КРАН, А ТАКЖЕ СПОСОБ КОНТРОЛЯ УСТРОЙСТВА ПРЕДОХРАНЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗОК УКАЗАННОГО КРАНА
CRANE, AS WELL AS MONITORING METHOD OF OVERLOAD PROTECTION DEVICE OF SAID CRANE

Настоящее изобретение относится к крану со стрелой, на которой с возможностью подъема и опускания расположено, по меньшей мере, одно грузозахватное приспособление, причем устройство предохранения от перегрузок содержит средства распознавания для распознавания вылета стрелы и груза на, по меньшей мере, одном грузозахватном приспособлении, и причем предусмотрено устройство контроля для контроля работы устройства предохранения от перегрузок и средства определения для определения удерживающей стрелу и/или индуцированной в оттяжке стрелы силы натяжения. Далее, изобретение относится к способу контроля работы устройства предохранения от перегрузок такого крана.
На таких кранах, как строительные краны, например, самоходные мобильные строительные краны, башенно-поворотные краны или консольные краны с качающейся стрелой обычно с помощью системы управления крана или встроенного в него устройства предохранения от перегрузок производят проверку нагрузки крана на предмет достижения критической границы нагрузки, при которой возникает опасность опрокидывания крана или его повреждения иным образом, с тем, чтобы затем по мере необходимости своевременно отключить соответствующие приводные устройства крана. Такое устройство защиты от перегрузок работает при этом обычно с использованием записанных в память диаграмм нагрузок, которые указывают допустимый для соответствующего вылета груз, причем на кране с помощью датчиков распознают фактический вылет и фактический груз и сравнивают с допускаемой записанной в память диаграммой нагрузки с грузом для соответствующего вылета. В случае приближения фактического распознанного состояния нагрузки к диаграмме нагрузке или даже его превышения, устройство предохранение от перегрузок производит отключение или по, по меньшей мере, замедление работы приводов крана и/или на индикацию выводится соответствующий предупредительный сигнал. Фактический груз может быть определен при этом, например, из натяжения подъемного троса с учетом оснастки, например, с помощью датчика, указывающего усилие привода подъемной канатной лебедки или также с помощью датчиков силы, приданных направляющим роликам или талям. Вылет, то есть горизонтальное расстояние от предполагаемой оси опрокидывания, в частности, от оси крепления шарниром или оси качания стрелы, может быть определен различными способами в зависимости от типа крана, например, с помощью датчика положения, который указывает положение тележки канатной лебедки, или датчика углового положения, который указывает угол наклона стрелы, или других пригодных датчиков вылета, причем также несколько таких датчиков или средств распознавания могут быть предусмотрены в комбинации друг с другом.
Такое устройство предохранения от перегрузок может, однако, функционировать точно и надежно только в том случае, если названные средства распознавания действительно корректно и точно распознают вылет и груз и не вырабатывают ошибочных величин. В сложных условиях эксплуатации крана может, однако, произойти, например, сдвигание датчиков углового положения, которые должны определять угол наклона стрелы, или ошибочное измерение фактического груза средствами распознавания нагрузки, поскольку они исходят из ошибочной оснастки каната. Если, например, грузовой крюк перемещают с двукратной оснасткой, а устройство предохранения от перегрузок исходит, однако, лишь из однократной оснастки, то фактически на грузовом крюке подвешен груз, вес которого в два раза больше указанного средствами распознавания груза. Вследствие такой ошибки устройство предохранения от перегрузок исходило бы из ошибочных величин фактического вылета и/или фактического груза, так что несмотря на сравнение с допустимой величиной груза для соответствующего вылета в соответствии с записанной в память диаграммой нагрузки может быть ухудшена устойчивость крана.
Для предотвращения такого рода ошибочных функций уже думали над тем, чтобы контролировать работу устройства предохранения от перегрузок с помощью устройства контроля и при этом следить за тем, соответствует ли действительно индуцированная сила натяжения стрелы ожидаемой силе натяжения, которую следует ожидать на основании указанных датчиками или средствами распознавания устройства предохранения от перегрузок величин вылета и груза. Для этого измеренную в процессе пересчета силу натяжения можно придать распознанным величинам груза и вылета или произвести уравнивание с ними, так что при слишком больших отклонениях можно сделать заключение о сбое в работе устройства предохранения от перегрузок. Упомянутый процесс пересчета с уравниванием индуцированной силы натяжения с величинами груза и вылета, распознанными устройством предохранения от перегрузок, является, однако, относительно дорогостоящим и при возникающих лишь при эксплуатации крана изменениях не может в действительности исключить с высокой точностью и надежностью сбои в работе.
