ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Область техники
Полезная модель относится к подъемно-транспортной технике и может быть использована в устройствах безопасности грузоподъемных кранов для контроля скорости ветра, наличия электромагнитного поля и состояния концевых выключателей, установленных на оголовке стрелы.
Уровень техники
Известно устройство для защиты подъемного крана от опасного напряжения линии электропередачи, состоящее из двух основных узлов; узла индикации электрического поля, включающего в себя чувствительный элемент и усилитель, и узла сигнализации. Узел индикации электрического поля, выход которого является выходом устройства, соединен с узлом сигнализации через линию связи, в которую включен концевой (размыкающий) выключатель ограничителя высоты подъема крюка (RU 2104245 C1, B66C 23/88, 10.02.1998).
Данное устройство позволят использовать один провод для передачи сигналов узла индикации электрического поля, который представляет собой датчик с частотным выходным сигналом, и концевого выключателя ограничителя высоты подъема крюка, который представляет собой датчик с релейным выходным сигналом. Это достигается путем последовательного соединения указанных датчиков.
Одним из недостатков этого устройства является его узкая специализация. Оно выполняет только функции сигнализации наличия опасного напряжения вблизи места расположения узла индикации электрического поля и контроля состояния ограничителя подъема крюка.
Кроме того, при разомкнутом концевом выключателе ограничителя подъема крюка невозможен анализ сигнала узла индикации электрического поля.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является предохранительное устройство грузоподъемного крана, содержащее блок защиты от опасного напряжения (датчик с частотным выходным сигналом), концевой выключатель ограничения подъема крюка (датчик с релейным выходным сигналом), модуль анализатора сигнала, цифровой вычислительный модуль и модуль сигнализации. Указанные датчики соединены между собой последовательно и подключены с помощью общей линии связи к модулю анализатора сигнала, подключенного, в свою очередь, к входу модуля сигнализации непосредственно и/или через цифровой вычислительный модуль (RU 2151732 C1, B66C 15/00, В66С 23/88, 27.06.2000).
Как и в ранее описанном устройстве, последовательное соединение датчиков с частотным и релейным выходными сигналами позволяет распознавать их при приеме по одному проводу только в том случае, если заранее известен диапазон частот выходного сигнала частотного датчика и эта частота не равна нулю. Постоянный высокий уровень сигнала в линии связи датчиков с модулем анализатора сигнала свидетельствует о неисправности частотного датчика (или высоком уровне внешнего электрического поля). Постоянный низкий уровень сигнала в линии связи свидетельствует о срабатывании ограничителя подъема крюка (или об обрыве линии связи). В любом случае, постоянный уровень сигнала означает возникновение нештатной ситуации.
При разомкнутом концевом выключателе ограничителя подъема крюка прием и анализ частотного сигнала блока защиты от опасного напряжения невозможны. Но при срабатывании ограничителя подъема крюка устройство безопасности, как правило, отключает только те движения крана, которые ведут к сближению блоков грузового полиспаста (подъем крюка грузовой лебедкой, опускание и выдвижение стрелы). Остальные движения остаются включенными. В этом случае при выполнении разрешенного движения, например поворота, возможно опасное приближение стрелы к линии электропередачи, т.к. сигнал блока защиты от опасного напряжения на вход модуля анализатора сигнала не поступает. Это не позволяет обеспечить безопасную работу крана вблизи линий электропередачи при сработавшем концевом выключателе ограничителя подъема крюка.
Современные краны с многосекционными стрелами большой длины требуется оснащать датчиками для контроля скорости ветра, а также датчиками для контроля выдвижения последних секций стрелы, которые устанавливают на оголовке стрелы, как и блоки защиты от опасного напряжения, и концевые выключатели подъема крюка. Датчики скорости ветра имеют, как правило, частотный выходной сигнал, а в качестве датчиков выдвижения секций стрелы используют обычно бесконтактные концевые выключатели, имеющие релейный выходной сигнал. В этом случае использование технических решений, примененных в описанных выше устройствах, для передачи сигналов релейных и частотных датчиков по одному проводу не представляется возможным, т.к. диапазон частот выходного сигнала с датчика скорости ветра не предопределен заранее и частота может быть равна нулю (при отсутствии ветра). Причем выходной сигнал частотного датчика может иметь постоянно как низкий, так и высокий уровень. Это делает невозможным распознавание сигналов частотного и релейного датчиков при последовательном их включении и требует отдельных дополнительных линий связи для передачи сигналов датчиков, что в большинстве случаев невозможно ввиду ограниченного количества токоведущих жил кабеля и токосъемных устройств кабельного барабана, используемого для подключения датчиков, расположенных на оголовке) стрелы.
