СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПОГРУЗОЧНОГО КРАНА, УСТАНОВЛЕННОГО НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING STABILITY OF LOADING CRANE INSTALLED ON VEHICLE

Изобретение относится к способу или устройству для контроля минимум одного параметра устойчивости погрузочного крана, установленного на транспортном средстве, причем транспортное средство при работе крана опирается или выполнено с возможностью опоры на грунт через колеса и опорные элементы, отделенные от колес.
Как правило, говоря об опорных элементах, речь идет о выдвигаемых в вертикальном направлении опорных ногах, которые установлены на опорном расширении, выдвигаемом в горизонтальном направлении вбок. При этом становится возможным свойство выдвижения опорных ног и опорного расширения посредством конструкции телескопического типа. Актуальные в связи с изобретением транспортные средства имеют, как правило, или одно, или два такого рода опорных расширения с соответственно двумя опорными ногами.
По EN 12999 требуется защита от перегрузки для погрузочных кранов с грузоподъемностями свыше 1000 кг. Согласно этой норме проводится соответствующее испытание устойчивости с испытательным грузом, который соответствует 125% от указанной грузоподъемности. Важно, что при этом должно оставаться на земле минимум одно колесо, остановленное при помощи (как правило, с ручным управлением) стояночного тормоза. В этом случае погрузочный кран находится в так называемом состоянии частичного отрыва от земли. Минимум одно, остановленное при помощи стояночного тормоза колесо, которое должно оставаться на земле, действует в качестве дополнительного места трения и служит для восприятия горизонтальных усилий.
Известно, что ограничение момента груза для защиты от перегрузки согласно EN 12999 решается через адаптацию подъемной силы в гидравлике крана. Для крановых работ с не полностью выдвинутыми вбок опорными элементами и/или консольными положениями над водительской кабиной проведены дополнительные ограничения подъемной силы. Основанная на поле характеристик адаптация подъемных сил относится к уровню техники.
При такого рода системных решениях затраты по настройке и испытанию оцениваются как невыгодные. Существует опасность ошибочных настроек. К тому же не учитываются полезные нагрузки. Чтобы избежать этих недостатков, предпочтительно сенсорно регистрировать воздействия работы крана на всю машину.
Для автомобильных бетонных насосов имеются подходы к решению, которые идут в этом направлении. В качестве примера в этой связи следует упомянуть DE 103 49 234 A1. Здесь для контроля устойчивости определяются опорные силы в опорных ногах и рассчитываются опорные силы по числу устойчивости. Разумеется, автомобильные бетонные насосы находятся во время их работы в состоянии полного отрыва от земли, это означает, что ни одно из колес не касается грунта. Используемые для автомобильных бетонных насосов решения не подходят, таким образом, для актуальных в связи с данным изобретением погрузочных кранов, которые должны удовлетворять требованиям EN 12999.
Дополнительные подходы к решению для контроля устойчивости установленного на транспортном средстве крана известны из EP 2 298 689 A2, EP 1 757 739 A2 и EP 0 864 473 A2. Ни с одним из этих подходов EN 12999 не может удовлетвориться.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы избежать вышеописанных недостатков и указать улучшенное по сравнению с уровнем техники решение для контроля устойчивости погрузочного крана установленного на транспортном средстве.
Эта задача решается согласно изобретению посредством признаков обоих независимых пунктов 1 и 18 формулы изобретения.
Таким образом, одна из основных идей изобретения состоит в том, что регистрируются не только вклады опорных элементов, а также вклады колес в величину минимум одного параметра устойчивости и эта величина сравнивается с минимум одним предопределенным предельным значением.
При этом предпочтительным образом - в зависимости от того, идет ли речь о верхнем или нижнем критическом пределе, говоря о минимум одном предопределенном предельном значении - при превышении или недостижении минимум одного предопределенного предельного значения выдается минимум один предупредительный сигнал (для обслуживающего кран персонала) и/или проводится минимум одно мероприятие для повторного соблюдения минимум одного предопределенного предельного значения. В частности к этому относятся корректирующие движения стреловой системы.
