ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАГРУЗКИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах защиты от перегрузок грузоподъемных кранов.
Из полезной модели RU 41460 U1, B 66 C 23/90, 27.10.2004 г. известен ограничитель грузоподъемности электрического крана, содержащий цифровой вычислительный блок, входы которого подключены к выходам датчика тока и датчика частоты вращения вала приводного электродвигателя механизма подъема груза, а выход электронного блока подключен к схеме управления этим электродвигателем.
В данном ограничителе нагрузка грузоподъемного крана определяется путем вычисления крутящего момента электродвигателя привода механизма подъема груза. Это проводит к снижению эффективности защиты грузоподъемного крана от перегрузки ввиду невысокой точности определения нагрузки, вызванной непостоянными по величине потерями в редукторе привода грузового барабана, нагревом электродвигателя, несинусоидальностью питающего напряжения и т.д.
Наиболее близким к предложенному является ограничитель нагрузки мостовых кранов, описанный в авторском свидетельстве SU 440330, B 66 C 23/88, 25.08.1974 г. Этот ограничитель содержит силоизмерительный элемент, выполненный в виде смещенных друг относительно друга и связанных между собой упругими балками опорных призм, часть из которых размещена на корпусе опоры вала грузового барабана, а другая часть - на основании (на грузовой тележке крана), а также тензометрический датчик деформации, закрепленный на упругой балке силоизмерительного элемента, и электронное устройство, причем выход тензометрического датчика деформации соединен
со входом электронного устройства, выход которого подключен к исполнительному механизму подъема груза.
Недостатком этого устройства является невысокая помехоустойчивость и, соответственно, надежность ограничения нагрузки, вызванная тем, что на грузоподъемном кране с мощным электроприводом используемый тензометрический датчик имеет низкий (милливольтовый) уровень выходного сигнала, а усилитель или преобразователь этого выходного сигнала, входящий в состав электронного устройства, удален от этого датчика - не расположен вблизи тензометрического датчика, в частности не размещен на силоизмерительном элементе и не выполнен в одном корпусе с ним, а также тем, что при соединении тензометрического датчика с усилителем или преобразователем не используются экранированные провода или кабели.
К недостаткам известного устройства относится также необходимость применения силоизмерительного элемента, рассчитанного на максимальную нагрузку грузоподъемного крана, поскольку на силоизмерительный элемент передается вся нагрузка опоры вала грузового барабана.
Кроме того, недостатком известного устройства является отсутствие защиты силоизмерительного элемента от повреждений при перегрузке грузоподъемного крана, в частности в динамических режимах его работы и при выходе из строя ограничителя нагрузки. При наличии такой перегрузки, ввиду отсутствия ограничения перемещения или деформации упругих балок, происходит их разрушение.
Техническим результатом, на получение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение помехоустойчивости устройства и, соответственно, надежности ограничения нагрузки грузоподъемного крана. Другим техническим результатом полезной модели является снижение максимальной нагрузки на силоизмерительный элемент. Дополнительным техническим результатом является защита силоизмерительного элемента от повреждений при перегрузке грузоподъемного крана, в частности в динамических режимах его работы и при выходе из строя ограничителя нагрузки.
Указанные технические результаты получаются за счет того, что в ограничителе нагрузки грузоподъемного крана, содержащем силоизмерительный элемент, размещенный между корпусом опоры вала грузового барабана и основанием, по меньшей мере один датчик деформации закрепленный на сило-измерительном элементе, и электронное устройство, причем выход датчика деформации соединен со входом электронного устройства, выход которого подключен к исполнительному механизму подъема груза, согласно полезной модели, силоизмерительный элемент содержит по меньшей мере две опорные площадки, по меньшей мере одна опорная площадка прикреплена к основанию, а по меньшей мере одна другая опорная площадка прикреплена к корпусу опоры вала грузового барабана, причем опорные площадки, которые прикреплены к основанию и к корпусу опоры вала грузового барабана, соединены между собой упругими элементами, а датчик деформации связан по меньшей мере с одним упругим элементом и выполнен с возможностью измерения его деформации, при этом указанное соединение выхода датчика деформации с электронным устройством выполнено экранированным кабелем и/или электронное устройство содержит усилитель или преобразователь, который расположен вблизи датчика деформации, в частности размещен на силоизмерительном элементе или в одном корпусе с ним.
