ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ КРАНА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах защиты от перегрузок грузоподъемных кранов с гидравлическим приводом.
Из авторского свидетельства SU 1044589 А, B66C 23/90, 30.09.1983 известен ограничитель нагрузки грузоподъемного крана, содержащий гидродатчик, установленный между опорной (корневой) секцией стрелы и шарнирным соединением рычага с гидроцилиндром подъема/опускания стрелы. Выход гидродатчика подключен к управляющему входу системы управления крана, выполненной с возможностью блокирования его движений при достижении выходным сигналом гидродатчика предельной величины.
Недостатком этого ограничителя является повышенная сложность и металлоемкость его конструкции ввиду наличия рычага, а также пониженная точность измерения нагрузки вследствие наличия сил трения в шарнирах.
Наиболее близким к предложенному ограничителю является устройство по патенту GB1358871, В66С 23/90, G06G 7/28, 03.07.1974, содержащее датчик давления, соединенный с поршневой полостью опорного гидроцилиндра стрелы, датчик угла наклона стрелы и электронное устройство, соединенное с исполнительным устройством крана и выполненное с возможностью формирования сигнала перегрузки крана в зависимости от выходных сигналов упомянутых датчиков.
Кривая допустимой нагрузки крана в этом ограничителе определяется выходным сигналом датчика наклона стрелы, который в электронном устройстве подвергается нелинейному преобразованию. Фактическая величина нагрузки, с учетом веса стрелы, определяется через измерение давления в
гидроцилиндре подъема/опускания (поддержания) стрелы. Электронное устройство сравнивает фактическую нагрузку крана с допустимой и, при наличии перегрузки, формирует сигналы управления исполнительным устройством крана, блокирующие выполнение грузотранспортных операций.
Недостатком этого устройства является нестабильность ограничения уровня нагрузки, а также пониженная надежность в динамических режимах работы грузоподъемного крана.
Это обусловлено тем, что вибрации крана, вызванные работой его двигателя, пульсации давления в гидросистеме крана из-за конструктивных особенностей гидравлического насоса, раскачивание груза при его подъеме и перемещении и другие причины вызывают колебания давления в гидроцилиндре подъема стрелы при неизменной массе груза. Это приводит к ошибкам измерения фактической нагрузки крана и, соответственно, к нестабильности уровня ее ограничения.
При остановках опускания груза стрелой или грузовой лебедкой, груз по инерции продолжает двигаться вниз, что приводит к возникновению динамических нагрузок на стрелу крана и, соответственно, бросков давления большой амплитуды в поршневой полости гидроцилиндра поддержания (подъема/опускания) стрелы. Броски давления возникают также при резких подъемах (рывках) груза, при столкновениях груза с препятствиями и т.п. Броски (пики) давления приводят к уменьшению ресурса работы и к повреждению датчика давления ввиду его ограниченной перегрузочной способности.
Техническими результатами, на достижение которых направлена заявленная полезная модель, являются повышение:
- стабильности ограничения уровня нагрузки крана в динамических режимах его работы;
- надежности и ресурса работы ограничителя в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок на его измерительную часть.
В ограничителе грузоподъемности крана с гидравлическим приводом подъема/опускания стрелы, содержащем датчик давления, датчик угла
наклона стрелы, электронное устройство, входы которого соединены с выходами этих датчиков, и исполнительное устройство, вход которого соединен с выходом электронного устройства, выполненного с возможностью формирования сигнала перегрузки или блокирования движений крана в зависимости от выходных сигналов упомянутых датчиков, указанные технические результаты достигаются за счет того, что ограничитель дополнительно содержит демпфирующее устройство, установленное в гидравлическом канале, связывающем поршневую полость гидроцилиндра подъема/опускания стрелы с чувствительным элементом датчика давления, или встроенное в этот датчик.
Демпфирующее устройство может быть выполнено в виде гидравлического дросселя - сопла, жиклера, дросселирующей трубки малого диаметра или винтового канала малого сечения, образованного резьбовым соединением деталей датчика давления.
Для достижения этих технических результатов, ограничитель может дополнительно содержать фильтрующий элемент, установленный в гидравлическом канале, соединяющем поршневую полость гидроцилиндра с демпфирующим устройством, или в датчике давления перед демпфирующим устройством, а также гидравлический аккумулятор, присоединенный к каналу, соединяющему демпфирующее устройство с чувствительным элементом датчика давления, или встроенный в этот канал. Гидравлический аккумулятор может быть выполнен в виде гофрированной трубки (сильфона) или заполненной воздухом части полости, соединяющей демпфирующее устройство с чувствительным элементом датчика давления.
