СПОСОБ ОЦЕНКИ МАССЫ ГРУЗА, ПОДНИМАЕМОГО И/ИЛИ ПЕРЕМЕЩАЕМОГО ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫМ УСТРОЙСТВОМ
METHOD FOR EVALUATING WEIGHT OF LOAD LIFTED AND/OR MOVED BY LIFTING-TRANSPORT DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу оценки массы груза, поднимаемого и/или перемещаемого подъемно-транспортным устройством, которая осуществляется посредством бесконтактного измерения величины напряженности магнитного поля, создаваемого двигателем постоянного тока.
Настоящее изобретение относится к области подъемно-транспортных устройств, где в качестве двигателей используются двигатели постоянного тока. Такими устройствами являются различного рода тали, тельферы, лебедки, краны, лифты, подъемники, электрические экскаваторы, эскалаторы и другие машины, широко применяемые на промышленных и горнодобывающих предприятиях, в строительстве и в других областях. Настоящее изобретение может использоваться для определения массы поднимаемого и/или перемещаемого груза; оно также может быть использовано в системах управления и защиты от перегрузок грузоподъемных кранов, погрузчиков, электроэкскаваторов и других машин.
Уровень техники
Известные на сегодняшний день способы измерения массы груза, поднятого краном, основаны на измерении силы, действующей на элементы конструкции крана. В зависимости от точки приложения силы можно выделить несколько распространенных схем взвешивания:
- взвешивание на крюке;
- взвешивание на траверсе;
- взвешивание грузовой тележки;
- измерение натяжения каната;
- взвешивание на блоке роликов полиспаста.
Выбор точки приложения силы определяется назначением крана, условиями эксплуатации, весом груза, удобством встраивания весоизмерительного механизма и т.д.
Недостатки вышеуказанных схем взвешивания заключаются в следующем:
- необходимость встраивания весоизмерительной системы под грузовую тележку или под блок роликов полиспаста;
- необходимость подвода питания для весоизмерительной системы;
- необходимость в специальных устройствах, сматывающих кабели линии связи с весоизмерительной системой.
Из уровня техники известны следующие устройства, реализующие способ взвешивания груза на основе измерения сил.
Устройство для определения веса груза мостового крана (авторское свидетельство СССР №1299947 А1, кл. В66С 13/16)
Недостатком данного устройства является то, что деформируется не только мост крана, но и неравномерно колесные пары передвижения моста, не учитывается пластическая деформация путей под колесными парами при подъеме груза. Устройство сложное, точность измерения низкая.
Кран с измерительной системой (ЕР 1806311, кл. В66С 13/22, дата публикации 11.07.2007 г.)
Кран содержит тележку, закрепленное на ней приемо-передающее устройство, которое передает базовый сигнал и принимает сигнал от импульсного приемопередатчика, устройство для взвешивания груза. Импульсный приемопередатчик закреплен напротив крана в определенном месте. Кран содержит также устройство для определения действующего на кран момента. Недостатком данного устройства является недостаточная надежность из-за сложности устройства.
Устройство для определения веса груза мостового крана (патент RU №2381984, кл. В66С 13/16, дата публикации 20.02.2010)
Устройство содержит измеритель линейного перемещения грузовой тележки и блок индикации, показывающий вес груза. При этом используется постоянно натянутый трос, прямолинейность которого сохраняется постоянно независимо от прогиба моста, который одним концом жестко закреплен на мосту крана, а вторым концом соединен с натяжным устройством, к середине троса прикреплена тяга, соединенная с отсчитывающим устройством измерителя линейного перемещения. Недостаток - сложность весоизмерительного устройства и, как следствие, низкая надежность.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является решение, реализованное с помощью устройства для взвешивания грузов (патент RU №2426077 кл. G01G, дата публикации 10.08.20011), которое принято за прототип.
Устройство включает траверсу крана, грузотранспортный механизм, весоизмерительный узел с силоизмерительными тензодатчиками весовых нагрузок, преобразовательный блок, электрически связанный с силоизмерительными тензодатчиками, и световое табло отображения весовых нагрузок.
Устройство имеет два весоизмерительных узла и балку, соединяющую их, каждый из весоизмерительных узлов состоит из тензодатчика, к которому присоединены сверху и снизу скобы, в которые вставлены кольца, нижнее кольцо установлено на ось подъемного блока траверсы крана, верхнее кольцо установлено на ось балки устройства, на балке устройства установлен вторичный преобразователь, связанный со светодиодным табло для отображения значения текущего веса.
