СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ МОМЕНТА НАГРУЗКИ РАБОЧЕГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА СО СТРЕЛОЙ КРАНА
METHOD FOR LIMITING THE MOMENT OF LOAD OF A WORKING ROLLING STOCK WITH A CRANE BOOM

Изобретение относится к способу ограничения момента нагрузки рабочего подвижного состава со стрелой крана, в частности мобильного крана, имеющего многосекционную гидравлически управляемую стрелу, согласно признакам ограничительной части п. 1 формулы.
Способ ограничения момента нагрузки рабочих подвижных составов в принципе известен, причем ниже описываются два разных варианта из уровня техники.
Первый способ представлен на фиг. 3-5. Определяют рабочие параметры рабочего подвижного состава, такие как давление (например, в рабочих цилиндрах для поднятия и опускания стрелы), угол (стрелы), длину (в частности, стрелы) и другие конфигурации рабочего подвижного состава (например, число телескопических элементов телескопической стрелы) и, во-первых, вводят данные в многомерный массив характеристик, а, во-вторых, в таблицу грузоподъемности со значениями предельной нагрузки. Из полученных рабочих параметров определяют, во-первых, актуальное значение нагрузки, которое должно соответствовать действительной нагрузке (в действительности, однако, как правило, не соответствует). Во-вторых, по таблице грузоподъемности определяют значение предельной нагрузки. Взятый из массива характеристик коэффициент нагрузки сравнивают со значением предельной нагрузки (при необходимости с учетом предопределенного резерва грузоподъемности), причем затем, когда фактический коэффициент нагрузки из массива характеристик превысит значение предельной нагрузки из таблицы грузоподъемности, оператору рабочего подвижного состава поступает предупреждение и/или работа подвижного состава принудительным образом прерывается, так как известно, что в таком случае имеет место критическое для безопасности состояние (например, опрокидывание) рабочего подвижного состава. На фиг. 3 представлена схема устройства для выполнения ранее описанных операций, причем на фиг. 4 представлена трехмерная нагрузочная характеристика, причем также может существовать и иная характеристика. Так как такую характеристику составляют путем измерения, например, перед началом работы рабочего подвижного состава, то из фиг. 4 не всегда можно определить точный коэффициент нагрузки в зависимости от полученных рабочих параметров (например, угла, давления и т.п.). Поэтому нужно выполнить выборочные корректировки, как это можно видеть на фиг. 5. Выполнение таких выборочных корректировок требует, однако, затрат времени на расчеты, а также нужны блоки памяти, так что не все рабочие параметры дают желаемый коэффициент нагрузки. Кроме того, на основе выборочных корректировок резервы грузоподъемности нужно соответственно так рассчитать, чтобы на практике не случилось, что предупреждение уже поступило и/или работа рабочего подвижного состава принудительно прекратилась, хотя еще есть нагрузка, которая этого пока не требует. Хотя можно подумать о том, чтобы отдельные элементы характеристики нагрузки, согласно фиг. 4, были выстроены очень плотно, что, однако, потребует значительных затрат при составлении массива характеристик нагрузки, так как в нескольких сериях испытаний и в зависимости от конфигурации рабочего подвижного состава можно составить снова разные комбинации рабочих параметров и нужно определить коэффициент нагрузки. Изготовители кранов по экономическим причинам это сделать не могут.
Альтернативный вариант этому описанному способу раскрыт в патенте DE 10023418 А1. Там описан способ предохранения от перегрузки мобильного крана, отличающийся следующими этапами:
- сохранение данных геометрии элементов конструкции в блоке памяти,
- выбор желаемого технического состояния в блоке выборки,
- составление физической программной модели из полученных данных в управляющем вычислительном устройстве,
- введение реальных данных измерений, полученных от принадлежащих крану датчиков силы и положения,
- расчет сначала геометрических данных, данных о центре тяжести и силах, а затем значений отключения,
- при необходимости отключение крана при достижении значения отключения.
С помощью этого способа предохранения от перегрузки, известного из патента DE 10023418 А1, было представлено решение защиты от перегрузки, с помощью которого даже при множестве возможных технических состояний можно каждый раз быстро и точно определять актуальные значения отключений. В результате затраты на составление характеристик нагрузок и последующие затраты на расчеты и запоминание интерполяции сокращаются, однако, недостаток все еще кроется в невозможности точного расчета фактически подвешенного груза, и первым делом остались неучтенными также допуски или изменения конструктивных элементов крана, которых при составлении характеристики нагрузки не было или они не были известны.
Также из патента DE 19842436 А1 известен способ регулирования или компенсации деформации стрелы крана при подъеме или опускании груза. При этом деформация стрелы крана измеряется или вычисляется, и полученная таким образом деформация стрелы крана сообщается управляющему устройству. На управляющее устройство передается также заданное значение для положения стрелы крана, причем регулирующее устройство выдает сигналы, которые активируют регулирующее устройство стрелы крана, позволяя таким образом удерживать стрелу крана в заданном положении.
Таким образом, в основе изобретения стоит задача усовершенствования способа ограничения момента нагрузки рабочего подвижного состава таким образом, чтобы избежать известных из уровня техники недостатков, в частности с целью уменьшения резервов грузоподъемности и еще большего сокращения затрат на составление расчетов и запоминание интерполяции.
