СИГНАЛИЗАТОР ПРИБЛИЖЕНИЯ КУЗОВА АВТОСАМОСВАЛА К ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

СИГНАЛИЗАТОР ПРИБЛИЖЕНИЯ КУЗОВА АВТОСАМОСВАЛА К ЛИНИИ ЭЛЕКТРОНЕРЕДАЧИ
Полезная модель относится к области электробезопасности автотранспорта и может быть использована при эксплуатации автосамосвалов большой грузоподъемностью на открытых горных разработках.
Значительная часть аварий, происходящих на открытых горных работах, связана с движением автосамосвалов с поднятым кузовом в зоне линий электропередачи (ЛЭП) или подъемом кузова под ними. В обоих случаях это приводит к повреждению ЛЭП и электротравмам водителей.
Известно устройство автоматического опускания самопроизвольно поднимающегося кузова при движении автосамосвалов, включающее гидропривод с перепускным клапаном, снабженным электромагнитом, и электрическую цепь питания электромагнита с кнопкой управления (Горный журнал, 1990, № 1, с. 53-54). Применение указанного устройства исключает самопроизвольный подъем кузова при движении автосамосвала и не ограничивает его технические возможности. Недостатком известного устройства является то, что оно не устраняет потенциальной опасности подъема кузова под ЛЭП.
Известно предохранительное устройство для передвижных установок, преимущественно грузоподъемных кранов, содержащее генератор низкочастотного переменного тока, возбуждающий охватывающее кран магнитное поле и регистрирующий прибор (Патент Германии № 2850078, кл.МКИ В 66с 15/04, опубликован в
B60Q 5/00
1990 г.), Принцип действия устройства заключается в том, что при приближении крана на опасное расстояние к каким-либо предметам, например, к линии электропередачи, интенсивность магнитного поля меняется и регистрирующий прибор приводит в действие предупредительную сигнализацию. Основным недостатком известного устройства является сложность создания охватывающего объект магнитного поля и возможность ложных срабатываний регистрирующего прибора.
В качестве прототипа принято бесконтактное устройство контроля и защиты для горнотранспортных машин, работающих на разрезах, в частности, для экскаваторов, кранов и др. (Журнал «Безопасность работ в промышленности, 1979 г., № 9, с.28-30). Устройство содержит входной блок с активным полосовым фильтром и измерительным мостом, к которому подключены антенны, автогенератор, выходной блок с усилителями, блок сигнализации и логические элементы. Принцип действия известного устройства заключатся в том, что при воздействии на антенну появляется напряжение разбаланса, которое поступает на усилитель и затем, в зависимости от уровня сигнала срабатывают устройства защиты. Устройство предназначено, в основном, для использования на стреле экскаватора и применение его на автосамосвалах связано со значительными трудностями как по условиям работы, так и по конструктивному исполнению. Экспериментальные исследования показывают, что статические средние значения электрического сопротивления «шины-грзшт автосамосвалов составляют от 65 до 98 кОм, что превышает зону чувствительности известных защит от замыканий на землю и они не могут реагировать на прикосновение кузова автомобиля к одной из фаз сети. При выходе водителя из кабины сопротивление цепи замыкания через его тело не превышает 1100-6900 Ом, что неизбежно приводит к смертельным электротравмам. В связи с этим основным требованием к конструкции устройств электробезопасности карьерных автосамосвалов является
исключение прикосновения кузова к находящимся под напряжением линиям электропередачи.
