ДВУХБАЛОЧНЫЙ ПОДЪЕМНЫЙ КРАН С МНОЖЕСТВОМ ТОЧЕК ПОДВЕСА
DOUBLE-GIRDER CRANE WITH NUMBER OF SUPPORTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к подъемным механизмам, в частности, к двухбалочным подъемным кранам с множеством точек подвеса, предназначенным для сцепления с грузом по всей его длине и для сооружения морских платформ.
Уровень техники
Наряду с ростом предъявляемых к морским платформам требований, при их сооружении необходимы большие подъемные краны для подъема и монтажа больших блоков. При этом возникает потребность приспосабливать краны к вертикальным опорам различной высоты и морским платформам различной ширины, чтобы значительная часть работ на высоте могла быть заменена работами на земле, и конструкции могли быть подняты и смонтированы одновременно. Это позволит сэкономить рабочее время при строительстве морских платформ, сократить затраты, обеспечить безопасность персонала и улучшить качество работ.
Однако такие подъемные краны должны иметь сверхбольшую грузоподъемность (совокупная поднимаемая нагрузка может достигать 20000 тонн), сверхбольшую высоту подъема (до 103 м) и сверхбольшой пролет (125 м), что влечет за собой значительные трудности при проектировании, изготовлении, монтаже и вводе в эксплуатацию. Например, необходимо выбрать конструкцию главной балки, тип подъемного механизма, решить, как расположить механизм с множеством точек подъема, решить проблему концентрации напряжения при пуске и открытии выходного/входного отверстия для стальных торосов в главной балке, решить, как приводить в движение главную балку, а также как балансировать и синхронизировать груз с множеством точек подвеса. В мире пока еще не существует такого подъемного крана.
Раскрытие изобретения
Ввиду вышеупомянутых ограничений в существующих технологиях и фактически безотлагательной потребности промышленности, задачей изобретения является создание подъемного крана сверхбольшой грузоподъемности, отвечающего требованиям новых технологических процессов изготовления морских платформ.
Указанная задача решена в двухбалочном подъемном кране с множеством точек подвеса, содержащем главные балки, подъемный механизм, механизм перемещения, электрическую систему управления, поворотный обслуживающий подъемный кран, кабину крановщика, якорное устройство и ветрозащитные причальные тросы, причем главные балки представляют собой верхнюю и нижнюю главные балки, установленные, соответственно, на верхнем и нижнем бетонных основаниях, при этом две главные балки не соединены на концах, и каждая главная балка зафиксирована с помощью якорного устройства и ветрозащитных причальных тросов, обеспечивающих устойчивость обеих балок в рабочем или нерабочем состоянии. Каждая главная балка имеет различные секции и представляет собой высокую узкую составную балку, образованную верхней, средней и нижней коробчатыми балками. Соотношение высоты и ширины высокой узкой составной балки составляет 3-5.
Подъемный механизм содержит множество подъемных устройств, расположенных на двух концах двух главных балок. На каждом конце каждой главной балки расположены одно или несколько подъемных устройств. Каждое подъемное устройство имеет одну или несколько точек подвеса, приводимых в действие синхронно с помощью электрической системы управления. Подъемное устройство содержит устройство размещения тросов и единую соединительную многослойную систему перемотки, исключающие перепутывание тросов при подъеме на полную высоту и предотвращающие контакт между поднимающими стальными тросами, а также между стальными тросами и главной балкой.
Например, в мостовом крюковом кране с характеристиками 20000 тонн×125 м подъемный механизм содержит 12 подъемных устройств, причем на каждом конце каждой главной балки расположено по три подъемных устройства, каждое из которых имеет четыре точки подвеса. Таким образом, подъемный кран в целом имеет 48 точек подвеса.
Механизм перемещения представляет собой двунаправленный самодвижущийся механизм, установленный перпендикулярно к оси главной балки в основании нижней главной балки на двух ее концах.
Электрическое устройство управления предназначено для статически неопределимой системы подъемных кранов с множеством точек подвеса и содержит приводное устройство на основе конвертера, инвертора, модуля дистанционной передачи данных, двигателя, контроллера, датчика груза, датчика положения и главного компьютера.
Контроллер отвечает за связь с главным компьютером, получает команды управления, обеспечивает обратную передачу информации, одновременно управляет подъемными механизмами и получает сигналы обратной связи от датчиков.
Датчик груза и датчик положения посылают информацию о грузе и о высоте подъема каждого подъемного механизма контроллеру через содержащийся в нем модуль дистанционной передачи данных, при этом работа каждого подъемного механизма регулируется после обработки такой информации контроллером.
Контроллер, датчики и подъемное устройство связаны посредством шины дистанционной передачи данных.
