УСТРОЙСТВО ТОРМОЖЕНИЯ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам для осуществления ступенчатого торможения грузоподъемных машин типа кранов, клетьевых подъемников, лебедок и т.п.
Устройства, аналогичные предлагаемому известны. К ним относится, в частности, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР №931637, кл. В66В 1/32, 1982. Оно содержит датчики скорости и замедления механизма подъема, рабочий тормоз и регулятор давления, управляющий тормозом. Сигналы от датчиков (через задатчгк интенсивности) поступают на регулятор давления, а тот, в свою очередь, ступенчато управляет моментом торможения механизма подъема. В результате существенно уменьшается инерционным выбег машины, снижаются динамические нагрузки в канате и вероятность его обрыва.
Еще больше снижает динамические нагрузки устройство ступенчатого торможения подъемно-транспортных (грузоподъемных) машин, защищенное авторским свидетельством СССР №1733371, кл. В66D 5/26, 1992, принятое нами за прототип. Это устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, насколько можно судить по его описанию, равных по величине тормозного момента. В нем имеются также датчик усилия и реле времени, подключенные к кинематической и электрической цепи управления тормозом первой ступени. При необходимости затормаживания машины срабатывает тормоз первой ступени, и реле времени начинает отсчитывать время, отведенное на первую ступень торможения. Одновременно с этим датчик усилия измеряет величину тормозного момента первой ступени торможения. Когда усилие достигает определенной, наперед заданной величины, сигналом от датчика через реле напряжения включается тормоз второй
ступени. Примерно в это же время срабатывает реле времени, дополнительно гарантируя срабатывание тормоза второй ступени.
Устройство - прототип повышает эффективность ступенчатого торможения и исключает большие динамические нагрузки в элементах машины, в том числе, в грузовом канате. Однако полностью динамические нагрузки в грузовом канате оно не ликвидирует. Это вызвано тем, что при включении тормоза первой ступени в канате возникают продольные колебания, а включение тормоза второй ступени с ними никак не связано и их уменьшению может способствовать, а может и не способствовать.
Задачей предлагаемой полезной модели является гарантированная ликвидация продольных колебаний каната, возникающих при включении тормоза первой ступени.
Достигается решение задачи тем, что устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, равных по величине тормозного момента, и реле времени, подключенное к цепи управления тормозом первой ступени, а также тем, что оно включает в себя датчик высоты подъема груза, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и сумматор, первый вход которого выполнен смещающим, а второй управляющим, реле времени выполнено программируемым, выход датчика соединен со входом усилителя, выход которого связан с управляющим входом сумматора, выход сумматора соединен с программирующим входом реле времени, а выход реле времени подключен к цепи управления тормозом второй ступени.
На фигуре показана блок-схема предлагаемой полезной модели. На ней 1 - датчик высоты подъема груза, работающий на вычитание (по существу, это датчик длины каната), 2 - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (его регулировочный вход обозначен «b»), 3 - сумматор, первый (смещающий) вход которого обозначен «а», а второй (управляющий) соединен с выходом усилителя 2, 4 - программируемое реле времени, программирующий вход которого связан с выходом
сумматора 3, а выход - с цепью управления тормозом второй ступени 5. Кроме того, на фигуре показан тормоз первой ступени 6, с таким же тормозным моментом, как и тормоз 5, подключенный к своей цепи управления, и подключение реле времени 4 к этой же цепи.
Работа устройства основана на том, что под действием силы веса Х груза, поднимаемого машиной с помощью каната, последний испытывает деформацию Y, описываемую дифференциальным уравнением
,
где m - масса поднимаемого груза, К - коэффициент внутреннего трения в канате, с - жесткость каната.
Решение этого уравнения показывает, что при резком торможении в канате возникают продольные колебания с периодом
Коэффициент внутреннего трения в канате К может быть представлен как r·m, где r - некоторый выраженный в 1/сек коэффициент, постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. Жесткость С может быть выражена как mg/S·l, где g - ускорение свободного падения, l - длина каната, a S - безразмерный коэффициент относительной жесткости, так же постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. С учетом этого, период Т продольных колебаний каната при резком торможении можно выразить как
,
а полупериод  как
,
Возьмем наиболее реальные значения S=0,02 и r=15. Тогда
.
Вычисляя t при l, равном, например, 1÷6 м, получим такие данные:
l (м)
1
2
3
4
5
6
t (сек)
0,151
0,228
0,303
0,386
0,486
0,622
Но эти данные со средней погрешностью 5,2% могут быть аппроксимированы выражением
t=0,05+0,0885l
или, в общим случае,
t=a+b·l.
То есть, при включении тормоза первой ступени, как следует из изложенного, в канате возникнут продольные колебания с полу периодом, который в точностью ≈5% можно считать равным
t=a+b·l
Ликвидация этих колебаний как раз и является задачей предлагаемой полезной модели. Для решения задачи после включения первой ступени нужно через время t включить вторую ступень торможения. Поскольку обе ступени равны по тормозному моменту, вторая ступень создаст в канате так же продольные колебания с полупериодом t. Но они будут смещены по фазе по отношению к колебаниям, вызванным первой ступенью, также на t. То есть, вторые колебания будут в противофазе с первыми. В результате те и другие взаимно уничтожатся и продольные колебания в канате исчезнут.
max
T
max
T
Перед использованием устройства его вначале настраивают. Для этого усилитель 2 регулируют, устанавливая его коэффициент усиления равным «b», а на смещающий вход сумматора 3 подают сигнал, равный «а». При подъеме крана грузом датчик высоты подъема груза 1, работающий на вычитание, выдает сигнал, отображающий l=l-l, где l - расстояние от точки подвеса каната до земли, а l - текущая высота подъема груза над землей. Таким образом, датчик 1 выдает сигнал, отображающий текущую длину грузового каната. Этот сигнал, поступая в усилитель 2, умножается на «b», а затем, поступая в сумматор 3, складывается с сигналом «а». На выходе сумматора появляется сигнал, отображающий t. Он поступает на программирующий вход реле времени 4 и задает его время срабатывания. Последнее же реализуется по команде включения «вкл», подаваемой в цепь управления тормоза первой ступени 6. Когда эта команда подается, ступень 6 включается и одновременно с этим реле времени 4 начинает отсчитывать время t, которое было запрограммировано сигналом t в момент включения ступени 6. Отсчитав это время t, реле выдает сигнал включения второй тормозной ступени 6. Поскольку тормоза первой и второй ступеней по тормозному моменту равны, но продольные колебания каната, вызываемые их включением, смещены по времени на t, т.е. находятся в противофазе, то оказывается, что те и другие колебания взаимно уничтожают друг друга. Это повышает эффективность торможения груза, безопасность грузоподъемных работ и долговечность крана.