Устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана (варианты)
Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах защиты и управления стреловых грузоподъемных кранов. Сущность: устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее гибкий элемент, одним концом закрепленный на последней выдвижной секции телескопической стрелы, и тело вращения, установленное на невыдвижной секции телескопической стрелы с возможностью взаимодействия с гибким элементом и кинематически связанное с датчиком перемещения, согласно полезной модели, дополнительно содержит микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика перемещения соединен со входом АЦП, а выход микроконтроллера непосредственно или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства. В этом варианте исполнения устройство может дополнительно содержать дискретный датчик, в частности датчик стопорения секций телескопической стрелы, выход которого непосредственно или через схему согласования уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера или АЦП, а также выходное устройство и/или цифро-аналоговый преобразователь, причем вход выходного устройства подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход - к исполнительному устройству крана, в частности к электромагниту стопорения секций стрелы или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана, при этом входы цифро-аналогового преобразователя подключены к дополнительным выходам микроконтроллера, а выход цифро-аналогового преобразователя
непосредственно и/или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства. Другой вариант реализации предложенной полезной модели отличается от описанного тем, что тело вращения устанавливается на последней выдвижной секции телескопической стрелы, а указанный конец гибкого органа закрепляется на невыдвижной секции стрелы. Кроме того, устройство в этом варианте исполнения может дополнительно содержать датчик приближения к линии электропередачи, выход которого подключен к дополнительному входу АЦП, и/или дискретный датчик предельного подъема грузозахватного органа, выход которого непосредственно или через схему согласования уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера. Устройство может содержать датчик скорости ветра, выход которого подключен к дополнительному входу АЦП, также выходное устройство, вход которого подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход подключен к габаритному фонарю или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана. При любом варианте реализации предложенной полезной модели устройство может дополнительно содержать датчик угла наклона стрелы, выход которого подключен к дополнительному входу АЦП и/или датчик температуры, выход которого подключен к дополнительному АЦП. Тело вращения может быть выполнено в виде подпружиненного барабана и дополнительно снабжено токосъемником. В последнем случае гибкий элемент выполнен в виде электрического провода или кабеля и подключен к схеме согласования с линией связи и/или к микроконтроллеру при помощи токосъемника. Схема согласования с линией связи может быть выполнена в виде контроллера и/или драйвера мультиплексного канала обмена данными, например последовательного интерфейса CAN или LIN, в частности в виде одной микросхемы вместе с микроконтроллером. Микроконтроллер может содержать энергонезависимое запоминающее устройство (EEPROM) для реализации программной настройки начального значения и коэффициента передачи устройства для измерения длины, а датчик углового перемещения может быть реализован полноповоротным, в частности на основе
магниточувствительной микросхемы. Устройство для измерения длины стрелы целесообразно выполнить в виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемного крана, например в виде кабельного барабана со встроенной электронной схемой. Реализация предложенной полезной модели обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства для определения длины телескопической стрелы, а также упрощение системы безопасности грузоподъемного крана и повышение ее быстродействия.
Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах управления, защиты от перегрузок и координатной защиты стреловых грузоподъемных кранов.
Из авт. свид. SU 1703609, МКИ 5 В 66 С 23/88, 07.01.1992 г. известно устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее резиновый шнур, закрепленный одним концом на основании телескопической стрелы, а другим - на оголовке стрелы. Шнур находится в зацеплении со шкивом, закрепленном на оси датчика перемещения, выход которого является выходом устройства.
