СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах безопасности грузоподъемных кранов для защиты их от перегрузки и столкновений с препятствиями, например, самоходных кранов с телескопической стрелой.
Известна система безопасности грузоподъемного крана, содержащая датчики рабочих параметров крана, включающие датчик нагрузки, датчик длины стрелы, датчик угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали и датчик угла поворота платформы, подключенные к аналоговым входам устройства ввода-вывода блока управления, включающего в себя также магистраль связи данных и адресов, центральный процессор, постоянное и оперативное запоминающие устройства (см. патент РФ на полезную модель №49811, В 66 С 15/00, 10.12.2005). Недостатком этой системы является снижение точности контроля параметров крана из-за роста отклонения этих параметров от расчетных значений в процессе эксплуатации крана, прежде всего, вследствие изменения показаний датчиков в процессе эксплуатации под влиянием воздействия внешних факторов (механических, климатических и т.п.), что требует частых регулировок данной системы безопасности на кране.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка системы безопасности грузоподъемного крана, которая обеспечивала бы снижение трудоемкости обслуживания грузоподъемного крана за счет увеличения интервала времени между настройками системы безопасности на кране.
Поставленная техническая задача решается тем, что известная система безопасности грузоподъемного крана, содержащая датчики рабочих параметров крана, подключенные к аналоговым входам устройства ввода-вывода блока управления, включающего в себя также магистраль связи данных и адресов,
центральный процессор, постоянное и оперативное запоминающие устройства, согласно полезной модели, снабжена сигнализаторами заданного положения датчиков, подключенными к дискретным входам устройства ввода-вывода, и блоком стробирования данных датчиков, вход которого подключен к выходу устройства ввода-вывода, а выход - к магистрали связи данных и адресов, к которой, в свою очередь, подсоединено телеметрическое запоминающее устройство для записи стробированных данных датчиков.
Кроме того, система безопасности может быть снабжена датчиком горизонтального положения платформы крана, выход которого подключен к дополнительному дискретному входу устройства ввода-вывода блока управления.
При этом сигнализаторами заданного положения датчиков являются путевые переключатели,
Сущность предложенной полезной модели состоит в том, что предлагается техническая реализация автоматической компенсации возможных погрешностей по каналам датчиков рабочих параметров крана, например, нагрузки, длины, угла наклона стрелы и поворота платформы. Данная задача может быть также решена в системах безопасности с другим набором датчиков, назначение которых определяется другим типом кранов.
Принцип компенсации погрешностей основывается на контроле известных параметров крана. Так, положением стрелы, не снятой с транспортной стойки, характеризуются «нулевые» (или соответствующие определенному участку статической характеристики) сигналы датчиков длины, угла наклона стрелы и поворота платформы, а также нагрузки. В этом положении стрелы может быть проведена компенсация аддитивной составляющей погрешностей, которая существенна как для применяемых измерительных преобразователей, так и узлов их привязки к крану.
Определенные манипуляции стрелой, связанные с ее установкой в иное известное положение (изменение угла наклона, выдвижение телескопа на известное расстояние или незначительный подъем с транспортной стойки, когда
собственная масса стрелы создает определенную нагрузку на датчик нагрузки) могут быть использованы для компенсации мультипликативной составляющей. Технически компенсация производится по программе путем записи показаний датчиков при известных положениях стрелы и вычислении их коэффициентов преобразования и дрейфа нуля. Полученные данные сравниваются с исходными, хранящимися в «памяти» системы, и результат сравнения (поправка) вводится с противоположным знаком в данные, измеренные в рабочих режимах.
Отметим особенности режима автокомпепсации:
- отклонение сигналов датчиков ограничивается пределами ±5% с целью исключения погрешности более 5% в случае ошибочного прохождения сигнала автокомпенсации. При отклонении (в режиме автокомпенсации) сигналов, превышающем 5%, устройство должно создавать сигнал опасности (запрета работы крана) с индикацией ошибки;
- автокомпенсация сигнала датчика угла наклона стрелы (если он гравитационного типа) производится на кранах, оснащенных средствами контроля наклона платформы с минимальной погрешностью (не более 0,5°) для исключения погрешности установки платформы крана, превышающей компенсируемые погрешности;
- автокомпенсация производится в автоматическом режиме, не возлагая операции по установке стрелы в заданные положения на оператора, для чего кран оснащается средствами контроля положения оборудования в фиксированных точках с известными (записанными в «память» устройства при настройке) параметрами.
Технический результат от использования заявленной полезной модели заключается в снижении трудоемкости обслуживания системы безопасности грузоподъемного крана.
На фиг.1 представлен состав и расположение датчиков и сигнализаторов на самоходном кране с телескопической стрелой; на фиг.2 - функциональная схема предлагаемого устройства.
Система безопасности грузоподъемного крана содержит датчик 1 нагрузки 1, датчик 2 длины стрелы, датчик 3 угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали и датчик 4 поворота платформы, блок управления 5 с индикатором и регистратором параметров, к которому подключены исполнительные механизмы (на чертеже не показаны). Блок 5 управления включает в себя центральный процессор 6, постоянное (ПЗУ) 7 и оперативное (ОЗУ) 8 запоминающие устройства, устройство 9 ввода-вывода и магистраль 10 связи данных и адресов.
