СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫМ КРАНОМ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА
METHOD FOR IMPROVING THE SAFETY OF CONTROLLING A LIFTING CRANE AND A CONTROL SYSTEM FOR IMPLEMENTING THIS METHOD

Настоящее изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и предназначено для использования в системах управления грузоподъемных кранов.
Наиболее близкая к заявленному техническому решению система управления для реализации указанного способа является система управления грузоподъемного крана, в которой сигналы управления перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана формируются в зависимости от перемещения крановщиком устройства управления в виде джойстика. Установка параметров формируемых сигналов управления осуществляется при помощи микропроцессорного вычислителя из условия обеспечения безопасной работы грузоподъемного крана и удобства работы крановщика, в кабине управления, в зависимости от выполняемой крановой операции, от направления и величины перемещения рукоятки аппарата управления и значений параметров работы крана. (Патент RU 02298518, Кл. B66C 13/18, B66C 23/18, от 10.05.2007 г.).
Недостатком известной системы управления является то, что при проведении погрузоразгрузочных работ грузоподъемным краном, перемещаемый груз и/или грузозахватный орган грузоподъемного крана находится на удалении от крановщика в кабине, и/или за пределами зоны видимости крановщика из кабины, который управляет грузоподъемным краном из кабины, что затрудняет оценку точного положения и пройденного пути перемещаемого грузозахватного органа и/или груза, тем самым, принуждает крановщика в кабине интуитивно управлять перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана для перемещения грузозахватного органа, в требуемом порядке, так как крановщик в кабине не имеет возможности улучшения обзора перемещаемого груза.
Поэтому на строительных площадках и в производственных цехах для более точного управления перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, крановщик в кабине руководствуется жестовыми командами управления от стропальщика, при непосредственном визуальном наблюдении команд управления поступающими от стропальщика, выполняющего строповку (обвязку) грузов или специальных вспомогательных приспособлений, для производства погрузочно-разгрузочных работ совместно с грузоподъёмным краном, или крановщик в кабине, руководствуется голосовыми командами, поступающими от стропальщика, за счет использования средств радиосвязи.
Недостатком такого взаимодействия является то, что во время выполнения погрузоразгрузочных работ, возможна неумышленная или неверная подача команд управления от стропальщика для крановщика в кабине, или их некорректное истолкование крановщиком, что в свою очередь увеличивает время на выполнение погрузоразгрузочных работ, возникает вероятность причинения вреда здоровью стропальщику и/или другому рабочему персоналу, а так же возникает вероятность повреждения перемещаемого груза.
В качестве альтернативы на строительных площадках и/или в производственных цехах, возможен способ управления грузоподъемным краном с помощью устройства дистанционного радиоуправления. Стропальщик, совмещая функции крановщика, находится на строительной площадке и/или в производственном цехе, и следует за грузозахватным органом грузоподъемного крана, чтобы по достижению места назначения он мог закрепить груз, а затем переместить его в требуемое место. Управление перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, производится за чет устройства дистанционного радиоуправления, что позволяет иметь преимущество при выполнении погрузоразгрузочных работ, так как стропальщик находится намного ближе к грузозахватному органу грузоподъемного крана, что позволяет оценить точное положение и пройденный путь перемещаемого груза и/или грузозахватного органа.
Недостатком данного способа управления грузоподъемным краном одним человеком, является то, что выполнение погрузоразгрузочных работ, для перемещения груза на строительной площадке и/или в производственном цехе, может быть затруднено в силу большой протяженности и/или высоты строительной площадки и/или производственного цеха или наличия других факторов, затрудняющих контроль за перемещаемым грузом, при транспортировке груза за пределы зоны прямой видимости стропальщика, при нахождении стропальщика ниже уровня той части строительной площадки и/или производственного цеха, на который необходимо переместить груз и/или грузозахватный орган.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ задания рабочей зоны грузоподъемного крана путем изменения пространственного положения его исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, измерения, по меньшей мере, одной координаты этих положений, запоминание значения этой координаты по первой команде крановщика и формирование замкнутой рабочей зоны грузоподъемного крана. (Патент RU02280610, Кл. B66C 15/04, B66C 23/88,  от 27.07.2008 г.).