Недостатками этого устройства являются сложность настройки датчика перемещения, а также нестабильность полученных результатов измерения длины стрелы во времени и при изменении температуры окружающей среды. Это обусловлено старением и зависимостью характеристик материала резинового шнура от температуры окружающей среды.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявленной полезной моделью является устройство для определения длины телескопической стрелы по авт. свид. SU 447350, МКИ В 66 С 15/00, 23/88, 25.10.1974 г., содержащее гибкий элемент (кабель), натянутый вдоль стрелы и закрепленный на ее оголовке и на теле вращения - на подпружиненном кабельном барабане, установленном на корневой секции стрелы. Ось кабельного барабана через передачу (редуктор) соединена с осью датчика углового перемещения - потенциометра. Причем крайние выводы потенциометра подключены к источнику питания, а средний вывод (движок) является выходом устройства.
Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку в нем не осуществляется какая-либо обработка или преобразование выходного сигнала датчика перемещения и не производится настройка начального значения и коэффициента передачи канала измерения длины стрелы.
Кроме того, в этом устройстве не предусмотрено измерение каких-либо дополнительных рабочих параметров грузоподъемного крана, а также формирование сигналов управления его нагрузками. Это приводит к необходимости применения в системе безопасности грузоподъемного крана отдельных дополнительных устройств для реализации этих функций и, соответственно, к ее усложнению и снижению надежности.
Недостатком известного технического решения является также то, что, в случае реализации системы безопасности с мультиплексным каналом обмена данными, отсутствие совместной передачи данных о значениях нескольких параметров (рабочих параметров грузоподъемного крана и параметров внешних условий его работы) увеличивает общее время обмена информацией в системе безопасности, т.е. снижает ее быстродействие.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является расширение функциональных возможностей устройства для определения длины телескопической стрелы за счет дополнительной реализации в этом устройстве:
- преобразования электрических сигналов, в том числе в цифровую форму и в последовательный код для передачи по мультиплексной линии связи;
- одновременного формирования, при необходимости, как цифрового, так и аналогового выходного сигнала;
- электронной настройки и калибровки канала измерения длины стрелы;
- измерения дополнительных рабочих параметров грузоподъемного крана - угла наклона стрелы, предельной высоты подъема грузозахватного органа, приближения к линии электропередачи (ЛЭП), стопорения секций телескопической
стрелы, и параметров, характеризующих внешние условия работы крана - температуры и скорости ветра;
- формирования сигналов управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана - фарой рабочего освещения, габаритным фонарем, механизмом стопорения секций стрелы.
Другими техническими результатами, на достижение которых направлена заявленная полезная модель, являются упрощение, повышение надежности и быстродействия системы безопасности грузоподъемного крана, в которой используется заявленное устройство для измерения длины стрелы, за счет совместного преобразования и передачи по линии связи сигналов нескольких рабочих параметров грузоподъемного крана и параметров внешних условий его работы или совместной передачи сигналов управления исполнительными устройствами крана совместно с этими параметрами.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее гибкий элемент, одним концом закрепленный на последней выдвижной секции телескопической стрелы, и тело вращения, установленное на невыдвижной секции телескопической стрелы с возможностью взаимодействия с гибким элементом и кинематически связанное с датчиком перемещения, согласно полезной модели, дополнительно содержит микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика перемещения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а выход микроконтроллера непосредственно или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства.
Для достижения необходимых технических результатов, устройство в этом варианте исполнения может дополнительно содержать по меньшей один дискретный датчик, в частности датчик стопорения секций телескопической стрелы, выход которого непосредственно или через схему согласования
уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера или аналого-цифрового преобразователя. Устройство может также дополнительно содержать выходное устройство и/или цифро-аналоговый преобразователь, причем вход выходного устройства подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход подключен к исполнительному устройству крана, в частности к электромагниту стопорения секций стрелы или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана, при этом вход (или входы, если их более одного) цифро-аналогового преобразователя подключены (подключены) к дополнительному выходу или выходам микроконтроллера, а выход цифро-аналогового преобразователя непосредственно и/или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства.
