ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ СТРЕЛОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системе защиты стрелового крана, стрелового самоходного крана от перегрузок.
Известен прибор безопасности грузоподъемного крана (патент на изобретение РФ №2307061, приоритет 26.12.2005), содержащий информационно-управляющий блок, сопряженный с выходным устройством, датчики определения пространственного положения элементов и узлов крана с использованием косвенных параметров, полученных с помощью датчиков давления, установленных в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра подъема стрелы или тросового датчика усилия, размещенного на подвижной ветви грузового каната корневой секции стрелы. Данная система не позволяет решить задачу по безопасной работе крана на максимальных вылетах, не обеспечивая гарантированное отключение механизмов крана при подъеме груза, превышающего номинальную грузоподъемность для данного вылета более чем на 10%. Это объясняется тем, что для системы с датчиками давления формируемый сигнал зависит не только от изменения массы груза на крюке, но и от потерь на трение в уплотнениях гидроцилиндров. Для системы с тросовым датчиком усилия не обеспечивается необходимая точность при измерении массы груза. Это объясняется тем, что величина трения в полиспасте нелинейно зависит от количества ветвей полиспаста, его качества изготовления и действующего на него усилия.
Наличие потерь на трение для больших вылетов стрел вносит серьезные погрешности в систему защиты грузоподъемного крана, существенно снижая безопасность использования крана, его рабочую грузовысотную характеристику и потребительскую привлекательность.
Технический результат полезной модели заключается в повышении безопасности работы стрелового крана за счет того, что конструктивные особенности крана (трение в уплотнениях гидроцилиндров и в полиспасте) не влияют на точность измерения массы груза, обеспечивается прямое измерение массы груза. Другим техническим результатом является повышение точности измерения массы груза на дальних вылетах стрелы.
Технический результат достигается тем, что ограничитель грузоподъемности стрелового крана, содержащий тросовый датчик усилия, выходной блок, связанный на входе с вычислительным устройством, согласно техническому решению ограничитель грузоподъемности снабжен вторым тросовым датчиком усилия, блоком алгоритма работы, оба тросовых датчика усилия связаны с блоком алгоритма работы, который на выходе связан с вычислительным устройством, при этом первый тросовый датчик усилия соединен с неподвижной ветвью грузового каната, второй тросовый датчик усилия соединен с подвижной ветвью грузового каната. Первый тросовый датчик усилия установлен шарнирно на оголовке стрелы крана, выполнен в форме S-образного тензометрического датчика типа растяжения-сжатия из нержавеющей стали или стали повышенной твердости. Второй тросовый датчик усилия установлен на корневой секции стрелы крана, выполнен в виде устройства, состоящего из двух опорных роликов и блока тензопреобразователя с высоким классом точности. Блок алгоритма работы выполнен в виде электронного устройства для преобразования сигналов с двух тросовых датчиков в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов без влияния трения в полиспасте. В качестве вычислительного устройства для обработки входных сигналов и формирования выходных сигналов использован микроконтроллер. Выходной блок содержит силовые ключи, выполненные в виде электромагнитных реле или силовых интегральных микросхем.
Полезная модель поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображена структурная схема ограничителя грузоподъемности стрелового крана;
на фиг. 2 изображено расположение тросовых датчиков усилия на стреловом кране.
Ограничитель грузоподъемности стрелового крана содержит первый тросовый датчик усилия 1, установленный шарнирно в оголовке 2 стрелы 3 или гуська и соединенный с неподвижной ветвью 5 грузового каната 6. Выход тросового датчика усилия 1 подключен к блоку алгоритма работы (БАР) 7. Второй тросовый датчик усилия 8 расположен на корневой секции 9 стрелы 3, соединен с подвижной ветвью 10 грузового каната 6 симметричной противоположной неподвижной ветви 5 грузового каната 6. Выход второго тросового датчика усилия 8 подключен к блоку алгоритма работы 7. БАР 7 - электронное устройство, предназначенное для сравнения и преобразования сигналов с двух тросовых датчиков в сигнал, эквивалентный сумме этих сигналов без влияния трения в полиспасте. Выход БАРа 7 подключен к вычислительному устройству 11, соединенному с выходным блоком 12. Выходной блок 12 включает в себя силовые ключи, выполненные в виде электромагнитных реле или силовых интегральных микросхем, подключенных к исполнительному устройству 13.
В качестве исполнительного устройства 13 может быть использован, например, дискретный электромагнитный клапан (клапаны), являющийся составной частью гидравлической (механической) системы управления краном, или контроллер управления, являющийся составной частью электрогидравлической системы пропорционального управления стреловым краном 4.
Тросовый датчик усилия 1 может быть выполнен в форме S-образного тензометрического датчика типа растяжения-сжатия из нержавеющей стали или стали повышенной твердости. Для крепления датчика в неподвижную ветвь каната с одной стороны и для крепления датчика к оголовку стрелы с другой стороны предусмотрен узел встройки, предотвращающий влияние боковых сил.
Тросовый датчик усилия 8 выполнен в виде устройства, состоящего из двух опорных роликов и блока тензометрического преобразователя с высоким классом точности, для измерения силы натяжения в подвижной ветви 10 грузового каната 6.
