СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТОМ ПОВОРОТНОЙ ЧАСТИ БАШЕННОГО КРАНА
METHOD OF TOWER CRANE ROTARY PART CONTROL

Изобретение относится к области башенных подъемных кранов. В частности, изобретение относится к способу механизированного управления поворота верхней поворотной части башенного крана.
Башенный подъемный кран обычно состоит из двух основных частей не поворотной нижней части - вертикальной «башни» и поворотной верхней части, вращающейся относительно вертикальной оси вращения. Поворотная верхняя часть смонтирована на вершине башни и выполнена в виде стрелы, одна сторона которой относительно оси вращения удлинена в одну сторону, а вторая сторона - стрела противовеса удлинена в другую сторону относительно оси вращения и снабжена противовесом. Вращение поворотной части обеспечивается приводом, использующим электроэнергию, известным, как «электромеханизм поворота».
Чтобы поворотная верхняя часть крана имела возможность вращения относительно вершины башни, которая располагается между стрелой и стрелой противовеса, обычно применяется опорно-поворотное устройство, выполненное из двух концентрических обойм, одна из которых неподвижно зафиксирована на вершине башни, а вторая подвижная на поворотной части, между обоймами расположены шарики или цилиндрические ролики, установленные с возможностью вращения.
Электромеханизм поворота обычно содержит оснащенный электромотором агрегат, закрепленный на поворотной части, этот моторный агрегат вращает расположенную на вертикальной оси шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом, нарезанным на верхней подвижной обойме. Если необходимо передать большую мощность для привода поворотной части, могут быть предусмотрены два или более оснащенных моторных агрегата, при этом каждый такой моторный агрегат вращает одну шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом.
Примеры подобных механизмов приведены в документах ЕР 1422188 и FR 2907109.
Когда башенный кран не используется, между его рабочими операциями, он обычно устанавливается как «флюгер»: поворотная часть не долго тормозится во время поворота, или имеется уменьшенное торможение, поэтому стрела поворачивается легко в любой момент, в соответствии с направлением ветра. Следовательно, стрела устанавливается по ветру, несмотря на то что в это же время стрела противовеса стремиться повернуться в противоположную сторону, но площадь стрелы под действием ветра больше, чем у стрелы противовеса.
Во время работы башенный кран подвергается тяжелым циклам нагружения, которые являются результатом противоположных вращений с нагрузкой, и «без нагрузки». Башня крана при этом испытывает «крутящие» моменты, которые надо ограничивать по максимальной величине.
С этой целью электромеханизм поворота крана контролируется компьютером, который ограничивает максимальный момент поворота.
Следует заметить, что во время рабочих операций поворотная часть крана и, в частности, стрела находятся под действием ветра при движении, и следует учитывать ветровую нагрузку при определении общего момента сопротивления.
Предельное значение момента, устанавливаемое компьютером, является сочетанием моментов сопротивления нагрузки и ветра, это сочетание усложняет крановщику контроль за позиционированием стрелы, при движении под нагрузкой, если скорость ветра выше некоторого предельного значения.
В патенте FR 1544012 приводятся сведения о способе контроля поворота башенного крана (без стрелы противовеса), в котором для преодоления момента сопротивления при сильном ветре предусматривается дополнительный привод, который действует на зубчатое колесо поворотного механизма, усиливая основной привод. Добавление второго привода, применяемого время от времени, усложняет и увеличивает стоимость привода.
Осуществление изобретения позволяет избежать усложнения и увеличения стоимости привода, его задачей является облегчение управления башенным краном, то есть улучшение управления поворотом крана при действии ветра, в частности, без дополнительного привода.
С этой целью, объектом изобретения является, способ механизированного управления поворотной верхней части башенного крана, которая выполнена в виде стрелы и стрелы противовеса, соединена с электромеханизмом поворота, содержащем, по меньшей мере, один редукторный электродвигатель в виде электромотора и редуктора. передающего момент поворота поворотной части крана, причем этот момент имеет максимальную величину, причем указанный способ характеризуется тем, что, когда кран используется при скорости ветра, по меньшей мере, большей, чем заданная, упомянутый электромотор может развивать максимальную величину момента поворота настолько долго, насколько такие условия действуют.
Преимущественно, величина момента поворота увеличивается в случае, когда ветровая нагрузка больше заданного значения, но при этом учитывается, по меньшей мере, одно дополнительное условие, что длина стрелы крана больше заданной величины и/или момент нагрузки от нагрузки, висящей на крюке стреле больше максимально допустимого момента.
Если эти условия соблюдены, то воплощение изобретения, в частности, обеспечивает увеличения момента поворота в пределах максимального заданного значения так, что учитывается функция углового положения стрелы и направление ветра, в частности увеличение приводного момента происходит в период приспособления стрелы к «изменениям направления ветра».
