УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫРАВНИВАНИЯ ОПОРНОЙ ПЛАТФОРМЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Полезная модель относится к области машиностроения, и предназначена для использования в устройствах горизонтирования опорных платформ грузоподъемных, сваезавинчивающих, буровых и других машин с выносными гидравлическими опорами.
Известно устройство для обеспечения горизонтального положения опорной платформы грузоподъемного крана, содержащее опорную платформу передвижного шасси, гидравлическое оборудование с насосом для создания давления, выносные силовые гидроцилиндры, расположенные по углам периметра опорной платформы, и золотниковый кран управления работой гидроцилиндров (Строительные машины: Справочник: В 2 т. T.1: Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / А.В.Раннев, В.Ф.Корелин, А.В.Жаворонков и др.; Под общ. ред. Э.Н.Кузина. - 5-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991, стр.204-206). Такое устройство позволяет посредством гидрозолотников вручную управлять выдвижением гидравлических опор в соответствии с показаниями креномера до достижения горизонтального положения платформы грузоподъемной машины.
Недостатком данного устройства является невозможность автоматически производить выравнивание в горизонтальной плоскости опорной платформы и значительное время, затрачиваемое на приведение крана в рабочее положение. Так как оператор не имеет возможности вручную управлять сразу тремя или четырьмя опорами, он вынужден устранять крен сначала в продольном направлении относительно опорного контура платформы, а затем в поперечном направлении. Также недостатками устройства являются недостаточно точное горизонтирование платформы и возможность неравномерной нагрузки на опоры.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство автоматического выравнивания опорной платформы (RU 2342310, 27.12.2008). Оно содержит поворотную кабину, опорную платформу передвижного шасси, усилительный блок управления, датчики наклона, сориентированные в продольной и поперечной плоскостях платформы, поворотную опору, панель управления, датчики контакта штоков с опорной поверхностью и гидравлические цилиндры.
Управление устройством осуществляется с пульта управления тумблером, управляющим трехпозиционным электромагнитным клапаном. Данное устройство работает следующим образом. Перед началом работы оператор на пульте управления переводит тумблер в положение опускания штоков выносных гидравлических цилиндров, которое происходит до их контакта с опорной поверхностью. После срабатывания датчиков контакта с опорной поверхностью сигнал подается в усилительный блок управления на включение автоматического выравнивания платформы. Выравнивание платформы происходит в два этапа. Вначале устраняется поперечный крен за счет синхронной работы пары боковых гидроцилиндров, расположенных слева или справа, в зависимости от направления наклона. Работа гидроцилиндров одного из бортов прекратится тогда, когда датчик поперечного наклона своей шторкой загородит светочувствительные элементы (например, фотодиод и т.д.). Далее в работу вступает пара передних или задних гидроцилиндров (в зависимости от направления продольного наклона), которые окончательно выводят платформу в горизонтальное положение.
Устройство-прототип обладает следующими недостатками. Выравнивание платформы происходит последовательно в два этапа (вначале устраняется поперечный наклон платформы, затем продольный), что занимает значительное время. Данный недостаток является следствием: 1) относительного расположения двух датчиков наклона и опорной платформы, один из которых измеряет поперечный наклон платформы относительно горизонтальной плоскости, а другой - продольный наклон платформы относительно горизонтальной плоскости; 2) ограничения на количество одновременно выдвигаемых гидроцилиндров. При автоматическом горизонтировании предусматривается возможность одновременной работы только двух из четырех гидроцилиндров опор (продольной пары, затем поперечной пары гидроцилиндров), причем только на выдвижение. Невозможно автоматическое горизонтирование одновременным выдвижением и втягиванием различных опор, что обусловлено гидравлической схемой устройства-прототипа. Все указанные недостатки увеличивают общее время горизонтирования платформы устройством-прототипом.
Кроме того, устройство-прототип не предназначено для постоянного отслеживания горизонтального положения платформы машины в процессе работы, и автоматического ее выравнивания в случае последующего отклонения от горизонтального расположения, что также является его недостатком. Невозможно также постоянное отслеживание в рабочем режиме машины степени нагружения каждой из опор платформы (не предусмотрены соответствующие датчики), что не позволяет использовать устройство-прототип для контроля безопасности работ и аварийной остановки машины при возможном провале или проседании грунта под какой-либо из опор в процессе работы.
Задачей полезной модели является повышение быстродействия автоматического выравнивания опорной платформы в горизонтальной плоскости, автоматическое поддержание ее в горизонтальном положении на заданной высоте, предотвращение аварийных ситуаций потери устойчивости платформы.