В качестве вычислительного устройства 11 для обработки входных сигналов и формирования выходных сигналов использован микроконтроллер.
Работа крана осуществляется следующим образом. Команды оператора на управление механизмами крана поступают с органов управления (джойстики), имитирующих работу золотников с помощью электромагнитных клапанов для электрогидравлических систем пропорционального управления. При подъеме и опускании груза сигнал от первого тросового датчика усилия 1 и сигнал от второго тросового датчика усилия 8 поступают в БАР 7. В БАРе 7 сигналы с двух тросовых датчиков сравниваются и суммируются. О величине веса груза судят по величине на выходе БАРа 7. При превышении номинального значения грузоподъемности на 10% на выходе вычислительного устройства 11 формируется команда запрета - блокировка крановой операции подъем крюка с грузом, направленной на увеличение грузового момента. Сигнал с выходного блока 12 разрывает цепь дискретного электромагнитного клапана (для гидравлического управления краном), управляющего механическими операциями крана (поворот, телескопирование стрелы, подъем-опускание стрелы, подъем-опускание крюка), или поступает в контроллер управления крановыми операциями (для электрогидравлических систем).
1гр
1пол
1опуск
1гр
1пол
1под
1гр
1пол
пол1
При наличии одного тросового датчика в неподвижной ветви 5 грузового каната 6 низкая точность измерения массы груза объясняется тем, что полное усилие, приведенное к этому датчику, состоит из двух частей: усилия, создаваемого весом груза F, и усилия, требуемого на преодоление трения в блоках полиспаста F. При опускании груза усилие трения в полиспасте складывается с усилием, создаваемым весом груза, а при подъеме груза усилие вычитается. Полный сигнал при опускании равен F=F+F, при подъеме полный сигнал с датчика F=F- F. Величина трения в полиспасте F не является строго нормированной. В зависимости от качества изготовления, количества ветвей полиспаста, деградационных процессов в полиспасте (старение), усилия, действующего на полиспаст, величина трения в полиспасте может существенно изменяться, в том числе и во времени, что не позволяет реализовать в устройствах подобного рода точные системы измерения.
2опуск
2гр
2пол
2под
2гр
2пол
При наличии одного тросового датчика на подвижной ветви 10 грузового каната 6 низкая точность измерения объясняется теми же недостатками, что и для выше указанного случая. При опускании груза усилие трения в полиспасте вычитается F=F-F, а при подъеме усилие трения в полиспасте складывается F=F+F. В данном варианте трение в полиспасте также влияет на точность результата измерения.
1гр
2гр
1пол
2пол
Σпод
1под
2под
1гр
1пол
1гр
2пол
1гр
2гр
гр
Σопуск
1опуск
2опуск
1гр
1пол
2гр
2пол
1гр
2гр
гр
Высокая точность измерения достигается совместным использованием тросовых датчиков. Как в статике, так и в динамике при работе с одним и тем же весом груза выходные сигналы с обоих датчиков выравниваются и суммируются, устраняя влияние усилия трения в полиспасте. После уравнивания сигналов в БАРе 7: F=F, Р=F. При подъеме общий выходной сигнал после БАРа 7 равен: F=F+F=(F-F)+(F+F)=F+F=2F, т.е. на выходе БАРа 7 получаем сигнал, пропорциональный удвоенной величине веса груза без влияния трения в полиспасте. При опускании груза общий выходной сигнал после БАРа 7 равен: F=F+F=(F+F)+(F-F)=F+F=2F.
1гр
где F - усилие, создаваемое весом груза для тросового датчика 1, соединенного с неподвижной ветвью 5 грузового каната 6;
2гр
F - усилие, создаваемое весом груза для тросового датчика 8, соединенного с подвижной ветвью 10 грузового каната 6;
1пол
F - усилие, требуемое на преодоление трения в блоке полиспаста для тросового датчика 1, соединенного с неподвижной ветвью 5 грузового каната 6;
2пол
F - усилие, требуемое на преодоление трения в блоке полиспаста для тросового датчика 8, соединенного с подвижной ветвью 10 грузового каната 6;
1под
F - усилие при подъеме с учетом трения в блоке полиспаста для тросового датчика 1, соединенного с неподвижной ветвью 5 грузового каната 6;
2под
F - усилие при подъеме с учетом трения в блоке полиспаста для тросового датчика 8, соединенного с подвижной ветвью 10 грузового каната 6;
1опуск
F - усилие при опускании с учетом трения в блоке полиспаста для тросового датчика 1, соединенного с неподвижной ветвью 5 грузового каната 6;
2опуск
F - усилие при опускании с учетом трения в блоке полиспаста для тросового датчика 8, соединенного с подвижной ветвью 10 грузового каната 6;
Σпод
F - общее усилие при подъеме без влияния трения;
Σопуск
F - общее усилие при опускании без влияния трения.
Ограничитель грузоподъемности крана обеспечивает прямое измерение нагрузки, повышает безопасность работы крана, повышает точность измерения массы груза на дальних вылетах стрелы, устраняя тем самым существенные недостатки прототипа.
Предлагаемый ограничитель грузоподъемности крана может быть использован во всех типах стреловых кранов, в том числе в стреловых самоходных кранах, в промышленности и строительстве.