В другом варианте реализации предложенной полезной модели, указанные технические результаты достигаются за счет того, что устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее гибкий элемент, одним концом закрепленный на одной секции телескопической стрелы, и тело вращения, установленное на другой секции телескопической стрелы с возможностью взаимодействия с гибким элементом и кинематически связанное с датчиком перемещения, согласно полезной модели, дополнительно содержит микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика перемещения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а выход микроконтроллера непосредственно или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства, при этом тело вращения установлено на последней выдвижной секции телескопической стрелы, а указанный конец гибкого органа закреплен на невыдвижной секции стрелы.
В этом случае, для достижения необходимых технических результатов, устройство может дополнительно содержать датчик приближения к линии электропередачи, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя, и/или дискретный датчик предельной высоты
подъема грузозахватного органа, выход которого непосредственно или через схему согласования уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера. Устройство может также дополнительно содержать датчик скорости ветра, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя или микроконтроллера. Кроме того, устройство может дополнительно содержать выходное устройство, вход которого подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход подключен к габаритному фонарю или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана.
При любом варианте реализации предложенной полезной модели, указанные технические результаты могут быть также получены за счет того, что:
- устройство дополнительно содержит датчик угла наклона стрелы, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя;
- устройство дополнительно содержит датчик температуры, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя;
- тело вращения выполнено в виде подпружиненного барабана;
- устройство дополнительно снабжено токосъемником, а гибкий элемент выполнен в виде электрического провода или кабеля, который подключен к схеме согласования с линией связи и/или к микроконтроллеру при помощи токосъемника;
- схема согласования с линией связи выполнена в виде контроллера и/или драйвера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса CAN или LIN;
- микроконтроллер и контроллер и/или драйвер мультиплексного канала обмена данными выполнены в виде одной микросхемы;
- микроконтроллер содержит энергонезависимое запоминающее устройство и выполнен с возможность записи в это энергонезависимое запоминающее устройство и считывания с него калибровочных данных, а также с
возможностью формирования результата измерения длины телескопической стрелы или выходного сигнала устройства путем сложения и/или умножения этих калибровочных данных с выходным сигналом датчика перемещения;
- датчик перемещения выполнен возможностью измерения угла в пределах полного поворота его вала, в частности на основе магниточувствительной микросхемы.
- устройство выполнено в виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемного крана.
На чертеже схематично показана функциональная схема устройства.
Устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана содержит тело вращения 1, выполненное, например, в виде подпружиненного кабельного барабана, гибкий элемент (провод, кабель, трос и т.п.) 2, датчик перемещения 3, выполненный, например, в виде потенциометра и кинематически связанный с телом вращения 1 при помощи какой-либо передачи 4 (например, зубчатой, в том числе червячной), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, вход которого подключен к выходу датчика перемещения 3, микроконтроллер 6 и схему согласования с линией связи 7. Входы микроконтроллера 6 подключены к выходам АЦП 5, а выход микроконтроллера 6 непосредственно (на чертеже условно не показано) или через схему согласования с линией связи 7 подключен к выходу устройства (описываемого устройства для определения длины телескопической стрелы). При этом микроконтроллер 6 может иметь встроенный АЦП 5, т.е. микроконтроллер 6 и АЦП 5 могут быть выполнены в виде одной микросхемы.
Схема согласования с линией связи 7 может быть выполнена на основе специализированной микросхемы контроллера и/или драйвера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса CAN (Controller Area Network) или LIN ((Local Interconnect Network). Эта схема 7 может также входить в состав микроконтроллера 6. В этом случае микроконтроллер 6 и схема согласования с линией связи 7, в частности контроллер и/или драйвер мультиплексного канала обмена данными, реализуются в
виде одной микросхемы. Если же при этом микроконтроллер 6 имеет встроенный АЦП 5, то все три функциональных блока - АЦП 5, микроконтроллер 6 и схема согласования с линией связи 7 реализуются в виде одной микросхемы. Примеры таких микросхем - микроконтроллеры MB90F352 фирмы Fujitsu и PIC16C433 фирмы Microchip Technology Inc.
