УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СТРОИТЕЛЬНОГО КРАНА

Устройство относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам управления и индикации для строительных кранов, но с наибольшим успехом может быть использовано для защиты кранов от перегрузки и для контроля режима использования крана.
Известно устройство защиты строительного крана, содержащее датчики нагрузки, угла наклона и длины стрелы, угла поворота платформы и блока управления, обеспечивающие защиту крана от перегрузки и столкновений с препятствиями (в том числе линиями электропередач) [Свидетельство на полезную модель Российской Федерации 11191, B 66 c 23/90, 1999 г (прототип)].
Недостатком этого устройства является низкая точность контроля параметров, прежде всего нагрузки, на кране.
Недостатком устройства также является отсутствие средств ретроспективного анализа нагрузки крана (оперативной и накопленной информации) для оценки возможной предаварийной ситуации и ресурсных возможностей крана.
Цель полезной модели - повышение точности, надежности и обеспечения комплексной защиты строительного крана, груза и обслуживающего персонала от перегрузки и опрокидывания крана. Целью полезной модели является также регистрация текущих параметров работы крана и оценка статистических показателей его эксплуатации для определения сроков регламентных работ (технического обслуживания, планового ремонта и т.п.)
Цель достигается тем, что устройство защиты крана, содержащее датчик нагрузки, датчик длины стрелы и датчик угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали, компаратор и блок усилителей, к которому подключены исполнительные механизмы, снабжено блоком коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока записи расчетных значений параметров, второй вход - к выходу датчика нагрузки, третий вход - к выходу датчика угла наклона стрелы, а четвертый вход - к выходу датчика длины стрелы, первый выход блока коррекции подключен к первому входу блока определения массы груза, ко второму входу которого подключен выход датчика нагрузки, второй выход блока коррекции подключен к первому входу первого функционального преобразователя, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона стрелы, а третий выход блока коррекции подключен к первому входу второго функционального преобразователя, ко второму входу которого подключен выход датчика длины стрелы, причем выход блока определения массы груза подключен к первому входу компаратора и первому входу блока индикации, выход первого функционального преобразователя подключен к второму входу блока индикации и первому входу блока задания допустимых нагрузок, выход второго функционального преобразователя подключен к третьему входу блока индикации и второму входу блока задания допустимых нагрузок, выход которого подключен к четвертому входу блока индикации и второму входу компаратора, выход которого подключен к входу блока усилителей, подключенного к исполнительным механизмам.
Другая цель достигается тем, что устройство содержит регистратор параметров, входы которого подключены соответственно к выходам датчиков нагрузки, угла наклона стрелы, и длины стрелы, блоку определения массы груза, первому и второму функциональным преобразователям, блоку задания допустимых нагрузок, компаратору и блоку усилителей.
Дополнительная цель достигается тем, что устройство содержит блок определения режима работы крана, вход которого подключен к выходу блока определения массы груза, а выход подключен к дополнительному входу регистратора и к первому входу дополнительного компаратора, к второму входу которого подключен выход блока задания предельных уровней использования крана, а выход дополнительного компаратора подключен к пятому входу блока индикации.
На фиг.1 представлена схема крана с расположенными на нем блоками устройства.
На фиг.2 представлена функциональная схема устройства.
На фиг.3 представлена функциональная схема устройства с регистратором параметров.
На фиг.4 представлена функциональная схема устройства с блоками контроля статистических показателей работы крана.
На фиг.1 представлен кран 1, на стреле 2 которого устанавливается датчик длины стрелы 3, датчик угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали 4, а для контроля нагружения крана - датчик нагрузки 5.
На фиг.1 представлен кран с телескопической стрелой и гидроприводами механизмов оборудования. В связи с этим на стреле располагается датчик длины стрелы, а датчик нагрузки контролирует усилие в гидроцилиндре подъема стрелы и представляет собой комбинацию двух датчиков давления в поршневой и штоковой полостях, сигналы которых обрабатываются по соответствующей формуле.