По этой причине в основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованного крана и усовершенствованного способа контроля устройства предохранения от перегрузок, которые исключают недостатки уровня техники и предпочтительным образом совершенствуют их. В частности, без дорогостоящих процессов пересчета должен быть обеспечен точный и надежный в течение длительного времени контроль работы устройства предохранения от перегрузок и его средств распознавания груза и вылета.
В соответствии с изобретением названную задачу решают с помощью крана в соответствии с п. 1 формулы, а также способа в соответствии с п. 7 формулы. Предпочтительные исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Таким образом, предлагается при уравнивании действующих встречно относительно друг друга на кран или стрелу моментов также учитывать конструкционный момент, возникающий вследствие веса стрелы и по мере необходимости других компонентов крана и осуществлять непрерывное уравнивание моментов также в процессе работы крана в качестве фонового контроля. В соответствии с изобретением предусмотрено, что устройство контроля в режиме «онлайн» в процессе работы крана определяет из определенной текущим образом силы натяжения момент натяжения, из определенного текущим образом вылета и определенной текущим образом нагрузки определяет момент груза, со вспомогательным привлечением записанных в память данных крана определяет конструкционный момент и сравнивает сумму названного момента груза и названного конструкционного момента с названным моментом натяжения и затем, если распознанное при сравнении отклонение превышает порог допусков, выдает сообщение об ошибке или сигнал отключения. Если блок оценки устанавливает, что рассчитанный с помощью устройства расчета момента момент натяжения не совпадает с суммой встречно действующих момента груза и конструкционного момента или значительно отличается от нее, можно исходить из того, что с сенсорной техникой или средствами распознавания устройства предохранения от перегрузок, которые определяют нагрузки и вылет, что-то не в порядке или что устройство предохранения от перегрузок осуществляет ошибочный расчет. Названный порог допусков может быть при этом определен подходящим образом для того, чтобы учитывать переменные побочные нагрузки, например, силу ветра, дополнительно размещенные на стреле рекламные щиты или другие мешающие величины, как, например, обычные допуски измерения.
За счет учета также конструкционного момента стрелы и по мере необходимости размещенных на ней надстраиваемых частей, таких как тяговый трос каретки, дополнительные направляющие ролики или удлинение стрелы в форме качающейся крановой балки контроль можно осуществлять значительно более точно и надежнее и выявлять даже незначительные ошибки, например, в результате смещения датчиков углового положения, причем за счет определения конструкционного момента с помощью записанных в память данных крана более не обязательно необходим дорогостоящий процесс пересчета или пользователь при пересчете, то есть настройке крана, не должен более конфигурировать специальные параметры. Необходимые для контроля данные могут быть полуавтоматически или автоматически загружены в фоновую память при наладке крана.
В усовершенствовании изобретения определенный названным устройством определения угла или датчиком угла качания угол наклона стрелы можно учитывать, однако, не только при расчете конструкционного момента и момента груза, но и также при расчете вращающегося в противоположном направлении момента натяжения, так как обычно за счет регулирования угла наклона стрелы происходит также изменение эффективного плеча силы оттяжки стрелы.
Предпочтительно устройство контроля или его устройство расчета момента определяет из соответственно определенного угла наклона стрелы или угла качания плечо силы для силы натяжения на стреле, вылет, по меньшей мере, одного грузозахватного приспособления, а также плечо силы конструкционной нагрузки стрелы с тем, чтобы затем при дополняющем привлечении соответственно определенной силы натяжения, соответственно определенной нагрузки и записанного в память конструкционного веса стрелы произвести расчет и взаимное уравнивание вращающихся по часовой стрелке и против часовой стрелки моментов.
Если кран содержит более одного грузозахватного приспособления, например, в форме первого грузового крюка, который движется от главной части стрелы или от каретки, и второго грузового крюка, который движется от удлинения стрелы или так называемой качающейся крановой балки, то в этом случае для нескольких грузозахватных приспособлений могут быть определены соответственно индивидуальные плечи силы или учтены вылеты с целью более точного определения соответственно выработанных моментов груза.
