Ограничитель нагрузки грузоподъёмной машины

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к подъемно-транспортной технике и может быть использована на грузоподъемных кранах и подъемниках для защиты их от перегрузок и опрокидывания при подъеме груза.
Уровень техники
В подъемно-транспортной технике широко используются устройства и приборы безопасности, обеспечивающие защиту подъемников и грузоподъемных кранов от перегрузок и опрокидывания при подъеме груза, от контакта с окружающими объектами, а также для информирования машиниста о состоянии грузоподъемной машины и положении ее рабочего оборудования, в том числе для световой и звуковой сигнализации о перегрузке или иной критической ситуации, при этом, как правило, 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 устройствам и приборам безопасности грузоподъемных машин.
Известен ограничитель предельного груза ОПГ-1 Арзамасского электромеханического завода, предназначенный для установки на подъемники (вышки) различных типов для защиты их от перегрузок при подъеме груза, а также для световой и звуковой сигнализации о перегрузке подъемника. Ограничитель содержит блок управления, к которому подключены через сумматор четыре датчика первичной информации (датчики усилия на сжатие, устанавливаемые между фальшполом и основным полом люльки). К одному из выходов блока управления подключены световой индикатор предупредительной сигнализации и звуковой сигнализатор, а другому - световой индикатор аварийной сигнализации и привод подъема люлек. Блок управления включает в себя корпус, снабженный крышкой с уплотнением для защиты полости корпуса от внешних воздействий, и расположенную в корпусе электронную плату, на которой установлены элементы блока управления. На крышке корпуса расположены индикаторы, а на боковой стенке корпуса установлены: разъем для подключения сумматора; разъем для подачи электропитания от бортовой сети подъемника и подключения к блоку управления привода подъема люлек; и закрытое винтом крепления пломбировочной чашки окно для доступа к кнопке установки порога срабатывания ограничителя (Ограничитель предельного груза ОПГ-1-20. Руководство по эксплуатации ЛГФИ.408844.011-09 РЭ, Http:www.nppego.com).
Данная конструкция ограничителя, несмотря на простоту, имеет ряд недостатков, а именно:
- отсутствует регистратор параметров, привязанный к часам реального времени, необходимый для расчета остаточного ресурса подъемника и расследования причин возможной аварии;
- возможность попадания влаги внутрь корпуса через окно доступа к кнопке и, как следствие, выхода из строя блока управления в жестких условиях эксплуатации подъемника;
- невозможность введения температурных коэффициентов в случае замены вышедшего датчика усилия.
Известен также ограничитель нагрузки грузоподъемного крана, содержащий расположенный в корпусе блок управления на основе микроконтроллера, к которому подключены устройство для визуального отображения информации, модуль звуковой сигнализации и регистратор параметров крана, снабженный приемопередатчиком инфракрасного излучения для беспроводной связи со считывателем телеметрической информации, датчики параметров крана, включающие в себя, по крайней мере, один датчик усилия, подключенный к блоку управления с помощью комбинированной кабельной линии связи, включающей в себя линию обмена данными и линию электропитания, и подключенное к микроконтроллеру выходное устройство, включающее в себя исполнительные реле и блок питания. Блок управления включает в себя корпус, снабженный крышкой с уплотнением, и расположенную в корпусе электронную плату, на которой установлены элементы блока управления. На боковой стенке корпуса установлены разъемы для подключения датчиков и выходного устройства. Переход в режим настройки ограничителя осуществляется нажатием и удержанием кнопки «Настройка», которая находится на лицевой панели кнопочной клавиатуры и в режиме работы ограничителя закрыта крышкой, крепящейся винтами к плате клавиатуры (RU 133820 U1, В66С 13/16, 27.10.013).