В первом варианте исполнения устройства гибкий элемент 2 одним концом закреплен на оголовке 8 последней выдвижной секции 9 телескопической стрелы, а тело вращения 1, выполненное с возможностью взаимодействия с гибким элементом 2 (например, с закреплением второго конца гибкого элемента 2 на теле вращения 1 и намоткой на него части гибкого элемента 2), установлено на невыдвижной (коренной) секции 10 телескопической стрелы.
Во втором варианте исполнения устройства, при аналогичном составе и взаимном соединении всех его составных частей, применена обратная установка: тело вращения 1 (кабельный барабан) устанавливается на оголовке 8 последней выдвижной секции 9 телескопической стрелы, а конец гибкого органа 2 закрепляется на невыдвижной секции стрелы 10 (на чертеже условно не показано).
Устройство может дополнительно содержать одно или несколько дополнительных функциональных узлов: датчик угла наклона стрелы 11, выполненный, например, в виде микромеханического акселерометра (инклинометра), подключенный к дополнительному входу АЦП 5; датчик температуры 12, также подключенный ко второму дополнительному входу АЦП 5; выходное устройство 13, выполненное в виде электронного силового ключа, вход которого подключен к дополнительному выходу микроконтроллера 6, а выход - к какому-либо исполнительному устройству крана; дискретный датчик 14, выполненный в виде концевого выключателя или бесконтактного датчика перемещения и подключенный, в зависимости от параметров его выходного сигнала, либо непосредственно к дополнительному входу микроконтроллера 6 (на чертеже показано пунктиром), либо через схему согласования уровня сигнала 15. При необходимости, устройство может дополнительно содержать
цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 16, предназначенный для формирования аналогового выходного сигнала устройства. ЦАП 16 может быть реализован по принципу формирования в микроконтроллере 6 широтно-импульсного сигнала и последующего сглаживания этого сигнала в ЦАП 16. В этом случае ЦАП 16 имеет один вход, который подключается к одному дополнительному выходу микроконтроллера 6. Если ЦАП 16 реализован с использованием цифро-аналоговой схемы и имеет несколько входов, например шину I2C, то они подключаются к дополнительным выходам микроконтроллера 6. Выход ЦАП 16 непосредственно и/или через схему согласования с линией связи 7, в данном случае выполняющую функции буферного усилителя или схемы защиты, подключен к выходу устройства для определения длины стрелы.
В варианте исполнения устройства с установкой тела вращения (кабельного барабана) 1 на невыдвижной секции 10 стрелы, в качестве дискретного датчика может быть использован датчик, установленный на невыдвижной (коренной) секции 10, например датчик, фиксирующий стопорение секций телескопической стрелы. Если в данной конструкционной зоне крана, т.е. на невыдвижной секции 10 стрелы, имеется какое либо исполнительное устройство, например электромагнит стопорения секций стрелы или фара рабочего освещения грузоподъемного крана, то это исполнительное устройство подключается к выходу выходного устройства 13.
Аналогичным образом, в другом варианте исполнения устройства, который предусматривает установку тела вращения (кабельного барабана) 1 на оголовке 8 выдвижной секции 9 стрелы, к устройству для измерения длины стрелы могут быть подключены датчики и исполнительные устройства крана, которые расположены на оголовке 8 стрелы. К ним относится датчик приближения к линии электропередачи, выполненный, например, в виде электрической антенны с соответствующим усилителем, выход которого подключается к дополнительному входу АЦП 5 (на чертеже условно не показано) и дискретный датчик предельной высоты подъема грузозахватного органа
- в данном случае дискретный датчик 14. На оголовке 8 стрелы может быть также установлен датчик скорости ветра (на чертеже условно не показан) с аналоговым или цифровым выходом, выполненный, в частности, термоанемометрическим или в виде вращающейся крыльчатки. Выход этого датчика, в зависимости параметров его выходного сигнала (цифровой или аналоговый, в частности частотный), подключается или к дополнительному входу АЦП 5 или непосредственно к дополнительному входу микроконтроллера 6.