Недостатком данного способа является сложность и длительность задания крановщиком рабочей зоны грузоподъемного крана, если требуется задать контур границ зоны работы грузоподъемного крана с большим количеством вершин, кроме того, в указанном способе не предусмотрена возможность задания более одной зоны работы грузоподъемного крана, при необходимости использования нескольких отдельных зон работы грузоподъемного крана одновременно, ввиду сложного характера строительной площадки и/или производственного цеха.
Так же существует проблема в необходимости постоянного нахождения стропальщика непосредственно возле груза, для подталкивания и/или удерживания руками и/или подручным инструментом частей груза, направленных на исключение раскачивания перемещаемого груза во время выполнения погрузоразгрузочных работ.
Задачей, заявляемого изобретения является повышение безопасности и точности выполнения погрузоразгрузочных работ с помощью грузоподъемного крана, с учетом особенностей перемещаемых грузов, строительной площадки или производственного цеха.
Техническим результатом является повышение точности и безопасности выполнения погрузоразгрузочных работ.
Для достижения технического результата в способе повышения безопасности управления грузоподъемным краном, заданные крановщиком в системе управления грузоподъемным краном зоны работы грузоподъемного крана, предназначены для различных ограничений работы исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана, работающего в стесненных условиях, согласно изобретению в системе управления грузоподъёмным краном, по меньшей мере, одну зону работы грузоподъемного крана назначают зоной дистанционного управления грузоподъёмным краном с применением устройства дистанционного управления, при условии нахождения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъёмного крана внутри границ зоны дистанционного управления, в результате чего система управления грузоподъемным краном осуществляет:
уменьшение значений скоростей перемещения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана и передачу управления грузоподъемным краном от крановщика в кабине, стропальщику, для дистанционного управления грузоподъемным краном, через устройство дистанционного управления, при условии нахождения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана внутри границ зоны дистанционного управления грузоподъемным краном
увеличение значений скоростей перемещения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана и передачу управления грузоподъемным краном от стропальщика крановщику, для управления грузоподъемным краном из кабины, при условии нахождения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана за границами зоны дистанционного управления грузоподъемным краном.
Границы зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, задают в вертикальной и горизонтальной плоскости путем изменения пространственного положения исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана. Кроме того возможен вариант когда границы зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, задают в вертикальной и горизонтальной плоскости путем ручного ввода значений, в метрической системе исчислений, необходимых положений исполнительных механизмов и элементов грузоподъёмного крана, а так же возможен вариант когда границы зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, задают в вертикальной и горизонтальной плоскости путем ручного ввода в метрической системе исчислений, необходимых абсолютных значений координат, в пределах основной зоны работы грузоподъемного крана. При этом по заданным значениям границ зоны дистанционного управления грузоподъемным краном система управления грузоподъемным краном формирует замкнутый контур зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, записывает их в долговременную энергонезависимую память системы управления грузоподъемным краном, с возможностью считывания значений границ зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, при вычислении положения грузозахватного органа и/или исполнительных механизмов грузоподъемного крана в пределах основной зоны работы грузоподъемного крана. Далее система управления грузоподъемным краном сравнивает положения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана, за счет обработки системой управления грузоподъемным краном сигналов от датчиков, размещенных на исполнительных механизмах и/или элементах грузоподъёмного крана, с границами зоны дистанционного управления грузоподъемным краном, и в зависимости от результата этого сравнения, система управления грузоподъемным краном осуществляет изменение значений скоростей перемещения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана и передачу управления грузоподъемным краном;
Система управления для реализации способа повышения безопасности управления грузоподъемным краном, содержащая, по меньшей мере, один аппарат управления, выполненный с возможностью формирования сигналов управления перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, в зависимости от перемещений рукоятки этого аппарата в направлениях, соответствующих выполнению различных крановых операций, блок датчиков, блок ввода и индикации, блок управления грузоподъемным краном, согласно изобретению содержит блок дистанционного управления, соединенный средствами связи с блоком управления грузоподъемным краном, и позволяет стропальщику осуществлять дистанционное управление грузоподъемным краном в пределах заданной зоны дистанционной работы грузоподъемного крана через контроллер. Контроллер представляет собой, электрическое, программируемое, запоминающее устройство, предназначенное для формирования команд управления перемещения исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, от блока дистанционного управления грузоподъемным краном.
