МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ
LIFTING MACHINE MULTIFUNCTIONAL DEVICE

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использовано в системах контроля, защиты и управления грузоподъемных машин различного назначения.
Известно многофункциональное устройство грузоподъемной машины (грузоподъемного крана), выполненное в виде контроллера оголовка стрелы и соединенных с ним габаритного фонаря и фары рабочего освещения [1].
Это устройство обеспечивает реализацию функций управления габаритным фонарем и фарой оголовка стрелы.
Однако контроллер, габаритный фонарь и фара выполнены в виде отдельных конструктивных элементов, что усложняет их монтаж на грузоподъемной машине и снижает надежность системы электрооборудования за счет наличия внешних электрических соединений.
Наиболее близким к предложенному является многофункциональное устройство грузоподъемной машины (грузоподъемного крана), содержащее датчик скорости ветра и сигнальный фонарь, расположенные на двух концах горизонтальной части T-образной конструкции, вертикальная труба которой закреплена на стреле грузоподъемного крана [2].
В известном устройстве, благодаря размещению датчика скорости ветра и сигнального фонаря на одной Т-образной конструкции, упрощается процесс их монтажа и демонтажа на машине.
Однако вследствие того, что сигнальный фонарь и датчик скорости ветра конструктивно разделены, трудоемкость их монтажа и демонтажа на грузоподъемной машине остается высокой. Такое исполнение затрудняет монтаж устройства на конструктивных элементах грузоподъемной машины, имеющих небольшие размеры, например на оголовке стрелы грузоподъемного крана.
Раздельное подключение сигнального фонаря и датчика скорости ветра к системе электрооборудования машины приводит к снижению его надежности за счет увеличения числа электрических соединений.
Известное устройство имеет также ограниченные функциональные возможности и ограниченную область применения, поскольку не обеспечивает возможность измерения иных, кроме скорости ветра, параметров и условий работы грузоподъемной машины.
Техническими результатами, на достижение которых направлено заявленное изобретение, являются:
- упрощение монтажа и демонтажа устройства на грузоподъемной машине;
- обеспечение возможности размещения устройства на конструктивных элементах грузоподъемной машины, имеющих небольшие размеры, например на оголовке стрелы грузоподъемного крана;
- расширение функциональных возможностей и области применения устройства за счет реализации в нем контроля (измерения) положения, приближения или координат составной части грузоподъемной машины, на которой закреплено устройство, относительно гравитационной вертикали, поверхности Земли, объекта вне грузоподъемной машины или ее другой составной части;
- повышение надежности устройства.
В многофункциональном устройстве грузоподъемной машины, содержащем источник света и оболочку с электрическими и механическими элементами, указанные технические результаты достигаются за счет того, что совокупность элементов, представляющая единую конструкцию этого устройства, выполнена с возможностью контроля или измерения положения, приближения или координат составной части грузоподъемной машины, на которой закреплено устройство, относительно гравитационной вертикали, поверхности Земли, объекта вне грузоподъемной машины, и/или другой составной части грузоподъемной машины, а источник света приспособлен для реализации функции световой сигнализации и/или освещения рабочей площадки грузоподъемной машины.
