Устройство для определения текущих параметров грузоподъемного крана
Полезная модель относится к области машиностроения, и может быть использована в приборах защиты от перегрузок грузоподъемных кранов в качестве основного источника информации о текущих рабочих параметрах крана.
Устройство для определения текущих параметров грузоподъемного крана содержащее датчики параметров грузоподъемного крана, выходы которых связаны с первой группой устройства ввода, группа выходов устройства вывода связана с группой входов выходного устройства, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит модуль модели грузоподъемного крана, датчики положения органов управления грузоподъемным краном выходы которых связаны со второй группой входов устройства ввода, группа выходов устройства ввода соединена с группой входов модуля модели грузоподъемного крана, группа выходов которого связана с группой входов устройства вывода.
Полезная модель относится к области машиностроения, и может быть использована в приборах защиты от перегрузок грузоподъемных кранов в качестве основного источника информации о текущих рабочих параметрах крана.
Известно устройство защиты грузоподъемного крана с графическим дисплеем по патенту на изобретение 
2326806 МПК В66С 23/90 В66С 13/18, содержащее датчики параметров крана и выходное устройство.
Известен также ограничитель нагрузки грузоподъемного крана, свидетельство на полезную модель 7097 МПК6 В66С 23/90, содержащий датчики параметров крана, подключенные к входам устройства ввода (аналого-цифрового преобразователя по данному свидетельству), выходной блок (исполнительный блок по данному свидетельству).
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является система защиты грузоподъемного крана по патенту 2335451 мпк В66С 13/18, В66С 23/88, В66С 15/00, содержащая датчики параметров крана, выходы которых связаны с соответствующими входами устройства ввода, устройство вывода, выходы которого связаны с выходным устройством.
К общим недостаткам аналогов можно отнести:
1. В описанных аналогах необходима установка датчиков, с помощью которых осуществляется измерение рабочих параметров крана, на конструктивные элементы крана и обеспечение электрической связи с датчиками. Чем больше параметров необходимо контролировать, тем больше датчиков необходимо «навешивать» на кран. Причем датчики устанавливаются на значительном расстоянии от базового прибора безопасности, расположенного в кабине машиниста и, как правило, на подвижных, относительно кабины, элементах крана. Из практики эксплуатации электронных систем на грузоподъемных кранах известно, что значительная часть отказов этих систем приходится именно на электрические соединения. Поэтому большое число этих соединений приводит к снижению надежности системы безопасности. Кроме того, именно на датчики и их связь с прибором безопасности с учетом их монтажа приходится большая стоимости устройства безопасности.
2. Количество параметров характеризующих работу основных элементов конструкции крана, в описанных аналогах, напрямую определяется количеством установленных на нем датчиков. Следовательно, чем больше параметров крана необходимо определить, тем больше необходимо устанавливать датчиков, что, в свою очередь, приводит к снижению надежности и повышению стоимости приборов защиты.
3. Предложенные, в указанных аналогах, технические решения, в том числе, и в серийно выпускаемых приборах безопасности, обеспечивают безопасную работу грузоподъемных кранов по их статическим параметрам, что не совсем правильно. Наибольшие нагрузки в элементах грузоподъемных кранов возникают именно в переходных режимах, т.е. когда груз перемещается с ускорением при этом, при одинаковой массе груза, нагрузки в конструктивных элементах крана будут значительно выше, чем в статическом режиме. Поэтому оценка нагрузок в динамике повысит эффективность прибора безопасности.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является возможность получения текущих (в любой момент времени) параметров элементов конструкции грузоподъемного крана, использую при этом минимальный набор датчиков за счет вычисления этих параметров с помощью модели грузоподъемного крана. Использование предлагаемого технического решения в приборах безопасности грузоподъемных машин позволит существенно повысить их надежность и эффективность.
Этот технический результат достигается тем, что известное устройство, содержащее датчики параметров грузоподъемного крана, выходы которых связаны с первой группой устройства ввода, группа выходов устройства вывода связана с группой входов выходного устройства, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит модуль модели грузоподъемного крана, датчики положения органов управления грузоподъемным краном выходы которых связаны со второй группой входов устройства ввода, группа выходов устройства ввода соединена с группой входов модуля модели грузоподъемного крана, группа выходов которого связана с группой входов устройства вывода.
