Устройство торможения подъемно-транспортной машины

В заявке предлагается устройство, предназначенное для ликвидации продольных колебаний каната при торможении груза, поднимаемого краном. Устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, равные по величине тормозного момента, датчик высоты подъема груза, программируемое реле времени и аналоговый функциональный преобразователь, вычисляющий на основе показаний датчика полупериод продольных колебаний каната и включающий вторую ступень торможения по отношению к первой ступени с задержкой по времени на полупериод.

Предлагаемая полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам для осуществления ступенчатого торможения грузоподъемных машин типа кранов, клетьевых подъемников, лебедок и т.п.

Устройства, аналогичные предлагаемому известны. К ним относится, в частности, приведенное в описании к авторскому свидетельству СССР №931637, кл. В66В 1/32, 1982. Оно содержит датчики скорости и замедления механизма подъема, рабочий тормоз и регулятор давления, управляющий тормозом. Сигналы от датчиков (через задатчгк интенсивности) поступают на регулятор давления, а тот, в свою очередь, ступенчато управляет моментом торможения механизма подъема. В результате существенно уменьшается инерционным выбег машины, снижаются динамические нагрузки в канате и вероятность его обрыва.

Еще больше снижает динамические нагрузки устройство ступенчатого торможения подъемно-транспортных (грузоподъемных) машин, защищенное авторским свидетельством СССР №1733371, кл. В66D 5/26, 1992, принятое нами за прототип. Это устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, насколько можно судить по его описанию, равных по величине тормозного момента. В нем имеются также датчик усилия и реле времени, подключенные к кинематической и электрической цепи управления тормозом первой ступени. При необходимости затормаживания машины срабатывает тормоз первой ступени, и реле времени начинает отсчитывать время, отведенное на первую ступень торможения. Одновременно с этим датчик усилия измеряет величину тормозного момента первой ступени торможения. Когда усилие достигает определенной, наперед заданной величины, сигналом от датчика через реле напряжения включается тормоз второй

ступени. Примерно в это же время срабатывает реле времени, дополнительно гарантируя срабатывание тормоза второй ступени.

Устройство - прототип повышает эффективность ступенчатого торможения и исключает большие динамические нагрузки в элементах машины, в том числе, в грузовом канате. Однако полностью динамические нагрузки в грузовом канате оно не ликвидирует. Это вызвано тем, что при включении тормоза первой ступени в канате возникают продольные колебания, а включение тормоза второй ступени с ними никак не связано и их уменьшению может способствовать, а может и не способствовать.

Задачей предлагаемой полезной модели является гарантированная ликвидация продольных колебаний каната, возникающих при включении тормоза первой ступени.

Достигается решение задачи тем, что устройство содержит тормоза первой и второй ступеней, равных по величине тормозного момента, и реле времени, подключенное к цепи управления тормозом первой ступени, а также тем, что оно включает в себя датчик высоты подъема груза, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и сумматор, первый вход которого выполнен смещающим, а второй управляющим, реле времени выполнено программируемым, выход датчика соединен со входом усилителя, выход которого связан с управляющим входом сумматора, выход сумматора соединен с программирующим входом реле времени, а выход реле времени подключен к цепи управления тормозом второй ступени.

На фигуре показана блок-схема предлагаемой полезной модели. На ней 1 - датчик высоты подъема груза, работающий на вычитание (по существу, это датчик длины каната), 2 - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (его регулировочный вход обозначен «b»), 3 - сумматор, первый (смещающий) вход которого обозначен «а», а второй (управляющий) соединен с выходом усилителя 2, 4 - программируемое реле времени, программирующий вход которого связан с выходом

сумматора 3, а выход - с цепью управления тормозом второй ступени 5. Кроме того, на фигуре показан тормоз первой ступени 6, с таким же тормозным моментом, как и тормоз 5, подключенный к своей цепи управления, и подключение реле времени 4 к этой же цепи.