Предложенное устройство в этом варианте исполнения дополнительно может выполнять функции управления установленными на оголовке 8 стрелы габаритным фонарем и/или фарой рабочего освещения грузоподъемного крана, которые подключаются к выходу выходного устройства 13.
Тело вращения 1 обычно выполняется в виде подпружиненного кабельного барабана, одновременно выполняющего функцию натяжное приспособления гибкого элемента 2, и снабжается токосъемником, а гибкий элемент 2 выполняется в виде электрического провода или кабеля, который подключается к цепям питания, к входам и выходам отдельных функциональных узлов устройства при помощи этого токосъемника и используется для передачи сигналов на оголовок 8 стрелы или приема сигналов с этого оголовка. Количество и назначение проводов и контактных цепей в токосъемнике зависит от варианта реализации предложенной полезной модели.
Если кабельный барабан установлен на невыдвижной секции 10 стрелы, то, с точки зрения реализации предложенной полезной модели, в передаче сигналов на оголовок 8 стрелы нет необходимости. В этом случае токосъемник и провода гибкого элемента 2 используются для решения других задач, не связанных с задачами предложенной полезной модели.
Если же кабельный барабан установлен на оголовке 8 выдвижной секции 9 стрелы, то гибкий элемент (кабель) 2 и токосъемник в общем случае используются для передачи напряжения питания, массы и выходного сигнала устройства. Принципиально возможно в качестве массы (общего провода источника
питания) использовать массу (металлоконструкции) стрелы крана, а для передачи напряжения питания использовать сигнальную линию (в частности мультиплексную линию связи). В этом случае в качестве гибкого элемента 2 используется один провод, т.е. тело вращения (кабельный барабан) 1 выполняется однопроводным.
Тело вращения (кабельный барабан) 1 имеет фиксированный диаметр и выполняется с возможностью намотки на него гибкого элемента (провода, кабеля, троса) 2 обычно в один слой (ряд). В этом случае вытягивание или сматывание с кабельного барабана гибкого органа 2 приводит к угловому перемещению кабельного барабана и связанного с ним понижающей передачей 4 датчика угловых перемещений 3. При этом диаметр тела вращения (кабельного барабана) 1 и передаточное отношение передачи 4 выбирается таким образом, чтобы изменению длины телескопической стрелы от минимального до максимального значения соответствовал угол поворота датчика перемещения 3 не более 360°.
Датчик перемещения 3 может быть выполнен полноповоротным, т.е. с возможностью измерения угла в пределах полного поворота его вала, в частности в виде бесконтактного потенциометра на основе неподвижно установленной магниточувствительной микросхемы и вращающегося около ней постоянного магнита, связанного с передачей 4. В этом случае в устройстве возможна реализация функции электронной настройки без механической регулировки начального положения датчика перемещений 3. Для этого микроконтроллер 6 содержит энергонезависимое запоминающее устройство и выполнен с возможность записи в это энергонезависимое запоминающее устройство калибровочных данных - постоянных коэффициентов, определяемых в режиме настройки устройства, в частности передаваемых по мультиплексному каналу обмена данными от другой составной части системы безопасности грузоподъемного крана, например от центрального блока, или от технологического пульта настройки.
Для получения действительного значения длины стрелы, микроконтроллер 6 выполнен с возможностью считывания этих калибровочных данных и последующего формирования результата измерения длины телескопической стрелы путем сложения и/или умножения этих калибровочных данных с выходным сигналом датчика перемещения 3.
Описываемое устройство при любом варианте его исполнения целесообразно выполнить в виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемного крана, например в виде кабельного барабана, в корпусе которого установлена одна или несколько печатных плат, на которой расположены все электронные узлы устройства.
Устройство для измерения длины телескопической стрелы работает следующим образом.