Данная конструкция ограничителя, несмотря на наличие регистратора параметров крана, также имеет ряд недостатков, а именно:
- невозможность передачи большого объема данных при считывании информации из регистратора параметров крана из-за низкой скорости обмена, присущей инфракрасному приемопередатчику;
- необходимость разработки и производства считывателя телеметрической информации для переноса данных на персональный компьютер;
- невозможность считывания информации из регистратора параметров при загрязнении прозрачного для инфракрасных лучей окна в жестких условиях эксплуатации крана.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности элементов является ограничитель нагрузки стрелового крана ОНК-160С производства Арзамасского электромеханического завода (Ограничитель нагрузки стрелового крана ОНК-160С. Руководство по эксплуатации НПКУ.408844.026-04 РЭ, http://onk.nppego.com/onkbase/160c/re05.pdf). Ограничитель содержит блок отображения информации (блок управления) на основе микроконтроллера со встроенным регистратором параметров крана, контроллер поворотной части крана, к которому подключены датчики измеряемых или контролируемых параметров крана, USB-порт для подключения к блоку управления персонального компьютера по интерфейсу USB и переключатель для перевода ограничителя в режим «Настройка», выполненный в виде кнопки, установленной на лицевой панели кнопочной клавиатуры ограничителя. Блок управления включает в себя корпус, снабженный крышкой с уплотнением, и расположенную в корпусе электронную плату, на которой установлены элементы блока управления. Из корпуса выходит шнур, соединяющий его с контроллером поворотной части. Слева от жгута в нижней части корпуса расположена заглушка отверстия, через которое осуществляется доступ к USB-соединителю, через который осуществляется программирование микроконтроллера блока управления и считывание полного объема информации из встроенного регистратора параметров крана. Программирование прибора ограничителя для использования в составе конкретной модели крана производится заводом-изготовителем ограничителя, поставщиком прибора ограничителя или заводом изготовителем крана, либо специализированным предприятием, осуществляющим пусконаладочные работы ограничителя. Работа ограничителя осуществляется под управлением программы, заложенной в память микроконтроллера. Программное обеспечение включает в себя подпрограмму тестирования, подпрограмму настройки и рабочую программу.
Данная конструкция, несмотря на наличие высокоскоростного порта USB, имеет следующие недостатки:
- переход ограничителя в режим «Настройка» осуществляется нажатием и удержанием кнопки «Настройка», которая находится на лицевой панели кнопочной клавиатуры и в режиме «Работа» закрыта крышкой, крепящейся винтами к плате клавиатуры. Для перехода в режим настройки ограничителя необходимо выкрутить хотя бы один винт. При этом в отверстие без закрученного винта возможно попадание влаги, а при отворачивании и вворачивании винтов, крепящих данную крышку, возможно ослабление затяжки винтов, что также может привести к разгерметизации корпуса ограничителя;
- под плоскую крышку, закрывающую кнопку «Настройка» можно при желании просунуть посторонние предметы и осуществить несанкционированный доступ в режим «Настройка», что чревато аварийной ситуацией, а нахождение USB-соединителя внутри корпуса ограничителя под заглушкой отверстия делает невозможным заливку корпуса специальным гелем для защиты элементов электронной платы с установленными на ней элементами блока управления от воздействия внешних неблагоприятных факторов, что особенно важно при эксплуатации данного ограничителя вне помещений, в широком диапазоне температур и влажности, а также при воздействии на ограничитель вибрации и ударов в процессе эксплуатации крана.
Раскрытие полезной модели Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является разработка ограничителя нагрузки грузоподъемной машины, конструкция которого обеспечивает возможность настройки ограничителя и считывания полного объема информации из встроенного регистратора параметров грузоподъемной машины без нарушения герметичности корпуса блока управления. Другой задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание ограничителя нагрузки грузоподъемной машины, имеющего повышенную стойкость к воздействию вибрации и ударов и повышенную защиту элементов блока управления от воздействия внешней среды.
Решение поставленных задач и достижение технического результата обеспечивается тем, что в ограничителе нагрузки грузоподъемной машины, содержащем блок управления на основе микроконтроллера со встроенным регистратором параметров грузоподъемной машины, датчики измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемной машины, порт для проводного подключения блока управления к персональному компьютеру по интерфейсу USB и переключатель для перевода ограничителя в режим «Настройка», при этом блок управления включает в себя корпус, снабженный крышкой с уплотнением, и расположенную в корпусе электронную плату, на которой установлены элементы блока управления, согласно полезной модели, порт для проводного подключения блока управления к персональному компьютеру по интерфейсу USB выполнен с USB-соединителем, расположенным вне корпуса блока управления, при этом на корпусе блока управления установлена блочная часть разъема для подключения указанных датчиков, выполненная с дополнительными контактами для подключения к ним контактов USB-соединителя, переключатель для перевода ограничителя в режим «Настройка» выполнен в виде геркона, работающего на замыкание под действием постоянного магнита и установленного на электронной плате блока управления вблизи стенки корпуса, напротив геркона на внешней поверхности стенки корпуса закреплен съемный держатель постоянного магнита, а сам корпус и съемный держатель постоянного магнита выполнены из немагнитного материала.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Держатель постоянного магнита выполнен цилиндрическим с гнездом на его торцевой поверхности, обращенной к поверхности стенки корпуса блока управления, в котором закреплен постоянный магнит, и снабжен фланцем с двумя диаметрально расположенными гладкими отверстиями под винтовые крепежные элементы, а корпус блока управления снабжен закрепленным на его стенке промежуточным плоским элементом, выполненным с центральным отверстием под съемный держатель постоянного магнита и двумя резьбовыми отверстиями для съемного крепления держателя постоянного магнита на промежуточном элементе.