Предлагаемый сигнализатор приближения кузова автосамосвала к линии электропередачи содержит входной каскад со стабилизатором питания, антенну, выходной орган, коммутир)тощий цепь подъема кузова, автогенератор, блок сигнализации с инвертором и блок проверки. Новым в конструкции сигнализатора является то, что он дополнительно снабжен блоком защиты от перегрузки на основе RSтриггера, блоком индикации, триггером Шмитта, вторым RS-триггером, таймером, стабилизатором питания микросхем и кнопкой «Блокировка. Блок защиты от перегрузки установлен на выходе выходного органа и выход его RS-триггера подключен к блоку индикации и к третьему входу выходного органа. Вход триггера Шмитга соединен с выходом входного каскада, первый его выход соединен с входами блока сигнализации и инвертора, а второй выход - со вторым входом блока сигнализации и первым входом выходного органа. Выход второго RS-триггера подключен ко второму входу выходного органа, один из его входов соединен с выходом инвертора, причем таймер выполнен на микросхеме D4, один из его входов подключен к выходу автогенератора, другой вход и второй вход второго RS-триггера подключены к схеме установки RS-триггера в нулевое состояние, а выходы таймера соединены с входами блока сигнализации и входом блока проверки. Для защиты схемы прибора от высоких импульсов напряжения при выключении подъема на выходе выходного органа установлен защитный диод.
Прибор позволяет исключить возможность подъема кузова автосамосвала в опасной зоне вблизи ЛЭП и защитить обслуживающий персонал от поражения электротоком. При любом подъеме кузова за пределами опасной зоны сигнализатор подает ослабленные звуковые сигналы до момента опускания кузова. При попытке
подъема кузова в опасной зоне сигнализатор подает громкие звуковые прерывистые сигналы и блокирует подъем. Питание прибора осуществляется от бортовъгх источников. Схема прибора имеет высокую степень помехозащиты, что исключает ложные срабатывания, и надежна в работе за счет наличия защиты от перегрузок и не стандартных режимов работы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведена принципиальная схема сигнализатора. Ниже приведено описание основных узлов схемы, назначение и принцип их действия.
Устройство содержит входной каскад 1, настроенный на частоту 50 Гц, основным элементом которого является активный полосовой фильтр на базе микросхемы DA, конденсаторов С2-С5 и резисторов R1-R6. Входной каскад включает также разделительные конденсаторы С1 и С8, резистор R8 для защиты микросхемы DA от перегрузки в переходных режимах и детектор на базе стабилитрона VD6, диода VD5, конденсатора С9 и резистора R9. Коэффициент усиления фильтра регулируется резистором R1. Питание входного каскада обеспечивается от бортовой сети с помощью стабилизатора питания 2 на базе стабилитронов VD1, VD2, конденсаторов С6-С7 и резистора R7. К выходу входного каскада подключен триггер Шмитта 3, который имеет два выхода. Первый выход его соединен с первым входом блока сигнализации и инвертором, а второй выход - со вторым входом блока сигнализации и первым входом выходного органа. Триггер Шмитта выполнен на логических элементах D 1.1, D1.2, D1.4 и обеспечивает работу транзистора VT3 в ключевом режиме. Выходной орган 4 содержит усилитель постоянного тока на базе резисторов R10-R13 и транзисторов VT1,VT2, транзистор VT3, диод VD7 и логические элементы D1.3, D2.1 и D2.2. Усилитель постоянного тока обеспечивает согласование слаботочного выхода микросхемы D1.3 с большим потреблением тока на входе