Причем датчик деформации целесообразно выполнить в виде датчика линейного перемещения, один конец которого присоединен к опорной площадке, которая прикреплена к основанию, а второй конец - к опорной площадке, которая прикреплена к корпусу опоры вала грузового барабана, либо в виде по меньшей мере одного тензометрического датчика, который закреплен по меньшей мере на одном упругом элементе. В последнем случае тензометрические резисторы тензометрических датчиков соединены по мостовой схеме, причем при количестве тензометрических резисторов в датчиках менее четырех, недостающие тензометрические резисторы в мостовой схеме могут быть заменены постоянными резисторами.
Для достижения необходимых технических результатов, силоизмери-тельный элемент может содержать две опорные площадки, которые расположены параллельно друг другу и соединены между собой П-образными упругими элементами. Причем расстояние между этими опорными площадками, для обеспечения защиты силоизмерительного элемента от повреждений, целесообразно выполнить равным максимальной деформации силоизмерительного элемента при максимальной нагрузке грузоподъемного крана.
Силоизмерительный элемент может также содержать одну центральную и две боковые опорные площадки, которые соединены между собой Ш-образными упругими элементами. Причем центральная опорная площадка может быть прикреплена к корпусу опоры вала грузового барабана, а две боковые опорные площадки прикреплены к основанию, либо наоборот - центральная опорная площадка может быть прикреплена к основанию, а две боковые опорные площадки - к корпусу опоры вала грузового барабана. При этом, для обеспечения защиты силоизмерительного элемента от повреждений, на основании и/или на корпусе опоры вала грузового барабана может быть расположен дополнительный упор, а расстояние между этим упором и ближайшей к нему плоскостью опорной площадки, аналогичным образом выполнено равным максимальной деформации силоизмерительного элемента при максимальной нагрузке грузоподъемного крана.
При любом варианте реализации силоизмерительного элемента, концы упругих элементов, удаленные от опорных площадок, могут быть выполнены утолщенными.
Кроме того, корпус опоры вала грузового барабана может быть выполнен в виде кронштейна, первый конец которого соединен с основанием через Силоизмерительный элемент, а второй конец кронштейна соединен с основанием через промежуточный элемент, выполненный с возможностью поворота опоры вала грузового барабана, в частности в виде шарнира или аналогично силоизмерительному элементу. При этом промежуточный элемент, аналогично силоизмерительному, может содержать датчик деформации, который
закреплен на промежуточном элементе. В этом случае выходы датчиков деформации силоизмерительного и промежуточного элементов соединены со входом электронного устройства с возможностью суммирования в нем выходных сигналов этих датчиков.
На фиг.1 показана установка силоизмерительного элемента с двумя опорными площадками под опору вала грузового барабана. На фиг.2 - пример исполнения силоизмерительного элемента с двумя опорными площадками. На фиг.3 - установка силоизмерительного элемента с тремя опорными площадками, на фиг.4 - пример исполнения этого силоизмерительного элемента. На фиг.5 схематично показано размещение и подключение тензометрического измерителя деформации и измерителя линейных перемещений.
Ограничитель нагрузки грузоподъемного крана (см. фиг.1) содержит силоизмерительный элемент 1, размещенный между корпусом опоры вала грузового барабана 2 и основанием (или опорой грузовой тележки крана) 3, по меньшей мере один датчик деформации 4, закрепленный на силоизмерительном элементе 1. Силоизмерительный элемент 1 содержит две опорные площадки 5, одна из которых прикреплена к основанию 3, а другая - к корпусу опоры вала грузового барабана 2. Опорные площадки 5, прикрепленные к основанию 3 и к корпусу опоры вала грузового барабана 2 при помощи крепежных элементов (болтов, шпилек и т.п.) 6, соединены между собой упругими элементами 7, которые в варианте исполнения силоизмерительного элемента с двумя опорными площадками 5 имеют П-образную форму (см. фиг.2).
Силоизмерительный элемент 1 может также содержать одну центральную и две боковые опорные площадки 5, которые соединены между собой Ш-образными упругими элементами 7 (см. фиг.3). В этом случае центральная опорная площадка 5 может быть прикреплена к корпусу опоры вала грузового барабана 2, а две боковые опорные площадки 5 прикреплены к основанию 3, как это показано на фиг.4, либо наоборот - центральная опорная площадка 5 может быть прикреплена к основанию 3, а две боковые опорные
площадки 5 - к корпусу опоры вала грузового барабана 2. При этом линия крепежных отверстий 8 относительно вала грузового барабана может быть расположена как перпендикулярно (см. фиг.4), так и параллельно.
Опора вала грузового барабана 2 и основание 3 в местах присоединения силоизмерительного элемента 1 могут иметь приливы, либо, при необходимости, под крепежные элементы или болты 6 могут быть подложены шайбы.
