УСТРОЙСТВО ТОРМОЖЕНИЯ ПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам для осуществления ступенчатого торможения грузоподъемных машин типа кранов, клетьевых подъемников, лебедок и т.п.
Устройства, аналогичные предлагаемому известны. К ним относится, в частности, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР №931637, кл. В66В 1/32, 1982 г. Оно содержит датчики скорости и замедления механизма подъема, рабочий тормоз и регулятор давления, управляющий тормозом. Сигналы от датчиков, через задатчик интенсивности, поступают на регулятор давления, а тот, в свою очередь, ступенчато управляет моментом торможения механизма подъема. В результате существенно уменьшается инерционный выбег машины, снижаются динамические нагрузки в канате и вероятность его обрыва.
Еще больше снижает динамические нагрузки устройство ступенчатого торможения подъемно-транспортных (грузоподъемных) машин, защищенное авторским свидетельством СССР №1733371, кл. В66D 5/26, принятое нами за прототип. Это устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, насколько можно судить по его описанию, равных по величине тормозного момента. В нем имеются также датчик усилия и реле времени, подключенные к кинематической и электрической цепи управления тормозом первой ступени. При необходимости затормаживания машины срабатывает тормоз первой ступени, и реле времени начинает отсчитывать время, отведенное на первую ступень торможения. Одновременно с этим датчик усилия измеряет величину тормозного момента первой ступени торможения. Когда усилие достигает определенной, наперед заданной величины, сигналом от датчика через реле напряжения включается тормоз второй ступени. Примерно в это же время срабатывает реле времени, дополнительно гарантируя срабатывание тормоза второй ступени.
Устройство-прототип повышает эффективность ступенчатого торможения и исключает большие динамические нагрузки в элементах машины, в том числе, в
грузовом канате. Однако полностью динамические нагрузки в грузовом канате оно не ликвидирует. Это вызвано тем, что при включении тормоза первой ступени в канате возникают продольные колебания, а включение тормоза второй ступени с ними никак не связано и их уменьшению может способствовать, а может и не способствовать.
Задачей предлагаемой полезной модели является гарантированная ликвидация продольных колебаний каната, возникающих при включении тормоза первой ступени.
Достигается решение задачи тем, что устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, равных по величине тормозного момента, и реле времени, подключенное к цепи управления тормозом первой ступени, а также датчик высоты подъема груза, выполненный в виде кодового датчика положения. Шкала датчика положения кодирована числами, представленными в двоичной системе счисления и равными полупериоду продольных колебаний грузового каната разной длины, возникающих при включении тормоза первой ступени, деленному на τ. Реле времени содержит двоичный счетчик импульсов, работающих на вычитание; генератор импульсов подключенный к счетному входу счетчика и формирующий импульсы с временным интервалом τ; ключевую схему, входы которой соединены с выходами кодового датчика положения, а выходы с шинами ввода двоичного числа в счетчик; логический элемент «ИЛИ-НЕ», входы которого связаны с выходами счетчика; двухвходовой логический элемент «И», первый вход которого соединен с выходом элемента «ИЛИ-НЕ», второй вход соединен с включающим входом генератора, а выход - с цепью управления тормозом второй ступени. При этом подключение реле времени к цепи управления тормозом первой ступени осуществлено путем соединения цепи включения тормоза первой ступени непосредственно с управляющим входом ключевой схемы и через элемент задержки - с включающим входом генератора импульсов.
На фиг.1 показана схема, иллюстрирующая принцип построения шкалы кодового датчика положения, используемого в качестве датчика высоты подъема груза; на фиг.2 - блок-схема предлагаемой полезной модели. На них 1-развертка
шкалы, изготовленной, например, из пластика с ферромагнитным покрытием, 2-намагниченные участки покрытия, 3-магнитные головки, построчно считывающие кодовые комбинации со шкалы; 4-кодовый датчик положения, содержащий свернутую в диск или цилиндр шкалу, соединенную с барабаном, на который наматывается грузовой канат, и неподвижно закрепленные магнитные головки; 5-двоичный счетчик импульсов, работающий на вычитание; 6-генератор импульсов, подключенный к счетному входу счетчика 5 и формирующий импульсы с временным интервалом τ; 7-ключевая схема, входы которой соединены с выходами кодового датчика 4, а выходы - с шинами ввода двоичного числа в счетчик 5; 8-логический элемент «ИЛИ-НЕ», входы которого связаны с выходами счетчика 5; 9-логический элемент «И», первый вход которого соединен с выходом элемента «ИЛИ-НЕ» 8, второй вход соединен с включающим входом генератора 6, а выход - с цепью управления тормозом 10 второй ступени; 11-элемент задержки, через который цепь управления тормозом 12 первой ступени, создающей тормозной момент, равный моменту тормоза 10, связана с включающим входом генератора импульсов 6. «Вкл.» - обозначение цепи включения устройства, соединенной с цепью управления тормозом 12 и с управляющим входом ключевой схемы 7.
Работа устройства основана на том, что под действием силы веса Х груза, поднимаемого машиной с помощью каната, последний испытывает деформацию У, описываемую дифференциальным уравнением
где m - масса поднимаемого груза, К - коэффициент внутреннего трения в канате, с - жесткость каната. Решение этого уравнения показывает, что при резком торможении возникают продольные колебания каната с частотой
Коэффициент внутреннего трения в канате К может быть представлен как z·m, где z - некоторый, выраженный в 1/сек, коэффициент, постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. Жесткость с может быть выражена как
mg/sℓ, где g - ускорение свободного падения, ℓ - длина каната, a s - безразмерный коэффициент относительной жесткости, так же постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. С учетом этого, через частоту можно выразить период продольных колебаний каната при резком торможении как
При включении тормоза первой ступени, как следует из изложенного, в канате возникнут продольные колебания с периодом Т, ликвидация которых как раз и является задачей предлагаемой полезной модели. Для решения задачи после включения первой ступени нужно через время Т/2 включить вторую ступень торможения. Поскольку обе ступени равны по тормозному моменту, вторая ступень создает в канате также продольные колебания с периодом Т. Но они будут смещены по фазе по отношению к колебаниям, вызванным первой ступенью, на Т/2, т.е. на половину периода. Иначе говоря, вторые колебания будут в противофазе с первыми. В результате те и другие взаимно уничтожаются и продольные колебания в канате исчезнут.