транзистора VT3. Логические элементы D2.1 и D2.2 введены последовательно в цепь усиления для управления выходным органом от устройств защиты и блокировки. Логический элемент D2.1 позволяет устанавливать запрет на действие входного каскада 1, а элемент D2,2 - устанавливать транзистор VT3 в закрытое состояние при наличии перегрузки в цепи подъема кузова автосамосвала. Логический элемент D1.3 используется как инвертор для фазовых согласований. Диод VD7 шунтирует электромагнит подъема, т.к. катушка электромагнита при отключении может выдавать импульс напряжения до 800 В, что приведет в выходу из строя ряда элементов схемы. Блок защиты прибора от перегрузки 5 содержит RS-триггер на логических элементах D3.3 и D3.4 со схемой установки его в нулевое состояние на базе резисторов R19 и R20, конденсатора С12 и стабилитрона VD8. Кроме того, блок содержит транзистор VT5, конденсатор СЮ и резисторы R14-R18. Резистор R14 предназначен для получения сигнала перегрузки в цепи подъема кузова, а резисторы R15 и R16 используют для выбора конкретной точки срабатывания блока защиты от перегрузки. Для контроля за состоянием RS-триггера имеется блок индикации 6, состоящий из резисторов R21 и R22, транзистора VT6 и светодиода VD9. При появлении перегрузки в цепи подъема транзистор VT5 открывается, на резисторе R18 появляется напряжение, которое опрокидывает RS-триггер. На выходе логического элемента D.3.3 появляется сигнал логической единицы после чего транзистор VT6 открывается и загорается светодиод VD9, а логический элемент D2.2 через схему усиления запирает выходной транзистор VT3, Схема защиты приходит в нормальное состояние только после повторного включения подъема. .Автогенератор 7 содержит логические элементы В3.1и D3.2, резистор R25 и конденсатор С13. Таймер 8 выполнен на основе микросхемы D4 и один его вход подключен к выходу автогенератора, другой вход к схеме установки второго RS-триггера в нулевое состояние, а выходы
соединены с входами блока сигнализации и блока проверки. На двух выходах таймер выдает две звуковые частоты. Блок сигнализации 9 состоит из микросхем D5.1D5.4 и D6.3, резисторов R26,R27, транзистора VT7 и пьезоэлектрического излучателя НА. На элементах D5.3 и D5.4 производится модуляция звуковых частот. Прерывистые сигналы поступают из элементов D5.1 и D5.2. Если на входном каскаде 1 нет сигнала или он недостаточен для его срабатывания, то элемент D5.2 открыт и через схему D6.3 на транзистор VT7 поступает прерывистый сигнал, отличающийся от резонансной частоты пьезоизлз ателя НА, и прибор подает тихий звуковой сигнал. Если на входном каскаде 1 имеется сигнал, достаточный для его срабатывания, то триггер Шмитта 3 опрокидывается и элемент D5.2 закрывается, при этом через элемент D5.1 на вход транзистора VT7 подается резонансная частота и прибор подает громкий сигнал. Для исключения влияния помех, приходящих от антенны 10 на входной каскад в процессе подъема кузова, в схеме прибора предусмотрен инвертор 11 на базе логических элементов D6.2 , D6.4 и резистора R28. Для блокирования работы прибора в схему прибора введено блокировочное устройство 12, включающее второй RS-триггер на логических элементах D2.3 и D2.4 со схемой установки его в нулевое состояние и кнопкой S2 «Блокировка. Питание микросхем D1-D6 осуществляют от стабилизатора 13. Блок проверки прибора 14 содержит логический элемент D6.1, подключенный к одному из выходов таймера и к антенне, резистор R24 и кнопку S1 «Проверка. Для проверки работоспособности прибора с помощью кнопки S1 «Проверка от таймера 8 через элемент D6.1 и резистор R23 на входной каскад подают контрольный сигнал.
Прибор устанавливают внутри кабины на стойке каркаса, разделяющей боковое и переднее стекло, а антенна закрепляется на поручне, расположенном над ветровым стеклом кабины. В исходном состоянии ключ управления кузовом S3 находится в нейтральном положении. Напряжение 24 В бортовой сети приложено к элементам схемы входного каскада 1. При отсутствии электромагнитного поля от ЛЭП или величине его ниже чувствительности сигнализатора на выходе каскада напряжение отсутствует, а на выходе 2 триггера Шмитта устанавливается логическая единица. При переводе ключа S3 в положение «Подъем кузова напряжение поступает на выходной орган 4 и через открытый транзистор VT3 подается на электромагнит подъема. Кроме этого, питание получает блок сигнализации 9, который подает тихий звуковой прерывистый сигнал, означающий подъем кузова за пределами опасной зоны. Через 1 сек происходит блокирование входного каскада и помехи не будут оказывать влияния на подъем кузова. После подъема кузова ключ S переводят в нейтральное положение.