Недостатки прототипа заключаются в следующем:
- устройство имеет сложную конструкцию из двух весоизмерительных узлов;
- необходимость сложного встраивания тензодатчиков в весоизмерительные узлы;
- невысокая надежность устройства и точность измерения как следствие сложности конструкции и электрической схемы устройства;
- наличие кабелей связи для передачи сигнала от тензодатчика.
Настоящее изобретение предназначено для устранения вышеуказанных недостатков.
Раскрытие изобретения
Предлагается принципиально новый бесконтактный способ взвешивания грузов по величине напряженности магнитного поля, создаваемого двигателем постоянного тока грузоподъемного устройства.
Технической задачей настоящего изобретения является нахождение принципиально нового бесконтактного способа оценки массы груза, поднимаемого и/или перемещаемого подъемно-транспортным устройством, упрощающего измерения, не требующего сложной и дорогостоящей аппаратуры, без вмешательства в электрические цепи и в конструкцию грузоподъемной машины и обеспечивающего достаточную точность оценки.
Целями настоящего изобретения являются облегчение контроля массы груза, поднимаемого и/или перемещаемого подъемно-транспортным устройством, повышение безопасности работы и предотвращение перегруза подъемно-транспортных устройств.
Поставленная задача решена следующим образом. Бесконтактно измеряется величина напряженности магнитного поля, создаваемого двигателями постоянного тока подъемно-транспортного устройства. Как известно, величина тока, потребляемого двигателем постоянного тока, определяется величиной нагрузки на его валу, которая, в свою очередь, зависит от массы груза и условий перемещения - подъем, спуск, горизонтальное перемещение, а также от скорости перемещения.
Ток двигателя вызывает постоянное, медленно меняющееся, магнитное поле, напряженность которого может быть измерена. В предлагаемом решении используется известная связь между напряженностью магнитного поля, создаваемого двигателем постоянного тока, и нагрузкой на валу двигателя, определяющей массу груза.
Для измерения могут использоваться различные датчики, в частности феррозонды. Феррозондовый метод измерения напряженности достаточно прост, хорошо изучен и позволяет добиться необходимой точности.
Феррозонд обладает высокой чувствительностью и при измерении сильных магнитных полей не возникает необходимости его установки в непосредственной близости от двигателя или от силовых цепей питания двигателя. В качестве устройства индикации используется амперметр (миллиамперметр), шкала которого проградуирована в единицах массы.
Практически место установки феррозонда значения не имеет - важно лишь, чтобы оно было одним и тем же как при тарировании шкалы миллиамперметра, так и при измерениях массы. Миллиамперметр может располагаться практически в любом удобном для наблюдения месте.
Таким образом, для достижения заявленного технического результата необходимо:
- оттарировать шкалу миллиамперметра в единицах массы;
- обеспечить движение груза в том же режиме, в котором производилось тарирование шкалы измерительного прибора.
Краткое описание чертежей
1
На Фиг. 1 представлен дифференциальный феррозонд с двумя пермаллоевыми сердечниками с обмоткой возбуждения L, состоящей из двух половин.
На Фиг. 2 представлена структурная схема измерительного устройства, посредством которого реализуется способ.
На Фиг. 3 представлена схема включения обмоток феррозонда.
Осуществление изобретения
1
1
1
1
Рассмотрим Фиг. 1. Одна половина обмотки возбуждения L' находится на одном сердечнике, другая L'' (намотана встречно первой) - на другом. Диаметр провода обмотки возбуждения 0,3 мм, число витков каждой половины обмотки возбуждения 200. Намотка однослойная виток к витку. Подключается к генератору импульсов. Обмотка L' создает поле Н и обмотка L'' создает такое же поле Н, но направленное встречно.
1
1
2
0
Поверх двух сердечников с обмотками L' и L'' располагается измерительная обмотка L с числом витков 2000, диаметром провода 0,1 мм. Обмотка многослойная виток к витку. Измерительная обмотка подключается через выпрямитель к устройству регистрации, в качестве которого используется амперметр (миллиамперметр). К измерительной обмотке можно подключить осциллограф, позволяющий наблюдать искажения прямоугольных импульсов напряжения при воздействии внешнего магнитного поля Н.
Для защиты феррозонда от внешних воздействий используется защитный кожух, представляющий собой трубку из латуни.
3
Для компенсации влияния посторонних источников предусмотрена дополнительная третья обмотка L, расположенная поверх основных обмоток (на Фиг. 1 не показана). Диаметр провода дополнительной обмотки 0,1 мм, число витков 500.