При этом достигаются следующие технические результаты:
1. Снижение времени на автоматическое выравнивание опорной платформы в горизонтальной плоскости без ухудшения точностных параметров.
2. Непрерывное автоматическое поддержание опорной платформы в горизонтальном положении в течение всего времени работы машины. Обеспечивается надежная долговременная фиксация достигнутого положения платформы и отсутствие ее «сползания», т.е. изменения со временем достигнутых параметров угловой ориентации.
3. Непрерывное автоматическое поддержание опорной платформы на заданной постоянной, либо переменной высоте. Предотвращение ситуации выдвижения штоков на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Повышение за счет этого запаса управляемости углами наклона платформы.
4. Предотвращение внештатных ситуаций потери устойчивости путем выдвижения опоры (опор) либо аварийной остановки машины при сильном проседании грунта под какой-либо из опор в процессе работы.
Указанные технические результаты достигаются отличительными признаками заявляемого устройства.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 приведена функциональная схема устройства автоматического выравнивания опорной платформы в горизонтальной плоскости, на фигуре 2 - геометрическая схема ориентации измерительных осей датчиков наклона относительно опорной платформы, на фигуре 3 - принципиальная гидравлическая схема устройства (ГС).
Устройство автоматического выравнивания опорной платформы в горизонтальной плоскости включает в себя платформу 1 и присоединенные к ней по углам четыре гидроцилиндра опор 2, 3, 4, 5 (фиг.1). На платформе закреплены два датчика угла наклона платформы 6 и 7. Каждый из гидроцилиндров 2, 3, 4, 5 оборудован датчиком положения штока 8 и двумя датчиками измерения давления 9 и 10 - в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра соответственно. Датчики угла наклона своими выходами соединены с информационными входами блока управления (БУ) 11, входящего в состав устройства. Другими информационными входами БУ 11 связан с датчиками положения штока 8 и датчиками давления 9 и 10. Управляющими выходами БУ 11 связан с четырехсекционным электрогидрораспределителем 12, выходы которого, в свою очередь, подключены к входам гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. Другой управляющий выход БУ является входом блока аварийной остановки машины 13. Включение и отключение устройства производится блоком включения/выключения 14, выход которого является входом БУ.
Датчики наклона расположены относительно платформы 1 таким образом, чтобы измерительные оси 15 датчиков были перпендикулярны диагональным вертикальным плоскостям платформы 16 (фиг.2). Для этого для измерительной оси отдельного датчика должны выполняться два условия: перпендикулярность измерительной оси датчика диагонали 17 опорной платформы и перпендикулярность измерительной оси датчика вертикали 18. То есть, две диагональные вертикальные плоскости платформы 16 образованы пересечением соответствующей диагонали платформы 17 и вертикали 18 каждая. Датчики наклона сориентированы в плоскостях 16, и измеряют отклонение опорной платформы 1 от горизонтали в данных плоскостях.
ГС состоит из шестеренного насоса постоянной подачи 19, блока четырехсекционного трехпозиционного электрогидрораспределителя 12 (каждая секция на фиг.3 обозначена соответствующей буквой а, б, в, г), четырех исполнительных гидроцилиндров 2, 3, 4, 5, фильтра 20, гидробака 21. Каждый гидроцилиндр снабжен встроенным гидрозамком. Также в систему включен предохранительный клапан 22. Все элементы имеют гидравлические соединения.
Общими признаками прототипа и заявляемого устройства являются: опорная платформа передвижного шасси, выносные гидравлические опоры, два датчика измерения углов наклона платформы, БУ.
Отличительными признаками являются: расположение датчиков углов наклона, измерительные оси которых расположены перпендикулярно диагональным вертикальным плоскостям платформы; наличие датчиков давления гидравлической жидкости в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров опор; наличие датчиков положения штоков гидроцилиндров опор; наличие блока аварийной остановки машины.
В качестве датчиков измерения углов платформы, в отличие от прототипа, используются серийно изготовляемые датчики, сигналы на выходе которых пропорциональны углам наклона платформы относительно горизонтали в плоскости установки каждого датчика. Используются серийные гидроцилиндры опор, устанавливаемые предприятием-изготовителем на базовых шасси грузоподъемных, буровых и сваезавинчивающих машин. При этом каждый гидроцилиндр снабжен встроенным гидрозамком для предотвращения аварийных ситуаций из-за утечек и отказов гидропривода. Особенностью БУ является то, что он содержит в себе процессорный блок алгоритмической обработки информации, поступающей от датчиков углов наклона платформы, датчиков положения штоков опор и датчиков давления. Процессорный блок может быть выполнен на базе промышленных микроконтроллеров.