Так как устойчивость, достижимая посредством используемых в обычном способе опорных элементов, не одинакова по величине в каждой частичной области теоретически возможного рабочего пространства стреловой системы и опорные элементы при определенных рабочих обстоятельствах, например на ограниченных строительных площадках, могут выдвигаться не полностью, в дальнейшем предпочтительно, если регистрируется угол α поворота погрузочного крана вокруг вертикальной оси и/или выдвинутое положение опорных элементов. В этом случае, возможно, контролировать минимум один параметр устойчивости в зависимости от угла α поворота и/или выдвинутого положения опорных элементов. Посредством регистрации выдвинутого положения опорных элементов известна относительная позиция опорных элементов относительно транспортного средства. Если, говоря об опорных элементах - как описывалось выше - речь идет о выдвигаемых в вертикальном направлении опорных ногах, которые установлены на выдвигаемом в горизонтальном направлении опорном расширении, то относится регистрация выдвинутого положения опорных элементов как к регистрации расстояния, на которое выдвинуто опорное расширение, так и к регистрации расстояний, на которые выдвинуты опорные ноги.
F
F
i
F
В предпочтительных примерах осуществления в качестве параметра устойчивости контролируется количество а колес и опорных элементов, через которые транспортное средство установлено с опорой на грунт, и/или коэффициент S устойчивости силы, причем S рассчитывается из опорных сил F, возникающих через колеса и опорные элементы. При этом расчет S происходит предпочтительно по следующей формуле:
ges
min
i,max
min
F
ges
min
F
F
где a - общее количество колес и опорных элементов, a - предопределенное минимальное количество колес и опорных элементов, через которые транспортное средство должно быть установлено с опорой, по крайней мере, на грунт и F- наибольшие a-1 опорные силы. Говоря о S, речь идет о безразмерной величине, которая имеет следующий эффект: допустим, что транспортное средство является установленным с опорой на грунт через два передних колеса и через два задних колеса, а также через выдвигаемое вбок опорное расширение с двумя опорными элементами, т.е. считалось бы a=6. Далее допустим, что неустойчивое состояние, в котором транспортное средство угрожает опрокинуться, существует в том случае, если транспортное средство стоит только лишь на переднем и заднем колесе, а также на одном опорном элементе, причем переднее и заднее колесо, а также один опорный элемент находятся на одинаковой стороне транспортного средства, таким образом, нужно было бы требовать, чтобы в рабочем состоянии ни в какое время не использовалось предельное значение a=4, чтобы не достигать этого неустойчивого состояния. Преимущество коэффициента S устойчивости силы при теперешних обстоятельствах состоит в том, что с его помощью можно очень легко контролировать соблюдение этого заданного предельного значения, обращая внимание на то, что значение S - рассчитанное по вышеупомянутой формуле - всегда больше единицы. В случае неустойчивого состояния, т.е. в случае только лишь трех опорных точек, приняла бы сумма сил в знаменателе именно то же самое значение, как и сумма сил в числителе, так как в таком случае, говоря о трех наибольших опорных силах, речь идет о единственных отличных от нуля опорных силах.
min
min
min
В случае если транспортное средство является установленным с опорой на грунт через два передних колеса и через два, в частности образованных в качестве сдвоенных колес, задних колеса, а также через два выдвигаемых вбок опорных расширения с соответственно двумя опорными элементами и регистрируется угол α поворота погрузочного крана вокруг вертикальной оси, как и регистрируется выдвинутое положение опорных элементов, предпочтительно, если при полностью выдвинутых вбок опорных расширениях в зависимости от угла α поворота погрузочного крана выбирается a=6 или a=5, а при не полностью выдвинутых вбок опорных расширениях выбирается a=6.
min
min
min
В случае если транспортное средство является установленным с опорой на грунт через два передних колеса и через два, в частности образованных в качестве сдвоенных колес, задних колеса, а также через одно выдвигаемое вбок опорное расширение с двумя опорными элементами и регистрируется угол α поворота погрузочного крана вокруг вертикальной оси, как и регистрируется выдвинутое положение опорных элементов, предпочтительно, если при полностью выдвинутом вбок опорном расширении в зависимости от угла α поворота погрузочного крана выбирается a=6 или a=4, а при не полностью выдвинутом вбок опорном расширении выбирается a=6.
min
Следует отметить, что посредством соблюдения упомянутых в обоих последних разделах предельных значений для a автоматически также выполняется вышеупомянутая норма EN 12999 при условии, что все колеса являются остановленными посредством стояночного тормоза.
