способ защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки (варианты)

Формула изобретения

1. Способ защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки путем предварительного определения величин нагрузок, допустимых для различных пространственных положений его стрелы или грузозахватного органа, их запоминания, измерения в процессе работы крана прямым или косвенным методом параметров работы крана, характеризующих текущую нагрузку и текущее пространственное положение стрелы или грузозахватного органа крана, сравнения текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой крана для текущего пространственного положения его стрелы или грузозахватного органа и последующего формирования предупреждающего информационного сигнала или сигнала управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленного на ограничение или предотвращение перегрузки, в зависимости от результата этого сравнения, отличающийся тем, что в процессе подъема и/или перемещения груза дополнительно выявляют изменение линейного или углового положения, по меньшей мере, одной составной части крана, изменение положения которой не предусмотрено управлением крана в текущей стадии процесса подъема и/или перемещения груза, и, в зависимости от величины изменения этого положения, дополнительно формируют предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленный на предотвращение этого изменения положения и/или на блокирование движений крана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявляют указанное изменение углового положения ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни, или стрелы, или гуська крана от горизонтального или вертикального положения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявляют указанное изменение линейного положения ходового устройства или грузовой тележки крана, в частности перемещение рельсового крана по крановому пути или грузовой тележки по стреле.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что выявленное значение изменения линейного или углового положения сравнивают с предварительно определенной и запомненной допустимой величиной этого изменения, а указанный предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления механизмами крана, направленный на блокирование его движений, формируют в зависимости от результатов этого сравнения.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что максимально допустимое значение изменения линейного или углового положения, по меньшей мере, одной составной части крана определяют расчетным путем при проектировании крана и запоминают в виде функции нагрузки и/или пространственного положения его стрелы.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в процессе подъема груза грузовой лебедкой выявляют изменение углового положения стрелы или гуська, а после указанного сравнения этого изменения с допустимой величиной формируют предупреждающий информационный сигнал о недопустимости подъема груза или сигнал управления механизмами крана, направленный на блокирование этого подъема.

7. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что сигнал управления механизмами крана, направленный на предотвращение изменения линейного или углового положения, по меньшей мере, одной составной части крана, формируют в виде сигнала управления приводом этой составной части крана, направленного на блокирование перемещения этой составной части и/или на ее перемещение в исходное положение.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в процессе подъема груза грузовой лебедкой выявляют изменение углового положения стрелы или гуська, после чего осуществляют управление приводом подъема стрелы или гуська из условия предотвращения изменения этого положения.

9. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что при помощи вычислительного устройства дополнительно осуществляют изменение значения допустимой нагрузки крана и/или максимально допустимой скорости перемещения его стрелы в зависимости от величины выявленного изменения линейного или углового положения, по меньшей мере, одной составной части крана.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что указанное изменение значения допустимой нагрузки крана и/или максимально допустимой скорости перемещения его стрелы осуществляют с использованием математической модели крана, параметры которой предварительно определяют и сохраняют в энергонезависимой памяти вычислительного устройства.

11. Способ по одному из пп.1, 2, 6 и 8, отличающийся тем, что измерение указанного изменения углового положения осуществляют с использованием гравитационного поля Земли при помощи инклинометра, который размещают на соответствующей составной части крана.

