СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к приборам и устройствам безопасности грузоподъемных машин.
Известна система безопасности грузоподъемного крана [Патент РФ RU 38747 U1 7 В 66 С 23/90, 2004] (прототип), включающая цифровой вычислительный блок, исполнительный блок, блок аварийной сигнализации, блок визуальной индикации, регистратор параметров крана и периферийные устройства регистрации параметров, включающие датчики аналоговых параметров работы крана и датчики дискретных параметров и сигналов.
Такие системы позволяют эффективно контролировать и регистрировать параметры поворотной крановой установки, управлять механизмами крана в соответствии с выбранной грузовой характеристикой.
В то же время, ряд важных систем и оборудования крана, требующих контроля, расположено на неповоротной его части. Например, выносные опоры могут устанавливаться в различных положениях, каждому из которых соответствует отдельная грузовая характеристика.
Попытка поворота крана при установленном фиксаторе поворотной платформы может привести к перегрузке привода поворота, а работа при
перегретом двигателе и низком давлении масла может привести к заклиниванию двигателя, и т.д.
При использовании для контроля имеющихся штатных датчиков параметров двигателя, гидропривода, концевых выключателей контроля положения опор и т.д. требуются кольцевые токосъемные устройства с большим количеством колец для передачи сигналов с датчиков неповоротной части на поворотную часть, где расположены электронные блоки обработки информации. Такие токосъемные устройства дороги, часто их негде разместить в ограниченном пространстве. Кроме того, обработка большого числа дополнительных сигналов датчиков непосредственно цифровым вычислительным блоком, без предварительной их обработки, потребовало бы отвлечения значительной доли ресурсов этого блока на решение этих задач и снизило бы эффективность работы системы безопасности.
Следовательно, использование существующих систем для контроля всех необходимых параметров механизмов и узлов, расположенных на неповоротной части крана, неэффективно.
Использование для контроля параметров механизмов и узлов неповоротной части специальных датчиков с цифровым выходным сигналом в принципе позволило бы подключать их к цифровому вычислительному блоку по одно-двухпроводному интерфейсу через существующие токосъемные устройства, но резко повысило бы цену системы и трудоемкость ее монтажа. При необходимости управления механизмами и системами неповоротной части из кабины машиниста крана все равно осталась бы необходимость в дополнительных кольцах токосъемного устройства. Не была бы также полностью решена проблема отвлечения ресурсов цифрового вычислительного блока на обработку сигналов с дополнительных датчиков.
В связи с изложенными проблемами современные системы контролируют очень ограниченное число параметров механизмов, узлов и агрегатов неповоротной части с помощью датчиков (см., например,
[Ограничитель нагрузки крана (ограничитель грузоподъемности) ОНК-140. Руководство по эксплуатации. ЛГФИ.408844.009-03 РЭ, ОАО «АПЗ», 1998 г.), а остальные параметры, например, схема опорного контура и т.п. вводятся вручную машинистом крана. Такой подход, с одной стороны, не позволяет получить информацию обо всех интересующих параметрах, а с другой стороны не исключает возникновения опасных ситуаций вследствие ошибок машиниста крана при вводе параметров.
Целями предлагаемой полезной модели системы безопасности грузоподъемного крана являются:
- повышение безопасности работы грузоподъемной машины за счет исключения влияния человеческого фактора при определении параметров установки крана;
- предотвращение отказов силового агрегата, привода и других узлов и механизмов неповоротной части крана за счет постоянного отслеживания всех необходимых параметров их работы и сигнализации о выходе их за допустимые пределы;
- регистрация параметров работы узлов и механизмов неповоротной части крана;
- повышение удобства работы машиниста за счет его полного информационного обеспечения и предоставления возможности управления узлами и агрегатами неповоротной части крана из кабины машиниста.
Поставленные цели достигаются за счет того, система безопасности грузоподъемного крана, включающая периферийные устройства регистрации параметров крана, в том числе датчики крена и датчики дискретных сигналов, подключенные к информационным входам цифрового вычислительного блока, к выходам которого подключены блок визуальной индикации, блок аварийной сигнализации, исполнительный блок, регистратор параметров крана, снабжена контроллером неповоротной части, к информационным входам которого подключены датчики параметров неповоротной части, включающие датчики дискретных сигналов и (или)
датчики аналоговых параметров, причем контроллер неповоротной части связан с цифровым вычислительным блоком двухсторонним проводным или беспроводным каналом обмена информацией.