i
i
Возникающие через колеса опорные силы F регистрируются, так что имеет смысл в ходе контроля устойчивости контролировать дополнительно еще и нагрузки на оси, так как их можно очень просто вычислить из соответствующих опорных сил F (посредством подсчета сумм). Говоря о нагрузке на ось, речь идет о части общей массы (собственная масса транспортного средства и масса груза транспортного средства), которая приходится на ось (колесную пару) этого транспортного средства.
i
i
L
L
L
Особенно предпочтительно определять возникающие через колеса опорные силы Fчерез измерение ходов рессор (колесных рессор). Для этого предпочтительно определять один раз для каждого из колес характеристическую кривую рессоры (ход рессоры в зависимости от опорной силы). Затем эти характеристические кривые могут использоваться для пересчета измеренных ходов рессор в опорные силы. Максимально возможный ход рессоры соответствует ходу, при котором колесо поднимают с грунта и возникающая через колесо опорная сила принимает значение, равное нулю. Этот подход имеет смысл, прежде всего для транспортных средств, которые имеют рессорные подвески с линейной характеристикой рессоры. При ином подрессоривании можно пересчитывать, например, для упрощения дела, также измеренные длины L колебательных амортизаторов колес непосредственно в коэффициент S устойчивости длин, и контролировать значение S. При этом расчет S происходит предпочтительно по следующей формуле:
ges
min
rest,i
grenz,i
rest,i,max
min
F
L
где r - общее количество колес, r - предопределенное минимальное количество колес, через которые транспортное средство должно быть установлено с опорой, по крайней мере, на грунт, L - остаточные длины колебательных амортизаторов до поднятия колес, L - предельные длины колебательных амортизаторов, при которых колеса поднимают с грунта и L - наибольшие r-1 остаточные длины колебательных амортизаторов. Как в случае коэффициента S устойчивости силы, можно было бы затем в ходе контроля устойчивости обратить внимание на то, что значение S всегда больше единицы.
j
i,Kj
j
i
rest,Kα
α
rest,Kα
Дальнейший предпочтительный пример осуществления состоит в том, что регистрируется выдвинутое положение опорных элементов и на основе этого, рассчитываются возможные кромки K опрокидывания транспортного средства при работе крана. Сверх этого, если рассчитываются расстояния l от колес и опорных элементов до кромок K опрокидывания и если одновременно регистрируются угол α поворота погрузочного крана вокруг вертикальной оси, а также опорные силы F, возникающие через колеса и опорные элементы, то возможно контролировать в качестве параметра устойчивости остаточный удерживающий момент M в зависимости от угла α поворота погрузочного крана относительно актуальной на данный момент кромки K опрокидывания, причем M можно вычислить по следующей формуле:
ges
где снова a - общее количество колес и опорных элементов.
Защита требуется также для устройства контроля минимум одного параметра устойчивости погрузочного крана, установленного на транспортном средстве, причем транспортное средство при работе крана является установленным с опорой на грунт через колеса и через опорные элементы, отдельные от колес, отличающегося тем, что устройство имеет:
- измерительные устройства опорного элемента и колеса, посредством которых могут регистрироваться как вклады колес, так и вклады опорных элементов в величину минимум одного параметра устойчивости, и
- блок управления и регулировки, в который могут подаваться измерительные сигналы измерительных устройств опорного элемента и колеса,
причем посредством блока управления и регулировки может определяться величина минимум одного параметра устойчивости и сравниваться с минимум одним предопределенным предельным значением.
F
rest,Kα
α
Говоря о минимум одном параметре устойчивости, речь может идти снова - так же как описывалось в связи с соответствующим изобретению способом - о количестве а колес и опорных элементов, через которые транспортное средство установлено с опорой на грунт, и/или о коэффициенте S устойчивости силы, и/или о моменте M остаточного положения в зависимости от угла поворота α погрузочного крана относительно актуальной на данный момент кромки K опрокидывания.
