой опорной площадке с закрепленной на ней люлькой, и датчик нагрузки, расположенный в полости измерительного модуля, при этом верхние и нижние ригели рам попарно соединены между собой с помощью упругих пластин, а сами рамы дополнительно связаны между собой с помощью резьбовых крепежных элементов с возможностью смещения рам относительно друг друга в вертикальном направлении и оснащены крышками, изолирующими полость измерительного модуля от воздействия внешней среды, в котором, согласно полезной модели, рамы измерительного модуля снабжены опорными элементами в виде перемычек, соединяющих стойки рам, а датчик нагрузки содержит съемный силовоспринимающий элемент в виде упругого пустотелого стержня цилиндрической формы, концевые части которого установлены в соосных отверстиях опорных элементов рам, и расположенный в полости силовопринимающего элемента между его концевыми частями тонкий вертикальный гибкий силоизмерительный элемент кольцеобразной формы, неразъемно связанный с силовоспринимающим элементом с помощью двух оппозитно расположенных силопередающих элементов, с закрепленными на внутренней цилиндрической поверхности силоизмерительного элемента тензометрическими преобразователями, соединенными в электрический мост.
Решению поставленных задач служат также частные существенные признаки полезной модели.
Съемный силовоспринимающий элемент датчика нагрузки зафиксирован от смещения в осевом направлении с помощью двух вертикальных, оппозитно расположенных пластин, установленных в пазах, выполненных в силовоспринимающем элементе, и закрепленных с помощью винтов в выемках, выполненных на торцевой поверхности перемычки рамы, скрепляемой с опорной площадкой люльки.
Силоизмерительный и силопередающие элементы датчика нагрузки выполнены за одно целое с его силовоспринимающим элементом в виде тонкой вертикальной гибкой перегородки в пустотелом стержне, в которой выполнены осевое отверстие цилиндрической формы и два сквозных дугообразных отверстия, расположенных на периферии перегородки симметрично относительно плоскости приложения нагрузки с образованием указанного силоизмерительного элемента кольцеобразной формы и двух оппозитно расположенных силопередающих элементов в виде перемычек между дугообразными отверстиями в перегородке пустотелого стержня.
Датчик нагрузки снабжен блоком обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста, расположенным в полости его силовоспринимающего элемента.
Блок обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста выполнен в виде печатной платы, на которой смонтированы усилитель сигналов, микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством, снабженный встроенным или внешним аналого-цифровым преобразователем, к входу которого подключен выход электрического моста, и схема согласования с линией связи, преобразующая цифровые сигналы микроконтроллера в цифровой код последовательного интерфейса, и печатная плата закреплена на крышке рамы, связанной с горизонтируемой опорной площадкой.
В основу полезной модели положено выполнение датчика нагрузки со съемным силовоспринимающим элементом в виде упругого пустотелого стержня цилиндрической формы, концевые части которого установлены в соосных отверстиях опорных элементов, образованных перемычками, соединяющими стойки рам. При этом в полости силовопринимающего элемента между его концевыми частями расположен тонкий вертикальный гибкий силоизмерительный элемент кольцеобразной формы, неразъемно связанный с силовоспринимающим элементом с помощью двух оппозитно расположенных силопередающих элементов, с закрепленными на внутренней цилиндрической поверхности силоизмерительного элемента тензометрическими преобразователями, соединенными в электрический мост. Такое конструктивное исполнение заявляемого устройства является более простым по сравнению с устройством по патенту № RU 2414413 из-за отсутствия в конструкции измерительного модуля шарнирных соединений и стяжки, с помощью которой регулировочными гайками осуществляется предварительный натяг датчика, что упрощает в целом конструкцию заявляемого устройства, существенно упрощает регулировку системы контроля массы рабочей платформы в процессе эксплуатации, а также позволяет повысить точность измерений за счет отсутствия шарнирных соединений и отсутствия деформаций силоизмерительного элемента при изгибе вследствие возникновения нагрузок на датчик при вращении люльки относительно оси вращения подъемника, особенно при остановке или начале такого вращения. Отсутствие деформаций в этой ситуации связано с тем, что два оппозитно расположенных силопередающих элемента из-за небольшой толщины практически не передают изгибающую нагрузку на силоизмерительный элемент с закрепленными на его внутренней цилиндрической поверхности тензометрическими преобразователями, что приводит к равноточности измерений нагрузки. При этом сохраняются несущие возможности рабочей платформы и работоспособность подвески с контролем массы рабочей платформы при любых перемещениях подъемника и любых перемещениях оператора на рабочей платформе. Кроме того, тензометрические преобразователи, закрепленные на внутренней цилиндрической поверхности силоизмерительного элемента, образуют один измерительный мост, что обеспечивает постоянство выходного сигнала силоизмерительной системы независимо от положения груза на рабочей платформе и перемещений оператора. Таким образом, достигаемый технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении надежности устройства и точности измерения нагрузки на люльку подъемника.
