Система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном
Полезная модель может быть использована в системах управления стреловых кранов. Система содержит органы управления механизмами крана, включающие рукоятки подъема/опускания груза и изменения вылета, вычислительно-управляющее устройство, датчики параметров крана, включающие датчик нагрузки, и формирователь сигналов управления механизмами крана. В систему введен выключатель режима подъема груза без раскачивания, датчики параметров крана дополнительно включают в себя датчик угла наклона стрелы и датчик крена, а вычислительно-управляющее устройство выполнено на основе микроконтроллера, снабженного запоминающим устройством, при этом к микроконтроллеру непосредственно или через согласующие устройства подключены датчик нагрузки, датчик угла наклона стрелы, датчик крена, выключатель режима подъема груза без раскачивания и формирователь сигналов управления механизмами крана, к которому дополнительно подключены органы управления механизмами крана. Микроконтроллер приспособлен для определения начального и текущего значений вылета по конструктивным параметрам крана и измеренным значениям крена, нагрузки и угла наклона стрелы, определения граничных значений вылета, сравнения текущего значения вылета с граничными значениями вылета и при достижении граничного значения вылета - формирования сигнала на отключение механизма подъема грузозахватного органа и включения механизма изменения вылета для углового перемещения стрелы в сторону противоположной границы допустимых значений вылета, а при достижении текущим значением вылета противоположной границы - формирования сигнала на отключение механизма изменения вылета и включения механизма подъема грузозахватного органа. Технический результат - повышение безопасности работы стрелового крана и надежности системы управления. 4 з.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в системах управления стреловых кранов.
Известна система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном, содержащая органы управления механизмами крана, переключатель кратности полиспаста, датчики параметров крана, включающие в себя датчик нагрузки, датчик длины стрелы, датчик угла наклона стрелы, датчик угла поворота платформы и датчик длины грузового каната, вычислительно-управляющее устройство, включающее блок ограничения нагрузки, блок вычисления инерционных показателей оборудования, блок предварительного ограничения, блок ограничения перемещения, блок определения фактических скоростей оборудования, блок выбора допустимой скорости движения, блок вычисления поправки к расстоянию предварительного ограничения перемещения, блок определения высоты подвеса груза, блок задержки при останове оборудования крана, блок временного отключения привода при торможении, блок вычисления ускорений, элемент "ИЛИ-НЕ", блок задержек при начале движения оборудования крана, блок временного отключения привода при разгоне, элемент "И", и блок определения высоты подвеса груза и блок определения периода раскачивания груза (см. патент РФ 
2309112 C1, B66C 23/88, B66C 13/18, 27.10.2007). Система обеспечивает гашение колебаний при начале и остановке перемещения уже поднятого с поверхности груза путем импульсного режима управления перемещением, но не обеспечивает гашение колебаний при подъеме груза с земли.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном, содержащая органы управления механизмами крана, задатчик допустимого изменения натяжения канатов, задатчик угла отклонения ветвей грузового каната от вертикального положения, датчик нагрузки, датчик угла отклонения ветвей грузового каната от вертикального положения и вычислительно-управляющее устройство, включающее в себя блок контроля изменения натяжения канатов и логические элементы: двухпозиционный компаратор, трехпозиционный компаратор, четыре элемента "И" и два элемента "ИЛИ" (см. патент РФ 2312814 C1, B66C 23/88, В66С 13/18, 20.12.2007).
Данная система позволяет снизить колебания при подъеме груза с земли, вызванные отклонением ветвей грузового каната от вертикального положения при отрыве груза от поверхности, но она также имеет ряд недостатков.
Во-первых, задание ограничения в виде максимального угла отклонения ветвей грузового каната от вертикального положения не позволяет обеспечить небольшой амплитуды колебаний груза при большой длине стрелы и угле ее наклона относительно горизонта.
Во-вторых, датчики угла наклона каната серийно не выпускаются, т.к. пока не создана достаточно надежная конструкция этих датчиков.
В-третьих, необходимость передачи сигнала с датчика угла наклона каната, расположенного на оголовке стрелы, к вычислительно-управляющему устройству по длинной линии связи через вращающееся токосъемное устройство также снижает надежность системы.