В предпочтительном способе посредством блока управления и регулировки при превышении или недостижении минимум одного предопределенного предельного значения производится минимум один предупредительный сигнал и/или управляется минимум одно мероприятие для повторного соблюдения минимум одного предопределенного предельного значения. Посредством блока управления и регулировки предупредительный сигнал может генерироваться, к примеру, в форме электрической последовательности импульсов, а затем при помощи сигнальных ламп и/или динамиков преобразовываться в визуальный и/или звуковой сигнал. Минимум одно мероприятие для повторного соблюдения минимум одного предопределенного предельного значения может быть заложено, например, как запрограммированная последовательность действий в блоке управления и регулировки. В простейшем случае, говоря о последовательности действий, речь идет о процессе остановки, посредством которого останавливается работа крана.
Далее предпочтительно, если устройство имеет измерительное устройство угла поворота для регистрации угла α поворота погрузочного крана вокруг вертикальной оси и/или измерительное устройство выдвинутого положения для регистрации выдвинутого положения опорных элементов, причем подаются измерительные сигналы измерительного устройства угла поворота и/или выдвинутого положения (к примеру, по соответствующим сигнальным проводам или через беспроводную передачу) к блоку управления и регулировки. Для случая, если, говоря об опорных элементах, речь идет об опорных ногах, которые установлены на выдвигаемом вбок опорном расширении, и если все неизменяемые параметры (как, к примеру, положение при монтаже опорного расширения на раме транспортного средства) известны и заложены в блок управления и регулировки, для определения позиции опорных элементов относительно транспортного средства всего лишь требуется регистрировать выдвигаемые длины опорного расширения и опорных ног с помощью измерительной установки выдвинутого положения.
Для случая, что опорные элементы расположены на минимум одном выдвигаемом вбок опорном расширении и погрузочный кран стоит на крановом основании, которое соединено с минимум одним опорным расширением, предпочтительно располагать измерительные установки опорного элемента в опорных элементах, и/или на соединении опорных элементов с опорным расширением, и/или на соединении опорного расширения с крановым основанием.
i
i
i
i
i
i
В предпочтительном варианте осуществления посредством измерительных устройств опорного элемента и колеса являются зарегистрированными опорные силы F, возникающие через колеса и опорные элементы. Это возможно в случае опорных сил F, возникающих через опорные элементы, к примеру, благодаря тому, что измерительные устройства опорного элемента образованы в качестве измеряющих силу элементов. В случае колес измерение опорных сил F может производиться через измерение ходов рессор (колесных рессор) или длин L колебательных амортизаторов (к примеру, посредством тросовых датчиков измерения пути) или через измерение внутренних давлений в шинах. Далее возможно реализовать измерение силы, действующей на колесо, с помощью тензометрических датчиков вблизи концов осей. Возникающие через колеса опорные силы F регистрируются, так что имеет смысл (как дополнительно уже описывалось выше), в ходе контроля устойчивости - с помощью блока управления и регулировки - контролировать дополнительно еще и нагрузки на оси, так как их можно очень просто вычислить из соответствующих опорных сил F (посредством суммирования).
j
i,Kj
j
rest,Kα
Дальнейшие примеры осуществления отличаются тем, что (при известной позиции положения опорных элементов относительно транспортного средства) посредством блока управления и регулировки могут рассчитываться кромки K опрокидывания транспортного средства при работе крана и дополнительно расстояния l от колес и опорных элементов до кромок K опрокидывания. При этом условии в качестве параметра устойчивости может контролироваться затем, то есть в дальнейшем (как дополнительно описывалось выше), остаточный удерживающий момент M.
Дальнейшие подробности и преимущества данного изобретения разъясняются более подробно посредством описания фигур со ссылкой на примеры осуществления, изображенные на чертежах. При этом показаны:
фиг.1 схематическое изображение примера осуществления транспортного средства, на котором установлен погрузочный кран и которое является актуальным для данного изобретения,
фиг.2 модель изображенного на фиг.1 транспортного средства, в которой отмечены некоторые из параметров, актуальных для контроля устойчивости,
фиг.3а, 3b, 4a, 4b обозначения предельных значений для минимального количества колес и опорных элементов, через которые транспортное средство в различных вариантах осуществления должно быть установлено с опорой, по крайней мере, на грунт, в зависимости от угла α поворота погрузочного крана и выдвинутого положения опорных элементов,
F
фиг.5 примерное изменение в процессе коэффициента S устойчивости силы в зависимости от угла α поворота погрузочного крана и
фиг.6 схематическое изображение возможного колебательного амортизатора колеса.