При названном определении плечей силы натяжения, по меньшей мере, одного грузозахватного приспособления и конструкционного веса устройство контроля может предпочтительно исходить из того, что плечо силы может быть отнесено к одной общей оси качания. В частности, устройство контроля может относить все плечи силы сил натяжения, груза и конструкционного веса к оси качания стрелы, в результате чего можно добиться более простого и все же достаточно точного расчета момента. За счет этого привлеченная для этого модель расчета, которую использует устройство расчета, существенно упрощается без ущерба точности.
В основном для расчета момента возможно, однако, использование также различных или других осей опрокидывания, например, точки основания башни башенно-поворотного крана или лежащей под стрелой опорной точки ходовой тележки. Названный выше расчет плечей силы относительно оси качания стрелы, ощутимо упрощает, однако, расчет момента.
Названные средства определения для определения удерживающей стрелу или индуцированной в оттяжке стрелы силы натяжения могут быть выполнены в основном различным образом. Например, в предпочтительном усовершенствовании изобретения стреловому канату или стреловой тяге, которая удерживает стрелу, может быть придан датчик силы для непосредственного измерения силы натяжения. Альтернативно или дополнительно также, по меньшей мере, один датчик силы может быть придан жесткой расчалке или опоре, например, в форме острия башни, через которое проходят натяжные канаты, для определения сил реакции, индуцированных жесткой расчалкой или системой тяг в анкерной опоре. Альтернативно или дополнительно возможно также придание датчики силы и/или датчика растяжения и/или датчика изгибающей деформации структурной части крана, которая претерпевает соответствующую деформацию вследствие силы натяжения. Например, в случае башенно-поворотного крана в форме верхнеповоротного крана может быть определен приложенный к башне изгибающий момент или возникающая в башне изгибающая и/или растягивающая нагрузка, которая является мерой для момента натяжения или реакции, противодействующего моментам груза и конструкционного веса.
Используемая в контексте настоящего изобретения сила натяжения может подразумевать в этом отношении непосредственно индуцированную в оттяжке стрелы или удерживающую стрелу силу или также взаимосвязанную с этим силу реакции, которая возникает в одной структурной части крана и является мерой для момента натяжения и реакции, противодействующей моментам груза и конструкционным моментам.
Настоящее изобретение поясняется более подробно на основании предпочтительных примеров исполнения и приложенных чертежей. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 показывает схематическое фрагментарное изображение башенно-поворотного крана с качающейся стрелой и расположенным на стреле удлинением стрелы в форме качающейся крановой балки, а также воздействующих на стрелу сил и моментов;
фиг. 2 показывает диаграмму потока данных для пояснения определения величин нагрузки и вылета или плечей силы, выведенного из этого расчета момента и уравнивания вращающихся по часовой стрелки моментов с вращающимися против часовой стрелки моментами; и
фиг. 3 показывает диаграмму нагрузки устройства предохранения от перегрузок для башенно-поворотного крана с горизонтальной позицией качания стрелы.
Как иллюстрирует фиг. 1, кран 1 может быть выполнен в качестве строительного крана или башенно-поворотного крана, который содержит башню 2, которая может опираться о поворотную платформу 3, которая укреплена на ходовой тележке и может поворачиваться вокруг вертикальной оси вращения. При исполнении в качестве верхнеповоротного крана названная башня 2 может быть, однако, стационарно закреплена без возможности вращения. Названная выше ходовая тележка может быть выполнена в качестве способных перемещаться грузового автомобиля, гусеничного шасси или иным образом, однако, может представлять также собой стационарно закрепленное или стационарно подпираемое опорное основание.
Названная башня 2 может нести стрелу 3, которая может качаться вверх и вниз вокруг лежащей оси 4 качания, которая может простираться на основании стрелы 3 или между башней 2 и стрелой 3. При исполнении в качестве верхнеповоротного крана стрелка 3 может к тому же поворачиваться вокруг вертикальной оси, в частности, продольной оси башни, вокруг башни 2.
Названная стрела 3 расчалена с помощью оттяжки 5 стрелы, причем названная оттяжка 5 стрелы может содержать регулируемый стрелоподъемным механизмом стреловой канат 7 для обеспечения возможности предпочтительно плавного регулирования угла качания или угла наклона стрелы 3. При этом стреловой канат 7 можно направлять или отклонять через лишь обозначенное острие 8 башни, причем, однако, альтернативно или дополнительно могут быть предусмотрены также другие подкосы и, в частности, также вместо натяжного каната может быть предусмотрена анкерная опора.