Задачей настоящей полезной модели является повышение безопасности работы стрелового крана при подъеме груза путем уменьшения раскачивания груза при любой длине и угле наклона к горизонту стрелы крана, а также повышение надежности и снижение стоимости системы управления краном.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в систему, содержащую органы управления механизмами крана, включающие рукоятки подъема/опускания груза и изменения вылета, вычислительно-управляющее устройство, датчики параметров крана, включающие датчик нагрузки, и формирователь сигналов управления механизмами крана, согласно полезной модели, введен выключатель режима подъема груза без раскачивания, датчики параметров крана дополнительно включают в себя датчик угла наклона стрелы и датчик крена, а вычислительно-управляющее устройство выполнено на основе микроконтроллера, снабженного запоминающим устройством, при этом к микроконтроллеру непосредственно или через согласующие устройства подключены датчик нагрузки, датчик угла наклона стрелы, датчик крена, выключатель режима подъема груза без раскачивания и формирователь сигналов управления механизмами крана, к которому дополнительно подключены органы управления механизмами крана.
Система может быть снабжена датчиком длины стрелы, подключенным к вычислительно-управляющему устройству непосредственно или через дополнительное согласующее устройство, а микроконтроллер приспособлен для определения начального и текущего значений вылета с учетом измеренного значения длины стрелы.
Микроконтроллер может быть приспособлен для сравнения текущего значения вылета с запомненным начальным значением вылета и при нахождении текущего значения вылета в пределах граничных значений вылета - формирования сигнала для одновременного включения механизмов подъема грузозахватного органа и изменения вылета, и регулирования скорости работы механизмов в зависимости от направления отклонения текущего значения вылета от начального значения.
Микроконтроллер также может быть приспособлен для регулировки скорости работы механизмов с учетом величины отклонения текущего значения вылета от начального значения.
Кроме того, микроконтроллер может быть приспособлен для регулировки скорости подъема грузозахватного органа и изменения вылета в зависимости от текущих значений параметров работы крана.
Сущность полезной модели заключается в подержании текущего значения вылета, рассчитанного микроконтроллером по конструктивным параметрам крана, текущим значениям крена платформы крана, угла наклона стрелы к горизонту, измеренным соответствующими датчиками, и нагрузке на грузозахватном органе, рассчитанной микроконтроллером, в пределах граничных значений, определяемых значением вылета, рассчитанным перед началом подъема груза, и заданным допустимым отклонением вылета от этого исходного значения в процессе подъема груза. Поддержание текущего значения вылета в заданных пределах производится путем отключения при достижении вылетом граничного значения того механизма крана, который увеличивает отклонение вылета от исходного значения и включении механизма, работа которого приводит к изменению вылета в сторону противоположной границы. Причем для уменьшения частоты переключений механизмов и повышения точности поддержания вылета при нахождении текущего значения вылета в пределах заданного диапазона могут быть включены одновременно механизмы подъема грузозахватного органа и изменения вылета, а их скорость регулироваться в зависимости от направления или от направления и величины отклонения текущего значения вылета от исходного значения.
В случае крана с телескопической стрелой длина стрелы является переменным параметром, и ее значение измеряют для расчета значения вылета.
Для снижения частоты переключений механизмов крана и повышения безопасности работы допустимое отклонение вылета и скорость механизмов крана регулируются в зависимости от параметров работы крана.
Технический результат от использования данной полезной модели заключается в повышении безопасности работы стрелового крана за счет снижения амплитуды колебаний при раскачивании груза в процессе подъема, а также в повышении надежности системы управления краном за счет исключения датчика углового положения ветвей грузового каната и длинной линии связи для его подключения.
На фиг.1 приведен рисунок, иллюстрирующий работу системы управления краном для уменьшения раскачивания груза при подъеме на примере стрелового гидравлического крана с телескопической стрелой, на фиг.2 - функциональная схема предлагаемой системы.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
А и Ао - текущее и начальное значения угла наклона стрелы относительно горизонта;
В - ось блоков грузового полиспаста грузового каната на оголовке стрелы;
dR - смещение оси блоков от начального положения;
G и Go - текущее и начальное значения крена платформы крана;
L - длина телескопической стрелы крана;
Lim 1 и Lim 2 - граничные значения вылета;
Q - нагрузка на грузозахватном органе;
R и Ro - текущее и начальное расчетные значения вылета;
Т - допустимое отклонение вылета от исходного положения.