12. Способ защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки путем предварительного определения величин нагрузок, допустимых для различных пространственных положений его стрелы или грузозахватного органа, их запоминания, определения отклонения угла наклона ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни крана от горизонтального или вертикального положения, а также измерения в процессе работы крана прямым или косвенным методом параметров работы крана, характеризующих текущую нагрузку и текущее пространственное положение стрелы или грузозахватного органа крана, сравнения текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой крана для текущего пространственного положения его стрелы или грузозахватного органа и последующего формирования предупреждающего информационного сигнала или сигнала управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленного на блокирование подъема и/или перемещения груза, в зависимости от результата этого сравнения, отличающийся тем, что в процессе подъема и/или перемещения груза дополнительно выявляют изменение величины указанного угла наклона, сравнивают эту величину изменения с предварительно установленной и запомненной допустимой величиной этого изменения, а указанный предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленный на блокирование подъема и/или перемещения груза, формируют из условия ограничения или предотвращения как перегрузки, так и превышения допустимой величины изменения указанного угла наклона.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что при помощи вычислительного устройства дополнительно осуществляют изменение значения допустимой нагрузки крана и/или максимально допустимой скорости перемещения стрелы или груза в зависимости от величины отклонения угла наклона ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни крана от горизонтального или вертикального положения.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что указанное изменение значения допустимой нагрузки крана осуществляют с использованием математической модели крана, параметры которой предварительно определяют и сохраняют в энергонезависимой памяти вычислительного устройства.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что измерение указанного отклонения угла наклона осуществляют с использованием гравитационного поля Земли при помощи инклинометра, который размещают на соответствующей составной части крана.

16. Способ по п.12, отличающийся тем, что максимально допустимое значение изменения углового положения угла наклона ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни крана от горизонтального или вертикального положения определяют расчетным путем при проектировании крана и запоминают в виде функции нагрузки и/или пространственного положения его стрелы.

17. Способ защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки путем предварительного определения величин нагрузок, допустимых для различных пространственных положений его стрелы или грузозахватного органа, их запоминания, измерения в процессе работы крана прямым или косвенным методом параметров работы крана, характеризующих текущую нагрузку и текущее пространственное положение стрелы или грузозахватного органа крана, сравнения текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой крана для текущего пространственного положения его стрелы или грузозахватного органа и последующего формирования предупреждающего информационного сигнала или сигнала управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленного на ограничение или предотвращение перегрузки, в зависимости от результата этого сравнения, отличающийся тем, что в процессе поворота крана дополнительно выявляют изменение углового положения его поворотной платформы относительно горизонтального положения, с использованием этого изменения при помощи вычислительного устройства определяют отклонение ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения, после чего, в зависимости от величины этого отклонения, с помощью вычислительного устройства осуществляют определение и изменение допустимой величины нагрузки крана, и/или изменение максимально допустимой скорости перемещения стрелы, и/или сравнивают текущее значение этого отклонения с предварительно установленной и запомненной максимально допустимой величиной этого отклонения и, в зависимости от результатов этого сравнения, формируют предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления, по меньшей мере, одним механизмом крана, направленный на блокирование его поворота и/или на блокирование перемещения стрелы крана в сторону увеличения его грузового момента.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанное выявление изменения углового положения поворотной платформы крана осуществляют с использованием гравитационного поля Земли при помощи инклинометра, а вычисление отклонения ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения и/или необходимого изменения допустимой величины нагрузки осуществляют с использованием значений выходных сигналов этого инклинометра и, при необходимости, выходных сигналов измерителя угла азимута.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что инклинометр размещают в кабине крана.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что инклинометр размещают в одном корпусе с вычислительным устройством, а ось его чувствительности устанавливают параллельно плоскости перемещения стрелы крана.

21. Способ по п.17 или 18, отличающийся тем, что перед началом работы крана осуществляют полный оборот крановой установки, после чего с использованием выявленного изменения углового положения поворотной платформы крана относительно горизонтального положения определяют отклонение ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах защиты и управления стреловых грузоподъемных кранов.

Известен способ защиты грузоподъемного крана от перегрузки путем установки допустимых значений нагрузки для различных угловых положений его стрелы (угла наклона и угла азимута), контроля в процессе работы крана текущих значений этих параметров, сравнения текущего значения нагрузки с допустимым для текущего положения стрелы и формирования предупреждающих сигналов и сигналов управления исполнительными устройствами крана в зависимости от результатов этого сравнения [1].