Как показывает фиг. 1, через соответствующий направляющий ролик в области острия стрелы может проходить подъемный канат с шарнирно укрепленным на тем грузовым крюком 9, причем названный грузовой крюк 9 или связанный с ним подъемный канат мог бы быть проведен также через ходовую тележку, которая может перемещаться вдоль стрелы 3 известным по себе образом.
Как показывает, далее, фиг. 1, на стреле 3 может быть расположено удлинение 10 стрелы в форме качающейся крановой балки, причем от названной качающейся крановой балки может проходить следующее грузозахватное приспособление в форме грузового крюка 11 на соответствующем подъемном канате.
G+S
G+S
G+S
G+S
G+S
FJ
Как поясняет фиг. 1, на стрелу 3 действуют несколько сил полезного и конструкционного веса, которые обладают различными рычагами силы и в соответствии с фиг. 1 оказывают на стрелу 3 вращающиеся по часовой стрелке моменты. Отходящие от стрелы 3 или удлинения 10 грузовые крюки 9 и 11 тянут стрелу 3 в соответствии с фиг. 1 по часовой стрелке вниз, причем силы F и F* вытекают соответственно из закрепленного на грузовом крюке 9 или 11 полезного груза и веса каната и крюка. Горизонтальный вылет названных сил F и F* определяет их рычаг I и I силы относительно оси 4 качания стрелы 3, которую можно рассматривать в качестве оси опрокидывания.
A
A
Далее, конструкционный вес стрелы 3 пытается в соответствии с фиг. 1 тянуть эту стрелу 3 вниз по часовой стрелке с силой F, причем названный конструкционный вес может складываться из собственного веса стрелы 3, собственного веса качающейся крановой балки или удлинения 10 стрелы и по мере необходимости веса установленных на ней дополнительных конструктивных элементов, например, каната ходовой тележки, направляющих роликов, прожекторов, лебедок, сервоприводов и других надстраиваемых частей. Поскольку олицетворяющую конструкционный вес силу F можно рассматривать при этом в качестве действующей в центре S тяжести, ср. фиг. 1. Названные конструкционный вес или сила веса и геометрия стрелы, включая расстояние от центра S тяжести до оси 4 качания могут быть записаны в форме данных крана в запоминающее устройство 12 системы 13 управления крана.
N
С другой стороны, на названную стрелу 3 воздействует сила F натяжения, которая может быть приложена названным выше стреловым канатом оттяжки 5 стрелы, и которая пытается в соответствии с фиг. 1 тянуть стрелу 3 вверх в направлении против часовой стрелки.
N
N
Названная сила F натяжения обладает при этом показанным на фиг. 1 плечом I силы, которое образует проходящую через ось 4 качания прямую, перпендикулярную стреловому канату 7.
Для удержания стрелы 3 в равновесии сумма всех вращающихся по часовой стрелке моментов должна соответствовать сумме всех вращающихся против часовой стрелки моментов. Применительно к поясненным выше силам и моментам это означает, что момент натяжения, обусловленный силой FN натяжения, должен соответствовать сумме моментов груза, обусловленных грузовыми крюками 9 и 11, и момента конструкционного веса, как это выражено приведенным ниже уравнением:
N
N
A
A
G+S
G+S
G+S
FJ
F x I = F x I + F x I + F*x I
A
G+S
FJ
N
N
A
G+S
FJ
N
N
N
N
Как видно из фиг. 1, на названные плечи I, I и I силы полезных и конструкционных весов, а также на плечо I силы F натяжения оказывает влияние угол качания или угол наклона стрелы 3, причем названные плечи I, I и I силы конструкционного и полезного веса изменяются при изменении угла наклона стрелы 3 отчетливо сильнее, нежели плечо I силы F натяжения, по меньшей мере, в обычных диапазонах наклона стрелы 3, которые могут простираться между горизонтальной ориентацией стрелы 3 и указывающей под острым углом к вертикали вверх ориентацией стрелы 3. Меньшее влияние на плечо I силы F натяжения обосновано главным образом геометрией оттяжки стрелы, так как угол натяжения стрелового каната 6 относительно стрелы 3 при качании стрелы 3 изменяется сравнительно слабо, если стрела 3 обычным по себе образом имеет достаточно большую длину по сравнению с высотой острия башни.