На фиг.1 изображена схема устройства;
Устройство для определения текущих параметров грузоподъемного крана содержащее датчики параметров грузоподъемного крана 1, выходы которых связаны с первой группой устройства ввода 2, группа выходов устройства вывода 3 связана с группой входов выходного устройства 4, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит модуль модели грузоподъемного крана 5, датчики положения органов управления грузоподъемным краном 6 выходы которых связаны со второй группой входов устройства ввода 2, группа выходов устройства ввода 2 соединена с группой входов модуля модели грузоподъемного крана 5, группа выходов которого связана с группой входов устройства вывода 3.
На фиг.2 представлен пример выполнения модуля модели грузоподъемного крана 5 для автокрана «Галичанин» КС 55713.
Модуль 5 содержит следующие программные моделирующие модули: модуль моделирования дизельного двигателя 7, модуль коробки отбора мощности 8, модуль 1-го гидронасоса 9, модуль 2-го гидронасоса 10, модуль 1-го гидромотора 11, модуль гидроцилиндров 12, модуль 1-го гидрораспределителя 13, модуль 2-го гидрораспределителя 14, модуль гидроцилиндра 15, модуль 2-го гидромотора 16, модуль механизма вращения 17, модуль стрелы 18, модуль грузового каната 19, модуль полистпасса 20, модуль грузозахвата с грузом 21, модуль грузовой лебедки 22.
Осуществление полезной модели на примере автокрана «Галичанин» КС 55713.
В данном примере в качестве датчиков параметров крана 1 могут быть использованы, например, преобразователи давления в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра подъема стрелы типа ПрД, эти датчики используются для вычисления массы груза.
Датчики положения органов управления грузоподъемным краном 6 могут быть как аналоговыми, так и дискретными. Аналоговые датчики механически связаны с органами управления краном, которые работают на перемещение, в качестве таких датчиков могут быть, например, использованы потенциометры. На выходе таких датчиков формируется напряжение пропорциональное перемещению соответствующего органа управления. Дискретные датчики механически связаны с теми органами управления, которые работают по принципу, включен - выключен, в качестве таких датчиков могут быть, например, микропереключатели.
Устройство ввода 2 необходимо для преобразования напряжений (сигналов) с датчиков 1 и 6 в значения переменных, необходимых для работы программного модуля моделирования грузоподъемного крана 5 и может быть выполнено на базе стандартных интерфейсных микросхем. Передача данных от датчиков может передаваться непосредственно по проводам или по радиоканалу.
Устройство вывода 3 необходимо для преобразования значения выходных переменных модуля моделирования крана 5, и может быть выполнено на базе стандартных интерфейсных микросхем. Передача данных от устройства вывода 3 может передаваться непосредственно по проводам или по радиоканалу.
В состав выходного устройства 4, в зависимости от реализации заявляемого технического устройства, может входить, например, устройство отображения визуальной информации вычисленных параметров крана, исполнительные силовые элементы для управления электрогидравлическими или электромагнитными исполнительными устройствами приводов грузоподъемного крана и т.п.
Основной идеей при создании данного устройства является замена реального грузоподъемного крана его адекватной моделью. Модель выполнена на основе систем дифференциальных уравнений, как правило, с нелинейными правыми частями, описывающих работу, как основных конструктивных элементов грузоподъемного крана, так и крана в целом. Такая модель выполняется в виде программного модуля, которая устанавливается, например, в микроконтроллер прибора безопасности крана или персональную ЭВМ. Управление моделью грузоподъемного крана 5 осуществляется с помощью органов управления, расположенных в кабине машиниста крана, т.е. теми же органами управления, которыми управляет машинист реальным краном. В результате машинист с помощью органов управления краном управляет реальным краном и его моделью. Для реализации управления моделью крана 5, с помощью органов управления, расположенных в кабине машиниста, на них устанавливаются датчики положения органов управления 6, на выходах которых формируются напряжения, определяющие положения органов управления. Эти напряжения, через вторую группу входов, поступают на устройство ввода 2, с помощью которого входные напряжения преобразуются в текущие значения входных переменных модуля модели грузоподъемного крана 5.