Система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном содержит органы управления механизмами крана, включающие рукоятку 1 подъема/опускания груза и рукоятку 2 изменения вылета, вычислительно-управляющее устройство 3, выполненное на основе микроконтроллера 4, снабженного запоминающим устройством 5, выключатель 6 режима подъема груза без раскачивания, датчики параметров крана, включающие датчик 7 нагрузки, датчик 8 длины стрелы, датчик 9 угла наклона стрелы и датчик 10 крена, формирователь 11 сигналов управления механизмами крана и согласующие устройства, включающие контроллер 12 поворотной части крана и блок 13 согласования.
К вычислительно-управляющему устройству 3 подключены с помощью мультиплексной линии связи 14 датчик 7 нагрузки, датчик 8 длины стрелы, датчик 9 угла наклона стрелы и согласующие устройства: контроллер 12 поворотной части крана и блок 13 согласования. К контроллеру 12 поворотной части подключены датчик 10 крена и выключатель 6 режима подъема груза без раскачивания. К входам формирователя 11 сигналов управления механизмами крана подключены выход блока 13 согласования и органы управления механизмами крана: рукоятка 1 подъема/опускания груза и рукоятка 2 изменения вылета.
Предлагаемая система может быть реализована, например, на основе прибора «Ограничитель нагрузки крана ОНК-160С», выпускаемого ООО «Арзамасский электромеханический завод».
В качестве вычислительно-управляющего устройства 3 можно использовать блок отображения информации (БОИ) прибора ОНК-160С, выполненный на базе микроконтроллера MSP430F149 фирмы "Texas Instruments" (США) и содержащий микросхему FM24C256 в качестве запоминающего устройства.
В качестве датчика 7 нагрузки можно использовать датчик усилия цифровой (ДДЦ) или датчики давления цифровые (ДДЦ) в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра подъема стрелы, а в качестве датчиков 8 и 9 длины и угла наклона стрелы можно использовать датчик вылета (ДВ) прибора ОНК-160С.
Прибор ОНК-160С содержит также контроллер поворотной части (КПЧ) со встроенным датчиком крена. В состав некоторых модификаций прибора, например ОНК-160С-58, входит блок согласования (БС).
Мультиплексная линия связи на аппаратурном и программном уровне может быть реализована как проводной (по протоколу CAN, RS-485, или другому стандартному или нестандартному протоколу), либо беспроводной (IEEE 802.15.4, Zigbee, или другому стандартному или нестандартному протоколу). Например, мультиплексная линия связи может быть реализована посредством кабельной комбинированной линии связи (шины последовательного CAN-интерфейса), включающей в себя двухпроводную линию обмена данными и двухпроводную линию электропитания датчиков параметров крана.
В качестве выключателя 6 режима подъема без раскачивания может быть использована, например, кнопка на рукоятке управления, или тумблер на панели управления краном.
В качестве органов управления механизмами крана могут применяться серийно выпускаемые различными производителями рукоятки дискретного или пропорционального управления, например, JS6000 компании Sauer-Danfoss, или джойстики Penny+Giles.
В качестве формирователя 11 сигналов управления механизмами крана можно использовать, например, контроллер PLUS+1 компании Sauer-Danfoss, или электронный блок управления ЭБУ фирмы Томас-Магнете.
Уменьшение раскачивания груза при подъеме стреловым краном осуществляется следующим образом.
Предварительно, например, при настройке, задают допустимое отклонение ветвей грузового каната от вертикального положения в виде значения Т допустимого отклонения вылета и вводят его в запоминающее устройство 5. Значение Т может быть задано в виде константы, либо в виде функции от параметров крана (L, А, или Q).
При работе устанавливают грузозахватный орган крана приблизительно над центром масс поднимаемого груза. Перед включением механизма подъема грузозахватного органа выключателем 6 включают режим подъема груза без раскачивания. При получении сигнала от выключателя 6 микроконтроллер 4 рассчитывает начальные значения усилия на грузозахватном органе (Qo) и вылета Ro по значениям конструктивных параметров крана и сигналам датчика 9 угла наклона стрелы (Ао), датчика 8 длины стрелы (Lo), датчика 10 крена (Go) и датчика 7 нагрузки (Ро). Начальное значение вылета Ro запоминают в устройстве 5.
Рукояткой 1 включают механизм подъема грузозахватного органа. При работе механизма усилие Q на грузозахватном органе возрастает, что приводит к деформации конструкции крана и перемещению точки В (в данном случае к увеличению вылета) на величину dR от исходного значения.