Система (в канале защиты от перегрузки) 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).
Система (в канале защиты от столкновений с препятствиями) функционирует путем предварительного задания и записи в «память» устройства координат препятствий относительно оборудования крана, а во время работы путем автоматического отключения приводов механизмов при достижении оборудованием записанных координат.
Для контроля исходного («нулевого») положения оборудованя крана и состояния его нагруженности (отсутствия нагрузки) служит сигнализатор 11, фиксирующий положение стрелы на опорной стойке.
Для контроля заданного (предопределенного) положения оборудования крана используются сигнализаторы:
- выдвижения телескопа на заданную длину стрелы - 12;
- изменения угла наклона стрелы на заданный угол -13;
- изменения угла поворота платформы на заданный угол - 14;
Для контроля датчика 1 нагрузки используется вес стрелы в моменты создания сигнала сигнализатором 11 (снятия стрелы с опорной стойки -максимальная нагрузка от веса).
Блок 5 управления дополнительно включает в себя блок 15 стробирования данных датчиков и телеметрическое запоминающее устройство 16 для записи (пробированных данных датчиков.
В случае применения в системе безопасности датчика 3 угла наклона стрелы гравитационного типа, его «нулевой» сигнал (когда стрела находится на опорной стойке) зависит от наклона платформы, в то время как при подъеме стрелы (сигнале сигнализатора 13) сигнал от наклона платформы не зависит, что может исказить компенсацию погрешности. Для предотвращения этого система содержит датчик 17 горизонтального положения платформы крана.
Датчики 1 нагрузки, датчик 2 длины стрелы, датчик 3 угла наклона стрелы относительно гравитационной вертикали, датчик 4 поворота платформы, а также датчик 17 горизонтального положения платформы крана предназначены для преобразования нагрузки на кран и положения его оборудования в пропорциональные этим показателям сигналы. Указанные датчики могут быть построены на преобразователях любого типа в соответствии с принятыми в системе безопасности.
Сигнализаторы 11-14 положения оборудования представляют собой путевые переключатели контактного или бесконтактного типа (лучевые, индуктивные, генераторные, емкостные и т.д.).
Блок 15 стробирования данных датчиков представляют собой логический функциональный блок, который предназначен для опроса датчиков по сигналам сигнализаторов.
Телеметрическое запоминающее устройство 16 представляет собой микросхему электроперепрограммируемого запоминающего устройства и предназначено для записи стробированных данных датчиков.
Для крана с телескопической стрелой и гидроприводами механизмов оборудования датчик 1 нагрузки контролирует усилие в гидроцилиндре подъема
стрелы посредством двух датчиков давления в поршневой и штоковой полостях. На стреле располагаются датчики 2 и 3 ее длины и угла наклона.
На кране с гибкой (на канатах) подвеской стрелы фиксированной длины датчик длины стрелы отсутствует, а датчик нагрузки устанавливается в передаточный механизм стрелоподъемного каната, обеспечивающий уменьшение усилия на датчик, и представляет собой датчик усилия. На стреле располагается датчик угла наклона последней.
Система работает следующим образом.
При первоначальном подключении устройства, когда стрела находится на опорной стойке, сигнализатор 11 инициирует стробирующий сигнал для последовательного опроса датчиков, данные которых заносятся в телеметрическое запоминающее устройство 16 в область «нулевых» значений датчиков, определяя начало их статических характеристик. Эти данные сохраняются до момента повторной установки стрелы на опорную стойку.
После подъема стрелы с опорной стойки сигнализатор 11 меняет состояние выхода, что инициирует стробирующий сигнал для датчика 1 нагрузки, в результате чего в телеметрическое запоминающее устройство 16 записывается сигнал, соответствующий известному весу стрелы (вторая точка фактической статической характеристики).
В процессе работы при перемещении оборудования крана относительно заданных и поэтому известных положений происходит переключение состояния выходов сигнализаторов 12, 13 и 14, опрос и запись в телеметрическое запоминающее устройство 16 сигналов датчиков длины стрелы 2, угла наклона стрелы 3 и поворота платформы 4, что также определяет вторую точку их фактической статической характеристики.
Таким образом, все измерения параметров в процессе работы крана «опираются» на фактические статические характеристики датчиков, которые постоянно обновляются и, соответственно, практически не зависят от влияния на них внешних факторов.
Предлагаемая система безопасности может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий. Для реализации блока управления можно использовать микропроцессор MSP430F149 фирмы «Texas Instruments» (США) или другие микропроцессоры подобного типа. В качестве датчиков для регистрации параметров крана может быть использована серийно выпускаемая продукция Арзамасского приборостроительного завода, например, аналоговые датчики перемещений ЛГФИ.401221.004, ЛГФИ.401221.006, ЛГФИ.401221.008 и их исполнения и аналогичная аппаратура других приборостроительных заводов.