Работа устройства основана на том, что под действием силы веса Х груза, поднимаемого машиной с помощью каната, последний испытывает деформацию Y, описываемую дифференциальным уравнением

,

где m - масса поднимаемого груза, К - коэффициент внутреннего трения в канате, с - жесткость каната.

Решение этого уравнения показывает, что при резком торможении в канате возникают продольные колебания с периодом

Коэффициент внутреннего трения в канате К может быть представлен как r·m, где r - некоторый выраженный в 1/сек коэффициент, постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. Жесткость С может быть выражена как mg/S·l, где g - ускорение свободного падения, l - длина каната, a S - безразмерный коэффициент относительной жесткости, так же постоянный для данного каната и определяемый экспериментально. С учетом этого, период Т продольных колебаний каната при резком торможении можно выразить как

,

а полупериод как

,

Возьмем наиболее реальные значения S=0,02 и r=15. Тогда

.

Вычисляя t при l, равном, например, 1÷6 м, получим такие данные:

Но эти данные со средней погрешностью 5,2% могут быть аппроксимированы выражением

t=0,05+0,0885l

или, в общим случае,

t=a+b·l.

То есть, при включении тормоза первой ступени, как следует из изложенного, в канате возникнут продольные колебания с полу периодом, который в точностью 5% можно считать равным

t=a+b·l

Ликвидация этих колебаний как раз и является задачей предлагаемой полезной модели. Для решения задачи после включения первой ступени нужно через время t включить вторую ступень торможения. Поскольку обе ступени равны по тормозному моменту, вторая ступень создаст в канате так же продольные колебания с полупериодом t. Но они будут смещены по фазе по отношению к колебаниям, вызванным первой ступенью, также на t. То есть, вторые колебания будут в противофазе с первыми. В результате те и другие взаимно уничтожатся и продольные колебания в канате исчезнут.

Перед использованием устройства его вначале настраивают. Для этого усилитель 2 регулируют, устанавливая его коэффициент усиления равным «b», а на смещающий вход сумматора 3 подают сигнал, равный «а». При подъеме крана грузом датчик высоты подъема груза 1, работающий на вычитание, выдает сигнал, отображающий l=l_max-l_T , гдеl_max - расстояние от точки подвеса каната до земли, а l_T - текущая высота подъема груза над землей. Таким образом, датчик 1 выдает сигнал, отображающий текущую длину грузового каната. Этот сигнал, поступая в усилитель 2, умножается на «b», а затем, поступая в сумматор 3, складывается с сигналом «а». На выходе сумматора появляется сигнал, отображающий t. Он поступает на программирующий вход реле времени 4 и задает его время срабатывания. Последнее же реализуется по команде включения «вкл», подаваемой в цепь управления тормоза первой ступени 6. Когда эта команда подается, ступень 6 включается и одновременно с этим реле времени 4 начинает отсчитывать время t, которое было запрограммировано сигналом t в момент включения ступени 6. Отсчитав это время t, реле выдает сигнал включения второй тормозной ступени 6. Поскольку тормоза первой и второй ступеней по тормозному моменту равны, но продольные колебания каната, вызываемые их включением, смещены по времени на t, т.е. находятся в противофазе, то оказывается, что те и другие колебания взаимно уничтожают друг друга. Это повышает эффективность торможения груза, безопасность грузоподъемных работ и долговечность крана.

Устройство торможения подъемно-транспортной машины, содержащее тормоза первой и второй ступеней, равных по величине тормозного момента, и реле времени, подключенное к цепи управления тормозом первой ступени, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком высоты подъема груза, усилителем с регулируемым коэффициентом усиления и сумматором, первый вход которого выполнен смещающим, а второй управляющим, реле времени выполнено программируемым, выход датчика соединен со входом усилителя, выход которого связан с управляющим входом сумматора, выход сумматора соединен с программирующим входом реле времени, а выход реле времени подключен к цепи управления тормозом второй ступени.