В этом способе не учитывается зависимость допустимых значений нагрузки от угла наклона поворотной платформы крана, что приводит к снижению эффективности защиты крана от перегрузки.

Наиболее близким к предложенному является способ защиты грузоподъемного крана от перегрузки, включающий предварительное определение и запоминание величин нагрузок, допустимых для различных пространственных положений его стрелы, измерение в процессе работы крана текущей нагрузки и текущего пространственного положения стрелы, сравнение текущей нагрузки крана с ее допустимым значением для текущего пространственного положения стрелы и последующее отключение механизмов крана или формирование информационного сигнала в зависимости от результатов этого сравнения, а также измерение отклонения наклона ходового устройства, неповоротной части, поворотной платформы или башни крана от горизонтального или вертикального положения с последующей корректировкой величины допустимой нагрузки крана в зависимости от величины этого отклонения [2, 3, 4, 5].

Недостатком этого способа является отсутствие контроля изменения пространственного положения элементов конструкции крана непосредственно в процессе подъема и перемещения груза под воздействием нагрузки. После измерения отклонения пространственного положения ходового устройства, неповоротной части, поворотной платформы или башни крана от горизонтального или вертикального положения не различается, обусловлено ли это отклонение негоризонтальностью установки крана при его подготовке к работе или возникло при подъеме и перемещении груза.

Отсутствие выявления причин этого отклонения приводит к снижению безопасности работы крана. Например, если стреловой кран установлен на опорах на прочном основании с некоторым отклонением от горизонтального положения, то эта негоризонтальность может быть учтена путем корректировки максимально допустимого значения нагрузки на кран и не оказывает существенного влияния на безопасность его работы. Однако если такое же по величине отклонение от горизонтального положения возникло в момент подъема или перемещения груза, то это может быть вызвано дефектами металлоконструкций крана или продавливанием грунта под его выносными опорами при работе на мягком грунте, в том числе при повороте крана в сторону просевшей опоры. Поэтому негоризонтальность ходового устройства или неповоротной части, возникшая в момент подъема или перемещения груза, представляет для грузоподъемного крана существенно большую опасность, чем аналогичная по величине негоризонтальность установки крана на опоры перед началом его работы. Соответственно, отсутствие учета этого фактора приводит к снижению эффективности защиты крана от перегрузки.

Кроме того, в известном способе в процессе подъема и перемещения груза не контролируется перемещение тех конструктивных элементов крана, перемещение которых не предусмотрено на данной стадии подъема или перемещения груза. Например, при подъеме груза с земли, по мере увеличения усилия грузовой лебедки, происходит неуправляемый наклон стрелы, вызванный конечной жесткостью элементов конструкции крана. В итоге, после отрыва груза от земли, величина вылета превышает значение вылета, существовавшее в начале подъема груза. Это приводит к увеличению грузового момента, не предусмотренному управляющими воздействиями крановщика. В процессе подъема и перемещения груза возможны также непредусмотренные перемещения рельсового крана по крановому пути, грузовой тележки башенного крана по стреле и т.п. Отсутствие контроля этих перемещений и соответствующих мер противодействия этим перемещениям снижает безопасность работы крана.

Еще одним недостатком известного способа является сложность технической реализации системы защиты и ее ограниченные функциональные возможности. Это вызвано тем, что в известном способе для измерения углового положения какой-либо составной части крана, например ходового устройства или неповоротной части крана, используются датчики-инклинометры, расположенные на этих составных частях крана. Поэтому расширение защитных функций требует усложнения системы защиты - увеличения количества использующихся датчиков-инклинометров, размещение которых на отдельных элементах конструкции крана не всегда возможно по техническим и экономическим причинам.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное изобретение, является повышение безопасности работы крана и расширение функциональных возможностей системы защиты крана за счет:

- реализации функций защиты от перегрузки с учетом как текущего пространственного положения составных частей крана, так и изменения этого положения в процессе подъема и перемещения груза;

- реализации противодействия изменению пространственного положения тех элементов конструкции грузоподъемного крана, перемещение которых на данной стадии подъема или перемещения груза не предусмотрено управляющими воздействиями крановщика.

