СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ АВТОКРАНА ОТ ОПРОКИДЫВАНИЯ И ПЕРЕГРУЗОК С УПРАВЛЕНИЕМ СКОРОСТЯМИ ПРИВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF AUTOMATIC PROTECTION OF TRUCK CRANE AGAINST TURNOVER AND OVERLOADS WITH CONTROLLED DRIVE SPEEDS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию, а именно к устройствам автоматической защиты крана с телескопической стрелой от опрокидывания и перегрузок - ограничителям грузоподъемности (ОГ).
Для безопасной эксплуатации краны оснащаются устройствами автоматической защиты.
1. Известен способ, положенный в основу работы устройств защиты кранов и заключающийся в сравнении сигналов силоизмерителя в штоке толкателя стрелы с их допустимыми значениями, равными приведенным к звену силоизмерения значениям грузовых характеристик и заданными программно. Способ традиционно используется в мировой практике устройств защиты в том числе и микропроцессорных |1|, |3|, которые отличаются между собой отдельными техническими решениями. Устройства содержат: датчики угла наклона и длины стрелы, силоизмеритель штока толкателя стрелы, программатор допустимых нагрузок, вычислитель вылета и длины стрелы, компаратор.
Недостатки известных программных устройств защиты проистекают от способа, положенного в основу их работы, и связаны с сравнением двух нелинейноизменяющихся по величине функций вылета и длины стрелы сигналов силоизмерителя и допустимых нагрузок. При равенстве сигналов срабатывает защита и выключает привода на скорости, что приводит к дополнительным динамическим нагрузкам, снижающим устойчивость крана к опрокидыванию. Поэтому в зоне предельных нагрузок следует снижать скорость привода до нуля при срабатывании защиты.
Однако срабатывание защиты происходит при различных по величине сигналах нагрузки крана, в связи с чем информация о нижней границе задаваемой опасной работы крана не определяется однозначно. Поэтому, например, в отечественных устройствах защиты типа ОНК-140 для индикации зон нагрузок используются три лампочки с цветными светофильтрами. Так, включение лампочки с зеленым светофильтром «НОРМА» указывает, что кран работает с нагрузкой, безопасной для работы, включение лампочки желтого свечения, сопровождаемое преривистым звуковым сигналом, свидетельствует, что кран работает в зоне превосходящей 90% нагрузки крана, а включение лампочки красного свечения «СТОП», сопровождаемое прерывистым звуковым сигналом, свидетельствует, что нагрузка крана превышает 100%, а при 110% происходит автоматическое отключение соответствующего привода. Очевидно, что с целью снижения влияния так называемого «человеческого фактора» на безопасность работы крана в зоне опасных нагрузок необходимо использовать систему автоматического замедления скорости привода до нуля по достижении предельной нагрузки, однако, информация «трех лампочек» делает решение этой задачи затруднительной без внесения изменений в сам источник информации.
2. Известно также устройство защиты крана с автоматическим снижением скорости опускания стрелы с грузом |2|, состоящее из программного ограничителя грузоподъемности (ОГ), потенциометра со скользящим контактом, вращаемым моторредуктором питаемым напряжением равным разности сигналов силоизмерителя и программатора допустимых нагрузок с выходов ОГ и электрически управляемым дросселем, установленным на ответвлении напорного трубопровода насоса, благодаря чему происходит перераспределение потоков жидкости, поступающей гидроцилиндр привода и сливаемой через дроссель в бак подпитки насоса. По мере опускания стрелы с грузом уменьшается напряжение питания моторредуктора и скорость перемещения скользящего контакта потенциометра питающего дроссель и увеличиваются просвет дросселя и поток сливаемой через него в бак жидкости, что приводит к снижению скорости опускания стрелы с грузом до полной остановки привода по достижении равенства сигналов силоизмерителя и допустимого груза. Недостаток устройства вызван способом работы программных ОГ.
3. Известен способ проверки работы программных устройств защиты кранов с телескопической стрелой, заключающийся в контроле наличия обрыва в цепи питания датчиков, отклонения значений напряжений питания устройства защиты и погрешности работы аналого-цифрового преобразователя ОГ [4], что недостаточно для заключения о точности его работы в целом. Итак, рассмотренные устройства не отвечают требованиям надежности и информативности, которые связаны с неадекватностью цели - защиты по опрокидывающему моменту от способа ее реализации - по допустимому грузу. Суть которого в том, что линейновозрастающему с увеличением вылета опрокидывающему моменту ставится в соответствие гиперболически убывающий при этом допустимый груз, приведенный к штоку. Названные противоречия исключены в устройствах защиты на основе способов полунатурного математического моделирования, отличающихся от известных адаптивностью к моментным и другим нагрузкам.
