СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОЛЯРНОГО КРАНА (СОМПК)

Полезная модель (ПМ) относится к мостовым кранам, перемещающимся по рельсовому пути, и может быть использовано для измерения положения полярных кранов и их отклонений от нормы, в частности для определения местоположения вилки главного подъема.
Известно «Устройство для определения пространственного положения рельсового пути» (патент РФ 2026448), содержащее движущуюся транспортную платформу, на которой смонтированы датчики первичной информации (гироскопический датчик, гироскопический датчик угла наклона по курсу, гироскопический датчик наклона пути в поперечном профиле, датчик пройденного пути, датчик межрельсового состояния, датчик глубины погружения транспортной платформы), коммутатор аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, коммутатор цифровых сигналов, счетчик, тактовый генератор, вычислительный блок, линию связи и регистрирующее устройство.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой ПМ, являются: транспортная платформа (в заявляемой ПМ - тележка), датчик пройденного пути (в заявляемой ПМ - датчик углового перемещения), устройства для обработки данных (в заявляемой ПМ - устройство для обработки данных).
Причинами, препятствующими получению технического результата, являются ограниченные возможности и точность определения местоположения пути, а также недостаточная надежность конструкции.
Известно «Устройство для измерения рельсового пути» (патент РФ №2081232), содержащее транспортное средство, датчик пройденного пути, датчик положения пути в плане, датчик положения пути в продольном
профиле, датчик положения пути в поперечном профиле, датчик ширины колеи, коммутаторы аналоговых и цифровых сигналов, вычислительный блок, регистрирующий блок, многоканальные блоки памяти, аналого-цифровой преобразователь, блок управления.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой ПМ, являются: транспортное средство (в заявляемой ПМ - тележка), датчик пройденного пути (в заявляемой ПМ - датчик углового перемещения), устройства для обработки данных (в заявляемой ПМ - устройство обработки данных).
Причинами, препятствующими получению технического результата являются: недостаточная точность и надежность дистанционного измерения пути за счет использования дополнительных сложных известных устройств.
Из всех известных технических решений наиболее близким является устройство определения пространственных параметров рельсового пути (по патенту РФ №2261302), содержащее ходовую тележку, включающую пару измерительных колес, опорное колесо, мерное колесо. Колесо связано с измерительными колесами штангой, установленной под углом 90° относительно направления движения. На штанге установлен датчик ширины колеи. На мерном колесе смонтирован датчик пути. На оси, связывающей колеса, установлен курсокреноуказатель, представляющий собой гироскопическую систему, позволяющую одновременно определять курсовой угол, продольный угол и поперечный уклон. Выходы датчиков и курсокреноуказателя связаны с входами контроллера. Контроллер осуществляет регистрацию информации с датчиков, преобразование этих сигналов этих сигналов в цифровой вид, первичную обработку и передачу данных в компьютер.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой ПМ являются: ходовая тележка (тележка в заявляемой ПМ), контроллер (устройство обработки данных в заявляемой ПМ), измерительные
колеса, опорное колесо и мерное колесо (механический блок в заявляемой ПМ), датчик пути (датчик углового перемещения в заявляемой ПМ).
Причинами, препятствующими получению технического результата являются: невысокая точность измерений координат движущегося объекта и ненадежность системы.
Задачей предлагаемой ПМ является увеличение точности определения местоположения вилки главного подъема полярного крана в полярной системе координат, повышение скорости обработки данных, а также возможность хранения данных о конфигурации рельсового пути в памяти компьютера.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство введены устройство наведения моста, в котором датчики угловых перемещений расположены по торцам моста, а датчики линейных перемещений расположены по четырем сторонам моста, причем ось каждого датчика посредством механического блока соединена с торцом кругового рельсового пути, и устройство наведения тележки, в котором датчики угловых перемещений расположены на вилке главного подъема вдоль прямолинейного рельсового пути, а датчики линейного перемещения расположены по торцам тележки вдоль прямолинейного рельсового пути.
