СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БАШЕННЫХ КРАНОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF TOWER CRANE STABILITY PROVISION AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано для обеспечения устойчивости и исключения разрушения башенных кранов при действии ветровой и сейсмической нагрузок.
Техническим результатом заявленного способа является повышение безопасности эксплуатации башенных кранов в условиях действия пульсирующей ветровой и сейсмической нагрузок.
Технический результат достигается за счет спектрального анализа ветрового и сейсмического воздействий и модального анализа металлоконструкции башенных кранов.
Известен способ безопасного управления башенным краном (RU 2319657 С2, МПК В66С 13/18, В66С 23/88, В66С 23/90), который включает операции периодического непрерывного опроса крана, во время которого получают, регистрируют, запоминают сигналы, соответствующие значениям грузовой характеристики крана, характеристики геометрии крана и характеристики режима работы крана, сравнивают полученные сигналы со значениями характеристик, введенными в систему управления краном перед началом его эксплуатации, причем после сравнения полученных при опросе сигналов с допустимыми значениями характеристик и при превышении их прекращают выполнение команды машиниста крана. В систему управления краном вводят дополнительно параметры условий работы крана, скорость ветра, температуру окружающей среды и параметры технического состояния крана, нагруженность, вибрацию, температуру смазки механизмов приводов крана, напряжений в элементах электрооборудования. Вводят в систему управления предельные значения указанных параметров и ограничения на работу приводов крана, при которых должна прекращаться работа крана или может выполняться при введении определенных ограничений в работу приводов крана, по скорости, ускорениям, совмещению и последовательности движений приводов, сравнивают полученные сигналы о работе и состоянии крана с допустимыми значениями, определяют возможность и условия для выполнения команды машиниста и оставляют команду без изменения, или накладывают ограничения на работу крана, вводя соответствующую корректировку в команду машиниста, или запрещают выполнение команды по заданной программе.
Недостатком известного способа является невозможность оценки спектрального состава ветрового и сейсмического воздействий на башенные краны.
Наиболее близким является способ управления башенным краном в аварийной ситуации и устройство для реализации способа (RU 2245838 С2, МПК В66С 13/18, В66С 15/00, В66С 23/88). Они и взяты за прототип. Способ включает выполнение из кабины операций подачи электропитания к приводам механизмов и средствам безопасности, включение привода по крайней мере одного механизма крана, его выключение и торможение. Подачу электропитания к приводам механизмов прекращают в аварийной ситуации с "земли" или с основания, на котором установлен кран. Затем с этого основания включают электропитание привода механизма крана, осуществляющего перевод крана из опасного положения в безопасное. Далее растормаживают механизм, включают его привод и выводят кран в безопасное положение с помощью дополнительного пульта. Устройство содержит пульт управления, расположенный в кабине крана, средства безопасности - задатчик внешней нагрузки с электрическим входом и выходом, аварийный датчик и кнопку включения электропитания привода механизма крана. Кроме того, оно снабжено дополнительным пультом управления, расположенным на ходовой части в легкодоступном с основания месте. Дополнительный пульт управления соединен с основным пультом через выход задатчика внешней нагрузки, а также с помощью дополнительной обратной связи и выполнен с ключом-маркой и дополнительным выключателем. Привод механизма крана соединен с дополнительным пультом, а ключ-марка выполнен съемным и установлен в дополнительном пульте с возможностью взаимодействия с дополнительным выключателем.
Недостатком известного способа является отсутствие анализа спектра частот ветрового и сейсмического нагружений башенных кранов для сохранения их прочности и устойчивости от опрокидывания.
Сущность заявленного способа заключается в обеспечении устойчивости башенных кранов от опрокидывания при пульсирующем воздействии ветровой и сейсмической нагрузок на основе частотного анализа указанных воздействий путем сравнения частот указанных воздействий с частотами собственных колебаний металлоконструкции башенного крана и выдачи команды управления на привод изменения вылета крюковой обоймы с целью изменения жесткости металлоконструкции крана.
На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ.
Устройство для обеспечения устойчивости башенных кранов, содержащее программируемый логический контроллер, первый вход которого соединен с выходом панели оператора, датчик скорости ветра, исполнительные устройства, вход которых соединен с выходом программируемого логического контроллера, привод изменения вылета стрелы, вход которого соединен с выходом исполнительных устройств, отличается тем, что оно дополнительно содержит сейсмодатчик, выход которого соединен с первым входом системы сбора данных, второй вход которой соединен с выходом датчика скорости ветра, анализатор спектра реального времени, вход которого соединен с выходом системы сбора данных, а выход - со вторым входом программируемого логического контроллера.
Программируемый логический контроллер (1), формирующий команды управления, установлен в шкафу управления на кране; панель оператора (2), установленная в кабине управления, служит для настройки и диагностики системы, мониторинга, индикации и архивации контролируемых параметров; анализатор спектра реального времени (3) необходим для получения оценок спектров воздействий и расположен в шкафу управления; система сбора данных (4), служащая для передачи регистрируемых параметров (скорость ветра и ускорение сейсмического воздействия) в анализатор спектра, установлена в шкафу управления; датчик скорости (5) ветра установлен на наивысшей отметке крана; сейсмодатчик (6) установлен на ходовой раме (для передвижных кранов) либо на основании (для стационарных кранов); исполнительные устройства (7) - катушки реле и контакторов, системы звуковой и световой сигнализации - смонтированы в шкафу управления; привод изменения вылета (8) с векторным управлением с обратной связью по скорости установлен, в зависимости от конструкции крана, либо на поворотной платформе, либо на стреле.
Перед началом эксплуатации башенного крана в память программируемого логического контроллера закладывают значения собственных частот колебаний металлоконструкции башенного крана, полученные предварительно из модального анализа. Оценка спектрального состава ветрового и сейсмического воздействий на металлоконструкцию крана производится с помощью анализатора спектра реального времени на основе регистрируемых значений датчика скорости ветра (5) и сейсмодатчика (6). В штатном режиме при отсутствии в спектрах нагружений, определенных анализатором спектра, опасных частот на панели оператора (2) выводится сообщение о нормальном режиме работы. При приближении одной из частот собственных колебаний к одной из частот ветрового и/или сейсмического воздействий из полосы резонанса, характеризующей диапазон частот с амплитудами, обладающими значительными энергиями, происходит регистрация события об аварийной ситуации на карту памяти контроллера с резервной копией на карту памяти панели оператора (2), далее выводится индикация на панели оператора (2), включается сирена и контроллер на основе алгоритма формирует сигнал для приведения в действие противоугонных захватов (для передвижных башенных кранов), а также сигнал, поступающий на привод изменения вылета (8), для изменения жесткости металлоконструкции, в результате изменяя собственные частоты колебаний металлоконструкции башенного крана.
Предлагаемое изобретение позволит повысить безопасность эксплуатации башенных кранов за счет исключения опрокидывания/разрушения башенных кранов при наличии опасных частот в спектре нагружения на основе частотного анализа ветрового и сейсмического воздействий.