СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ КРАНА МОСТОВОГО ТИПА
METHOD OF LIMITING TRAVELLING CRANE LOAD-CARRYING CAPACITY

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а более конкретно к способам защиты и предназначено для защиты грузоподъемных электрических кранов от перегрузки.
Известен способ ограничения грузоподъемности стрелового крана, который реализуется ограничителем грузоподъемности, защищенным патентом РФ на изобретение №2011632, МПК 5 В66С 23/90, опубл. 04.30.1994. Способ ограничения грузоподъемности основан на получении аналоговых параметров крана, зависящих от нагрузки, и преобразовании их в цифровую форму. Данную информацию, а также дискретные параметры и сигналы, зависящие от режима работы крана, и предварительно запомненную информацию перерабатывают в цифровом блоке, работа которого координируется от задатчика времени. Переработанную информацию в виде загрузки крана и других значений выводят визуально, в зависимости от величины загрузки подается предупреждающий звуковой сигнал, и в случае превышения допустимых значений нагрузки вырабатывается команда «Перегрузка». В случае многократного повторения команды «Перегрузка» вырабатывается команда «Отключение крана». Величина времени, в течение которого непрерывно должна вырабатываться команда «Перегрузка» для того, чтобы выработать команду «Отключение крана», определяется динамикой работы крана.
Известен способ управления грузоподъемными механизмами с фиксацией их характеристик и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2116240, МПК 6 В66С 23/90, опубл. 27.07.1998). Способ управления грузоподъемными механизмами с фиксацией их характеристик, касающихся нагрузки, геометрии крана и режима его работы основан на измерении сигналов, пропорциональных этим характеристикам, первичной обработке указанных сигналов, преобразованных в цифровую форму, в соответствии с предварительно запомненными сигналами, определяющими порядок обработки, координации этой обработки сформированной импульсной последовательностью в реальном масштабе времени, их индикации и в случае превышения ими допустимых значений формировании управляющих сигналов и подаче последних на исполнительное устройство. Задают временной интервал, а о действительно имеющем место превышении допустимых значений сигналов, пропорциональных характеристикам подъемных механизмов, судят по превышению установленного порогового уровня сигналов (прошедших первичную обработку) в указанном временном интервале. При этом записывают в долговременную энергонезависимую память сигналы, для хранения в неизменном виде, пропорциональные указанным характеристикам, для учета ресурса работы крана под нагрузкой, время появления указанных сигналов, превысивших установленный пороговый уровень, и сформированные управляющие сигналы с возможностью считывания в случае необходимости.
Недостатками известных технических решений являются использование гидравлических узлов построения крана и применение датчиков давления в качестве датчиков, вырабатывающих сигнал, пропорциональный нагрузке. Поэтому невозможно использование подобных способов ограничения грузоподъемности в электрических кранах.
0
i-1
i
0
i-1
i
Известен способ ограничения грузоподъемности электрического крана, который может быть реализован с помощью ограничителя грузоподъемности электрического крана по патенту РФ на полезную модель №41460, МПК 7 В66С 23/90, опубл. 27.10.2004. Он выбран в качестве прототипа и заключается в том, что после установки электронного ключа записывают в цифровой запоминающий блок предельно допустимые значения тока, фазного напряжения и массы поднимаемого груза, а также снимают зависимость частоты вращения вала электродвигателя от массы поднимаемого груза, для чего поочередно поднимают несколько грузов массами m, …, m, m и запоминают соответствующие значения частот вращения n, …, n, n вала двигателя и сохраняют полученную зависимость в цифровом запоминающем блоке. Непосредственно при работе электрического крана сигналы с датчиков тока, фазного напряжения и частоты вращения вала двигателя непрерывно поступают в цифровой вычислительный блок. Полученную информацию совместно с информацией, извлекаемой из цифрового запоминающего блока, перерабатывают в параметры, отражающие работу электрического крана, и передают в блок визуальной и звуковой индикации, и в случае превышения допустимых значений массы поднимаемого груза и контролируемых параметров питающей сети вырабатывают команду на отключение механизма подъема груза, которая поступает на исполнительный блок.