G+S
G+S
G+S
FJ
Встроенное в систему 13 управления крана устройство 14 контроля определяет с помощью пригодных средств 15 и 16 распознавания вылет полезных грузов Fи F*, а также сами названные полезные грузы. Для этого датчик 17 углового положения может распознавать угол качания или наклона стрелы 3, так что при помощи записанной в память геометрии крана или данных геометрии стрелы может быть определен вылет, то есть названные плечи I и I силы. Если на стреле 3 может перемещаться ходовая тележка, то может быть дополнительно предусмотрен датчик позиции ходовой тележки. С другой стороны, ведущие к грузовым крюкам 9 и 11 подъемные канаты могут быть оснащены датчиками 18 силы подъема, которые для определения сил подъемного каната могут быть приданы приводам подъемных лебедок или подвескам направляющих роликов. На основании соответствующим образом определенных величин груза и величин вылета названное устройство 14 предохранения от перегрузок может произвести уравнивание с одной или также несколькими кривыми груза, которая (которые) может (могут) быть записаны в запоминающее устройство системы 13 управления крана. Такую записанную в память кривую 23 груза показывает, например, фиг. 4.
G+S
G+S
A
G+S
FJ
A
Для обеспечения возможности контроля работы названного устройства 14 предохранения от перегрузок в фоновом режиме предусмотрено, далее, устройство 19 контроля, которое рассчитывает из названных ранее полезного и конструкционного веса F, F* и F и соответствующих величин вылета или плечей I, I и Iсилы воздействующие на стрелу 3 моменты полезного веса и конструкционного веса. Все этим моменты полезного и конструкционного веса действуют в направлении по часовой стрелке в соответствии с фиг. 1 и фиг. 2.
N
N
С другой стороны, названное устройство 19 контроля или встроенное в него устройство 20 расчета момента рассчитывает воздействующий на стрелу 3 в направлении против часовой стрелки момент натяжения, который образован силой F натяжения и приданным плечом I силы. Как было пояснено выше, при расчете моментов, говоря точнее, при определении рычагов силы, учитывают угол наклона стрелы 3, который измеряют с помощью названного датчика 17 углового положения.
После этого блок 21 оценки устройства 19 контроля сравнивает названный, вращающий против часовой стрелки момент натяжения с суммой вращающихся по часовой стрелке моментов груза и конструкционного веса, ср. фиг. 2. Говоря точнее, названный блок 21 оценки определяет разность между оговоренным, вращающимся против часовой стрелки моментом натяжения и суммой вращающихся по часовой стрелке моментов груза и конструкционного веса. При превышении полученной разностью определенного порога допусков блок 21 оценки делает на основании этого заключение, что устройство 14 предохранения от перегрузок, в частности, его средства 15 и 16 распознавания, работают не надлежащим образом.
В таком случае блок 21 оценки может, с одной стороны, выдать сообщение об ошибке, который может быть выдан на устройство индикации в кабине крана и/или на устройство индикации пульта радиоуправления. С другой стороны, блок 21 оценки может выдать также сигнал отключения для отключения сервоприводов, в частности, привода главного подъемного механизма и/или привода качающейся крановой балки и/или привода стрелоподъемного механизма.
Названный порог допусков служит для учета мешающих параметров, таких как сила ветра, дополнительно размещенные на стреле рекламные щиты или другие мешающие параметры, и может быть записан в запоминающее устройство 12 системы 13 управления крана в форме фиксированной, заранее определенной пороговой величины. Альтернативно или дополнительно названная пороговая величина допусков может быть также согласована с возникающими мешающими параметрами, например, в зависимости от сигнала измерения ветра, в частности, таким образом, что при отсутствии ветра или при незначительном ветре порог допусков уменьшают, а при усиливающемся, более сильном ветре порог допусков повышают. Представляется возможным согласование пороговой величины допусков в зависимости от других влияющих параметров.
N
Как показывает фиг. 2, устройство 19 контроля может определять силу F натяжения с помощью датчика 24 силы или с помощью датчиков, причем оговоренный датчик 24 силы может быть непосредственно придан оттяжке 5 стрелы или стреловому канату 6. Например, датчик 24 силы может определять момент лебедки стрелоподъемного механизма, на который намотан стреловой канат 6.