Ограничитель снабжен переходником для подключения к блоку управления персонального компьютера через блочную часть разъема для подключения указанных датчиков.
Полость его корпуса заполнена гидрофобным диэлектриком.
В качестве гидрофобного диэлектрика использован герметизирующий морозостойкий диэлектрический гель.
Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в повышении надежности ограничителя.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1, 2 и 3 приведены функциональные схемы предлагаемого ограничителя нагрузки грузоподъемной машины в режиме «Работа», в режиме «Настройка» и в режиме «Считывание информации из встроенного регистратора параметров крана», соответственно; на фиг. 4 - конструкция блока управления в режиме «Работа» (без крышки корпуса); на фиг. 5 - вид А на фиг. 4; на фиг. 6 - конструкция блока управления в режиме «Настройка» (без крышки корпуса); на фиг. 7 - переходник в плане для подключения датчиков и персонального компьютера к блоку управления; на фиг. 8 - вид Б на фиг. 7; на фиг. 9 - подключение датчиков и персонального компьютера к блоку управления с помощью жгута.
Осуществление полезной модели Ограничитель нагрузки грузоподъемной машины, в частности крана-манипулятора, содержит: блок 1 управления на основе микроконтроллера 2 (МК 2), к которому подключен посредством цифровой линии связи 3 (шины последовательного CAN-интерфейса) комплекс 4 датчиков измеряемых или контролируемых параметров крана-манипулятора; встроенный регистратор 5 параметров крана-манипулятора (РП 5), снабженный таймером 6 (часы реального времени) с автономным источником 7 питания для привязки регистрируемых параметров к реальному времени, USB-порт 8 для подключения блока 1 управления к персональному компьютеру 9 по интерфейсу USB с помощью USB-кабеля 10, и переключатель для перевода ограничителя в режим «Настройка», выполненный в виде геркона 11, работающего на замыкание под действием постоянного магнита 12.
Блок 1 управления может быть оснащен клавиатурой, модулем визуальной индикации, включающий в себя в себя дисплей и световые индикаторы предупредительной (желтый) и аварийной (красный) сигнализации и модулем звуковой сигнализации (на чертеже не показаны). Блок 1 управления может иметь и другое наименование, например информационно-управляющий блок, цифровой вычислитель, вычислительно-управляющее устройство, блок отображения информации и т.д.
Персональный компьютер 9 используется при программировании микроконтроллера 2, а также при контроле и диагностировании неисправностей в работе ограничителя и считывании полного объема информации из встроенного регистратора 5 параметров крана-манипулятора.
Комплекс 4 датчиков включает в себя аналоговый датчик температуры окружающего воздуха, цифровые датчики усилия и угла наклона стрелы, дискретные датчики конфигурации кранового оборудования. Цифровые датчики подключаются к цифровой линии связи непосредственно, а аналоговые датчики - через контроллеры (на чертеже не показаны). Конкретный состав датчиков зависит от конкретной модели крана-манипулятора.
Конструктивно блок 1 управления выполнен в виде единого электронного блока, включающего в себя корпус 13 из немагнитного материала, снабженный выступающими за его пределы элементами в виде приливов 14 для крепления блока 1 управления на конструкции крана-манипулятора, и съемной крышкой 15 с герметизирующей прокладкой (на чертеже не показана).
В полости корпуса 13 размещена электронная плата 16, на которой смонтированы элементы ограничителя и геркон 11 вблизи стенки 17 корпуса 13. Напротив геркона 11 на внешней поверхности стенки 17 закреплен съемный держатель 18 постоянного магнита 19, а сам корпус 13 и съемный держатель 18 выполнены из немагнитного материала.
На стенке 17 установлены также: блочная часть 20 разъема для подключения блока питания и исполнительных устройств крана-манипулятора, блочная часть 21 разъема для подключения комплекса 4 датчиков параметров крана-манипулятора, и съемный элемент в виде держателя 18 постоянного магнита 19.