Фиксация съемного силоизмерительного элемента датчика нагрузки от смещения в осевом направлении и проворота с помощью двух вертикальных, оппозитно расположенных пластин, установленных в пазах, выполненных в одном из силовоспринимающих элементов, и закрепленных с помощью винтов в углублениях, выполненных на торцевой поверхности перемычки рамы, скрепляемой с опорной площадкой люльки, обеспечивает фиксированное положение в пространстве тензометрических преобразователей, соединенных в электрический мост, относительно направления нагрузки и обеспечивает тем самым стабильность показаний датчика нагрузки при изменении температуры внешней среды. Это связано с тем, что в предлагаемом устройстве, в отличие от устройства по патенту RU 2414413 С1, при изменении температуры силопередающих элементов и упругих пластин вследствие свободного осевого перемещения силоизмерительного элемента относительно отверстия опорного элемента, не происходит деформаций силоизмерительного элемента, что приводит к равноточности измерений нагрузки.
Выполнение силоизмерительного и силопередающего элементов датчика нагрузки за одно целое с его силовоспринимающим элементом в виде тонкой вертикальной гибкой перегородки в пустотелом стержне, в которой выполнены осевое отверстие цилиндрической формы и два сквозных дугообразных отверстия, расположенных на периферии перегородки симметрично относительно плоскости приложения нагрузки с образованием указанного силоизмерительного элемента кольцеобразной формы и двух оппозитно расположенных силопередающих элементов в виде перемычек между дугообразными отверстиями в перегородке пустотелого стержня, позволяет изготовить силовоспринимающий элемент в виде одной детали с использованием современных технологий, что упрощает конструкцию силоизмерительного датчика и технологию его изготовления, а также обеспечивает стабильность показаний датчика нагрузки вне зависимости от точности изготовления составляющих силовоспринимающего элемента.
Снабжение датчика нагрузки блоком обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста, расположенным в полости его силовоспринимающего элемента, дает возможность изготовить моноблочный датчик нагрузки с минимальным расстоянием между тензометрическими преобразователями и блоком обработки сигналов, уменьшив, тем самым, влияние внешних помех на сигнал, снимаемый с тензометрических преобразователей, а экранирование стенкой силовоспринимающего элемента электронных компонентов блока обработки сигналов дополнительно повышает помехозащищенность датчика нагрузки от внешних электромагнитных помех.
Выполнение блока обработки сигналов на основе микроконтроллера позволяет упростить проектирование и изготовление данного блока. Кроме того, выполнение датчика нагрузки с цифровым выходом обеспечивает возможность замены его, в случае необходимости, без отправки самого датчика и блока управления, входящего в состав прибора «Ограничитель предельного груза», изготовителю данного прибора, так как блок управления, как правило, не содержит настроечных элементов. Закрепление печатной платы блока обработки сигналов на крышке рамы, связанной с горизонтируемой опорной площадкой, позволяет использовать в предлагаемом устройстве известные блоки обработки сигналов, что упрощает проектирование и изготовление указанного блока.
Приведенные далее описание 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 схематично показана подвеска люльки на оголовке стрелы подъемника; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 без защитной крышки измерительного модуля, элементов его крепления и страховочных винтов; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2 с указанием мест расположения тензопреобразователей и защитных крышек; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3 без защитной крышки измерительного модуля и элементов его крепления; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 2.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое устройство для определения нагрузки на люльку 1 подъемника выполнено в виде встроенного в конструкцию подвески люльки на оголовке 2 стрелы подъемника измерительного модуля 3.
Измерительный модуль 3 включает в себя две параллельно расположенные и связанные между собой вертикальные прямоугольные рамы 4 и 5 с торцевым креплением их соответственно к силовоспринимающему элементу 6, установленному на оголовке 2 стрелы подъемника, и к горизонтируемой опорной площадке 7 с закрепленной на ней люлькой 1 с помощью резьбовых крепежных элементов 8.
Рамы 4 и 5 включают в себя стойки 9 и ригели 10. Стойки 9 соединены между собой с помощью перемычек, образующих опорные элементы 11 и 12 рам 4 и 5 соответственно, а верхние и нижние ригели 10 попарно соединены между собой с помощью упругих пластин 13, прижимных планок 14 и винтов 15.
Измерительный модуль 3 снабжен датчиком 16 нагрузки, содержащим съемный упругий силовоспринимающий элемент 17 в виде пустотелого стержня цилиндрической формы, концевые части которого установлены в соосных отверстиях опорных элементов 11 и 12 рам 4 и 5. Силовоспринимающий элемент 17 установлен в опорных элементах 11 и 12 по скользящей посадке и зафиксирован от смещения в осевом направлении и проворачивания с помощью двух вертикальных, оппозитно расположенных пластин 18, установленных в пазах, выполненных в силовоспринимающем элементе 17, при этом пластины 18 закреплены с помощью винтов 19 в пазах 20, выполненных в опорном элементе 12 рамы 5.