На кране с гибкой (на канатах) подвеской стрелы фиксированной длины датчик длины стрелы отсутствует, а датчик нагрузки устанавливается в специальный передаточный механизм стрелоподъемного каната, обеспечивающий уменьшение усилия на датчик, и представляет собой датчик усилия.
Блок управления и индикации 6 устройства располагается в кабине.
Устройство защиты строится в соответствии с условиями работы крана, когда требуется автоматическое отключение приводов механизмов крана, в случае, если сигнал датчика нагрузки превысит допустимое значение нагрузки, определяемое сигналами датчиков длины и угла наклона стрелы (по которым вычисляется вылет и допустимая грузоподъемность).
В определенных случаях эксплуатации кранов требуется регистрация параметров с целью анализа его работы. Регистрируемые показатели могут быть как текущими для оценки, например, предаварийной ситуации, так и долговременными статистическими для оценки ресурсных показателей крана, в том числе необходимости проведения регламентных работ на машине.
Устройство (фиг.2) содержит датчик нагрузки 5, датчик длины 3 и угла наклона 4 стрелы, блок коррекции 7, первый вход которого подключен к выходу блока записи расчетных значений параметров 8, второй вход - к выходу датчика нагрузки, третий вход - к выходу датчика угла наклона стрелы, а четвертый вход - к выходу датчика длины стрелы, первый выход блока коррекции подключен к первому входу блока определения массы груза 9, ко второму входу которого подключен выход датчика нагрузки, второй выход блока коррекции подключен к первому входу первого функционального преобразователя 10, ко второму входу которого подключен выход датчика угла наклона стрелы, а третий выход блока коррекции подключен к первому входу второго функционального преобразователя
11, ко второму входу которого подключен выход датчика длины стрелы, причем выход блока определения массы груза, подключен к первому входу компаратора 12 и первому входу блока индикации 13, выход первого функционального преобразователя подключен к второму входу блока индикации и первому входу блока задания допустимых нагрузок 14, выход второго функционального преобразователя подключен к третьему входу блока индикации и второму входу блока задания допустимых нагрузок, выход которого подключен к четвертому входу блока индикации и второму входу компаратора, выход которого подключен к входу блока усилителей 15, подключенного, в свою очередь, к исполнительным механизмам 16.
Устройство (фиг.3) дополнительно содержит регистратор параметров 17, входы которого подключены соответственно к выходам датчиков нагрузки 5, длины стрелы 3, угла наклона стрелы 4, блоку определения массы груза 9, первому функциональному преобразователю 10, второму функциональному преобразователю 11, блоку задания допустимых нагрузок 14, компаратору 12 и блоку усилителей 15.
Устройство (фиг.4) содержит блок определения режима работы крана 18, вход которого подключен к выходу блока определения массы груза 9, а выход подключен к дополнительному входу регистратора 17 и к первому входу дополнительного компаратора 19, ко второму входу которого подключен выход блока задания предельных уровней использования крана 20, а выход дополнительного компаратора 19 подключен к пятому входу блока индикации 13.
Блок коррекции 7 состоит из электропрограммируемого запоминающего устройства, в которое при настройке на кране вносятся как расчетные значения контролируемых параметров, так и соответствующие им показатели, определяемые по сигналам датчиков; на основании этих данных вычисляется поправка к показаниям датчиков, измеряемым в рабочем режиме устройства.
Блок записи расчетных значений параметров 8 включает в себя клавиатуру для ручного ввода в блок коррекции 7 расчетных значений усилий, длин и углов, соответствующих измеряемым датчиками 3, 4 и 5.
Блок определения массы груза 9 предназначен для преобразования нагрузки, контролируемого датчиком нагрузки 7, в сигнал, пропорциональный массе груза.
Первый функциональный преобразователь 10 предназначен для преобразования сигнала датчика угла наклона стрелы 4 относительно гравитационной вертикали в значение синуса этого угла, т.е. в величину, пропорциональную вылету.
Второй функциональный преобразователь 11 предназначен для преобразования сигнала датчика длины стрелы 3 в величину, пропорциональную длине стрелы.