Держатель 18 выполнен цилиндрическим с гнездом на его торцевой поверхности, обращенной к поверхности стенки 17 корпуса 13, в котором закреплен постоянный магнит 19, и снабжен фланцем 22 с двумя диаметрально расположенными гладкими отверстиями под крепежные элементы в виде винтов 23. При этом корпус 13 снабжен закрепленным на его стенке 17 с помощью винтов 24 промежуточным плоским элементом 25, выполненным кольцеобразным, с центральным отверстием под съемный держатель 18 постоянного магнита 19, двумя диаметрально расположенными резьбовыми отверстиями для съемного крепления фланца 22 держателя 18 постоянного магнита 19 на промежуточном элементе 25 с помощью винтов 23 и двумя диаметрально расположенными гладкими отверстиями для постоянного крепления промежуточного элемента 25 на внешней поверхности стенки 17 корпуса 13 с помощью винтов 24. Винты 23 опломбированы.
Ограничитель снабжен переходником 26 для подключения к блоку 1 управления персонального компьютера 9 через блочную часть 21 разъема для подключения комплекса 4 датчиков, а USB-порт 8 блока 1 управления включает в себя установленный на переходнике 26 USB-соединитель 27. При этом блочная часть 21 разъема для подключения комплекса 4 датчиков выполнена с дополнительными контактами для подключения к ним контактов USB-соединителя 27. Кроме этого, переходник 26 имеет собственную блочную часть 28 разъема для подключения комплекса 4 датчиков к блоку 1 управления через переходник 26.
Предпочтительно, полость корпуса 13 блока 1 управления заполнена герметизирующим диэлектрическим компаундом ПКФ-68 (на чертеже не показан). Герметизирующий диэлектрический компаунд полностью отвечает российским климатическим условиям и в случае необходимости может быть удален из корпуса ограничителя.
Ограничитель нагрузки крана-манипулятора работает в следующих режимах:
1. Настройка ограничителя;
2. Работа ограничителя;
3. Считывание информации из встроенного регистратора 5 параметров крана.
Для перевода ограничителя в режим «Настройка» подключают к блочной части 21 разъема через переходник 26 с помощью USB-кабеля 10 персональный компьютер 9, отворачивают винты 23 крепления держателя 18 постоянного магнита 19 на промежуточном элементе 25 и снимают держатель 18 постоянного магнита 19 с закрепленного на корпусе 13 блока 1 управления промежуточного плоского элемента 25, вызывая переход геркона 11 в разомкнутое состояние. При этом с выхода микроконтроллера 2 поступает сигнал на исполнительный блок системы управления крана-манипулятора на разрешение движений крана путем замыкания выходных реле исполнительного блока.
Загрузка программы осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения на персональном компьютере 9. Программное обеспечение включает в себя подпрограмму тестирования, подпрограмму настройки и рабочую программу.
Подпрограмма тестирования запускается после подачи напряжения питания на ограничитель.
Режим "Настройка" необходим для привязки ограничителя к конкретному крану-манипулятору. В этом режиме в память микроконтроллера 2 вводятся:
а) коэффициенты по каналу веса (усилия, угла наклона стрелы и т.д. в зависимости от комплектации датчиков), которые привязывают показания датчиков к фактическим параметрам крана-манипулятора. При этом датчики, необходимые для привязки, должны быть подключены к блоку 1 управления через переходник 26;
б) данные, необходимые для регистратора 5 параметров (реальное время, заводской номер ГПМ и т.д.);
в) различные коэффициенты, характеризующие датчики, например, температурный коэффициент аналогового датчика усилия.
Ведение работ по пункту а) возможно без персонального компьютера 9 путем замыкания и размыкания в определенной последовательности контактов геркона 11 при поднесении и удалении держателя 18 с магнитом 19 к геркону 11.