В полости силовоспринимающего элемента 17 расположен между его концевыми частями тонкий вертикальный гибкий силоизмерительный элемент 21 кольцеобразной формы, неразъемно связанный с силовоспринимающим элементом 17 с помощью двух оппозитно расположенных силопередающих элементов 22.
Силоизмерительный 21 и силопередающие 22 элементы выполнены за одно целое с силовоспринимающим элементом 17 в виде тонкой вертикальной гибкой перегородки в пустотелом стержне, в которой выполнены осевое отверстие 23 цилиндрической формы и два сквозных дугообразных отверстия 24, расположенные на периферии перегородки симметрично относительно плоскости приложения нагрузки с образованием указанного силоизмерительного элемента 21 кольцеобразной формы и двух оппозитно расположенных силопередающих элементов 22 в виде перемычек между дугообразными отверстиями 24. На внутренней цилиндрической поверхности силоизмерительного элемента 21 закреплены тензометрические преобразователи 25, соединенные в электрический мост.
Измерительный модуль 3 оснащен четырьмя страховочными винтами 26, расположенными в его угловых частях, на случай разрушения упругих пластин 13 или ослабления их крепления. При этом часть стержня страховочного винта 26 ввернута в резьбовое отверстие рамы 4 и законтрена гайкой 27, а оставшаяся часть стержня страховочного винта 26, снабженная на конце цилиндрической головкой, расположена с гарантированным зазором в соответствующем ступенчатом отверстии 28, выполненном в раме 5.
Рамы 4 и 5 оснащены крышками 29, изолирующими измерительный модуль 3 от воздействия внешней среды. Кроме этого измерительный модуль 3 дополнительно изолирован от воздействия внешней среды с помощью резинового уплотнения 30, установленного по его периметру.
Рама 5 снабжена гермовыводом 31. Датчик 16 нагрузки подключается к регистрирующему устройству (блоку управления прибора «Ограничитель нагрузки грузоподъемной машины») с помощью проводной линии связи 32.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При отсутствии в люльке 1 груза датчик 16 нагрузки воспринимает только нагрузку от опорной площадки 7 вместе с закрепленной на ней люлькой 1. Электрический мост в этом случае может быть сбалансирован (обнулен аппаратными средствами), и выходной сигнал на выходе датчика нагрузки отсутствует.
При наличии в люльке 1 оператора или любого груза, независимо от того, где именно они находятся, увеличение действующего усилия приводит к изменению деформации упругого силовоспринимающего элемента 17. Одновременно изменяется деформация силоизмерительного элемента 21 и соответственно резисторы тензометрических преобразователей 25 изменяют свое сопротивление. При изменении сопротивления тензометрических преобразователей 25 изменяется выходной сигнал с электрического моста, величина которого соответствует суммарной массе груза и оператора.
Описанное устройство является лишь частным примером осуществления полезной модели. При ее реализации могут использоваться также различные конструктивные исполнения элементов, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунках, иллюстрирующих полезную модель. Например, в полости силовоспринимающего элемента 17 может быть размещен блок обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста, выполненный в виде печатной платы, на которой смонтированы усилитель сигналов, микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством, снабженный встроенным или внешним аналого-цифровым преобразователем, к входу которого подключен выход электрического моста, и схема согласования с линией связи, преобразующая цифровые сигналы микроконтроллера в цифровой код последовательного интерфейса. В этом случае блок обработки сигналов закреплен на крышке 29 рамы 5, связанной с горизонтируемой опорной площадкой 7. Реализация блока обработки сигналов и регистрирующего устройства может быть произведена по известным правилам и не представляет труда для специалистов в данной области. Они могут быть реализованы на базе серийно выпускаемых приборов Арзамасского электромеханического завода (ограничителей предельного груза ОПГ-1, ОПГ-16), или аналогичных приборов других изготовителей, предназначенных для определения нагрузки на люльку подъемника и подачи предупредительного сигнала при достижении номинальной нагрузки, и автоматического выключения механизмов подъемника при увеличении нагрузки более допустимой.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено промышленным способом на заводах, выпускающих оборудование для грузоподъемных машин. Силовоспринимающий элемент датчика нагрузки изготавливается из высококачественной стали, обладающей высокими механическими свойствами (36НХТЮ, 30ХГСА, 40X13 и др.) и обработанной с целью получения специальных свойств, необходимых для использования в качестве упругого элемента (температурная стабильность, повторяемость, малый гистерезис и т.д.). В качестве тензопреобразователей могут быть использованы тензорезисторы фирмы "ZEMIC" (КНР) или другие тензорезисторы подобного типа, например, тензорезисторы, выпускаемые ЗАО "Весоизмерительная компания "Тензо-М" (РФ).