Блок дистанционного управления, представляет собой переносное устройство, содержащее модуль питания, модуль ввода и управления, для создания электрических сигналов за счет внешнего физического воздействия на его элементы, вычислителя, для обработки электрических сигналов от модуля ввода и управления, и последующего формирования соответствующих сигналов управления, модуль индикации, для отображения данных о работе блока дистанционного управления и системы управления грузоподъемным краном, модуль связи, для передачи сигналов управления от вычислителя в блок управления грузоподъемным краном, в результате чего блок управления грузоподъемным краном формирует команды перемещения исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, во время дистанционного управления грузоподъемным краном от стропальщика.
Каждая зона работы грузоподъемного крана может быть задана крановщиком, как многоугольник или радиус окружности или как вершины сектора с дугой, с возможностью, в общем случае криволинейной, координаты и формирования замкнутых границ рабочей зоны грузоподъемного крана с использованием запомненного значения этих координат, в системе управления грузоподъемного крана.
Блок ввода и индикации, предназначен для настройки параметров работы системы управления грузоподъемным краном и отображения информации о состоянии её работы, и может включать в себя устройства долговременной, энергонезависимой памяти, графически дисплей, с расположенными на нем органами ввода и управления, модуль связи, микроконтроллер, реализованный на основе электрического, программируемого, запоминающего устройства.
Блок датчиков предназначен для определения нагрузки, скорости ветра, и пространственного положения исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана и может включать в себя датчик деформации, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал, и датчики угла поворота, предназначенные для преобразования угла поворота и/или скорости его вращающегося объекта (вала) в цифровые или аналоговые сигналы, в частности являющиеся датчиками вылета, высоты крюковой подвески, азимута, пройденного пути, ветра, усилия, веса.
Блок управления грузоподъемным краном, включает в себя, совокупность подключенных электрических устройств, предназначен для обработки информации от подключённого к нему оборудования, и разрешает или блокирует команды управления перемещения исполнительных механизмов и/или элементов грузоподъемного крана.
В блоке ввода и индикации системы управления грузоподъемным краном, в режиме реального времени периодически формируется и отображается для крановщика в кабине, информация о параметрах работы системы управления грузоподъемным краном, в виде графических и текстовых элементов, включающих информацию необходимую для осуществления безопасной работы грузоподъемного крана, в том числе, относительное положение исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, отображение команд управления исполнительными механизмами и элементами грузоподъемного крана, границы заданных зон работы грузоподъемного крана в динамике, индикация режима управления грузоподъемным краном от крановщика или стропальщика.
Поэтому реализация указанных отличительных признаков заявленного решения находится в прямой причинно-следственной связи с достижением указанного технического результата.
Таким образом, заявляемый способ повышения безопасности управления грузоподъемным краном и система управления для осуществления этого способа обеспечивает достижение технического результата: повышение точности и безопасности выполнения погрузоразгрузочных работ.
В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень».
Так же способ повышения безопасности управления грузоподъемным краном и система управления для осуществления этого способа соответствует критерию «промышленная применимость» так как заявляемый способ может быть успешно применен в сфере строительства и производства, а элементы системы могут быть изготовлены в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 приведена схема строительной площадки, вид сбоку:
на фиг.2 приведена схема строительной площадки, вид сверху:
на фиг.3 приведена функциональная схема системы управления для реализации способа повышения безопасного управления грузоподъемным краном.