В случае конкретной подъемной машины с вполне конкретным грузовым канатом, s и z имеют вполне определенные значения. Отсюда следует, что для конкретной машины T/2 есть лишь функция ℓ. Если, например, s=0,02, a z=15, то
При ℓ=1, 2, 3, 4, 5, 6 м, в частности, Т/2=0,151; 0,229; 0,303; 0,386; 0,486; 0,622 сек. Зная зависимость T/2 от ℓ, нетрудно построить требуемую шкалу кодового датчика положения, используемого в качестве датчика высоты подъема груза. Для этого сначала нужно задаться величиной τ - временным интервалом формирования импульсов генератором 6. Эта величина должна быть такой, чтобы значение полупериода колебаний T/2 как можно точнее делилось на нее нацело. Для приведенного примера этому условию отвечает τ=0,0189 сек. С точностью около
2,5% оно обеспечивает T/2τ равное 8, 12, 16, 20, 26, 33 при ℓ=1, 2, 3, 4, 5, 6 м. Если теперь диапазон T/2τ от 8 до 33 представить с шагом 1, то ℓ примерно с такой же точностью можно представить в диапазоне 1-4 м с шагам 0,25 м, в диапазоне 4-4,40 м - с шагом 0,20 м, в диапазоне 4,40-5,90 м - с шагом 0,15 м, в диапазоне 5,90-6 м - с шагом 0,10 м. Если далее десятичные числа от 8 до 33 закодировать двоичными числами и поставить их в соответствие указанным значениям ℓ в диапазоне 1-6 м, то и получится кодовая шкала, схема которой приведена на фиг.1.
-3
По описанному принципу может быть построена любая требуемая кодовая шкала. В предлагаемом устройстве использована шкала, построенная при τ=4,725·10 сек. При таком τ значениям ℓ=1-6 м отвечают T/2τ, приведенные в таблице:
ℓ (м)
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
Т/2τ
32
40
48
56
64
73
82
91
103
116
132
Если диапазон T/2τ от 32 до 132 представить с шагом в 1, a ℓ разделить равномерно по шагам в диапазонах ℓ=1-1,5 м; 1,5-2 м; 2-2,5 м; и т.д., то, закодировав двоичными числами, десятичные числа от 32 до 132 и поставив их в соответствие распределению ℓ, получим шкалу, которая и применена в полезной модели (поскольку устройство ее ясно, а изображение было бы чрезвычайно громоздким, в заявке мы ее не приводим). При работе кодового датчика положения с такой шкалой перемещение шкалы в то или иное положение, соответствующее той или иной текущей длине грузового каната ℓ, приводит к появлению на выходе датчика 4 двоичной кодовой комбинации, представляющей собой закодированное десятичное число T/2τ. При подъеме груза эта комбинация никуда не пропускается ключевой схемой 7. При необходимости торможения на устройство подается сигнал «Вкл» (логическая «единица») и первая тормозная ступень 12 включается.
В канате начинаются продольные колебания с периодом Т. Одновременно с этим ключевая схема 7 пропускает кодовую комбинацию с датчика 4, соответствующую данному ℓ, на входы счетчика импульсов 5 и вводит ее в него. Сразу же после этого сигнал «Вкл» поступает через элемент задержки 11 на включающий вход генератора импульсов 6 (задержка производится на 2-3 миллисекунды для того, чтобы успел произойти ввод двоичного числа в счетчик) и на второй вход элемента «И» 9. Ввод кодовой комбинации в счетчик 5 приводит к тому, что эта же комбинация появляется на его выходах. В результате на выходе логического элемента «ИЛИ-НЕ» 8 появляется логический «ноль». Поскольку этот «ноль» поступает на первый вход логического элемента «И» 9, то на выходе этого элемента тоже будет «ноль» и вторая тормозная ступень 10 будет выключена. Генератор 6 после включения начинает выдавать импульсы. Настройка генератора такова, что импульсы выдаются с временным интервалом τ. Импульсы поступают на счетный вход счетчика импульсов 5, и поскольку счетчик вычитающий, каждый импульс будет уменьшать число, введенное в счетчик, на «единицу». Счетчик 5 обнулится, когда число импульсов, выданное генератором 6, станет равным числу, введенному в счетчик. Это произойдет через T/2 секунд после включения первой тормозной ступени 12. Как только счетчик 5 обнулится, на его выходах появятся одни «нули», что приведет к появлению на выходе элемента «ИЛИ-НЕ» 8 логической «единицы». На обоих входах логического элемента «И» 9 будут «единицы», на его выходе тоже появится «единица» и включится вторая тормозная ступень 10. Так как это произойдет через T/2 секунд после включения первой тормозной ступени 12, то продольные колебания каната, вызванные включением ступени 10, окажутся в противофазе с колебаниями, вызванными включением ступени 12. Это приведет к гашению колебаний.
Предлагаемая полезная модель, ликвидируя продольные динамические нагрузки в канате, существенно повысит эффективность торможения подъемной машины, увеличит ее долговечность и безопасность.