Ниже приведены все условия, при которых максимальная величина момента поворота может быть увеличена:
- скорость ветра, более, 50 км/ч,
- длина вылета стрелы, более, 40 м,
- момент нагрузки, более, 80% от максимального допустимого момента нагрузки.
Как показано, здесь «момент нагрузки» - произведение силы тяжести груза, поднимаемого краном, на горизонтальный отрезок между линией действия силы тяжести груза и осью башни крана (осью поворота вращающейся части).
Переменные параметры, принимаемые во внимание при воплощении изобретения, могут быть определены по показаниям датчиков и/или рассчитаны. В частности, момент нагрузки может быть получен расчетом, вес нагрузки может быть определен по показаниям тензодатчика на подготовленной обойме, отрезок измеряется потенциометром, размещенным на лебедке, перемещающей тележку вдоль стрелы. Также можно использовать датчик момента, который дает значения момента измерением угла скручивания валов.
При воплощении изобретения, величина момента, развиваемая мотором электромеханизма поворота, увеличивается, например, на 15%, когда условия определенные выше присутствуют одновременно. Необходимость в увеличении момента, возникает, если крановщику на определенной скорости, требуется обеспечить больший момент. И при этом не требуется дополнительного электромотора.
Однако необходимо избегать постоянного использования увеличенного крутящего момента, потому что возникают проблемы усталостной прочности башни. Неправильное использование способа может произойти, например, если крановщик нарушит соединение между одним из выходов от компьютера, обрабатывающего информацию от датчиков, дающих разрешение на увеличение момента и входом на исполнительный механизм, который контролирует электромотор электропривода поворотного механизма, с другой стороны. Соответственно, изобретение включает сравнение состояния входного сигнала от исполнительного механизма и командой, выдаваемой компьютером, и когда состояние входа не соответствует команде компьютера, электромеханизм поворота автоматически переключается в безопасный режим, например, с уменьшением скорости.
Другим объектом заявленного изобретения является устройство для осуществления способа, включающее известные элементы: электромеханизм поворота, содержащий, по меньшей мере, один оснащенный агрегат в виде электромотора и редуктора, передающий момент поворотной части крана, причем этот момент имеет максимальную величину, исполнительный механизм, типа вариатора частоты, предназначенный для контроля мотора электромеханизма поворота, характеризующееся тем, что содержит компьютер, оснащенный входами такие параметры, как скорость ветра, длина стрелы крана, момент нагрузки, подвешенный на крюке стреле, и выходом, связанным с одним из входов исполнительного механизма типа вариатора частоты, который способен воздействовать на этот исполнительный механизм, в зависимости от обработанной- информации, путем выдачи команды (S), разрешающей увеличение максимального момента поворота.
Устройство для осуществления способа делает возможным на короткие периоды, увеличивать момент мотора электромеханизма поворота, управляемый вариатором частоты, чтобы сделать кран более удобным для работы крановщика, когда он находится под действием сильного ветра.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - общий вид башенного подъемного крана, который может быть снабжен устройством, в соответствие с представленным изобретением;
фиг.2 - вид башенного подъемного крана по фиг.1 в плане;
фиг.3 - блок-схема устройства в соответствии с настоящим изобретением, и электромеханизм поворота согласно предпочтительному варианту выполнения;
фиг.4 - схема, демонстрирующая "логику" операций устройства в соответствии с изобретением, в частности его функции, разрешающие увеличение максимального значения момента поворота.
На фиг.1, 2 показан подъемный башенный кран содержащий башню 2 и поворотную часть 3, монтируемую на вершине башни 2. Башня 2 расположена над неподвижной рамой 4, которая загружена балластом 5. Башня 2 состоит из соединения определенного числа секций, нижняя часть башни оснащена телескопической клетью 6, которая позволяет увеличивать высоту башни за счет вставных секций.
Поворотная часть 3 крана выполнена в виде двух частей: передней части стрелы 7, направленной «вперед» и задней части, направленной «назад» стрелы противовеса 8, соединенной со стрелой 7 в виде единого целого, что позволяет поворотной части вращаться вокруг вертикальной оси «А», которая совпадает с центральной осью башни 2. Стрела 7 служит направляющей для тележки 9 стрелы, под которой подвешен подъемный крюк 10 с грузом С. Таким образом, груз С может перемещаться в горизонтальном направлении с тележкой 9 (стрелка D) и также подниматься вертикально крюком (стрелка Н). Стрела противовеса 8 содержит в задней части противовес 11, который, по меньшей мере, частично уравновешивает вес стрелы 7 и нагрузку С, поднимаемую крюком 10.