Адекватность модели крана 5 обеспечивается его математическим описанием. Принцип построения модели следующий. В зависимости от степени детализации и получения необходимых параметров определяются характерные элементы и сборочные узлы крана для которых разрабатываются отдельные математические модели. На основе этих математических моделей разрабатывается программа, которая в совокупности с ЭВМ представляет собой программный модуль того или иного элемента или сборочного узла крана. Далее эти модули соединяются между собой как это показано на фиг.2, и в результате получается модуль моделирования грузоподъемного крана 5.
Входящие в состав модуля моделирования грузоподъемного крана 5 построены по следующему принципу. Входным параметром каждого модуля является силовой параметр (сила, момент, давление), выходным - скоростной параметр (скорость, угловая скорость, расход рабочей жидкости в единицу времени). Кроме того, если какой либо элемент крана управляется от соответствующего органа управления краном, то он имеет еще и управляющий вход (входа), на который поступает переменная, характеризующая положение соответствующего органа управления краном, расположенного в кабине машиниста (управление опорной частью крана на фиг.2 не показано, но принцип построения его модулей ни чем не отличается от указанного).
Принцип выполнения модулей на примере дизельного двигателя 7. Как известно дизельный двигатель, в общем случае, состоит из собственно дизеля, топливного насоса высокого давления и всережимного регулятора. Дизельный двигатель в модели представлен внешней, тормозной и регуляторными характеристиками (зависимость момента на валу двигателя от частоты его вращения). Угловое ускорение вала двигателя определяется как разность момента двигателя и момента нагрузки на валу двигателя, деленной на момент инерции, приведенный к валу двигателя. Интегрируя численным методом, полученную величину ускорения получаем текущее значение частоты вращения вала двигателя. Величина момента двигателя определяется из характеристик двигателя с учетом работы всережимного регулятора управляемого педалью управления двигателем. Значение момента нагрузки определяется посредством введения в данный модуль этой величины из последующего модуля, в данном случае из модуля 8 коробки отбора мощности.
По такому же принципу строятся модели других элементов и сборочных узлов грузоподъемного крана.
Таким образом, машинист, управляя краном посредством органов управления, расположенных в кабине машиниста, перемещает его конструктивные элементы в пространстве, при этом модель выдает такие же перемещения только в виде значений переменных модели грузоподъемного крана. В результате имеется возможность считывать с модуля модели грузоподъемного крана 5 любые параметры, с любого конструктивного элемента крана. Указанные параметры могут быть силовыми (сила, момент, давление), скоростными (скорость, угловая скорость, расход рабочей жидкости) и перемещениями (линейные и угловые перемещения в трехмерной системы координат). Такие перемещения как колебания груза в горизонтальной плоскости вообще невозможно отследить с помощью датчиков, а с помощью модели легко реализуются.
Например, при установке на рассматриваемом автокране прибора безопасности типа ОНК-140-33М, необходимо использование следующих датчиков, устанавливаемых на подвижных частях крана:
1. Преобразователи давления (ПрД), устанавливаемые в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра подъема - опускания стрелы или в соединенные с ними трубопроводы, служат для определения усилия, создаваемого грузом на шток гидроцилиндра подъема стрелы.
2. Датчик угла маятниковый (ДУГМ) устанавливается на корневой секции стрелы и служит для измерения угла наклона стрелы относительно горизонта.
3. Датчик длины стрелы (ДД), устанавливается на корневой секции стрелы.
4. Датчик азимута (ДУГ), устанавливается на оси вращения платформы и служит для измерения угла поворота платформы крана относительно кабины водителя.
В предлагаемом техническом решении нет необходимости устанавливать три последних датчика, а, следовательно, и обеспечивать электрическую связь с базовым устройством, чем и достигается технический результат, указанный выше.
Устройство для определения текущих параметров грузоподъемного крана, содержащее датчики параметров грузоподъемного крана, выходы которых связаны с первой группой устройства ввода, группа выходов устройства вывода связана с группой входов выходного устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит модуль модели грузоподъемного крана, датчики положения органов управления грузоподъемным краном, выходы которых связаны со второй группой входов устройства ввода, группа выходов устройства ввода соединена с группой входов модуля модели грузоподъемного крана, группа выходов которого связана с группой входов устройства вывода.