При нахождении автомобиля в опасной зоне вблизи ЛЭП антенной 10 улавливаются электромагнитные волны частотой 50 Гц, мощность которых достаточна для срабатывания входного каскада 1. Вследствие этого на его выходе появляется напряжение, а на выходе 2 триггера Шмитта 3 сигнал логического нуля воздействует на выходной орган. При переводе ключа S в положение «Подъем кузова транзистор VT3 не открывается и напряжение из выходного органа не поступает на электромагнит подъема, т.е. блокируется подъем кузова, при этом возбуждается блок сигнализации 9 и выдается громкий прерывистый сигнал. При необходимости разгрузки в опасной зоне, например, при отсыпке дорог вдоль ЛЭП водитель убедивщись, что кузов при подъеме не заденет линию, может произвести разгрузку путем кратковременного нажатия кнопки S2 «Блокировка. Если в цепи подъема кузова возникает короткое замыкание или появляется значительная токовая перегрузка изза появления утечки тока, то при установке ключа S в положение «Подъем кузова
срабатывает электронная защита (блоки5,6) и блокируется подъем кузова, о чем сигнализируется свечением светодиода VD9.
Для исключения влияния помех, приходящих на входной каскад в процессе подъема кузова, в схеме прибора предусмотрена помехозащита за счет выполнения инвертора 11 на логических элементах D6,2 и D6.4. В исходном состоянии на схему подается напряжение +24 В. Если помехи перед подъемом кузова отсутствуют, то на выходе логического элемента D1.4 напряжение равно логическому нулю и приложено к входу микросхемы D6.2. При включении подъема в блоке 12 на ЮО и VD10 появляется напряжение 10В. Фронт этого напряжения проходит через конденсатор С14 и устанавливает в нулевое состояние RS-триггер на логических элементах D2.3 и D2.4, а также таймер 8, который начинает отсчет времени. Через 1 с на входе логического элемента D6.4 появляется логическая единица, а на его выходе нуль, который поступает на вход логического элемента D6.2. Совпадение логических нулей на обоих входах элемента D6.2 вызовет появление на вътходе этого элемента единицы. Через резистор R28 это напряжение попадает на вход RS-триггера блока 12 и вызывает его срабатывание. Таким образом на вход логического элемента D2.1 поступит положительное напряжение и блокирует проход сигнала с триггера Шмитта 3, при этом, если во время подъема кузова на входной каскад поступит помеха, то отключение подъема не произойдет, только уровень звукового сигнала изменится на резонансный. В случае, если на момент подъема во входном каскаде 1 имеется сигнал от помех, триггер Шмитта 3 будет находиться в опрокинутом состоянии, а на вход логического элемента D 6.2 поступает положительное напряжение. Через 1 с после начала подъема на второй вход элемента D6.2 поступает «нуль, но на его выходе напряжение не изменится. Сигнал блокировки на RS-триггер блока 12 не поступит, на входе 2 логического элемента D2.1 будет логический нуль, сигнал от
триггера Шмитта 3 пройдет на выход и не позволит поднимать кузов. В этом случае напряжение на электромагнит подъема подается автоматически лишь после исчезновения сигнала помехи и возвращения триггера Шмитта в исходное состояние. Блокировать работу прибора (подать напряжение на электромагнит подъема) можно также кнопкой S2 «Блокировка, убедившись, что поблизости нет ЛЭП.
Сигнализатор срабатывает на расстоянии 6-10 м от линии электропередачи бкВ. Прибор обеспечивает надежную защиту водителей большегрузных автосамосвалов от электротравм. Конструкция сигнализаторов имеет высокую степень помехозащиты и защиту электрической схемы при токовой перегрузке вследствие короткого замыкания, утечек тока в цепи подъема кузова или пиковых значений напряжений. Предусмотрена возможность регулировки чувствительности прибора, проверка его работоспособности и возможность блокировки в случаях необходимости разгрузки в пределах опасной зоны.
Директор ООО НПП «ЭЛЕКОР Х/ В.О.Жидков