Цель изобретения - создание нового способа и на его основе разработка узла преобразования информационных сигналов, применение которого в устройствах программной защиты кранов с телескопической стрелой позволяет повысить надежность его защиты и упрощает отработку сигналов автоматического управления скоростью привода крана. Суть предлагаемого способа в том, что для повышения надежности защиты кранов известными программными устройствами применены:
1. Способ автоматической защиты крана с телескопической стрелой от опрокидывания и перегрузок, согласно которому используются датчики: угла наклона и длины стрелы, силоизмеритель штока ее толкателя, при котором значения нелинейноизменяющихся в функции вылета и длины стрелы сигналы силоизмерителя штокеа и их допустимые значения, определяемые грузовыми характеристиками, сравниваются между собой и при достижении их равенства автоматически отключают привода на скорости или автоматически замедляют скорость опускания стрелы по отношению к установленной машинистом с увеличением опрокидывающего момента, отличающийся тем, что для повышения надежности защиты и расширения функциональных характеристик устройств защиты крана в качестве информационных используются нормированные относительно допустимых значения текущих нагрузок, в результате переменные в поле грузовых характеристик величины допустимых нагрузок приводятся к постоянной величине, равной единице, определяющей диапазон (шкалу) изменения нагрузки крана, равной отношению текущей нагрузки к ее допустимому значению, а для увеличения чувствительности (расширения шкалы нагрузок) сигнал помножается на постоянный коэффициент
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при движениях стрелы без груза точность работы устройства защиты в совокупности с датчиками проверяют визуально по индикаторам прибора или автоматически.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивает постоянную во всем поле грузовых характеристик зону опасной работы крана, равную разности постоянных величин - допустимой нагрузки и ширины, установленной «зоны нечувствительности», при превышении нагрузкой этой зоны из разности напряжений текущей нагрузки и «зоны нечувствительности» формируется сигнал замедления скорости привода до нуля по достижении нагрузкой допустимого значения.
4. Структурная схема устройства защиты крана от опрокидывания и перегрузок с управлением скоростями приводов, реализующего способ по п.1, приведена на фиг.1. Устройство содержит: силоизмеритель штока толкателя 1, датчики: длины стрелы 2 и угла ее наклона 3, вычислитель вылета 4, выходами связанный с входами программатора допустимых нагрузок 8 и индикатора вылета 5, а входами подключенный к выходам 2 и 3, а входом 11 с переключателем сменного оборудования, а также компаратор 7, выходом 12 связанный с схемой управления приводами крана, а входом 9 с напряжением допустимой нагрузки, отличающееся тем, что в схему известного устройства защиты дополнительно введен узел преобразования информационных сигналов 13, содержащий последовательно включенные: делитель напряжений 14, входами соединенный с выходами, 1 и 8, а выходом с входом усилителя 15, выходом связанного с первыми входами компаратора 7 и индикатора нагрузки 6 и последовательно соединенными входами: усилителя с «зоной на вторые нечувствительности» 16, преобразователя сигнала управления 17, при этом входы 7, 16, 17 - соответственно 9, 19 и 18 подаются постоянные напряжения, как-то: допустимой нагрузки, ширины «зоны нечувствительности», амплитуды импульса управления, в зависимости от характеристик управления регулятора привода используются сигналы на выходах 21 или 27, графики характеристик вход-выход управляющих сигналов приведены на фиг.1.
5. Устройство по п.4 преобразователь сигнала управления скоростью привода, содержащий дифференциатор 22, ивертор 23, триггер 24, ключ 25 и сумматор 26, реализующее способ по п.3, отличающееся тем, что вход 21 дифференциатора связан с вычитающим входом сумматора 21, а выходом соединен с входами инвертора 23 и триггера 24, обнуляющим входом соединенного с выходом инвертора 23, а выходом с управляющим входом 18 ключа 25, через который на вход сумматора 26 поступает напряжение, равное амплитуде импульса управляющего сигнала.
Принцип работы устройства узла преобразования информационных сигналов
При перемещении стрелы крана с грузом выходной сигнал силоизмерителя штока 1 поступает на вход делителя 14 и делится на сигнал допустимой нагрузки, отрабатываемый программатором допустимых нагрузок 8, управляемого кодами выходных сигналов датчиков 2 и 3, далее выходной сигнал 14, изменяющийся в пределах 0-1, усилителивается усилителем 15 с коэффициентом усиления, например, равным 10, при этом диапазон напряжения на входе 20 усилителя 16 с «зоной нечувствительности» составляет 0-10 вольт, соответственно изменяются и напряжения на входах индикатора нагрузки 6 и первом входе компаратора 7, на второй вход которого подается допустимое напряжение, равное 10 вольтам. Поэтому установка 90% «зоны нечувствительности» осуществляется напряжением 9 В на входе 19 усилителя 16, часть входного сигнала U, равная разности U-9>0 и изменяющаяся в интервале 0-1, и усиленная 16 появится на его выходе 21 при выполнении условия U>9. Крутизна нарастающего сигнал управления приводом на выходе 21 определяется коэффициентом усиления 16. Он используется в гидроприводах с насосами переменной производительности. Для приводов с регулирующим дросселем сигнал управления должен быть убывающим. На фиг.2 приведена структурная схема преобразования сигнала управления из нарастающего в убывающий. Устройство работает следующим образом: момент появления сигнала на выходе 21 фиксируется дифференциатором 22, который импульсом фронта переводит триггер 24 в единичное состояние, последний своим выходным сигналом открывает ключ 25, через который на вход сумматора 26 подается постоянное напряжение с входа 18 ключа 25. равное амплитуде импульса, одновременно на вычитающий вход сумматора 26 через вход 21 подается возрастающее напряжение, поэтому напряжение на выходе 27 сумматора 26, равное разности постоянного и нарастающего напряжений убывает и при достижении напряжения на выходе 21 амплитудного значения импульсом спада дифференциатора триггер переводится в нулевое положение при этом сигнал управления на выходе 27 равен нолю и одновременно срабатывает компаратор, дублирующий выключение.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Р.Е. Кошелюк, Ю.Е. Кушнир, Д.М. Маш Микропроцессорная аппаратура защиты кранов с телескопической стрелой. Строительные и дорожные машины. 1992, №2.
2. Патент 1.531.864 (Англия). Опубл. 08.11.78.
3. АС 759447 (СССР) - Ограничитель грузоподъемности крана с телескопической стрелой. Авторы: Маш Д.М., Щедровицкий С.С.
4. Система защиты крана с телескопической стрелой TG 350 MG 350 (Япония).