Сущность предложенной полезной модели состоит в том, что в ограничителе грузоподъемности крана, в котором его фактическая нагрузка определяется на основании результатов измерения давления в гидроцилиндре подъема/опускания (поддержания) стрелы и угла наклона стрелы, в канале измерения давления устанавливается демпфирующее устройство, устраняющее воздействие гидравлических ударов, пульсаций и колебаний давления на чувствительный элемент (первичный преобразователь) датчика давления. В
результате этого обеспечивается повышение стабильности измерения и, соответственно, ограничения уровня нагрузки крана в динамических режимах его работы, а также надежности и ресурса работы ограничителя. К этим же результатам приводит установка гидравлического аккумулятора, обеспечивающего повышение эффективности работы демпфирующего устройства, и фильтрующего элемента, предотвращающего засорение демпфирующего устройства.
На фиг.1 приведен пример функциональной схемы предложенного ограничителя. На фиг.2 - вариант исполнения датчика давления со встроенным демпфирующим устройством.
Ограничитель грузоподъемности крана (фиг.1) содержит датчик давления 1 в поршневой полости гидроцилиндра подъема/опускания (поддержания) стрелы, датчик угла наклона стрелы 2 и электронное устройство 3, выполненное на основе микроконтроллера, выход которого соединен с входом, по меньшей мере, одного исполнительного устройства 4 гидравлического привода (приводов) 5 крана.
В зависимости от конструкции грузоподъемного крана и требований к ограничителю, он может содержать дополнительные датчики 6 в любом сочетании, например, датчик давления в штоковой полости гидроцилиндра подъема/опускания стрелы, датчик длины стрелы (для кранов с телескопической стрелой), датчик угла азимута, датчик приближения к линии электропередачи и т.д.
Датчик давления 1 содержит демпфирующее устройство 7, установленное в гидравлическом канале, связывающем поршневую полость гидроцилиндра подъема/опусканий стрелы с чувствительным элементом 8 (например, тензометрическим преобразователем) датчика давления 1.
Демпфирующее устройство 7 выполнено, в частности, в виде дросселя - демпфера пульсаций давления, который представляет собой жиклер с отверстием 9 малого диаметра (фиг.1, 2), дросселирующую трубку малого
диаметра, винтовой канал малого сечения, организованный резьбовым соединением деталей датчика давления, и т.п.
Датчик давления 1 содержит устройство усиления и преобразования выходного сигнала 12 его чувствительного элемента 8, которое может быть реализовано в электронном устройстве 3 (фиг.1) или конструктивно объединено с датчиком давления 1 (фиг.2).
Перед демпфирующим устройством 7 может быть дополнительно установлен 4 фильтрующий (фильтродросселирующий) элемент 10, предотвращающий засорение канала 9 демпфирующего устройства (дросселя) 7.
С целью повышения эффективности работы демпфирующего устройства 7, к каналу, посредством которого он соединяется с чувствительным элементом 8 датчика давления 1, может быть присоединен гидравлический аккумулятор 11 (фиг.1). Гидравлический аккумулятор 11 может быть также встроен в этот канал (в полость, соединяющую демпфирующее устройство 7 с чувствительным элементом 8 датчика давления 1).
Гидравлический аккумулятор 11 может быть выполнен в виде гофрированной трубки (сильфона), гидропневмоаккумулятора или заполненной воздухом части полости, соединяющей демпфирующее устройство 7 с чувствительным элементом 8 датчика давления 1.
Ограничитель грузоподъемности может иметь дополнительные устройства звуковой и световой индикации, органы управления, устройства энергонезависимой памяти для регистрации параметров работы крана, устройства дистанционного приема/передачи данных и другие устройства, подключенные к микроконтроллеру электронного устройства 3 (на фиг.1 условно не показаны).
Перед началом работы грузоподъемного крана в память электронного устройства 3 записываются величины нагрузок, допустимых для различных пространственных положений стрелы или грузозахватного органа крана. Эти величины определяются, как правило, расчетным путем при проектировании грузоподъемного крана и представлены в виде его грузовых характеристик.
Во время работы грузоподъемного крана крановщик воздействует на органы управления, например, гидравлическими распределителями отдельных гидравлических приводов механизмов крана, обеспечивая выполнение грузоподъемных операций - подъем и опускание стрелы, подъем и опускание груза лебедкой, поворот платформы крана и т.д.