Полезная модель работает следующим образом. Перед началом работы машины оператор на пульте управления переводит тумблер в положение включения устройства, после чего блок включения/выключения 14 подает сигнал в БУ 11. В дальнейшем устройство производит все манипуляции с гидроцилиндрами опор 2, 3, 4, 5 в автоматическом режиме. Выполняется выдвижение штоков выносных гидроцилиндров опор 2, 3, 4, 5. После контакта опор с поверхностью происходит вывешивание опорной платформы 1 в горизонтальное положение. Причем, опорная платформа выводится в такое положение по высоте (условно «срединное» по запасам ходов штоков гидроцилиндров вверх и вниз), при котором возможна максимальная коррекция углов наклона платформы при последующем возможном ее «сползании» из-за проседания опор. Для этого выполняется непрерывное автоматическое поддержание платформы на заданной высоте, при которой достигается оптимальное сочетание значений запасов ходов штоков гидроцилиндров.
БУ 11 получает сигналы с датчиков угла наклона 6 и 7, которые пропорциональны углам наклона платформы по двум диагональным плоскостям. В БУ 11 поступают сигналы с датчиков положения штоков опор 8, эти сигналы пропорциональны положению штоков гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. БУ 11 формирует управляющие сигналы для секций электрогидрораспределителя 12, которые управляют положением штоков гидроцилиндров опор 2, 3, 4, 5. В зависимости от положения опор изменяются углы наклона платформы 1 в горизонтальной плоскости.
Датчики давления 9 и 10 подают сигналы в БУ 11, пропорциональные давлениям в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндров 2, 3, 4, 5. Данная информация позволяет судить о степени нагружения каждой из 4-х опор. При возникновении аварийной ситуации БУ 11 останавливает рабочее оборудование машины. Для этого предусмотрен блок аварийной остановки 13, который срабатывает при подаче на него сигнала от БУ 11.
Работа ГС устройства осуществляется следующим образом. В нейтральном положении всех секций электрогидрораспределителя 12 поток рабочей жидкости от питающего насоса 19 поступает в гидробак 21 через сливную магистраль с установленным на ней фильтром 20. При подаче сигнала напряжения на одну из секций электрогидрораспределителя 12 происходит перенаправление потока жидкости в одну из рабочих полостей соответствующего гидроцилиндра 2, 3, 4, 5. В зависимости от полярности сигнала, подаваемого на определенную секцию электрогидрораспределителя, происходит выдвижение или втягивание штока соответствующего гидроцилиндра.
Встроенные гидрозамки гидроцилиндров служат для предотвращения аварийной ситуации при возникновении утечек в гидролиниях. Предохранительный клапан 22 служит для предотвращения аварийной ситуации, связанной с избыточным давлением в гидросистеме при возникновении неисправностей в гидрораспределительном блоке.
Использование новых элементов (датчиков давления гидрожидкости в опорах) обеспечивает возможность отслеживать степень нагружения опор и предотвращать аварийные ситуации. Использование новых элементов (датчиков положения штоков опор) обеспечивает возможность поддержания опорной платформы на заданной постоянной, либо переменной высоте, позволяет избегать выдвижения штоков на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Это повышает запас управляемости углами наклона платформы.
Использование по новому сориентированных (в диагональных вертикальных плоскостях опорной платформы) датчиков угла наклона обеспечивает возможность устранения угла наклона платформы в каждой диагональной вертикальной плоскости 16 независимо (фиг.2), причем одновременным выдвижением одной диагональной опоры и втягиванием другой. Кроме того, гидравлическая схема заявляемого устройства в отличие от прототипа допускает приведение в действие одновременно всех 4-х гидроцилиндров (фиг.3). Это повышает быстродействие устройства и гарантирует автоматическое выравнивание за один этап горизонтирования.
Структура и особенности заявляемого устройства позволяют реализовать любой алгоритм его действия в функции перемещений и усилий каждого из гидроцилиндров опор. Изготовление устройства производится из узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью. В качестве гидропривода устройства используется уже имеющийся типовой гидропривод, которым оснащено большинство строительных, дорожных и земляных машин, с незначительными легко реализуемыми дополнениями.