Недостатком способа ограничения грузоподъемности является его невысокая надежность. Измерение частоты вращения вала двигателя производят с помощью датчика Холла, закрепленного на корпусе двигателя и магнита, закрепленного на валу двигателя. Однако узел, содержащий датчик Холла и магнит, подвержен атмосферному воздействию и механическому разрушению в процессе эксплуатации и ухудшению характеристик в процессе старения.
Задача изобретения - простым способом повысить надежность функционирования способа ограничения грузоподъемности электрического крана.
Технический результат, на который направлено заявляемое изобретение при решении поставленной задачи, заключается в исключении влияния внешних воздействий на процесс измерения контролируемого параметра и повышении точности измерения.
Технический результат достигнут за счет того, что, как и в прототипе, по заявленному способу ограничения грузоподъемности электрического крана устанавливают зависимость значений одного из параметров электродвигателя механизма подъема груза от значений масс поочередно поднимаемых грузов, эту зависимость и предельно допустимое значение массы поднимаемого груза запоминают, а в процессе работы крана непрерывно измеряют текущее значение контролируемого параметра электродвигателя механизма подъема груза, сравнивают его со значением, соответствующим запомненному предельно допустимому значению массы поднимаемого груза, и при его превышении формируют предупреждающие сигналы и отключают механизм подъема груза. В отличие от прототипа согласно изобретению в качестве контролируемого параметра электродвигателя механизма подъема груза используют значения потребляемой активной мощности, для этого датчик активной мощности, например трехфазный счетчик с аналоговым или цифровым выходом, устанавливают непосредственно в электросиловом щите электрического крана и подключают его к питающей сети. Предупреждающие сигналы формируют визуально, отображая на экране или посредствам световой сигнализации, и/или посредством звуковой сигнализации. Кроме этого, при превышении контролируемого параметра предельно допустимого значения груз опускают или включают механизмы для уменьшения грузового момента. В процессе работы крана регистрируют дату, время и значение поднимаемого груза.
Авторам и заявителю не известны из уровня техники способы защиты электрических кранов, в которых ограничение грузоподъемности определялось по потребляемой активной мощности электродвигателя механизма подъема груза. Реализация способа отличается простотой и в то же время высокой точностью измерения, поскольку оно ведется непосредственно из питающей сети электродвигателя. Вышесказанное дает основание утверждать о наличии у заявляемого способа изобретательского уровня.
Установка датчика активной мощности в электросиловом щите крана и подключение его к питающей сети электродвигателя механизма подъема груза в защищенном от внешних воздействий месте позволяет точно, без погрешности определить реально потребляемую активную мощность двигателя в отличие от прототипа, где эти измерения производят на вращающемся валу двигателя. Таким образом, это повышает точность измерения и надежность функционирования способа ограничения грузоподъемности электрического крана.
На фиг.1 представлена функциональная схема ограничителя грузоподъемности электрического крана.
На фиг.2 представлены временные диаграммы сигнала активной мощности Р с датчика активной мощности при работе крана с массой груза m=0 т.
На фиг.3 представлены временные диаграммы сигнала активной мощности Р с датчика активной мощности при работе крана с массой груза m=20 т.
На фиг.4 представлена зависимость значении потребляемой активной мощности Р двигателя от массы m поднимаемого груза.
Предложенный способ может быть осуществлен с помощью ограничителя грузоподъемности, изображенного на фиг.1, где цифровой вычислительный блок 1 связан с соответствующими выходами блока ввода информации 2 и датчика активной мощности 3, установленного в электросиловом щите крана. Цифровой вычислительный блок 1 соединен также с цифровым запоминающим блоком 4, с исполнительным блоком 5, с блоком визуальной и звуковой индикации 6, с таймером 7 и с электронным ключом 8.