При любом положении выдвижных секций стрелы, тело вращения (кабельный барабан) 1, благодаря наличию в нем пружины, взаимодействуя с гибким органом (кабелем, проводом или тросом) 2, обеспечивает его постоянное натяжение.
При увеличении/уменьшении длины телескопической стрелы, происходит вытягивание/втягивание (т.е. сматывание/наматывание) гибкого органа (кабеля, провода или троса) 2 на тело вращения (кабельный барабан) 1.
Сматывание с кабельного барабана или наматывание на него гибкого органа 2 на определенную длину 
L приводит к угловому повороту кабельного барабана на угол
где 
- угол поворота тела вращения (кабельного барабана) 1;
L - величина вытягивания гибкого органа (кабеля) 2 с барабана 1;
D - диаметр кабельного барабана 1;
d - диаметр гибкого органа (кабеля) 2.
Поворот тела вращения (кабельного барабана) 1 через передачу 4 передается на датчик перемещения 3. Соответственно, угол поворота вала датчика перемещения 3 составляет
где К - передаточный коэффициент передачи (редуктора 4).
Из выражений (1) и (2) очевидно, что угол поворота вала датчика перемещения 3 прямо пропорционален длине телескопической стрелы L.
Сигнал, соответствующий углу поворота датчика 4, поступает на АЦП 5, где преобразуется в цифровую форму, и далее передается в микроконтроллер 6.
Действительное значение длины стрелы можно определить по зависимости
где Lo и М - калибровочные коэффициенты, определяющие начальное значение (Lo) и коэффициент передачи (М) устройства для измерения длины стрелы.
Значения калибровочных коэффициентов Lo и М предварительно записывают в энергонезависимое запоминающее устройство (EEPROM) микроконтроллера 6 в режиме настройки, например путем передачи значений этих коэффициентов по мультиплексному каналу обмена данными от другой составной части системы безопасности грузоподъемного крана, в частности от центрального блока, или от технологического пульта настройки. Это может быть реализовано, например, путем измерения длины стрелы при помощи рулетки и последовательного изменения значений коэффициентов Lo и М до тех пор, пока при минимальной и максимальной длинах стрелы измеренные данным устройством значения этих длин не совпадут с фактическими (измеренными рулеткой).
Далее микроконтроллер 6, работая по предварительно записанной в него программе, путем сложения или умножения этих калибровочных данных с выходным сигналом датчика перемещения, по зависимости (3) определяет действительное значение длины телескопической стрелы и в аналоговой или в цифровой форме передает это значение на выход устройства. Эта передача
осуществляется непосредственно с выхода микроконтроллера 6 или через схему согласования с линией связи 7.
Сложение с постоянным коэффициентом Lo можно заменить механической регулировкой углового положения датчика перемещения 4. Однако целесообразно исключить механическую регулировку датчика перемещения 4 путем реализации полноповоротного датчика перемещения 4 и сложения его оцифрованного выходного сигнала с калибровочным коэффициентом Lo, что позволяет упростить настройку устройства. Аналогичным образом, целесообразно исключить точный подбор диаметра D тела вращения 1 и коэффициента передачи К и получить необходимую крутизну передаточной характеристики устройства для измерения длины стрелы путем умножения значения преобразованного в цифровую форму выходного сигнала датчика перемещения 4 на постоянный калибровочный коэффициент М.
С целью расширения функциональных возможностей, в устройство, в зависимости от варианта его исполнения, могут быть введены дополнительные датчики: датчик угла наклона стрелы 11, датчик температуры 12, датчик скорости ветра, датчик приближения к линии электропередачи и дискретные датчики, например датчик предельной высоты подъема грузозахватного органа, датчик стопорения секций телескопической стрелы и т.п.
