Устройство торможения грузоподъемной 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 задатчик интенсивности) поступают на регулятор давления, а тот, в свою очередь, ступенчато управляет моментом торможения механизма подъема. В результате существенно уменьшается инерционный 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 датчик высоты подъема груза, блок возведения сигнала в квадрат, первый и второй блоки деления сигнала, блок извлечения квадратного корня и компаратор, причем реле времени выполнено программируемым, шина опроса датчика высоты связана с цепью управления тормоза первой ступени, выход датчика соединен с шиной ввода делителя в первый блок деления, выход которого и выход блока возведения в квадрат соединены со входами компаратора, вход блока извлечения корня связан с выходом компаратора, а выход подключен к шине ввода делителя во второй блок деления, выход которого связан с программирующим входом реле времени, и выход реле времени соединен с управляющей цепью тормоза 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 - первый, а 3 - второй блоки деления сигналов, 4 - блок возведения сигнала в квадрат, 5 - блок
извлечения квадратного корня, 6 - компаратор, 7 - программируемое реле времени, 8 и 9 - тормоза, соответственно первой и второй ступеней, равных по величине тормозного момента. Каждый из тормозов 8 и 9 снабжен цепью управления. Цепь управления тормоза 8 соединена с шиной опроса датчика 1 и с входом включения реле времени 7. Цепь управления тормоза 9 связана с выходом реле времени 7. Выход датчика высоты 1 соединен с шиной ввода делителя в первый блок деления сигнала 2, выход делителя 2 и выход блока возведения в квадрат 4 подключены ко входам компаратора 6, выход компаратора 6 соединен со входом блока извлечения квадратного корня 5, выход блока 5 связан с шиной вывода делителя во второй блок деления сигналов 3, а выход блока 3 соединен с программирующим входом реле времени 7.
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, K - коэффициент внутреннего трения в канате, с - жесткость каната. Заменив операцию дифференцирования оператором дифференцирования 
, получим из дифференциального уравнения характеристическое алгебраическое уравнение
,
решением которого является
,
где j - мнимая единица. Множитель при j представляет собой круговую частоту продольных колебаний каната при резком торможении. Разделив ее на 2
, получим указанную частоту в герцах
.
Коэффициент внутреннего трения в канате K 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, через частоту f можно выразить период Т продольных колебаний каната при резком торможении как
или, после вынесения m из-под корня и сокращения, как
.
При включении тормоза первой ступени, как следует из изложенного, в канате возникнут продольные колебания с периодом Т, ликвидация которых как раз и является задачей предлагаемой полезной модели. Для решения задачи после выключения первой ступени нужно через время Т/2 включить вторую ступень торможения. Поскольку обе ступени равны по тормозному моменту, вторая ступень создаст в канате так же продольные колебания с периодом Т. Но они будут смещены по фазе по отношению к колебаниям, вызванным первой ступенью, на Т/2, т.е. на половину периода. Иначе говоря, 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 в первый блок деления 2 вводят сигнал, отображающий делимое 4g/S, во второй блок делений 3 вводят сигнал, отображающий делимое 2, а в блок возведения в квадрат 4 вводят сигнал, отображающий r. При подъеме груза краном до нужной высоты устройство срабатывает. По команде А, включающей тормоз первой ступени 8, датчик высоты подъема груза 1, работающий на вычитание, выдает сигнал L=L max-LT, где Lmax - расстояние от точки подвеса каната до земли, a L T - текущая высота подъема груза над землей. Таким образом, датчик 1 выдает сигнал, отображающий текущую длину грузового каната. Этот сигнал, поступая на блок 2 является делителем сигнала 4g/S и на выходе блока 2 появляется текущий сигнал 4g/SL. Он поступает на компаратор 6, и из него вычитается сигнал, отображающий r2, поступающий на компаратор от блока 4. Блок 5 извлекает из сигнала, поступающего на его вход от компаратора 6 квадратный корень и вводит результат в качестве делителя во второй блок деления 3. На выходе блока 3 появляется сигнал, отображающий Т/2, и вводится через программирующий вход в реле времени 7.
Реле начинает отсчитывать время и через время Т/2 включает тормоз второй ступени. Поскольку тормоза первой и второй ступеней по тормозному моменту равны, но продольные колебания каната, вызываемые их включением, смещены по времени на Т/2, 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 грузоподъемной 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 содержит датчик высоты подъема груза, блок возведения сигнала в квадрат, первый и второй блоки деления сигнала, блок извлечения квадратного корня и компаратор, причем реле времени выполнено программируемым, шина опроса датчика высоты связана с цепью управления тормоза первой ступени, выход датчика соединен с шиной ввода делителя в первый блок деления, выход которого и выход блока возведения в квадрат соединены со входами компаратора, вход блока извлечения корня связан с выходом компаратора, а выход подключен к шине ввода делителя во второй блок деления, выход которого связан с программирующим входом реле времени, а выход реле времени соединен с управляющей цепью тормоза второй ступени.