Контроллер представляет собой программируемый логический контроллер, датчик груза представляет собой датчик веса, а датчик положения является кодовым датчиком.
Электрическая система управления для статически неопределимой системы подъемных кранов с множеством точек подвеса содержит систему управления, которая автоматически вычисляет центр тяжести груза и распределяет необходимую силу натяжения для каждой точки подвеса, систему управления балансом, предотвращающую опрокидывание, систему управления синхронизацией линейной скорости каждого устройства и систему автоматического управления горизонтальным положением грузов. Электрическая система управления обеспечивает синхронизацию крановой нагрузки, устойчивый подъем объектов, независимое и согласованное движение 12 подъемных устройств, а также горизонтальное перемещение главной балки.
По сравнению с существующими технологиями, изобретение имеет очевидные преимущества:
- кран согласно изобретению может поднимать и опускать сверхбольшой груз;
- подъемный механизм содержит множество подъемных устройств, что особенно удобно при производстве, монтаже и обслуживании, а также снижает затраты;
- конструкция с верхней и нижней главными балками подходит для подъема и сцепления больших блоков морских платформ с высокими опорами и позволяет избежать технических сложностей и низкой надежности, характерной для конструкций с одной главной балкой;
- в целом машина характеризуется безопасностью, надежностью и может приспосабливаться к изменяющимся расстояниям между точками подвеса;
- высокие узкие составные балки, образованные тремя коробчатыми балками, имеют подходящую конструкцию, большую допустимую нагрузку и низкий собственный вес, а также могут эффективно решать проблему пуска и открытия выходного/входного отверстия для стальных торосов на главной балке;
- специальная конструкция поможет снизить стоимость фундамента;
- подъемный кран согласно изобретению позволит значительно улучшить эффективность изготовления морских платформ.
В итоге, изобретение имеет не только очевидные экономические выгоды, но также и способствует изменению способа изготовления морских платформ, несет огромные социальные выгоды и оказывает существенное влияние на изготовление морских платформ в Китае и в остальном мире.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 (левая, средняя и правая части) показана конструкция подъемного крана согласно изобретению, общий вид;
на фиг.2 (левая и правая части) - подъемный кран, изображенный на фиг.1, вид сбоку;
на фиг.3 - конструкция главных балок согласно изобретению;
на фиг.4 - сечение по А-А на фиг.3;
на фиг.5 - схема перемотки стального троса в одном подъемном устройстве подъемного механизма согласно изобретению;
на фиг.6 (левая, средняя и правая части) - подъемный механизм одной главной балки, изображенной на фиг.1, вид сверху;
на фиг.7 - механизм перемещения, общий вид;
на фиг.8 - автоматическое вычисление положения центра тяжести груза;
на фиг.9 - автоматическое распределение силы натяжения в каждой точке подвеса;
на фиг.10 - блок-схема для синхронизации управления подъемного устройства;
на фиг.11 - блок-схема подъемного устройства.
Список ссылочных позиций на чертежах:
1 - Верхняя главная балка
2 - Нижняя главная балка
3 - Подъемное устройство
4 - Механизм перемещения
21 - Шарнирная опора
22 - Гидравлический механизм перемещения
23 - Опорная стойка цилиндра
24 - Скользящая направляющая из нержавеющей стали
25 - Квадратный направляющий стальной рельс
26 - Модифицированные политетрафторэтиленовые плиты
31 - Контроллер
32 - Система управления
33 - Датчик груза
34 - Датчик положения
35 - Главный компьютер
Осуществление изобретения
Далее подробно описано изобретение на примере крюкового мостового крана с характеристиками 20000 тонн×125 м.
Как показано на фиг.1, верхняя главная балка 1 и нижняя главная балка 2 установлены на двух бетонных основаниях разной высоты. Подъемный механизм содержит 12 подъемных устройств (шесть подъемных устройств 3 на каждой главной балке). Каждое подъемное устройство 3 содержит лебедку, стальной трос, направляющий блок, неподвижные и подвижные блоки. Коэффициент увеличения силы в таком устройстве равен 40. Каждое подъемное устройство содержит четыре подвижных блока, каждый из которых управляет одной точкой подвеса. Лебедка содержит намоточный барабан (включая фиксатор стального троса), редуктор, тормоз, муфту, подвижный вал, основание и другие части, то есть полный механизм от соединенной с двигателем муфты до конечной ступени тормоза. Подъемное устройство связано с устройством размещения тросов и содержит единую многослойную систему перемотки, обеспечивающую отсутствие перепутывания тросов в процессе подъема на полную высоту. Как показано на фиг.3, лебедка осуществляет каждый цикл подъема и спуска с помощью привода намоточного барабана. Каждое подъемное устройство управляет четырьмя точками подвеса. 12 подъемных устройств имеют в целом 48 точек подвеса для одновременного выполнения подъема и спуска груза в 20000 тонн. На фиг.5 показана намотка стального троса в подъемном устройстве.