Задачей настоящей полезной модели является разработка предохранительного устройства грузоподъемного крана, обеспечивающего повышенную безопасность работы крана за счет обеспечения передачи по одной линии связи и анализа сигналов датчика с релейным выходным сигналом и датчика с частотным выходным сигналом неопределенного диапазона и неопределенным уровнем при нулевом значении частоты при любых значениях выходных сигналов упомянутых датчиков.
Дополнительные решаемые задачи и преимущества заявленной полезной модели будут понятны из последующего описания.
Раскрытие полезной модели
Решение поставленных задач и достижение технического результата обеспечивается тем, что предохранительное устройство грузоподъемного крана, содержащее датчик с релейным сигналом, датчик с частотным сигналом, модуль анализатора сигнала, цифровой вычислительный модуль и модуль сигнализации, при этом указанные датчики подключены с помощью общей линии связи к модулю анализатора сигнала, подключенного, в свою очередь, к входу модуля сигнализации непосредственно и/или через цифровой вычислительный модуль, согласно полезной модели, дополнительно содержит сумматор/делитель, к входам которого подключены указанные датчики с различной амплитудой напряжений выходных сигналов, выход сумматора/делителя подключен к входу модуля анализатора сигнала с помощью упомянутой общей линии связи, а модуль анализатора сигнала для подключения к общей линии связи имеет либо два входа с различными величинами порогового значения напряжения, при котором происходит переключение состояния входа между высоким и низким уровнем, либо один вход с переключаемым пороговым значением напряжения.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Устройство дополнительно содержит преобразователь напряжения для обеспечения разных значений напряжений питания указанных датчиков.
Устройство дополнительно содержит, по крайней мере, один цифровой датчик параметров крана, подключенный к цифровому вычислительному модулю, либо аналоговый датчик параметров крана, подключенный к цифровому вычислительному модулю через аналого-цифровой преобразователь.
На входе модуля анализатора сигнала установлен триггер Шмидта.
Различная амплитуда выходных сигналов датчиков и подключение их к входам модуля анализатора сигналов с различными порогами переключения, либо к входу с переключаемым порогом, через сумматор/делитель позволяет выделить сигналы каждого датчика, передаваемые по общей линии связи, при любых значениях выходных сигналов датчиков.
Питание хотя бы одного датчика через преобразователь напряжения позволяет получить различную амплитуду выходного сигнала датчика с частотным сигналом и датчика с релейным сигналом без доработки конструкции имеющихся датчиков.
Введение в устройство, по крайней мере, одного цифрового датчика параметров крана, подключенного к цифровому вычислительному модулю, либо аналогового датчика параметров крана, подключенного к цифровому вычислительному модулю через аналого-цифровой преобразователь, обеспечивает однозначное определение сигналов датчиков при нахождении уровня комбинированного сигнала в линии связи между пороговыми значениями, при которых происходит переключение состояния входа модуля анализатора сигнала.
Установка на входе модуля анализатора сигнала триггера Шмидта обеспечивает более высокое пороговое значение напряжения, при котором происходит переключение входа анализатора из состояния низкого уровня в состояние высокого уровня, по отношению к пороговому значению напряжения, при котором происходит переключение входа анализатора из состояния высокого уровня в состояние низкого уровня. Разность пороговых значений напряжений, при которых происходит переключение входа анализатора из состояния низкого уровня в состояние высокого уровня и наоборот, позволяет повысить помехозащищенность устройства и повысить достоверность определения величины параметра, замеряемого датчиком с частотным выходным сигналом, а, следовательно, безопасность работы крана.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 приведены варианты формы сигнала в общей линии связи при различном сочетании выходных сигналов датчиков с релейным и частотным сигналами.