Микроконтроллер электронного устройства 3 работает по программе, записанной в его памяти программ, и осуществляет запрос информации о параметрах работы крана от датчиков 1, 2, 6 и, при необходимости, от датчиков, контролирующих работу гидравлических приводов крана (на фиг.1 показано пунктиром).
После получения информации от датчиков, микроконтроллер электронного устройства 3, на основании сигналов от датчика давления 1 в поршневой полости гидроцилиндра подъема/опускания стрелы, сигналов от датчиков 2, 6 пространственного положения стрелы и, при необходимости, сигналов других датчиков 6 (в том числе датчика давления в штоковой полости гидроцилиндра), вычисляет действительное значение нагрузки крана и фактическое положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования. После чего электронное устройство 1 осуществляет сравнение текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой для текущего пространственного положения стрелы или грузозахватного органа крана.
В зависимости от результатов этого сравнения, т.е. при превышении максимально допустимой нагрузки, электронное устройство 3 формирует звуковой или световой сигнал перегрузки, информирующий крановщика о необходимости уменьшения нагрузки крана, или сигнал управления исполнительным устройством 4, обеспечивая автоматическое отключение работающего в данный момент времени гидравлического привода 5 грузоподъемного крана. Благодаря этому обеспечивается ограничение нагрузки крана.
Процесс подъема и перемещения груза сопровождается вибрациями крана, вызванными работой его двигателя, и раскачиванием груза. Это приводит к колебаниям давления в гидроцилиндре подъема/опускания стрелы. К
этому же приводят пульсации давления в гидросистеме крана из-за конструктивных особенностей гидравлического насоса (как правило, шестеренного типа), гидравлические удары в моменты переключений нерегулируемых гидрораспределителей и т.д. При остановках опускания груза стрелой или грузовой лебедкой, груз по инерции продолжает двигаться вниз, что приводит к возникновению динамических нагрузок на стрелу крана и, соответственно, бросков давления в поршневой полости гидроцилиндра поддержания (подъема/опускания) стрелы. Броски давления возникают также при резких подъемах (рывках) груза, при столкновениях груза с препятствиями и т.п.
Это приводит к ошибкам измерения фактической нагрузки крана и к нестабильности уровня ее ограничения. Броски (пики) давления приводят к уменьшению ресурса работы и/или к повреждению чувствительного элемента 8 датчика давления 1 ввиду его ограниченной перегрузочной способности.
Демпфирующее устройство 7 устраняет воздействие пульсаций и пиков давления на чувствительный элемент 8 датчика давления 1, что позволяет избежать их негативного влияния на точность определения фактической нагрузки крана и, соответственно, на точность ограничения нагрузки (грузоподъемности) крана. Одновременно обеспечивается защита чувствительного элемента 8 от воздействия пульсаций давления, перепадов давления и гидравлических ударов во внутренней полости датчика давления 1, что обеспечивает повышение надежности и ресурса работы ограничителя.
Эффективность действия демпфирующего устройства 7 (гасителя колебаний) определяется его конструктивными параметрами и вязкостью рабочей среды. Эти параметры оптимизируются с учетом необходимого времени срабатывания ограничителя грузоподъемности.
С учетом несжимаемости рабочей жидкости, для снижения скорости нарастания давления перед чувствительным элементом 8, может дополнительно использоваться гидроаккумулятор. Его применение увеличивает объем рабочей жидкости, который должен пройти через демпфирующее устройство 7 для изменения давления перед чувствительным элементом 8, что приводит
к повышению эффективности сглаживания пульсаций, бросков и ударов давления. В простейшем случае функции такого гидроаккумулятора может выполнять «воздушная подушка», образование которой может быть предопределено применением специальной конфигурации полости, соединяющей демпфирующее устройство с чувствительным элементом датчика давления.
В случае применения в качестве аккумулятора гофрированной трубки (сильфона), объем жидкости, протекающей через демпфирующее устройство, определяется изменением его собственного объема.
Рабочая среда (масло гидравлической системы крана) имеет примеси. Демпфирующее устройство дроссельного типа имеет отверстие (жиклер, диафрагму), трубку или канал малого сечения. С целью предупреждения засорения этого канала, перед демпфирующим устройством 7 целесообразно установить фильтрующий (фильтродросселирующий) элемент 10. Его наличие повышает надежность работы ограничителя грузоподъемности.
В данном описании схематично приведены частные варианты реализации предложенного ограничителя грузоподъемности крана. Полезная модель охватывает его другие возможные варианты исполнения и их эквиваленты без отступления от сущности полезной модели, изложенной в ее формуле.