Для обеспечения защиты силоизмерительного элемента 1 с двумя опорными площадками 5 от повреждений, расстояние А между этими опорными площадками 5, выбирается равным максимальной деформации силоизмерительного элемента при максимальной нагрузке грузоподъемного крана (см. фиг.2).
Если силоизмерительный элемент 1 имеет три опорные площадки, то для обеспечения его защиты от повреждений, на основании 3 (см. фиг.4) или на корпусе опоры вала грузового барабана 2 может быть расположен дополнительный упор 8, а расстояние А между этим упором 8 и ближайшей к нему плоскостью опорной площадки 5, может быть аналогичным образом выполнено равным максимальной деформации силоизмерительного элемента 1 при максимальной нагрузке грузоподъемного крана.
В этом случае при перегрузке крана, в частности в динамических режимах его работы и при выходе из строя ограничителя нагрузки, расстояние А уменьшается до нуля, т.е. происходит соприкосновение опорных площадок 5. При этом упругие элементы 7 разгружаются, что и обеспечивает защиту силоизмерительного элемента 1 от повреждений.
В любом варианте реализации силоизмерительного элемента 1 удаленные от опорных площадок концы упругих элементов 7, для повышения надежности работы силоизмерительного элемента 1, могут быть выполнены утолщенными (см. фиг.1 - фиг.3).
Корпус опоры вала грузового барабана 2 может быть выполнен в виде кронштейна, первый конец которого соединен с основанием 3 через силоизмерительный элемент 1, а второй конец кронштейна - через промежуточный
элемент 9 (см. фиг.1 и фиг.4), выполненный, для повышения стабильности работы ограничителя грузоподъемности и исключения искажения передачи усилия на силоизмерительный элемент 1, с возможностью небольшого поворота опоры вала грузового барабана 2. Этот элемент 9 может быть выполнен в виде шарнира (например, на основе подшипника скольжения) или аналогично силоизмерительному элементу 1.
В вариантах исполнения полезной модели, показанных на фиг.1 и фиг.4, на силоизмерительный элемент 1 передается половина общей нагрузки, воздействующей на опору вала грузового барабана 2 (т.е. нагрузка на силоизмерительный элемент вдвое меньше, чем в прототипе). Вторая половина нагрузки воздействует на промежуточный элемент 9.
С целью повышения точности измерения нагрузки и, соответственно, точности защиты крана от перегрузки (точности ограничения нагрузки), промежуточный элемент 9, выполненный аналогично силоизмерительному 1, может содержать аналогичный датчик деформации 4.
Для кранов малой грузоподъемности промежуточный элемент 9 может не устанавливаться. В этом случае силоизмерительный элемент 1 устанавливается между опорой вала грузового барабана 2 и основанием 3 симметрично оси вала барабана.
Датчик деформации 4 предназначен для измерения деформации по меньшей мере одного упругого элемента 7 и связан с ним (с ними). Этот датчик может быть выполнен в виде по меньшей мере одного тензометрического датчика, который содержит, в частности, тензорезисторы 10, измеряющие растяжение, и тензорезисторы 11, измеряющие деформацию сжатия по меньшей мере одного упругого элемента 7, изгибающегося под воздействием усилия F, приложенного к силоизмерительному элементу 1 (см. фиг.5).
Датчик деформации 4 может быть выполнен также в виде в виде индуктивного, емкостного, потенциометрического и т.п. датчика линейного перемещения 12. В этом случае один конец датчика линейного перемещения 12 присоединен к опорной площадке, которая прикреплена к основанию, а
второй конец - к опорной площадке, которая прикреплена к корпусу опоры вала грузового барабана (см. фиг.5). Аналогичным образом, при использовании силоизмерительного элемента 1 с тремя опорными площадками, датчик линейного перемещения 12 измеряет перемещение (вертикальный сдвиг) боковой опорной площадки относительно центральной. При этом датчик линейного перемещения 12 может быть расположен в одной из прорезей 13 (см. фиг.3), которая в этом случае выполняется соответствующей ширины (исходя из габаритных размеров датчика перемещения 12).
На фиг.5 в качестве примера схематично показан индуктивный датчик перемещения 12.
При вертикальном перемещении (сближении) опорных площадок 5 друг относительно друга под воздействием измеряемого усилия (нагрузки) F, магнитный сердечник, связанный с верхней опорной площадкой 5, перемещается внутри катушки 14, закрепленной на нижней опорной площадке 5. Это приводит к изменению индуктивности катушки 14. Далее это изменение индуктивности при помощи усилителя-преобразователя 15 преобразуется в значение электрического сигнала, пропорциональное измеряемой нагрузке F.