На фиг.1 схематично изображен один из примеров для транспортного средства 1, на котором установлен погрузочный кран 2 и устойчивость которого может контролироваться с помощью соответствующего изобретению способа или соответствующего изобретению устройства. В этом случае транспортное средство 1 является установленным с опорой на грунт через два передних колеса 3а и через четыре задних колеса 3b, образованных в качестве сдвоенных колес, а также через одно выдвигаемое вбок опорное расширение 5 с двумя опорными элементами 4. Дальше можно увидеть одну из осей 6 транспортного средства 1, часть рамы 9 транспортного средства, блок 7 управления и регулировки и крановое основание (цоколь) 8 погрузочного крана 2. Здесь не видны измерительные устройства колеса, опорного элемента, угла поворота и выдвинутого положения, так как они частично интегрированы в определенные компоненты транспортного средства - как, к примеру, в случае интеграции измерительных устройств опорного элемента в опорные ноги 4 - или они закрываются другими компонентами транспортного средства.
α
i,Kα
α
Фиг.2 показывает модель изображенного на фиг.1 транспортного средства 1 на виде сверху. В этой модели отмечены: опорные точки на грунте (черно-белые круги), позиция кранового основания 8, которая одновременно также определяет точку пересечения вертикальной оси, вокруг которой может поворачиваться погрузочный кран 2, с горизонтальной плоскостью транспортного средства, одна из возможных в этом состоянии кромок K опрокидывания и расстояния l от опорных точек (колес 3а и 3b и опорных элементов 4) до кромки K опрокидывания. Модель содержит далее определение угла α поворота погрузочного крана 2 вокруг вертикальной оси. Следует отметить, что, говоря о колесах 3а и 3b, на самом деле речь, конечно, не идет об опорных точках, а речь идет об опорных поверхностях. Однако здесь в первом приближении исходили из опорных точек.
min
min
min
min
min
min
На фиг.3а, 3b, 4a и 4b могут быть изображены предпочтительные предельные значения для минимального количества колес 3а и 3b и опорных элементов 4, через которые транспортное средство 1 в различных вариантах осуществления должно быть установлено, по крайней мере, с опорой на грунт, в зависимости от угла α поворота погрузочного крана 2 и выдвинутого положения опорных элементов 4. Ссылочные обозначения, замещая для этой группы фигур, указаны только на фиг.3а. Фиг.3а и 3b относятся к случаю, что транспортное средство 1 является установленным с опорой на грунт максимально через два передних колеса 3а и через два, образованных в качестве сдвоенных колес, задних колеса 3b, а также через два выдвигаемых вбок опорных расширения 5 с соответственно двумя опорными элементами 4. В этом случае предпочтительно, если при полностью выдвинутых вбок опорных расширениях 5 (фиг.3b) при угле α поворота погрузочного крана 2 приблизительно между 225° и 315° выбирается a=6 или a=5, а при не полностью выдвинутых вбок опорных расширениях 5 (фиг.3а) всегда выбирается a=6, чтобы гарантировать устойчивость транспортного средства 1 при работе крана. Если же транспортное средство 1 имеет только одно выдвигаемое вбок опорное расширение 5 с двумя опорными элементами 4, то предпочтительно, при полностью выдвинутых вбок опорных расширениях 5 (фиг.4b) при угле α поворота погрузочного крана 2 приблизительно между 225° и 315° выбирать a=6 или a=4, а при не полностью выдвинутых вбок опорных расширениях 5 (фиг.4а) выбирать a=6.
F
F
min
На фиг.5 изображен примерный ход коэффициента S устойчивости силы в зависимости от угла α поворота погрузочного крана 2. Этот ход получается приблизительно для ситуации, изображенной на фиг.3b. Очень хорошо видно, что значение S приблизительно между 225° и 315° принимает значение абсолютного минимума. Здесь находится погрузочный кран 2, соответственно, стреловая система над водительской кабиной. Поэтому для гарантии устойчивости предпочтительно для этой области углов требовать a=6.
i
grenz,i
L
Фиг.6 показывает схематическое изображение возможного колебательного амортизатора 10 одного из колес 3а и 3b. Пунктиром отмечено положение колебательного амортизатора 10, при котором колесо было бы поднято с грунта. Далее отмечены величины Lи L актуальные для расчета коэффициента S устойчивости длин.