Для достижения технического результата в систему определения местоположения полярного крана, содержащую тележку, механический блок, датчики угловых перемещений и устройство обработки данных, отличающуюся тем, что в нее введены устройство наведения моста, в котором датчики угловых перемещений расположены по торцам моста, а также датчики линейных перемещений, расположенные по четырем сторонам моста, причем ось каждого датчика посредством механического блока соединена с торцом кругового рельсового пути и устройство наведения тележки, в котором датчики угловых перемещений расположены на вилке главного подъема вдоль прямолинейного рельсового пути, а датчики
линейного перемещения расположены по торцам тележки вдоль прямолинейного рельсового пути.
СОМПК изображена на Фиг.1 (а, б, в) и состоит из устройства обработки данных (УОД) 1; устройства наведения моста (УНМ) 5, включающего механический блок 2, датчики угловых перемещений 3, расположенные по торцам моста 10, а также датчики линейных перемещений 4, расположенные по четырем сторонам моста 10, причем ось каждого датчика 3, 4 посредством механического блока 2 соединена с торцом кругового рельсового пути 11; устройства наведения тележки (УНТ) 6, включающего механический блок 7, датчики угловых перемещений 8, расположенные на оси вилки главного подъема 14 вдоль прямолинейного рельсового пути 13 и датчики линейных перемещений 9, расположенные по торцам тележки 12 вдоль прямолинейного рельсового пути 13.
Работает СОМПК следующим образом: с помощью датчиков угловых перемещений 3, расположенных по торцам моста 10, определяется пройденный путь по круговому рельсовому пути, а с помощью датчиков линейных перемещений 4, расположенных по четырем сторонам моста 10, определяется смещение центра моста 10 относительно кругового рельсового пути 11. С помощью датчиков линейных перемещений 9, расположенных по торцам тележки 12 вдоль прямолинейного рельсового пути 13, определяется смещение центра тележки 12 относительно прямолинейного рельсового пути 13 моста 10, а с помощью датчиков угловых перемещений 8, расположенных на оси вилки главного подъема 14 вдоль прямолинейного рельсового пути 13, определяется пройденный путь по прямолинейному рельсовому пути 13 относительно моста 10. УОД 1 производит прием поступающей информации от УНМ 5 и УНТ 6, вычисление и выдачу данных о местоположении вилки главного подъема 14. В памяти УОД 1 в дискретной форме хранится информация о конфигурации рельсового пути, форма которого отличается от окружности. В процессе независимых перемещений моста 10 и тележки 12 полярного крана в УОД 1 осуществляется непрерывная регистрация
показаний датчиков 3, 4, 8, 9, прием, вычисление и выдача данных о местоположении оси вилки главного подъема 14 полярного крана.
Работа данной СОМПК поясняется на фиг.2-6.
1
2
3
4
0
0
0
0
Датчики линейных перемещений моста D, D, D, D (фигура 2) измеряют смещения моста относительно опорной поверхности щупов своих датчиков. Точка O - начало неподвижной системы координат (Х, Y, Z), «привязанной» к полу помещения.
0
1
2
3
4
1
2
3
4
м
1
2
3
4
оп
1
1
1
1
Ось Z направлена вертикально вверх. Жирной линией показана опорная поверхность - боковая поверхность рельсового пути, по которой скользят щупы датчиков линейных перемещений D, D, D, D. Точки, в которых их щупы касаются опорной поверхности, обозначены соответственно цифрами 1, 2, 3, 4. Показания этих датчиков линейных перемещений пропорциональны отрезкам d, d, d, d. Точка О - «центр моста» является пересечением линий соединяющих датчики линейных перемещений D, D и D, D. Угол между этими линиями равен 90°. Тонкой линией показана окружность, аппроксимирующая опорную поверхность. Центр окружности, точка О, является центром опорной поверхности.
оп
м
0
оп
0
В общем случае точки О и О не совпадают друг с другом и с точкой О. Положение точек О и О относительно друг друга неизменно во времени, так как определяется конструкцией рельсового пути и эстакады на которой он установлен.