Осуществление полезной модели
B1
B2
B1
Предохранительное устройство грузоподъемного крана содержит датчик 1 с релейным сигналом (в конкретном примере это может быть концевой выключатель контроля выдвижения последней секции стрелы) и датчик 2 с частотным сигналом (в конкретном примере это может быть датчик скорости ветра), подключенные через сумматор/делитель 3 к общей линии связи, передающей комбинированный сигнал с датчиков 1 и 2 на два входа модуля 4 анализатора сигнала. Датчики 1 и 2 подключены к цепи питания с напряжением U. Причем датчик 1 с релейным сигналом подключен к цепи питания непосредственно, а датчик 2 с частотным сигналом - через преобразователь 5 напряжения с выходным напряжением U, меньшим по величине, чем напряжение U питания датчика 1.
Выходы модуля 4 анализатора сигнала подключены к входу цифрового вычислительного модуля 6 и к одному из входов модуля 7 сигнализации, другой вход которого подключен к выходу цифрового вычислительного модуля 6.
Устройство содержит также дополнительный датчик 8 параметров крана, например, цифровой датчик длины стрелы, подключенный к цифровому вычислительному модулю, либо аналоговый датчик 8 параметров крана, подключенный к цифровому вычислительному модулю через аналого-цифровой преобразователь.
Устройство работает следующим образом.
B1
Датчиком 1 с релейным сигналом контролируется положение последней секции стрелы. Если она полностью втянута, то на выходе датчика формируется сигнал высокого уровня (напряжением, близким к U), а, если последняя секция стрелы полностью не втянута, то сигнал на выходе датчика 1 имеет низкий уровень.
B2
Датчиком 2 с частотным выходом измеряется скорость ветра в районе оголовка стрелы. Если скорость ветра не нулевая, то сигнал на выходе датчика меняет уровень с низкого на высокий (с амплитудой около U) и с высокого на низкий с частотой, пропорциональной скорости ветра. Если же ветра нет, то на выходе датчика 2 устанавливается постоянный низкий или высокий уровень.
O
O
Выходные сигналы датчиков 1 и 2 подаются на входы сумматора/делителя 3, который формирует из них на выходе комбинированный сигнал U, передающийся по общей линии связи на первый и второй входы модуля 4 анализатора сигнала. В зависимости от состояния выходных сигналов датчиков 1 и 2 меняется вид комбинированного сигнала U, который приведен на фиг.2.
O
T1
T2
O
O
T1
T2
Если последняя секция стрелы не втянута полностью (на выходе датчика 1 низкий уровень), ветер отсутствует и не выходе датчика 2 постоянный низкий уровень, то значение выходного сигнала U постоянно находится на уровне ниже значений порога переключения U первого входа и порога переключения U второго входа модуля 4 анализатора сигнала. Этому состоянию соответствует участок А графика изменения U, изображенного на фиг.1. Если же на выходе датчика 2 при тех же условиях устанавливается высокий уровень, то комбинированный сигнал U имеет постоянный уровень между пороговыми значениями U и U (участок С графика на фиг.2).
T2
Если скорость ветра отлична от нуля, то на выходе датчика 2 формируются импульсы напряжения, частота которых пропорциональна скорости ветра, и уровень сигнала относительно порогового уровня U начинает изменяться с той же частотой (участок В графика на фиг.2).
O
T2
O
T1
O
T1
T2
O
T1
T2
При срабатывании датчика 1 с релейным сигналом (втягивании последней секции стрелы) на его выходе формируется сигнал высокого уровня, значение U выходного комбинированного сигнала скачкообразно увеличивается и все время остается выше значения порогового уровня U. При этом если скорость ветра отлична от нуля, то уровень выходного комбинированного сигнала U меняется относительно порогового уровня U с частотой, пропорциональной скорости ветра (участок D графика на фиг.2). Если же скорость ветра равна нулю и сигнал датчика 2 находится на высоком уровне, то уровень выходного комбинированного сигнала U превышает уровень пороговых значений U и U (участок Е графика на фиг.2). А если сигнал датчика 2 находится на низком уровне, то уровень выходного комбинированного сигнала U находится между уровнями пороговых значений U и U (аналогично участку С графика на фиг.2).