В процессе подъема груза непрерывно определяют текущее значение вылета R, рассчитываемое в микроконтроллере с учетом текущих значений угла наклона стрелы А, крена G, длины стрелы L и усилия Q на грузозахватном органе и граничные значения вылета (Ro+T) и (Ro-T). Сравнивают текущее значение вылета R с начальным значением вылета Ro и граничными значениями вылета (Ro+T) и (Ro-T). При достижении текущим значением вылета величины R=(Ro+T) вычислительно-управляющее устройство 3 передает в формирователь 11 сигналы на отключение механизма подъема грузозахватного органа и включение механизма уменьшения вылета (подъема стрелы). При достижении значением вылета величины R=(Ro-T) вычислительно-управляющее устройство 3 и формирователь 11 формируют сигналы на отключение механизма уменьшения вылета и включение механизма подъема грузозахватного органа, и т.д. до полного отрыва груза от земли, либо до отпускания рукояток 1 и 2 управления механизмами крана.
При необходимости, в процессе подъема груза корректируют исходное значение вылета Ro путем повторного включения выключателя 6 режима подъема без раскачивания.
Для снижения амплитуды колебаний груза и частоты включений-отключений механизмов крана при текущем значении вылета (Ro+T)>R>Ro одновременно с включением механизма подъема груза включается механизм уменьшения вылета, а при текущем значении вылета (Ro-T)>R>Ro снижается скорость механизма уменьшения вылета и включается механизм увеличения вылета. Причем скорость механизма изменения вылета регулируетсяь пропорционально величине отклонения dR.
Для повышения безопасности работы крана регулируется скорость механизмов крана в зависимости от нагрузки Q на грузозахватном органе.
Приведенное выше описание работы характерно для работы стрелового крана с телескопической стрелой. Для кранов некоторых типов в ряде случаев при увеличении нагрузки на грузозахватном органе в результате прогиба стрелы, подвешенной на вантах, может происходить не увеличение, а уменьшение вылета. В этом случае порядок включения-отключения механизмов подъема грузозахватного органа и изменения вылета, соответственно меняется.
Заявленная система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном может быть реализована промышленным способом на приборостроительном заводе с использованием современных электронных компонентов и технологий.
1. Система уменьшения раскачивания груза при подъеме стреловым краном, содержащая органы управления механизмами крана, включающие рукоятки подъема/опускания груза и изменения вылета, вычислительно-управляющее устройство, датчики параметров крана, включающие датчик нагрузки, и формирователь сигналов управления механизмами крана, отличающаяся тем, что в нее введен выключатель режима подъема груза без раскачивания, датчики параметров крана дополнительно включают в себя датчик угла наклона стрелы и датчик крена, а вычислительно-управляющее устройство выполнено на основе микроконтроллера, снабженного запоминающим устройством, при этом к микроконтроллеру непосредственно или через согласующие устройства подключены датчик нагрузки, датчик угла наклона стрелы, датчик крена, выключатель режима подъема груза без раскачивания и формирователь сигналов управления механизмами крана, к которому дополнительно подключены органы управления механизмами крана, а сам микроконтроллер приспособлен для определения начального и текущего значений вылета по конструктивным параметрам крана и измеренным значениям крена, нагрузки и угла наклона стрелы, определения граничных значений вылета, сравнения текущего значения вылета с граничными значениями вылета и при достижении граничного значения вылета - формирования сигнала на отключение механизма подъема грузозахватного органа и включения механизма изменения вылета для углового перемещения стрелы в сторону противоположной границы допустимых значений вылета, а при достижении текущим значением вылета противоположной границы - формирования сигнала на отключение механизма изменения вылета и включения механизма подъема грузозахватного органа.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена датчиком длины стрелы, подключенным к вычислительно-управляющему устройству непосредственно или через дополнительное согласующее устройство, а микроконтроллер приспособлен для определения начального и текущего значений вылета с учетом измеренного значения длины стрелы.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что микроконтроллер приспособлен для сравнения текущего значения вылета с запомненным начальным значением вылета и при нахождении текущего значения вылета в пределах граничных значений вылета - формирования сигнала для одновременного включения механизмов подъема грузозахватного органа и изменения вылета и регулирования скорости работы механизмов в зависимости от направления отклонения текущего значения вылета от начального значения.
4. Система по п.3, отличающаяся тем, что микроконтроллер приспособлен для регулировки скорости работы механизмов с учетом величины отклонения текущего значения вылета от начального значения.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что микроконтроллер приспособлен для регулировки скорости подъема грузозахватного органа и изменения вылета в зависимости от текущих значений параметров работы крана.