На фиг.3 (внизу справа) показан электромеханизм поворота 12, который размещен между поворотной частью 3 и вершиной башни 2, этот механизм 12 также расположен между стрелой 7 и стрелой противовеса 8. Механизм 12 содержит обойму опорно-поворотного устройства 13, встроенную в вершину башни 2, и поворотную платформу 14, связанную с поворотной частью 3. В примере, показанном на фиг.3 механизм 12 включает два одинаковых привода 15 соединенные с поворотной платформой 14, каждый привод 15 состоит из электромотора 16 и из редуктора 17. Вертикальный выходной вал каждого редуктора 17 снабжен шестерней, которая находится в зацеплении с зубчатым колесом 18 нарезанным в обойме опорно-поворотного устройства 13. Оба привода 15, или иначе электромотора 16, контролируются вариатором частоты 19. Вариатор управляется крановщиком, находящимся в кабине 20 крана, в функции крановщика входит: начало работы, останов крана, выбор направления движения, задание скорости движения.
В соответствии с вариантом выполнения изобретения на фиг.3 показаны связи между вариатором частоты 19 и компьютером 21, которому даны определенные функции, и который включает входы 22, 23, 24 и выход 25 для сигнала, связанного с вариатором частоты 19.
Первый вход 22 компьютера 21 связан с анемометром 26, находящимся на кране, и передает компьютеру 21 информацию о скорости ветра (сигнал V) в зоне работы подъемного крана.
Второй вход 23 компьютера 21 связан с датчиком 27, который измеряет отрезок L между, проходящей через тележку 9 стрелы линией действия нагрузки С и вертикальной осью А башни.
Третий вход 24 компьютера 21 связан с показаниями тензорезистора 29, включенного в мостовую схему 28, помещенную на шкиве, на который намотан трос и который выдает сигнал, соответствующий весу Р нагрузки С, подвешенной на крюке 10.
Таким образом, компьютер 21 определяет мгновенное значение скорости ветра, и в то же самое время вычисляет момент груза, как произведение отрезка L и веса Р нагрузки С, то есть умножает сигнал L, полученный во втором входе 23 на сигнал Р, полученный в третьем входе 24.
В компьютере 21 заложены сведения о полной длине Lf стрелы 7, на которой измеряется скорость действия ветра.
Компьютер 21 может, таким образом, выполнить логическую операцию, показанную на фиг.4, состоящую в проверке трех, одновременно присутствующих условий:
- длина стрелы Lf>x метров
- скорость ветра V>V мах
- момент груза Р×L>Z% максимальной допустимой величины.
Если все эти три условия соблюдаются, тогда выход 25 компьютера 21 выдает сигнал S на разрешение увеличения момента поворота, например, на 15% против обычной максимальной величины. Этот сигнал S направляется к входу вариатора частоты 19, который управляет соответствующими электромоторами 16 из приводов 15.
Для управления приводами 15 компьютер 21 может также использовать еще два параметра, это мгновенные углы, определяющие положение (угол "альфа 1") стрелы 7, и направление ветра (угол "альфа 2"). Угол "альфа 1" стрелы 7 может быть измерен датчиком вращения, связанным с электромеханизмом поворота 12, таким, например, как датчик, описанный в документе FR 2907109. Угол "альфа 2" направления ветра измеряется датчиком типа флюгера, установленным на подъемном кране.
Компьютер 21 при сравнении углового положения стрелы 7 (по углу "альфа 1") с направлением ветра (по углу "альфа 2"), может определить, соответствует ли момент, передаваемый на стрелу 7, силе действия и направлению ветра, или присутствует тенденция, требующая большего момента. Если разрешение увеличить момент имеется, то есть условия соблюдаются, имеется команда в виде сигнала S, и момент может быть увеличен. Контроль регулирования скорости и установка ее значения выполняется крановщиком.
c
Кроме того, чтобы избежать постоянного использования максимальной величины момента поворота состояние входа вариатора частоты 19 постоянно проверяется обратной связью 30, этой связью гарантируется, что вход вариатора не будет разъединен крановщиком. Если состояние входа не соответствует команде S, подаваемой на вход 25 от компьютера 21, то электромеханизм поворота 12 автоматически переключается компьютером 21 для уменьшения параметров. В частности, компьютер 21 тогда посылает специальный сигнал о величине скорости V к другому входу вариатора частоты 19, чтобы уменьшить скорость вращения поворотной части 3 крана.
К предложенному варианту выполнения изобретения, могут быть сделаны добавления, не меняющие сути изобретения, как оно было определено в нижеизложенных пунктах:
- учет большего или меньшего количества параметров при формировании разрешения на временное увеличение максимального момента поворота;
- изменение числа приводов в электромеханизме поворота, поскольку это возможно, если мощности единственного привода достаточно для механизма поворота;
- замена компьютера с определенными функциями контроля и обработки информации о работе крана, другим компьютером, выполняющим другие функции;
- замена вариатора частоты любым аналогичным "исполнительным механизмом", позволяющим управлять одним или более электромоторами;
- использование любых типов датчиков для прямого или косвенного измерения параметров, необходимых для данного способа в соответствии с изобретением, например, для определения момента груза.