0
0
0
м
оп
Точки, в которые необходимо перемещать полярный кран, задаются в неподвижной системе координат XOY, поэтому местоположение полярного крана, также определяется в неподвижной системе координат, путем предварительного определения координат точки О относительно О.
i
i
i
i
i
i
Для этой цели запоминаются координаты точек P (X, Y) опорной поверхности. Эти точки обозначены на фигуре 3 цифрами 1, 2, 3, ..., 20. Их число равно n и является кратным четырем. Окружность А радиуса R, аппроксимирующая опорную поверхность, проходит вблизи точек P (X, Y).
оп
оп
0
0
0
Обозначим Х, Y - координаты центра аппроксимирующей окружности А в неподвижной системе координат ХОY (фигура 3).
Радиальные отклонения
i
i
i
точек P (X, Y), i=1, 2, ... n опорной поверхности от аппроксимирующей окружности А и соответствующие значения углов
где
хранятся в УОД.
1
3
φ1
φ3
1
2
3
4
В процессе движения моста по рельсовому пути, по значениям углов α и α, снимаемых с датчиков угловых перемещений D и D (фигура 4), определяются номера точек опорной поверхности датчиков линейных перемещений, ближайших к точкам касания щупов датчиков линейных перемещений D, D, D, D опорной поверхности, по формулам
φ
где  - символ взятия целой части; Δ - шаг по углу φ между точками.
Определяется угол поворота моста полярного крана по формуле
μ
μ
μ
Из памяти УОД выбираются 12 ординат функции δ(α), описывающей зависимость от угла α отклонений δ опорной поверхности Р от окружности А. Эти ординаты соответствуют точкам i (31)-(34) и ближайшим к ним точкам i-1, i+1, как показано на фигуре 5.
μ
μ
μ
j
μ
μ
μ
μ
По каждой группе точек i-1, i, i+1 и соответствующим им ординатам δ(α), j=i-l, i, i+1 строит интерполирующую функцию δ(α), μ=1, 2, 3, 4.
м
оп
Определяются смещение точки О относительно точки О:
м
Определяются координаты точки О в неподвижной системе координат в соответствии с выражениями:
оп
оп
где Х, Y - величины, хранящиеся в памяти УОД.
3
1
п1
п2
3
1
3
1
п1
п2
dc1
dc2
Измерение перемещения тележки полярного крана с установленной на ней вилкой главного подъема вдоль линии DD (см. фигура 2) моста крана осуществляется датчиком угловых перемещений, а поперечные смещения тележки относительно опорного рельса измеряются двумя датчиками линейных перемещений Д и Д. При нулевых показаниях этих датчиков смещение вилки главного подвеса относительно линии DD равно нулю. Обозначим расстояния вдоль линии DD между датчиками линейных перемещений Д, Д и вилкой главного подъема - l и l соответственно.
3
1
Тогда смещение вилки главного подъема относительно линии DD будет определяться выражением:
п1
п2
п1
п2
где δ, δ - показания датчиков Д и Д поперечных линейных перемещений тележки полярного крана (фигура 6).
гп
гп
3
1
При положительном значении δ вилка главного подъема будет смещена вправо, а при отрицательном значении δ - влево относительно линии DD.
вил
вил
При этом текущие координаты Х, Y оси вилки главного подъема полярного крана определяются выражениями
Предлагаемая система позволяет автоматически определять местоположение вилки главного подъема, при этом повышается точность определения ее местоположения, что позволяет наводить ось вилки главного подъема полярного крана на заданную точку с точностью ±7 мм. Кроме того, СОМПК позволяет увеличивать надежность определения местоположения вилки главного подъема за счет сокращения количества механических элементов в системе, приборов регистрирующих перемещения и исключения "человеческого фактора" при наведении оси вилки главного подъема оператором полярного крана и стропальщиком. Стоимостные затраты на изготовление, обслуживание и эксплуатацию системы определения местоположения полярного крана значительно меньше по сравнению с аналогичными устройствами и системами.