Рассмотри Фиг. 2. Структурная схема включает:
1
- генератор, в частности генератор импульсов, формирующий прямоугольные импульсы, подаваемые на обмотку возбуждения L феррозонда;
- феррозонд, включающей три обмотки;
- выпрямитель;
- устройства регистрации, - например, амперметр или миллиамперметр.
Рассмотрим Фиг. 3.
2
1
3
Компенсация постоянного магнитного поля двигателя при отсутствии груза, а также посторонних постоянных магнитных полей осуществляется переменным резистором R установкой нулевого значение тока, измеряемого миллиамперметром. Величина резисторов R и R выбирается в зависимости от величины напряжения питания.
Генератор прямоугольных импульсов может быть выполнен на трех элементах И-НЕ (например, К561ЛА7), питающихся от источника 9 вольт. При этом желательно предусмотреть возможность регулирования частоты. Величина напряженности магнитного поля, создаваемого двигателем, а следовательно, и величина массы груза определяется по показанию миллиамперметра.
Пример осуществления изобретения. Новый технический результат достигается за счет двух действий, выполняемых в следующей последовательности:
1. Тарирование шкалы измерительного прибора (миллиамперметра).
2. Собственно измерение массы груза.
Тарирование шкалы осуществляется в следующей последовательности.
1. При работе двигателя на подъем и/или перемещение с определенной постоянной скоростью без груза снимается показание миллиамперметра, принимаемое за ноль массы груза.
2. При подъеме и/или перемещении груза с той же постоянной скоростью, масса которого известна, фиксируется показание миллиамперметра, которое будет соответствовать массе поднимаемого груза.
3. Для более точного тарирования шкалы и исключения ошибок действие, выполняемое в пункте 2, можно повторить с другой массой груза. Шкала тарированного миллиамперметра оказывается близка к линейной.
Измерения массы груза необходимо производить при движении груза в том же режиме, в котором производилось тарирование шкалы измерительного прибора.
Как при тарировании шкалы, так и при измерении массы необходимо учитывать массу выпущенной части каната, которая является балластной составляющей массы и которая непостоянна и зависит от высоты подъема груза. Поэтому необходимо использовать датчик положения каната. Зная погонную массу каната можно произвести достаточно точный учет влияния массы каната в зависимости от высоты подъема груза.
При использовании метода на подъемных устройствах одного типа, оборудованных двигателями одной марки, нет необходимости в тарировании шкалы измерительного прибора для каждого устройства в отдельности. Достаточно обеспечить лишь одинаковое место установки чувствительного элемента (феррозонда).
Технический результат. Предлагаемый способ исключает необходимость встраивания датчиков в электрические цепи и в элементы конструкции подъемного устройства, не требует сложного технологического оборудования, значительно снижает затраты на измерения, обеспечивая при этом достаточную точность.
Предлагаемый способ позволяет устанавливать чувствительный элемент (феррозонд) практически в любом удобном месте в непосредственной близости от двигателя подъемного устройства и использовать в качестве измерительного прибора миллиамперметр, что обеспечивает легкость фиксации результатов измерения. Способ отличается простотой использования.
Устройство, реализующее способ, компактно, не содержит дорогостоящих элементов и не требует тщательного обслуживания. Подготовка устройства к работе заключается в тарировании шкалы измерительного прибора (миллиамперметра) в единицах массы.
Применение метода показало, что показания измерительного прибора практически не зависят от степени возможного раскачивания груза. Поэтому никаких дополнительных мер для предотвращения раскачивания груза при измерении массы не требуется. Достаточно обеспечить тот же режим работы двигателя, что и при тарировании шкалы измерительного прибора.
Заявляемый технический эффект достигается при использовании двигателей постоянного тока без импульсного регулирования скорости, что является ограничительным фактором применения данного способа.
Источники информации
1. Афанасьев Ю.В., Феррозонды. - Л.: Энергия, 1969. - 168 с.
2. Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Щелкин А.П., Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. - Л.: Энергия, 1972. - 272 с.
3. Миловзоров В.П. Электромагнитные устройства автоматики. - М.: «Высшая школа», 1974. - 414 с.
4. Боровских Ю.И., Бусыгин Б.П. Электрооборудование подъемно-транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1979. - 184 с.
5. Александров М.П. Грузоподъемные машины: Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа, 2000. - 552 с.
6. Добронравов С.С, Дронов В.Г., Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. для строит, вузов. - М.: Высш. Шк., 2001. - 575 с.: ил.