Если деформация упругих элементов 7 силоизмерительного элемента 1 или, что эквивалентно, значение силы (нагрузки) F, измеряется с помощью тензометрического датчика, то его тензорезисторы 10, измеряющие растяжение, и тензорезисторы 11, измеряющие деформацию сжатия, соединяются по мостовой схеме и подключаются к входу усилителя-преобразователя 15. Если при этом используется неполный мост, то недостающие тензорезисторы заменяются обычными постоянными резисторами.
В предложенной полезной модели может быть один тензометрический датчик или один датчик перемещения. Возможно также одновременное применение нескольких датчиков, в том числе на одном силоизмерительном элементе 1, например несколько тензометрических датчиков, установленных на упругих элементах 7 сверху, снизу, слева и справа.
Может быть также использован один датчик деформации силоизмерительного элемента 1 и один датчик деформации промежуточного элемента 9.
В этом случае выходные сигналы нескольких датчиков подключаются к входам усилителя-преобразователя 15, который выполнен с возможностью суммирования этих сигналов.
Если имеется техническая возможность, то усилитель-преобразователь 15, размещается на силоизмерительном элементе 1 (см. фиг.5) или выполняется в одном корпусе с ним. У силоизмерительного элемента с тремя опорными площадками усилитель-преобразователь 15 может быть расположен, в частности, в одной из прорезей 13 (см. фиг.3), которая в этом случае выполняется соответствующей ширины (исходя из габаритных размеров усилителя-преобразователя 15), т.е. в одной из прорезей 13 размещается датчик перемещения 12, а в другой прорези 13 - усилитель-преобразователь 15.
Если же такая возможность отсутствует, например при ограниченных габаритах силоизмерительного элемента 1, то усилитель-преобразователь 15 располагается вблизи силоизмерительного элемента 1 и, соответственно, вблизи датчика деформации 4 (например в отдельном корпусе, расположенном в непосредственной близости от опоры вала грузового барабана 2). При этом соединение выхода датчика деформации 4 с усилителем-преобразователем 15, особенно в случае применения тензометрического датчика, выполняется экранированным кабелем. Это позволяет снизить воздействие электрических помех от силового электрооборудования крана, в том числе от электродвигателя привода грузовой лебедки, на цепи измерения нагрузки и, соответственно, повысить помехоустойчивость и надежность работы ограничителя нагрузки грузоподъемного крана.
Электронное устройство ограничителя нагрузки грузоподъемного крана включает в себя усилитель-преобразователь (тензометрический усилитель, преобразователь индуктивности в электрическое напряжение, усилитель с аналого-цифровым преобразователем и с контроллером мультиплексного канала обмена данными и т.п.) 15 и электронный блок 16, выход которого
подключен к исполнительному механизму подъема груза грузоподъемного крана.
При подъеме груза, его вес передается на ось грузового барабана и далее на опору вала грузового барабана 2. Далее этот вес передается на опорную площадку 5 силоизмерительного элемента 1, прикрепленную к опоре вала грузового барабана 2 (см. фиг.1 и фиг.4) в виде измеряемого усилия F (см. фиг.5).
Под воздействием этого усилия происходит деформация упругих элементов 7, которая измеряется датчиком деформации 4, в качестве которого может использоваться тензометрический датчик (тензорезисторы 10, 11). Деформация упругих элементов 7 приводит также к взаимному смещению опорных площадок и может быть измерена при помощи датчика перемещения 12.
Выходной сигнал датчика деформации 4 поступает на вход усилителя-преобразователя 15.
Выходной сигнал усилителя-преобразователя 15 в аналоговом или в цифровом виде, в частности по мультиплексному каналу обмена данными, поступает на электронный блок 16. Электронный блок 16 осуществляет сравнение текущей нагрузки крана, определяемой измеряемым усилием F, с заданным максимально допустимым значением нагрузки. В случае, если текущее значение нагрузки крана превышает максимально допустимое, электронный блок 16 формирует сигнал управления исполнительным механизмом крана, отключая привод грузовой лебедки и, соответственно, предотвращая попытку подъема недопустимо большого груза.
С учетом изложенного, реализация заявленной полезной модели позволяет повысить помехоустойчивость устройства и, соответственно повысить надежность ограничения нагрузки грузоподъемного крана, снизить максимальную нагрузку на силоизмерительный элемент, а также обеспечить защиту силоизмерительного элемента от повреждений при перегрузке грузоподъемного крана.