Система управления грузоподъемным краном выполняется с возможностью предварительного задания допустимых значений параметров, характеризующих нагрузку и/или скорость ветра и/или пространственное положение исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана, их запоминания в системе управления грузоподъемным краном, измерения в процессе работы грузоподъемного крана прямым или косвенным методом, по меньшей мере, одного из указанных параметров, сравнения его измеренного значения с допустимым и в зависимости от результата этого сравнения, путем обработки сигналов от блока датчиков, размещенных на исполнительных механизмах и элементах крана, контролирующих их положение и нагрузку, система управления грузоподъемного крана производит включение, отключение и/или ввод ограничений на работу приводных устройств исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана.
Так же, система управления грузоподъемного крана содержит функцию одновременного выполнения двух или более крановых операций во время управления перемещением исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана от крановщика в кабине или стропальщика, при формировании в системе управления грузоподъемного крана сигналов разрешения или запрета одновременного включение и отключение приводных устройств исполнительных механизмов и элементов грузоподъемного крана.
Способ осуществляется следующим образом.
Крановщик 1 вводит в систему управления грузоподъемным краном специальную команду посредством блока 2 ввода и индикации и/или через другие устройства 3 ввода данных в блок 4 управления грузоподъемного крана. После чего крановщик 1 выбирает режим автоматической или ручной передачи управления грузоподъемным краном 5, как от крановщика 1 стропальщику 6, так и в обратном порядке.
Рассмотрим процесс передачи управления грузоподъемным краном от крановщика стропальщику в автоматическом режиме.
Крановщик 1 воздействует на аппараты управления 7, для перемещения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана к границам предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном. Система управления грузоподъемным краном обрабатывает сигналы от блока датчиков 10, размещенных на исполнительных механизмах и элементах 8 грузоподъемного крана, определяет пространственное положение исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана, и по совокупности этих параметров, посредством блока 4 управления грузоподъемным краном, формирует сигнал передачи управления грузоподъемным краном 5 стропальщику 6, при условии нахождения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана внутри границ предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном. Сформированный сигнал отображается в блоке ввода и индикации 2 или других устройств 17 вывода данных системы управления грузоподъемным краном, а так же на модуле 11 индикации, в составе блока 12 дистанционного управления.
Особенностью заявляемого способа является то, что после формирования сигнала передачи управления, система осуществляет передачу управления грузоподъемным краном 5 в автоматическом режиме от крановщика 1 в кабине стропальщику 6 для дистанционного управления грузоподъемным краном 5, только после снятия крановщиком в кабине механического воздействия на аппараты управления 7, остановки исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана и их нахождения в предварительно заданной крановщиком зоне 9 дистанционного управления грузоподъемным краном.
Рассмотрим процесс передачи управления грузоподъемным краном от стропальщика крановщику в автоматическом режиме.
Стропальщик 6 воздействует на модуль 13 ввода и управления, в составе блока 12 дистанционного управления, для перемещения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана за границы предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном. Система управления грузоподъемным краном обрабатывает сигналы от блока управления грузоподъемного крана 4 системы управления грузоподъемным краном, обрабатывает сигналы от блока 10 датчиков, размещенных на исполнительных механизмах и элементах 8 грузоподъемного крана и определяет пространственное положение исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана, и посредством блока 4 управления грузоподъемным краном, формирует сигнал передачи управления грузоподъемным краном 5 крановщику 1 в кабине, при условии нахождения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана за границами предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном, Сформированный сигнал отображается в блоке ввода и индикации 2 и/или других устройств 17 вывода данных системы управления грузоподъемным краном, а так же на модуле 11 индикации, в составе блока 12 дистанционного управления.