Кроме того, с целью достижения этих технических результатов в частных вариантах реализации многофункционального устройства:
- источник света используется для реализации функций габаритного фонаря, для подачи светового сигнала о режимах или условиях работы грузоподъемной машины либо о выходе этих режимов или условий за предельно допустимые уровни;
- контроль или измерение положения устройства (составной части машины, на которой оно установлено) относительно гравитационной вертикали осуществляется с помощью микромеханического акселерометра;
- для контроля или измерения координат используется приемник сигналов локальной или спутниковой системы позиционирования;
- контроль или измерение положения или приближения к грузоподъемной машине внешнего объекта осуществляется с помощью ультразвукового или радиочастотного дальномера или механического устройства;
- устройство содержит антенну, усилитель и пороговое устройство, с помощью которых реализуется функция датчика приближения к линии электропередачи (ЛЭП), причем антенна выполнена, в частности, в виде прозрачного токопроводного покрытия на внутренней поверхности габаритного фонаря;
- контроль или измерение положения одной составной части грузоподъемной машины относительно ее другой составной части (например, высоты подъема грузозахватного органа) осуществляется с помощью датчиков линейного или углового перемещения или средств приема выходных сигналов этих датчиков, в частности сигналов концевых выключателей;
- устройство оснащено проводным или беспроводным интерфейсом для обмена информацией с другими функциональными блоками системы электрооборудования грузоподъемной машины, автономным источником питания (гальваническим элементом, аккумулятором и/или солнечным элементом), а также содержит силовые электронные или электромеханические ключи, приспособленные для управления источником света или иными элементами электрооборудования грузоподъемной машины;
- устройство обеспечивает контроль или измерение параметров внешних условий работы грузоподъемной машины, в частности скорости ветра, освещенности, температуры окружающей среды, влажности воздуха, наличия осадков и/или барометрического давления воздуха;
- в устройстве реализована функция автоматического включения источника света (фары, сигнального или габаритного фонаря) при снижении уровня освещенности или при увеличении скорости ветра до предварительно установленной величины.
Благодаря конструктивному объединению источника света (сигнального фонаря или фары) с датчиками положения, приближения или координат составной части грузоподъемной машины, на которой закреплено устройство, относительно гравитационной вертикали, поверхности Земли, объекта вне грузоподъемной машины, и/или другой составной части грузоподъемной машины, обеспечивается снижение трудоемкости их монтажа и демонтажа на грузоподъемной машине. Становится возможным их размещение на конструктивных элементах грузоподъемной машины, имеющих небольшие размеры.
Сокращение числа внешних соединений (электрических разъемов, кабельных линий связи) приводит к повышению надежности устройства. Это особенно существенно на грузоподъемной машине, поскольку условия эксплуатации электрооборудования на ней являются неблагоприятными, а вероятность повреждения соединений достаточно высокой.
Реализация в устройстве множества функций обеспечивает повышение его функциональных возможностей и расширение области применения, в том числе на грузоподъемных машинах различных видов и типов.
Поэтому указанные отличительные признаки находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемыми техническими результатами.
На чертеже в качестве примера приведена упрощенная функциональная схема многофункционального устройства грузоподъемной машины.
Это устройство содержит источник света 1 и оболочку 2 с электрическими и механическими элементами (механическими элементами датчиков, элементами крепления источника света, печатных плат и устройства в целом, отражателями (рефлекторами) источника света и т.д.).
Вся оболочка 2 или ее часть, ввиду расположения в ней источника света 1, выполнена прозрачной или полупрозрачной, например из прозрачного или цветного стекла.
Источник света может быть выполнен, в частности, в виде лампы (набора ламп) накаливания или светодиода (набора светодиодов) и обеспечивает реализацию функции светового сигнализатора, габаритного фонаря или фары освещения рабочей площадки грузоподъемной машины.
Электронная часть устройства содержит, например, микроконтроллер 3 и соединенные с ним аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, выходное устройство (набор силовых электронных или электромеханических ключей) 5 и интерфейсное устройство 6 - приемопередатчик, трансивер или драйвер проводного LIN (Local Interconnect Network), Y1850 (SAE), CAN (Controller Area Network), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C, «токовая петля», MIDI, Micro-LAN и т.д. или беспроводного (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, CDMA и т.д.) интерфейса.
Устройство содержит также элементы, обеспечивающие контроль или измерение положения, приближения или координат составной части грузоподъемной машины 7, на которой закреплено устройство, относительно гравитационной вертикали, поверхности Земли, объекта вне грузоподъемной машины, и/или другой составной части грузоподъемной машины. Эти элементы реализуют датчики положения или координат 8, в том числе датчик угла наклона относительно гравитационной вертикали (акселерометр) 9, и датчики параметров окружающей среды (скорости ветра, освещенности, температуры окружающей среды, влажности воздуха, наличия осадков, барометрического давления воздуха) 10.
Под контролем в данном случае понимается наблюдение и проверка процесса функционирования и фактического состояния грузоподъемной машины. Контроль является процессом, направленным на достижение системой управления грузоподъемной машины поставленных целей, и заключается в сравнении ее фактического состояния с желаемым. Результаты контроля представлены в устройстве дискретным параметром. Под измерением подразумевается определение значения физической величины. Результаты измерения представлены аналоговым параметром или его цифровым эквивалентом.
