УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА ГРУЗОВОГО КАНАТА МОСТОВОГО КРАНА ОТНОСИТЕЛЬНО ГРАВИТАЦИОННОЙ ВЕРТИКАЛИ

Полезная модель относится к подъемно-транспортным машинам, в частности к мостовым кранам и может использоваться для измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали в системах автоматического управления для гашения колебаний грузов.
Известно устройство для измерения угла наклона каната грузоподъемного крана [RU 55967 27.08.2006], содержащее корпус, внутри которого установлены датчики угла наклона каната в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, соединенную с корпусом обойму, через которую пропущен канат, и средство для подвески корпуса к несущей конструкции грузоподъемного крана, внутри корпуса установлен маятник, включающий вертикальную штангу, узел подвески одного из концов штанги к верхней части корпуса и закрепленное на другом конце штанги тело маятника, каждый из указанных датчиков имеет бесконтактный чувствительный элемент, а на средней части вертикальной штанги закреплены элементы, взаимодействующие с чувствительными элементами датчиков.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и существенная погрешность измерения углов наклона канатов. Погрешность измерения вызвана тем, что: обойма устройства, через которую пропущен канат, для обеспечения подвижности последнего относительно устройства, должна иметь с канатом существенный зазор, в т.ч. из-за неровной формы поверхности свитого каната; возникают колебания каната (высокочастотные вибрации) вокруг собственного положения равновесия.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемой полезной модели является устройство для измерения угла наклона каната грузоподъемной машины [RU 2346879 20.02.2009], содержащее корпус, внутри которого установлен один датчик углового положения или два датчика углового положения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и обойму, прикрепленную к корпусу или выполненную с корпусом за одно целое, через которую пропущен грузовой канат, средство для подвески корпуса к грузоподъемной машине, и электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, соединенную, по меньшей мере, с одним датчиком углового положения, а также датчик длины или натяжения средства для подвески корпуса к грузоподъемной машине, выполненный с возможностью формирования дискретного выходного сигнала при уменьшении длины или ослаблении натяжения этого средства, или датчик приближения подвижной обоймы полиспаста, выход которого подключен к дополнительному входу электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.
Недостатками данного устройства являются: сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества подвижных механических элементов, в том числе работающих в условиях трения и износа; существенная погрешность измерения углов наклона канатов. Погрешность измерения вызвана тем, что: обойма устройства, через которую пропущен канат, для обеспечения подвижности последнего относительно устройства, должна иметь с канатом существенный зазор, в т.ч. из-за неровной формы поверхности свитого каната; при перемещении груза возникают колебания каната (высокочастотные вибрации) вокруг собственного положения равновесия. Трение и постепенный износ подвижных элементов устройства также увеличивают с течением времени его погрешность.
Задачей изобретения является повышение точности измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали и упрощение конструкции устройства.
При этом достигаются следующие технические результаты:
1) повышение стабильности и точности измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали в двух взаимно перпендикулярных плоскостях при всех возможных формах, числе рабочих ветвей полиспаста и при высокочастотных вибрациях грузового каната;
2) упрощение конструкции устройства, повышение его надежности, уменьшение количества подвижных и работающих в условиях трения механических элементов;
3) расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации функций освещения и видеорегистрации всех перемещений элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что устройство содержит корпус, жестко прикрепленный к грузовой тележке мостового крана или выполненный с ней за одно целое, и грузовой канат. В корпусе жестко закреплена цифровая видеокамера, объектив которой направлен вниз вдоль гравитационной вертикали. Также в корпусе жестко закреплен источник оптического излучения. Источник ориентирован вертикально таким образом, чтобы оптическое излучение от него было направлено преимущественно вниз по направлению к крюковой обойме. На крюковой обойме мостового крана закреплен световозвращатель оптического излучения (типа «катафот» или «фликер»). Световозвращатель ориентирован вертикально таким образом, чтобы падающее на него сверху оптическое излучение от точечного источника оптического излучения возвращалось преимущественно вверх по направлению к цифровой видеокамере. Устройство включает в себя электронную схему (бортовой компьютер с монитором в кабине оператора) обработки выходных сигналов датчика длины грузового каната и видеокамеры, которая в режиме реального времени осуществляет обработку сигнала с датчика длины каната и полученных с видеокамеры кадров с точкой яркого света от световозвращателя по заложенной в электронную схему программе и преобразует их в значения углов наклона грузового каната мостового крана от гравитационной вертикали в двух плоскостях. Электронная схема обработки выходных сигналов сохраняет в памяти значения углов наклона грузового каната мостового крана, а также видеозапись всех перемещений элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески.