Функциональные преобразователи предпочтительно выполняются на средствах цифровой техники, но могут быть выполнены на блоках нелинейностей или на профильных механических элементах.
Блок 14 задания допустимой нагрузки может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), адресный вход которого является входом блока 14, а выходом этого блока является тина данных ПЗУ с записанными значениями допустимых нагрузок (для определенных вылетов).
Регистратор параметров 17 состоит из процессора и электропрограммируемого запоминающего устройства, входы которого подключаются соответственно к выходам всех датчиков и функциональным узлам устройства для регистрации показателей работы крана и самого устройства. Если само устройство выполняется средствами цифровой техники, регистратор может не содержать процессор.
Блок определения режима работы крана 18 производит суммирование нагрузок (масс грузов) на кран по заданному закону с целью определения общей нагрузки на машину с начала эксплуатации до момента регистрации и может быть выполнен в виде сумматора.
Блок задания предельных уровней использования крана 20 служит для создания информационных сигналов на проведение регламентных работ в случаях превышения общей нагрузкой на машину заданного уровня. Уровни могут быть цифровыми или потенциальными в зависимости от технического исполнения дополнительного компаратора 19.
Устройство работает следующим образом.
При первоначальной установке устройства производится его настройка (юстировка) на кране с целью минимизации погрешностей как самого устройства (прежде всего датчиков и узлов их установки) так и погрешностей, вызванных отклонением параметров крана от расчетных значений.
Для этого стрела крана устанавливается в несколько положений, углы наклона которых измеряются датчиком 4 угла наклона стрелы при различных значениях длин стрел, измеряемых датчиком длины стрелы 3, и заносятся в блок коррекции 7. Эти же углы с высокой точностью измеряются внешним измерителем и также заносятся посредством блока 8 в блок коррекции 7 для вычисления поправки.
В указанных положениях стрелы подвешиваются известные (измеренные с высокой точностью) грузы, значения масс которых также заносятся посредством блока 8 в блок коррекции 7. Одновременно значения масс этих грузов измеряются датчиком 5 нагрузки и заносятся в блок коррекции для вычисления поправки.
Все поправки хранятся в блоке коррекции 7 в течение всего времени эксплуатации крана (или до момента повторной юстировки).
Сигналы всех датчиков во время рабочего цикла проходят блок коррекции 7, в котором к этим сигналам добавляются соответствующие поправки.
Допустимое значение нагрузки определяется вылетом стрелы и постоянно в автоматическом режиме контролируется датчиками 3 и 4 и функциональными преобразователями 10 и 11, создавая на входе блока допустимой нагрузки 14 сигнал, зависящий от положения стрелы, и вызывая на выходе блока появление сигнала допустимой нагрузки.
Во время эксплуатации крана, исполнительные механизмы 16 которого подключены к блоку усилителей 15, в случаях превышения сигналом датчика 5 фактической нагрузки (и соответственно блоком определения массы груза 9) допустимых значений, определяемых сигналом блока 14 происходит срабатывание компаратора 12 и отключение соответствующих исполнительных механизмов.
Одновременно блок определения массы груза 9 и функциональные преобразователи 10 и 11 создают сигналы о вылете и массе груза (усилии на крюке), которые поступают на индикатор 13, создавая информационное резервирование устройства защиты, и на регистратор параметров 17.
В регистратор параметров также записываются непосредственно показания датчиков 3, 4 и 5, блока задания допустимой нагрузки 14, состояния компаратора 12 и сигналов блока усилителей 15. Запись текущих параметров работы крана производится в течение определенного периода времени, данные сохраняются в течение этого периода, а затем обновляются; эти данные служат для анализа при возникновении аварии.
Устройство посредством блока определения режима работы 18 в течение всего периода эксплуатации производит суммирование нагрузок (масс грузов) и циклов работы и определяет по заданному закону обобщенные показатели нагрузки на кран. Эти показатели сравниваются с уровнями, заданными блоком 20, и, в случаях превышения общей нагрузкой на машину заданного уровня, посредством дополнительного компаратора 19 создает информационные сигналы в индикатор 13 на проведение регламентных работ.