Каждый из датчиков 8 может быть реализован в виде ультразвукового или радиочастотного дальномера, механического устройства соприкосновения с каким-либо объектом, электромеханического датчика линейного или углового перемещения, приемника сигналов локальной или спутниковой системы позиционирования (GPS (Global Positioning System), ГЛОНАСС) и т.д.
В устройстве могут быть реализованы также функции датчика приближения к линии электропередачи (ЛЭП). В этом случае устройство содержит антенну 11, а также усилитель и пороговое устройство (на чертеже условно не показаны). Антенна выполнена, в частности, в виде прозрачного токопроводного покрытия на внутренней поверхности прозрачной части оболочки 2.
К микроконтроллеру 3 через интерфейсное устройство 6 могут быть подключены дополнительные датчики, например концевой выключатель предельной высоты подъема грузозахватного органа.
В состав устройства может входить также автономный источник питания (на чертеже условно не показан), выполненный в виде гальванического элемента, аккумулятора и/или солнечного элемента. В этом случае интерфейсное устройство 6 реализует преимущественно обмен данными многофункционального устройства с другими составными частями системы электрооборудования грузоподъемной машины по радиоканалу.
Устройство может содержать также иные функциональные блоки, подключенные к микроконтроллеру 3, необходимость применения которых определяется конструкцией грузоподъемной машины и требованиями, предъявляемыми к ее системе контроля, защиты и управления.
Предложенное многофункциональное устройство может быть предназначено для работы в составе любых грузоподъемных машин, под которыми подразумеваются краны (стреловые, мостовые, башенные, портальные и т.д.), манипуляторы, подъемники (скиповые, строительные, шахтные) и другие разновидности подъемно-транспортных машин, предназначенных для подъема грузов или людей в вертикальной или наклонных плоскостях.
В процессе работы грузоподъемной машины управление сигнальным (габаритным) фонарем или фарой 1 осуществляется от системы электрооборудования машины через интерфейсное устройство 6. Алгоритм этого управления может также задаваться программой микроконтроллера 3 в зависимости от выходных сигналов датчиков 8, 9 и 10. В частности, может быть реализовано автоматическое включение габаритного фонаря или фары 1 при снижении уровня освещенности рабочей площадки грузоподъемной машины, контролируемого датчиком освещенности, входящим в состав датчиков параметров окружающей среды 10.
Возможно также автоматическое включение сигнального фонаря 1 в случае превышения скорости ветра заранее установленной величины, при снижении температуры окружающей среды ниже минимально допустимой рабочей температуры грузоподъемной машины, при недопустимо большом угле ее наклона относительно гравитационной вертикали и т.д. Эти предельно допустимые (пороговые) значения хранятся в памяти микроконтроллера 3.
Аналогичным образом в устройстве может осуществляться контроль приближения к ЛЭП, предельной высоты подъема грузозахватного органа, расстояния до различных объектов (с целью предотвращения столкновений грузоподъемной машины с ними) и т.д. При этом выходные сигналы устройства, несущие информацию о результатах контроля (дискретные) или измерения (аналоговые, цифровые), через интерфейсное устройство 6 передаются в систему электрооборудования машины и далее используются для включения/отключения ее приводов - привода грузовой лебедки мостового, козлового или стрелового грузоподъемного крана, подъема люльки автогидроподъемника, подъема стрелы трубоукладчика или стрелового крана и т.д.
Управление этими приводами может также осуществляться непосредственно микроконтроллером 3 через выходное устройство 5. В этом случае предложенное многофункциональное устройство самостоятельно реализует отдельные функции системы защиты и управления грузоподъемной машины, например функции устройства горизонтирования люльки автогидроподъемника, координатной защиты стрелового грузоподъемного крана, ограничения предельной высоты грузозахватного органа и т.д.
Описанное многофункциональное устройство грузоподъемной машины является лишь частным примером осуществления изобретения. Изобретение допускает также иные варианты реализации этого устройства при сохранении изобретательского замысла, изложенного в формуле изобретения.