Выходные сигналы этих датчиков обрабатываются и передаются на выход устройства в соответствии с описанными схемами подключения каждого датчика и программой работы микроконтроллера 6. Причем эти выходные сигналы, соответствующие результатам измерения или контроля каждого из указанных параметров, включая длину стрелы, могут быть представлены как в аналоговом, так и в цифровом виде.
Для аналоговых параметров, например для датчика угла наклона 11 стрелы, может дополнительно осуществляться лианеризация и калибровка этих сигналов, а также, с использованием датчика температуры 12, их термокомпенсация. Алгоритмы лианеризации, калибровки и термокомпенсации общеизвестны и реализуются программно микроконтроллером 6.
Если необходимы аналоговые выходные сигналы, в устройство устанавливается ЦАП 16, который в общем случае является многоканальным. Если же необходимы цифровые значения сигналов, то целесообразно использовать мультиплексный канал обмена данными с реализацией последовательного интерфейса CAN, LIN и т.п., что достигается применением соответствующей схемы согласования с линией связи.
Дополнительно в предложенном устройстве могут быть реализованы функции управления различными исполнительными устройствами грузоподъемного крана, расположенными на его стреле - фарами рабочего освещения, габаритным фонарем, электромагнитом стопорения стрелы и т.п. Возможность управления каждой из этих нагрузок зависит от варианта исполнения описываемого устройства, в том числе от того, где установлено тело вращения (кабельный барабан) 1 - на невыдвижной (коренной) секции 10 стрелы или на оголовке 8 выдвижной секции 9 стрелы. Каждое из исполнительных устройств подключается к выходному устройству 13.
Сигналы управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана передаются в микроконтроллер 6 через схему согласования с линией связи 7 по отдельным проводам или по мультиплексному каналу обмена данными. В простейшем случае микроконтроллер 6 осуществляет только функцию трансляции сигналов управления исполнительными устройствами крана (включено/выключено) без какой-либо их логической обработки.
В общем случае предпочтительно применение мультиплексного канала обмена данными. В этом случае какое-либо внешнее устройство, например центральный блок системы безопасности грузоподъемного крана, передает в описываемое устройство сигнал запроса данных или сигнал передачи данных в соответствии со стандартной спецификацией используемого протокола последовательного обмена данными - CAN, LIN и т.п.
Из изложенного следует, что в предложенной полезной модели обеспечивается существенное расширение функциональных возможностей устройства для определения длины телескопической стрелы за счет дополнительной
реализации в этом устройстве преобразования электрических сигналов, в том числе в цифровую форму и в последовательный код для передачи по мультиплексной линии связи; одновременного формирования как цифрового, так и аналогового выходного сигнала; электронной настройки и калибровки; измерения дополнительных рабочих параметров грузоподъемного крана, а также формирования сигналов управления исполнительными устройствами грузоподъемного крана.
Очевидно, что реализация в предложенном устройстве функций не только измерителя длины стрелы, но и других параметров, а также функций управления исполнительными устройствами, обеспечивает существенное упрощение системы безопасности грузоподъемного крана.
При этом описываемое устройство передает данные о значениях нескольких параметрах или принимает данные, необходимые для управления исполнительными устройствами крана, единым пакетом без повторной передачи адресов, контрольных сумм и т.п. Благодаря этому обеспечивается передача данных между всеми составными частями системы безопасности грузоподъемного крана с меньшим количеством запросов/ответов, что приводит к уменьшению общего времени обмена информацией и, соответственно, к повышения быстродействия системы безопасности.
1. Устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее гибкий элемент, одним концом закрепленный на последней выдвижной секции телескопической стрелы, и тело вращения, установленное на невыдвижной секции телескопической стрелы с возможностью взаимодействия с гибким элементом и кинематически связанное с датчиком перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика перемещения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а выход микроконтроллера непосредственно или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик угла наклона стрелы, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один дискретный датчик, в частности датчик стопорения секций телескопической стрелы, выход которого непосредственно или через схему согласования уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера или аналого-цифрового преобразователя.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик температуры, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит выходное устройство, вход которого подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход подключен к исполнительному устройству крана, в частности к электромагниту стопорения секций стрелы или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит цифро-аналоговый преобразователь, по меньшей мере один вход которого подключен к по меньшей мере одному дополнительному выходу микроконтроллера, а выход цифро-аналогового преобразователя непосредственно и/или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тело вращения выполнено в виде подпружиненного барабана.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено токосъемником, а гибкий элемент выполнен в виде электрического провода или кабеля, который подключен к схеме согласования с линией связи и/или к микроконтроллеру при помощи токосъемника.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что схема согласования с линией связи выполнена в виде контроллера и/или драйвера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса CAN или LIN.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер и контроллер и/или драйвер мультиплексного канала обмена данными выполнены в виде одной микросхемы.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер содержит энергонезависимое запоминающее устройство и выполнен с возможность записи в это энергонезависимое запоминающее устройство и считывания с него калибровочных данных, а также с возможностью формирования результата измерения длины телескопической стрелы путем сложения и/или умножения этих калибровочных данных с выходным сигналом датчика перемещения.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик перемещения выполнен с возможностью измерения угла в пределах полного поворота его вала, в частности на основе магниточувствительной микросхемы.
13. Устройство по любому из пп.1-12, отличающееся тем, что оно выполнено в виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемного крана.
14. Устройство для определения длины телескопической стрелы грузоподъемного крана, содержащее гибкий элемент, одним концом закрепленный на одной секции телескопической стрелы, и тело вращения, установленное на другой секции телескопической стрелы с возможностью взаимодействия с гибким элементом и кинематически связанное с датчиком перемещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит микроконтроллер и аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, причем выход датчика перемещения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, а выход микроконтроллера непосредственно или через схему согласования с линией связи подключен к выходу этого устройства, при этом тело вращения установлено на последней выдвижной секции телескопической стрелы, а указанный конец гибкого органа закреплен на невыдвижной секции стрелы.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик угла наклона стрелы, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя.
16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик приближения к линии электропередачи, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя.
17. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит дискретный датчик предельной высоты подъема грузозахватного органа, выход которого непосредственно или через схему согласования уровня сигнала соединен с дополнительным входом микроконтроллера.
18. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик температуры и/или датчик скорости ветра, выход которого подключен к дополнительному входу аналого-цифрового преобразователя или микроконтроллера.
19. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит выходное устройство, вход которого подключен к дополнительному выходу микроконтроллера, а выход подключен к габаритному фонарю или к фаре рабочего освещения грузоподъемного крана.
20. Устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено токосъемником, тело вращения выполнено в виде подпружиненного барабана, а гибкий элемент выполнен в виде электрического провода или кабеля, который подключен к схеме согласования с линией связи и/или к микроконтроллеру при помощи токосъемника.
21. Устройство по п.14, отличающееся тем, что схема согласования с линией связи выполнена в виде контроллера и/или драйвера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса CAN или LIN.
22. Устройство по п.14, отличающееся тем, что микроконтроллер и контроллер и/или драйвер мультиплексного канала обмена данными выполнены в виде одной микросхемы.
23. Устройство по п.14, отличающееся тем, что микроконтроллер содержит энергонезависимое запоминающее устройство и выполнен с возможность записи в это энергонезависимое запоминающее устройство и считывания с него калибровочных данных, а также с возможностью формирования результата измерения длины телескопической стрелы путем сложения и/или умножения этих калибровочных данных с выходным сигналом датчика перемещения.
24. Устройство по п.14, отличающееся тем, что датчик перемещения выполнен с возможностью измерения угла в пределах полного поворота его вала, в частности на основе магниточувствительной микросхемы.
25. Устройство по любому из пп.14-24, отличающееся тем, что оно выполнено в виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемного крана, в частности в виде кабельного барабана со встроенной электронной схемой.