На фиг.3 показана главная балка с различными секциями, а на фиг.4 показаны составные высокие узкие балки, образованные тремя коробчатыми балками (верхними, средними и нижними). Указанные составные балки имеют отношение высоты к ширине, равное 4.
На фиг.6 показано размещение подъемных стальных тросов в подъемном кране с множеством точек подвеса, предотвращающее взаимное влияние стальных тросов. Как показано на фиг.1, лебедка расположена на верхней части главной балки. На каждом конце балки расположены три лебедки. Стальной трос каждой лебедки проходит через неподвижный направляющий блок над верхней частью главной балки и через небольшое отверстие в верхней части главной балки входит в расположенный внутри главной балки неподвижный блок, многократно повторяя намотку, и затем крепится к точке, расположенной на неподвижном блоке.
Три лебедки жестко установлены над каждой главной балкой на разной высоте, чтобы намоточные барабаны разных лебедок имели разные высоты спуска тросов. Кроме того, между линией, соединяющей «вертикальную среднюю линию намоточных барабанов трех лебедок в каждом конце главной балки и среднюю линию направляющего блока», и средней линией главной балки имеется небольшой угол наклона тросов. Для того чтобы угол наклона тросов на намоточном барабане и блоке не превышал стандартного значения, три лебедки на каждом конце повернуты на 1,04° против средней линии главной балки в противоположном направлении от угла наклона на двух концах. Это представляет собой чередующееся расположение стального троса в пространстве, которое позволяет избежать взаимных влияний между стальными тросами и главными балками, а также гарантирует, что угол наклона между стальным тросом, намоточным барабаном лебедки и блоком соответствует стандартному значению.
Соединительные рейки между подвижными блоками поддерживают заданное расстояние между четырьмя подвижными блоками, каждый из которых управляется подъемным устройством, что обеспечивает синхронный подъем и спуск четырех точек подвеса, управляемых четырьмя подвижными блоками, и позволяет избежать взаимного влияния стальных тросов.
На фиг.7 показан двунаправленный самодвижущийся механизм главной балки подъемного крана. Главная балка 2, расположенная на нижнем основании, может перемещаться двунаправлено относительно вертикальной оси главной балки для приспособления к различным положениям точек подвеса на разном оборудовании. Механизм перемещения содержит шарнирную опору 21, несущую вес главной балки 2 и вес груза, гидравлический механизм 22 перемещения, опорную стойку 23 цилиндра, скользящую направляющую 24 из нержавеющей стали, квадратный стальной рельс 25, модифицированные политетрафторэтиленовые плиты 26 и самоблокирующийся клиновой механизм зажима.
Например, для обеспечения перемещения ±7 м практически невозможно создать гидравлический цилиндр, вытягиваемый или отодвигаемый на 14 м, следовательно, необходим шаговый гидравлический механизм перемещения. Гидравлический механизм 22 перемещения содержит гидравлическую систему, электрическую систему и опорную стойку. Гидравлическая система содержит два поднимающих цилиндра. Гидравлический механизм 22 перемещения может поднимать главную балку в двух направлениях вдоль одного квадратного стального рельса и толкать ее на 0,8 м за каждый шаг. При каждом шаге пара самоблокирующихся клиновых зажимных механизмов фиксирует квадратный стальной рельс 25. Другая пара клиновых зажимов находится в не рабочем состоянии. Затем шток поршня выдвигает опорную стойку 23 цилиндра и приводит в движение главную балку. Когда она переместится на 0,8 м, самоблокирующийся клиновой зажимной механизм разжимает рельс 25, а гидравлический насос закачивает масло в противоположном направлении, чтобы опорная стойка переместилась в то же самое направление на 0,8 м; самоблокирующийся клиновой зажимной механизм фиксирует квадратный стальной рельс 25; шток поршня снова толкает опорную стойку 23 цилиндра, приводя главную балку 2 в движение. Упомянутые выше циклы повторяются до тех пор, пока не произойдет перемещение на требуемое расстояние. При обратном перемещении начинает работать другая пара клиньев, и осуществляется обратное движение вышеупомянутым способом.
Затем главная балка совершает перемещение относительно основания при строительных работах, укладывая плиты с прикрепленным слоем зеркально чистой направляющей 24 скольжения из нержавеющей стали. Слой модифицированного политетрафторэтилена в виде плит 26 располагается на верхней части основания ниже поддерживающего главную балку шарнира. Таким образом, коэффициент трения значительно снижается, а материал имеет небольшую деформацию сжатия и низкий коэффициент износа.