Эта задача решается с помощью признаков п. 1 формулы изобретения.
Возможные исполнения изобретения описаны в соответствующих пунктах формулы.
Предусмотрено, что в зависимости от полученных рабочих параметров рассчитывают значение общей потенциальной энергии рабочего подвижного состава с учетом конфигурации рабочего подвижного состава и на основе этого определяют неизвестный коэффициент нагрузки. С помощью этого неизвестного коэффициента нагрузки можно привести в соответствие хранимую в памяти характеристику нагрузки с учетом рабочих параметров, так чтобы в зависимости от полученных рабочих параметров и, прежде всего, также в зависимости от конкретной конфигурации рабочего подвижного состава можно было получить значительно более точный коэффициент нагрузки и сравнить его с предельным значением нагрузки из таблицы грузоподъемности. Таким образом, имеется возможность заметно сократить резервы грузоподъемности и приблизить рабочую точку рабочего подвижного состава значительно ближе к пределам грузоподъемности. При этом с помощью вычислительного устройства определяют общую потенциальную энергию рабочего подвижного состава, в частности мобильного крана, и в частности, их математические производные согласно степеням свободы движения (угол поворота стрелы крана). Рассчитанная энергия включает в себя преимущественно собственный вес составных частей рабочего подвижного состава, упругую энергию в результате деформации этих составных частей и поднятый груз. Потому это особенно выгодно, так как допуски и изменения, происходящие с этими компонентами, автоматически учитываются в расчетах общей потенциальной энергии и определенного из этих расчетов веса подвешенного груза. Силы реакции (реакция опоры) или моменты можно определить путем измерения давления в соответствующих гидравлических цилиндрах, в общем, путем измерения рабочих параметров исполнительного механизма, который воздействует на компонент рабочего подвижного состава. Из полученного уравнения вычислительное устройство определяет еще неизвестный вес поднятого груза. Другую выгоду можно видеть в том, что наряду с вычислением веса груза рассчитывают также актуальное горизонтальное положение груза с учетом деформации стрелы крана.
При расчете общей энергии учитывают параметрические значения рабочего подвижного состава или параметрические значения его компонентов. Для расчета общей потенциальной энергии рабочего подвижного состава требуется знание целого ряда параметрических значений этого рабочего подвижного состава. Это, например, массы и положения центров тяжести составных частей рабочего подвижного состава, например, геометрические размеры, вес и свойства составных частей крана. Благодаря технологическим допускам, приспособлениям и переустройствам или также другим вариациям (например, свойства материала) в применяемых компонентах эти параметрические значения с достаточной точностью заранее не известны. Применяемые датчики для определения рабочих параметров, например, давления, длины, углов и т.п. так же дают погрешности в результатах измерений. Все перечисленные отклонения зависят от типа или даже обусловлены особенностями данного экземпляра. Для обеспечения наилучшего использования рабочего подвижного состава (работы на грани предельных значений нагрузки) при одновременно безопасной эксплуатации требуется поверка параметрических значений.
Поэтому предусмотрено, что параметрические значения рассчитывают экспериментально. Альтернативно или дополнительно можно предусмотреть, чтобы параметрические значения были скорректированы с помощью задаваемых величин или коэффициентов. Для этого проводят ряд измерений известных грузов в типичных состояниях рабочего подвижного состава. Параметрические значения в смысле статистического способа оценки рассчитывают так или задаваемые номинальные значения корректируют так, что достигается наилучшее совпадение с результатами измерений. Способ можно применять, таким образом, для точной настройки как при ограниченных предварительных знаниях (например, в случае переоборудования уже имеющегося рабочего подвижного состава, так называемой его «модернизации»), так и при относительно точном знании номинальных значений (например, в случае наличия новых рабочих подвижных составов). Необходимые затраты на проведение измерений связаны при этом, наоборот, с количеством и качеством предварительной подготовки.
Ниже описывается пример выполнения изобретения.
На фиг. 1 и 2 подробно представлено устройство для осуществления заявленного способа ограничения момента нагрузки рабочего подвижного состава. По аналогии с устройством, представленным на фиг. 3, рабочие параметры, такие как значения давления, углов, длин, конфигурации и т.п., размещают как в графической характеристике нагрузки, так и в таблице грузоподъемности. В графической характеристике, в которой имеются одно или несколько многомерных полей, сохраненную характеристику или сохраненные характеристики согласно фиг. 2 согласовывают с учетом рассчитанной общей потенциальной энергии рабочего подвижного состава и определенной из этих данных неизвестной нагрузки, так что коэффициенты нагрузки, полученные в отличие от известного из уровня техники способа, имеют значительно более точное значение действительно подвешенного с помощью рабочего подвижного состава груза. Этот значительно более точный коэффициент нагрузки можно затем сравнить с предельным значением нагрузки, так что можно либо существенно свести к минимуму имеющиеся резервы грузоподъемности, либо при необходимости даже не предусматривать никакого резерва. Сравнение, проведенное между определенным фактическим коэффициентом нагрузки и так же определенным предельным значением нагрузки, приводит затем к предупреждению или прекращению работы рабочего подвижного состава, если фактический коэффициент нагрузки превышает допустимое предельное значение в зависимости от рассчитанных рабочих параметров.