В качестве цифрового вычислительного блока 1 может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. Блок ввода информации 2 - это набор кнопок управления для ввода информации и задания режима работы цифрового вычислительного блока 1. Датчик активной мощности 3 может быть выполнен на интегральной микросхеме типа UA01ПС1Г, а цифровой запоминающий блок 4 может быть представлен в виде FLASH-памяти. Исполнительный блок 5 выполнен в виде электромагнитного реле постоянного тока с управлением через транзисторный ключ от цифрового вычислительного блока 1. Блок визуальной и звуковой индикации 6 представляет собой выходной регистр с индикацией десятичного кода на семисегментном индикаторе, звуковая индикация осуществляется за счет пьезоизлучателя. Таймер 7 может быть выполнен в составе цифрового вычислительного блока. Электронный ключ 8 представляет собой постоянное запоминающее устройство, в котором содержится код разрешения доступа к перепрограммированию цифрового вычислительного блока 1, выполнен съемным и устанавливается во внешний разъем цифрового вычислительного блока 1.
0
0
0
Реализацию способа рассмотрим на примере работы крана КМ-20. Перед началом работы установленного на электрический кран ограничителя грузоподъемности требуется ввести в память цифрового запоминающего блока 4 зависимость потребляемой активной мощности двигателя от массы поднимаемого груза P=f(m). Для построения зависимости P=f(m) с достаточной точностью необходимо получить две рабочие точки: при работе крана с пустой крюковой подвеской и с массой груза, близкой к номинальной. Для этого подключают к цифровому вычислительному блоку 1 электронный ключ 8, после чего цифровой вычислительный блок 1 переходит в программу «обучения». Далее поднимают пустую крюковую подвеску массой m=0 т и определяют соответствующее значение потребляемой активной мощности Р двигателя после обработки в цифровом вычислительном блоке 1 сигнала, снимаемого с выхода датчика активной мощности 3. На фиг.2 представлена полученная зависимость значений потребляемой активной мощности при подъеме груза массой m=0. Из фиг.2 видно, что значение активной мощности составляет 3 кВт.
1
1
1
Далее поднимают груз, близкий к номинальной грузоподъемности электрического крана (m=20 т для крана КМ-20), и определяют соответствующее значение потребляемой активной мощности P двигателя. Сигнал с выхода датчика активной мощности 3 обрабатывается в цифровом вычислительном блоке 1. Полученная зависимость значений потребляемой активной мощности при подъеме груза массой m=20 представлена на фиг.3. Из фиг.3 видно, что значение активной мощности составляет 15,8 кВт.
пр
Далее по полученным данным строят зависимость потребляемой активной мощности двигателя от массы поднимаемого груза P=f(m), которая представлена на фиг.4. В ходе экспериментов было установлено, что зависимость активной потребляемой мощности от поднимаемого груза является линейной. Затем в цифровом запоминающем блоке 4 сохраняют построенную зависимость P=f(m) и значение предельно допустимой массы груза (m=22 т, 110% от номинальной грузоподъемности крана КМ-20), которое ввели с помощью блока ввода информации 2.
пр
пр
Непосредственно при работе электрического крана с ограничителем грузоподъемности в цифровом вычислительном блоке 1 происходит непрерывное определение потребляемой активной мощности двигателя на основе сигнала, снимаемого с датчика активной мощности 3. По потреблению активной мощности двигателя определяют массу поднимаемого груза на основе зависимости P=f(m) (фиг.4) и фиксируют значение этой массы с помощью блока визуальной и звуковой индикации 6. В случае превышения допустимого значения массы поднимаемого груза потребляемая активная мощность двигателя достигает предельного значения Р=17,08 кВт, что соответствует предельному значению массы поднимаемого груза m=22 т, и цифровой вычислительный блок 1 вырабатывает команду на отключение механизма подъема груза крана. При появлении предупреждающих сигналов крановщик опускает груз или включает механизмы для уменьшения грузового момента. Команда на отключение поступает на исполнительный блок 5, при этом с помощью блока 6 поступают звуковой и визуальный сигналы, а значения даты и времени, получаемые от таймера 7, записывают в цифровой запоминающий блок 4.