Блок-схема системы безопасности грузоподъемного крана представлена на фиг.1.
Система безопасности грузоподъемного крана содержит цифровой вычислительный блок 1, к информационным входам которого подключены периферийные устройства 2 регистрации параметров крана, в число которых входят датчики 3 крена платформы крана в двух плоскостях и датчики 4 дискретных сигналов (положения органов управления оборудованием крана). Параметры работы крана, фиксируемые периферийными устройствами 2 регистрации параметров крана, а также параметры работы крана, вычисленные блоком 1 на основании их сигналов, записываются в регистратор 5 параметров крана.
При выходе каких-либо параметров за установленные пределы цифровой вычислительный блок вырабатывает сигналы на блокировку соответствующих рабочих движений крана исполнительным блоком 6 и включает аварийную световую и звуковую сигнализацию, обеспечиваемую блоком 7 аварийной сигнализации. Причем значения параметров выводятся на блок 8 визуальной индикации.
Цифровой вычислительный блок 1 связан двухсторонним каналом обмена информации с контроллером 9 неповоротной части, ко входам которого подключаются датчики 10 параметров неповоротной части, включающие датчики 11 дискретных параметров (например, датчики расположения выносных опор крана, датчик фиксатора поворотной платформы и т.д.) и датчики 12 аналоговых параметров неповоротной части (температуры и давления масла в двигателе и гидроприводе, уровня топлива и масла в баках и т.д.). К выходам контроллера 9 неповоротной части могут подключаться один или несколько индикаторов 13 крена, располагаемых в
местах, удобных для наблюдения при установке крана на выносные опоры. К выходам контроллера 9 может быть также подключен второй исполнительный блок 14 для управления механизмами, расположенными в неповоротной части крана, например управления выдвижением опор из кабины крана, управления запуском и остановкой двигателя, управления режимом работы привода и т.д.).
Контроллер 9 неповоротной части выполняет роль приемника сигналов подключенных к нему датчиков параметров неповоротной части крана, осуществляет функции преобразования сигналов подключенных к нему датчиков в цифровой вид, обработки и анализа сигналов датчиков, трансляции и приема сигналов датчиков по мере необходимости в цифровой вычислительный блок 1 и обратно по двухстороннему каналу обмена информацией, управления индикаторами 13 крена и выработки управляющих сигналов для второго исполнительного блока 14.
Контроллер 9 неповоротной части, аналогично цифровому вычислительному блоку 1, может быть выполнен на микросхеме процессора с внутренней памятью, коммутатором и аналого-цифровым преобразователем, например, процессора MSP430F149 фирмы Texas Instruments, и микросхемах для организации последовательного интерфейса двухстороннего канала обмена данными с цифровым вычислительным блоком 1, например, модулях Dolphin фирмы Texas Instruments, включающих многодиапазонный асинхронный приемопередатчик TRF6903 и специализированную микросхему управления DBB03 (в варианте организации передачи данных по радиоканалу).
В качестве датчиков 11 дискретных параметров могут использоваться, например, бесконтактные концевые выключатели, в частности выключатели типа ВБ2А.40.ХХ.12.1.1 производства фирмы МЕГА-К (г.Калуга).
В качестве датчиков 12 аналоговых параметров неповоротной части могут применяться серийные резистивные автомобильные датчики температуры, давления, уровня.
Индикатор 13 крена может быть выполнен в виде светодиодной матрицы, в центральной части которой могут устанавливаться, например зеленые светодиоды, дальше от центра - желтые светодиоды, а еще дальше - красные. Чем больше отклонение платформы крана от горизонтали, тем более дальний от центра светодиод загорается в направлении, противоположном наклону (аналог пузырькового креномера). Если горит зеленый светодиод, платформа установлена горизонтально, а если красный - крен недопустимый.