Полезная модель поясняется прилагаемым чертежом и нижеследующим описанием, где на фигуре приведено устройство для измерения углов наклона грузового каната мостового крана от гравитационной вертикали.
В устройстве, включающем в себя корпус 1, жестко прикрепленный к грузовой тележке мостового крана или выполненный с ней за одно целое, в корпусе 1 жестко закреплена цифровая видеокамера 2, объектив которой направлен вертикально вниз вдоль гравитационной вертикали. В корпусе 1 также жестко закреплен источник оптического излучения 3. На крюковой обойме мостового крана 4 жестко закреплен световозвращатель оптического излучения 5, световое излучение от которого возвращается преимущественно вверх. Электрические проводные выходы датчика длины 6 грузового каната 7 и цифровой видеокамеры 2 соединены с соответствующими входами электронной схемы обработки выходных сигналов (бортового компьютера с монитором в кабине оператора) 8.
Устройство для измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали работает следующим образом. Цифровая видеокамера 2 непрерывно осуществляет видеосъемку всех перемещений элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески. При отклонениях крюковой обоймы мостового крана от нижнего положения равновесия (с вертикальным расположением грузового каната), точка яркого света от световозвращателя оптического излучения 5, возвращающего оптическое излучение от источника оптического излучения 3, меняет свое положение в кадре цифровой видеокамеры 2, отклоняясь от центра кадра. Электронная схема обработки выходных сигналов 8 датчика длины грузового каната 6 и цифровой видеокамеры 2 в режиме реального времени осуществляет обработку сигнала с датчика длины каната 6 и полученных с видеокамеры 2 кадров с точкой яркого света от световозвращателя 5 по заложенному в нее алгоритму и однозначно преобразует их в значения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали в двух плоскостях. Электронная схема обработки выходных сигналов 8 сохраняет в своей памяти значения углов наклона грузового каната мостового крана, а также видеозапись всех перемещений элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески. Источник светового излучения 3 при этом выполняет освещение элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески.
Использование новых элементов: цифровой видеокамеры, источника светового излучения, световозвращателя на крюковой обойме, обеспечивает повышение стабильности и точности измерения углов наклона грузового каната мостового крана в двух взаимно перпендикулярных плоскостях при всех возможных формах, числе рабочих ветвей полиспаста и при высокочастотных вибрациях грузового каната, поскольку отклонения от нижнего положения равновесия крюковой обоймы и жестко закрепленного на ней световозвращателя оптического излучения определяют углы отклонения грузового каната от гравитационной вертикали. При этом высокочастотные вибрации грузового каната не будут приводить к дополнительным погрешностям измерения, т.к. в устройстве будет отсутствовать подвижный механический элемент (обойма), охватывающий грузовой канат со значительным зазором. Отсутствие подвижного механического элемента измерительного устройства со значительным зазором повысит стабильность и точность измерения углов наклона грузового каната, т.к. исключит колебания охватывающего элемента (обоймы) вокруг охватываемого элемента (грузового каната), и перекосы в указанном сопряжении, снижающие стабильность и точность измерений. Фиксирующая положение световозвращателя оптического излучения цифровая видеокамера жестко закреплена в корпусе, жестко связанном с грузовой тележкой мостового крана. Отпадает необходимость в механической связи с помощью дополнительных элементов между подвижной крюковой обоймой и цифровой видеокамерой, что упрощает конструкцию устройства, повышает его надежность. Использование новых элементов: цифровой видеокамеры и источника светового излучения, обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации функций освещения и видеорегистрации всех перемещений элементов оборудования и груза в рабочей зоне мостового крана вокруг грузовой подвески.
Предлагаемая полезная модель - устройство для измерения углов наклона грузового каната мостового крана относительно гравитационной вертикали, может быть изготовлена промышленным способом из серийно выпускаемых узлов и агрегатов.