Подъемный кран с множеством точек подвеса осуществляет синхронизированный и устойчивый подъем груза с помощью системы электрического управления. Электрическая система управления автоматически вычисляет центр тяжести груза, распределяет силу натяжения в каждой точке подъема, управляет балансом, предотвращая опрокидывание груза, синхронизирует управление линейной скоростью для каждого механизма, автоматически управляет горизонтальным положением грузов и осуществляет различные упомянутые выше задачи управления.
Система подъемного механизма содержит 12 подъемных устройств, управление которыми осуществляют по следующему плану:
1. Автоматически вычисляется центр тяжести грузов (фиг.8) и распределяются силы натяжения в каждой точке подвеса (фиг.9).
В «Режиме зависания» датчики силы натяжения в 12 точках подвеса измеряют силу натяжения груза в горизонтальном положении. На фиг.9 показано фактическое измерение силы натяжения. Система управления автоматически вычисляет положение центра тяжести грузов, основываясь на фактических измерениях, и автоматически распределяет заданную силу натяжения в точках подвеса в соответствии с арифметической последовательностью. На фиг.9 показано распределение силы натяжения. Такое устройство обеспечивает разумное распределение силы натяжения во всех точках подвеса в процессе подъема и эффективно предотвращает опрокидывание.
2. Обеспечивается баланс множества подъемных устройств с помощью антиопрокидывающего устройства.
Система управления анализирует и соответствующим образом распределяет нагрузку для двенадцати подъемных устройств, автоматически вычисляя положение центра тяжести груза и распределяя силу натяжения для каждого подъемного механизма. Управление силой натяжения в каждой точке подвеса в процессе выполнения операций рассматривается как еще одна важная задача управления. Система управления определяет силу натяжения так, что в процессе выполнения работы каждый крюк является объектом управления. Как только сила натяжения в точке подвеса превысит заданное значение, механизм отрегулирует ее так, чтобы сила натяжения вернулась к допустимому значению, тем самым эффективно предотвращая опрокидывание.
3. Синхронизированно управляется скорость 12 подъемных устройств (фиг.10).
Подъемный электродвигатель осуществляет управление скоростью, как задающее и синхронизирующее скорость устройство и как основное устройство управления в процессе объединенного подъема. Так как подъемный механизм осуществляет многослойную намотку стального троса, то линейная скорость различных слоев механизма подъема отличается от скорости подъемного электродвигателя. Система управления задает различную скорость в соответствии с частотным сигналом конвертеров, вычисленного для различных слоев, и проверяет для гарантии согласованность линейной скорости стального троса в каждом подъемном механизме.
4. Грузы управляются в горизонтальной плоскости.
Для управления грузами в горизонтальной плоскости вводится дополнительное устройство управления, которое определяет в реальном времени относительное положение различных точек подвеса в процессе подъема. Если сформированный план координат точек подъема не соответствует тому, что заложен в памяти в режиме зависания и превышает заданные значения, то положение корректируется так, чтобы груз в процессе подъема в целом оставался в горизонтальной плоскости.
Промышленный управляющий компьютер осуществляет различные математические процедуры управления в соответствии с планом электрического управления и реализует синхронизацию и устойчивую работу подъемных устройств с помощью большого объема сложных вычислений и логического управления.
На разных стадиях общего подъема задействованы различные устройства управления, которые разделяются по «способу подготовки, способу предварительного натяжения, способу зависания и способу общего подъема». При различных способах управления система управления задействует различные устройства управления и автоматически выполняет сбор данных, производит вычисления, выносит решение и пересматривает данные, достигая высокой степени автоматизации работы.
Для реализации поставленных выше целей, в системе использованы следующие прогрессивные технологии:
- реверсивный электродвигатель переменного тока, регулируемый привод, частотное регулирование и система управления скоростью, что позволяет точно управлять скоростью и моментом каждого электродвигателя;
- параллельная работа множества корректирующих устройств и устройств обратной связи для управления двигателями большой мощности и достижения энергосберегающего эффекта;
- мощный промышленный управляющий компьютер, превосходно работающий как с основной системой управления, объединенной с промышленными локальными сетями, так и с набором технологий шинного соединения шин для реализации управления "централизованного распределения" для устойчивого и быстрого сбора и вычисления данных.
Выше описан предпочтительный вариант осуществления изобретения. Любая эквивалентная замена или модификации в пределах технических возможностей, показанных в соответствии с этим изобретением, может быть выполнена специалистом в данной области техники на основе технического планирования или концепции настоящего изобретения.