O
T1
T2
Модуль 4 анализатора сигнала на основании сравнения уровня сигнала U в общей шине с пороговыми значениями U и U, установленными для входов модуля 4, производит расшифровку состояния выходов датчика 1 с релейным сигналом и датчика 2 с частотным сигналом и выделяет частоту сигнала датчика 2. Расшифрованная модулем 4 анализатора сигнала информация передается в цифровой вычислительный модуль 6, в котором производится расчет параметра, измеряемого датчиком 2 с частотным выходом (в описываемом примере - скорости ветра) и производятся другие действия в соответствии с уровнем выходного сигнала датчика 1 с релейным сигналом (например, переключение таблицы грузовой характеристики крана). При выходе параметра, измеряемого датчиком 2, за допустимое значение цифровой вычислительный модуль 6 включает соответствующую сигнализацию с помощью модуля 7 сигнализации.
Сигнализация о выходе параметра за допустимые пределы может включаться и непосредственно модулем 4 анализатора сигнала при выходе частоты сигнала на входе за установленное пороговое значение.
O
T2
T1
O
Если на вход модуля 4 анализатора сигнала приходит сигнал с постоянным значением U, большим порогового значения U, но меньшим порогового значения U, то интерпретация состояния уровня сигнала датчика 1 с релейным сигналом производится в цифровом вычислительном модуле 6 с учетом имеющейся там информации о других параметрах, замеряемых другими датчиками, установленными на кране, например, датчиком 8 длины стрелы (при длине стрелы большей, чем длина при втянутой последней секции стрелы, это состояние однозначно соответствует низкому уровню сигнала датчика 1). В случае, если дополнительная информация для однозначного определения уровня сигнала датчика 1 отсутствует, то указанное состояние комбинированного сигнала U интерпретируется в пользу гарантированного обеспечения безопасности (в нашем случае секция не втянута полностью, а датчик 2 имеет постоянно высокий уровень выходного сигнала, цифровой вычислительный модуль 6 переходит на работу с таблицей грузовой характеристики для режима меньшей грузоподъемности).
T1
T2
Описанное устройство является лишь частным примером осуществления предлагаемой полезной модели. При реализации полезной модели могут использоваться также различные конструктивные исполнения его элементов, отличающиеся от описанных в данной заявке. Например, общая линия связи может быть подключена не к двум входам модуля 4 анализатора сигнала с различными установленными пороговыми значениями U и U, как это показано на фиг.1, а к одному входу с периодическим переключением порогового уровня.
Для повышения помехозащищенности устройства и обеспечения высокой достоверности параметра, измеряемого датчиком 2, на входе модуля анализатора сигнала может быть установлен триггер Шмидта. В этом случае значение порогового уровня напряжения, при котором происходит переключение входного сигнала из состояния низкого уровня в состояние высокого уровня более высокое, чем значение порогового уровня напряжения, при котором происходит обратное переключение.
Промышленная применимость
Заявленное устройство может быть изготовлено промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.
В качестве датчика 1 с релейным сигналом может быть использован концевой выключатель ВБ2А производства ЗАО Научно-производственная фирма «Мега-К» (г.Калуга). В качестве датчика 2 с частотным сигналом может быть использован датчик скорости ветра ДСВ-2М производства ЗАО Научно-производственная фирма «Мега-К» (г.Калуга). В качестве преобразователя 5 напряжения могут быть использованы специализированные микросхемы, например, L7806 фирмы STM. Сумматор/делитель 3 может быть в простейшем виде реализован в виде цепочки двух резисторов R1 и R2, как показано на фиг.1, с соответствующим образом подобранными сопротивлениями. Модуль 4 анализатора сигнала и цифровой вычислительный модуль 5 могут быть реализованы программно в микроконтроллере блока обработки данных прибора безопасности ОНК-140 производства ООО "Арзамасский электромеханический завод". В качестве модуля 7 сигнализации могут использоваться соответствующие элементы блока обработки данных прибора ОНК-140.