Рассмотрим для примера настройку датчика нагрузки. Для настройки ограничителя без персонального компьютера 9 снятием с корпуса 13 держателя 18 с магнитом 19 добиваются размыкания контактов геркона 11, при этом микроконтроллер 2 переводит ограничитель в режим "Настройка" и дает команду на мигающий с определенной частотой режим работы красного светодиода, который в режиме «Работа» работает в немигающем режиме и обозначает подачу питающего напряжения на ограничитель. При поднесении магнита 19 на определенное время (1…3 секунды) и последующим за этим отстранением магнита 19 микроконтроллер 2 дает команду на работу в мигающем режиме желтого светодиода, который в режиме «Работа» начинает непрерывно светиться при достижении нагрузки, равной 90% от предельной. Состояние работы красного и желтого светодиодов в мигающем режиме означает возможность занесения в память микроконтроллера 2 состояния датчика нагрузки при предельной нагрузке на кран-манипулятор. При этом кран-манипулятор нагружается соответствующей испытательной нагрузкой. После этого поднесением магнита 19 к геркону 11 на 1…3 секунды добиваются непрерывного свечения желтого светодиода. В этот момент в память микроконтроллера 2 заносится значение уровня сигнала с датчика нагрузки, соответствующего предельной загрузке крана-манипулятора. После этого микроконтроллер 2 переходит в ожидание занесения в память ограничителя сигнала с датчика нагрузки при полностью разгруженном кране-манипуляторе. Кран-манипулятор полностью разгружают. Затем магнитом на 1…3 секунды замыкают контакты геркона 11. Желтый светодиод перестает светиться. В этот момент в память ограничителя заносится уровень сигнала датчика нагрузке при полностью разгруженном кране-манипуляторе.
При необходимости аналогичным образом настраиваются другие датчики. При этом выбирается другая последовательность и длительность замкнутого и разомкнутого состояния геркона, что обеспечивается поднесением магнита 12 к геркону 11.
Для перевода ограничителя в режим «Работа», отключают от блока 1 управления персональный компьютер 9, подключают к блоку 1 управления датчики измеряемых или контролируемых параметров крана-манипулятора и закрепляют с помощью винтов 23 держатель 18 постоянного магнита 19 на промежуточном элементе 25, вызывая переход геркона 11 в замкнутое состояние (срабатывание). Винты держателя 23 должны быть опломбированы. На выходе геркона 11 появляется информационный сигнал, поступающий на управляющий вход микроконтроллера 2.
Рабочая программа выполняется после подачи на ограничитель напряжения питания. После прохождения тест-программы ограничитель автоматически переходит в режим «Работа». При работе крана-манипулятора датчики осуществляют измерение параметров, характеризующих загрузку и положение грузоподъемного оборудования. Значения рабочих параметров передаются в блок 1 управления, который, работая по программе, определенной при проектировании ограничителя и предварительно записанной в энергонезависимой памяти микроконтроллера 2, осуществляет сравнение фактического нагружения крана-манипулятора с предельно-допустимым, а также осуществляет сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной его допустимых положений, и в зависимости от результатов сравнений выдает сигнал на исполнительные устройства крана-манипулятора на разрешение или запрещение отдельных видов движений данного крана.
Для считывания полного объема информации из встроенного регистратора 5 параметров крана-манипулятора отключают от блока 1 управления датчики измеряемых или контролируемых параметров крана-манипулятора, и подключают к блочной части 21 разъема для подключения комплекса 4 датчиков через переходник 26 и USB-кабель 10 персональный компьютер 9. Считывание информации из встроенного регистратора 5 параметров крана-манипулятора осуществляется только с помощью персонального компьютера 9, с предварительно установленной на него специальной программой. Режим «Считывание» может осуществляться как при замкнутом состоянии геркона 11 (держатель 18 постоянного магнита 19 поднесен к геркону 11), так и при разомкнутом состоянии геркона 11. При этом подсоединение датчиков к переходнику 26 необязательно.
Специалисту в данной области понятно, что могут быть различные модификации предложенного ограничителя без отхода от духа и рамок настоящей полезной модели, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле полезной модели. В частности, соединение блока 1 управления с компьютером 9 и с комплексом 4 датчиков можно выполнить с помощью жгута, как это показано на фиг. 9, т.е. без переходника 26. В этом случае жгут содержит в своем составе кабельную часть разъема (соединяемую с блочной частью 21 разъема, установленной на корпусе блока управления), к контактам которой подсоединены провода двух кабелей, обеспечивающих соединение блока управления посредством цифровой линии связи 3 с комплексом 4 датчиков и с помощью USB-кабеля 10 - с компьютером 9. Кроме того, несмотря на то, что в ограничителе использован порт USB, как самый распространенный на современных персональных компьютерах, но может быть использован и иной порт для проводного подключения блока управления к персональному компьютеру по стандартному интерфейсу, например, RS-232, RS-485, I2C.
Промышленная применимость.
Заявленный ограничитель может быть изготовлен промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием известных материалов, современных электронных компонентов и технологий. Блок управления может быть выполнен, например, на основе прибора ОНК-160М. В качестве датчиков измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемной машины можно использовать специализированные датчики, используемые в выпускаемых приборах и системах безопасности, либо общепромышленные датчики соответствующего исполнения.