Конструкция второго исполнительного блока 14 аналогична конструкции первого исполнительного блока 6 и может включать одно или несколько управляющих реле (твердотельных, или электромагнитных).
Система работает следующим образом.
Перед началом производства работ краном машинист должен установить кран на выносные опоры в одном из рабочих положений (конфигураций опорного контура) таким образом, чтобы платформа крана была горизонтальна. При традиционном способе управления выдвижением опор с поверхности площадки контроль горизонтальности установки осуществляется по показаниям индикаторов 13 крена, располагаемых рядом с органами управления опорами. Величина и направление крена определяются в цифровом вычислительном блоке 1 по сигналам датчиков 3 крена в двух плоскостях. Информация о крене пересылается по каналу обмена данными в контроллер 9 неповоротной части, который осуществляет управление включением соответствующих светодиодов индикаторов 13 крена.
Система предусматривает возможность установки опор и из кабины машиниста при наличии в ней соответствующих органов управления, положение которых контролируется датчиками 4 дискретных сигналов. При появлении сигнала с датчика 4 он передается цифровым вычислительным блоком 1 в контроллер 9 неповоротной части, который вырабатывает команду второму исполнительному блоку 14 на включение соответствующего механизма. Величина отклонения платформы крана от
горизонтального положения в этом случае контролируется по показаниям блока 8 визуальной индикации.
Кроме установки опор, система безопасности грузоподъемного крана позволяет машинисту крана выполнять и другие операции из своей кабины (при наличии соответствующих органов управления и датчиков 4), передавая управляющие сигналы через цифровой вычислительный блок 1 и контроллер 9 неповоротной части на второй исполнительный блок 14. Например, можно запускать и глушить двигатель, включать и отключать привод гидронасосов и т.д.
После установки крана на опоры, прежде, чем перейти на работу в крановом режиме, системой определяется наличие условий перехода на работу в этом режиме. На основании сигналов с датчиков 3 крена цифровым вычислительным блоком 1 вычисляется величина отклонения платформы от горизонтали и проверяется, не превышает ли оно допустимое значение. Контроллером 9 неповоротной части производится пересылка по двухстороннему каналу обмена информацией сигналы датчиков 11 дискретных параметров неповоротной части в цифровой вычислительный блок 1, где они анализируются на предмет возможности начала выполнения крановых операций (убран ли фиксатор поворотной платформы и т.п.) и определяется рабочая грузовая характеристика в соответствии с состоянием датчиков конфигурации опорного контура. Таким образом устраняется влияние человеческого фактора при определении параметров установки крана и обеспечивается безопасная его работа.
При работе системы в штатном крановом режиме датчиками 12 аналоговых параметров неповоротной части замеряются параметры работы узлов и агрегатов, расположенных на неповоротной части крана. Сигналы этих датчиков преобразуются в цифровую форму, фильтруются и анализируются контроллером 9 неповоротной части. В случае достижения какими-либо параметрами критических значений, определенных в программе контроллера 9, он посылает по двухстороннему каналу обмена информацией
в цифровой вычислительный блок сигнал о выходе значений параметров за установленные пределы. По получении такого сигнала цифровой вычислительный блок 1 начинает опрашивать помимо периферийных устройств 2 регистрации параметров крана также датчики 12 аналоговых параметров неповоротной части, которые достигли критических значений. Цифровой вычислительный блок включает при выходе этих параметров за границы рабочего диапазона, например, при перегреве двигателя, световую и звуковую сигнализацию блока 7 аварийной сигнализации и через блок 8 визуальной индикации выводит информацию о значениях параметров, своевременно предоставляя машинисту крана необходимую информацию для принятия решения. В случае продолжения работы с недопустимыми параметрами работы оборудования неповоротной части эта информация фиксируется регистратором 5 параметров работы крана.
При такой организации обработка и анализ сигналов датчиков 10 параметров неповоротной части осуществляется, в основном, контроллером 9 неповоротной части, высвобождая ресурсы цифрового вычислительного блока 1 на решение основной задачи - обеспечение безопасной работы кранового оборудования. Датчики 10 опрашиваются блоком 1 только при выходе параметров за установленные пределы, в случае критической ситуации.