Особенностью заявляемого способа является то, что после формирования сигнала передачи управления, система осуществляет передачу управления грузоподъемным краном 5 в автоматическом режиме от стропальщика 6 крановщику 1 в кабине для управления грузоподъемным краном 5 из кабины, за границами предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном, только после снятия стропальщиком 6 механического воздействия на модуль 13 ввода и управления, в составе блока 12 дистанционного управления, и нахождения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана за границами предварительно заданной крановщиком зоны 9 дистанционного управления грузоподъемным краном.
Рассмотрим процесс передачи управления грузоподъемным краном от крановщика стропальщику в ручном режиме.
Система управления грузоподъемным краном осуществляет передачу управления грузоподъемным краном 5 в ручном режиме от крановщика 1 в кабине стропальщику 6, для дистанционного управления грузоподъемным краном 5, при условии отсутствия команд управления исполнительными механизмами и элементами 8 грузоподъемного крана, и принудительной подаче крановщиком 1, через блок ввода и индикации 2 или другие устройства 3 ввода данных, сигнала передачи управления грузоподъемным краном 5 стропальщику 6 и последующей принудительной активацией стропальщиком 6 сигнала принятия управления грузоподъемным краном 5, через модуль ввода и управления 13, в составе блока дистанционного управления 12, с последующим отображением сигнала в блоке 2 ввода и индикации и/или других устройств 17 вывода данных системы управления грузоподъемным краном, а так же на модуле индикации 11, в составе блока дистанционного управления 12.
Рассмотрим процесс передачи управления грузоподъемным краном от стропальщика крановщику в ручном режиме.
Система управления грузоподъемным краном осуществляет передачу управления грузоподъемным краном 5 в ручном режиме от стропальщика 6 крановщику 1, для управления грузоподъемным краном 5 из кабины, при условии отсутствия команд управления исполнительными механизмами и элементами 8 грузоподъемного крана, и принудительной подаче стропальщиком 6, через модуль ввода и управления 13, в составе блока дистанционного управления 12, сигнала передачи управления грузоподъемным краном 5 крановщику 1, и последующей принудительной активацией крановщиком 1 в кабине сигнала принятия управления грузоподъемным краном 5, через блок 2 ввода и индикации или других устройств 3 ввода данных в системе управления грузоподъёмного крана, с последующим отображением активации сигнала в блоке 2 ввода и индикации или других устройств 17 вывода данных системы управления грузоподъемным краном, а так же на модуле индикации 11, в составе блока дистанционного управления 12.
При передаче управления грузоподъемным краном в долговременную энергонезависимую память системы управления грузоподъемным краном записывается информация, с пометкой дата и время, характеризующая сигнал передачи управления грузоподъемным краном 5 от крановщика 1 в кабине стропальщику 6 и обратно, с возможностью дальнейшего считывания в случае необходимости.
Система управления для осуществления способа повышения безопасности управления грузоподъемным краном, состоит из блока 12 дистанционного управления, представляет собой переносное устройство, содержащее модуль 14 питания, модуль 13 ввода и управления, для создания электрических сигналов за счет внешнего физического воздействия на его элементы, вычислителя 15, для обработки электрических сигналов от модуля 13 ввода и управления, и последующего формирования соответствующих сигналов управления, модуль 11 индикации, для отображения данных о работе блока 12 дистанционного управления и системы управления грузоподъемным краном, модуль 16 связи, для передачи сигналов управления от вычислителя 15 в блок 4 управления грузоподъемным краном, в результате чего блок 4 управления грузоподъемным краном формирует команды перемещения исполнительных механизмов и элементов 8 грузоподъемного крана, во время дистанционного управления грузоподъемным краном 5 от стропальщика 6. Блок 10 датчиков, аппараты 7 управления и устройства 17 вывода данных соединены между собой и связаны с блоком 4 управления грузоподъемным краном.