Еще одним техническим результатом изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей системы защиты крана от перегрузки за счет определения пространственного положения отдельных составных частей грузоподъемного крана при помощи инклинометров, расположенных на других составных частях этого грузоподъемного крана, с реализацией соответствующих защитных функций.

В первом варианте предложенного способа защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки путем предварительного определения величин нагрузок, допустимых для различных пространственных положений его стрелы или грузозахватного органа, их запоминания, измерения в процессе работы крана прямым или косвенным методом параметров работы крана, характеризующих текущую нагрузку и текущее пространственное положение стрелы или грузозахватного органа крана, сравнения текущей нагрузки с запомненной допустимой нагрузкой крана для текущего пространственного положения его стрелы или грузозахватного органа и последующего формирования предупреждающего информационного сигнала или сигнала управления механизмами крана, направленного на ограничение или предотвращение перегрузки, в зависимости от результата этого сравнения, для решения поставленной технической задачи в процессе подъема и/или перемещения груза дополнительно выявляют изменение линейного или углового положения, по меньшей мере, одной составной части крана, изменение положения которой не предусмотрено в текущей стадии процесса подъема и/или перемещения груза. Далее, в зависимости от величины изменения этого положения, дополнительно формируют предупреждающие информационные сигналы или сигналы управления механизмами крана, направленные на предотвращение этого изменения положения и/или на блокирование движений крана.

При этом могут выявляться изменения как углового положения ходового устройства, неповоротной части, поворотной платформы, башни, стрелы или гуська крана от горизонтального или вертикального положения, так и линейного положения ходового устройства или грузовой тележки крана, в частности перемещение рельсового крана по крановому пути или грузовой тележки по стреле. В случае необходимости, эти изменения сравниваются с предварительно определенными и запомненными максимально допустимыми величинами этих изменений, которые определяются расчетным путем при проектировании крана и в общем случае зависят от нагрузки и пространственного положения его стрелы. В зависимости от результатов этого сравнения формируются предупреждающие информационные сигналы или сигналы блокирования движений крана.

В частности, в процессе подъема груза грузовой лебедкой выявляется изменение углового положения стрелы или гуська, а после сравнения этого изменения с допустимой величиной формируется предупреждающий информационный сигнал о недопустимости подъема груза или сигнал блокирования этого подъема.

Для получения указанного технического результата, после выявления изменения пространственного положения какой-либо составной части крана, реализуется либо блокирование движений крана, вызывающих это изменение, либо формирование сигнала управления приводом крана, направленного на возврат этой составной части в исходное положение. Например, в процессе подъема груза грузовой лебедкой может выявляться изменение углового положения стрелы или гуська с последующим управлением приводом подъема стрелы или гуська из условия предотвращения изменения этого положения.

Во втором варианте предложенного способа защиты стрелового грузоподъемного крана, использующем аналогичные операции для выявления и предотвращения перегрузки крана, указанный технический результат достигается за счет того, что в процессе подъема и/или перемещения груза дополнительно выявляют изменение величины угла наклона ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни крана от горизонтального или вертикального положения. Далее выявленную величину изменения угла сравнивают с предварительно установленной и запомненной допустимой величиной этого изменения и, в зависимости от результатов этого сравнения, дополнительно формируют предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления механизмами крана, направленный на предотвращение подъема и/или перемещения груза.

В обоих вариантах предложенного способа защиты при помощи вычислительного устройства дополнительно может осуществляться изменение значений допустимой нагрузки крана и/или максимально допустимой скорости перемещения стрелы или груза. Это изменение осуществляется в зависимости от величины отклонения угла наклона ходового устройства, или неповоротной части, или поворотной платформы, или башни крана от горизонтального или вертикального положения. При этом, в частности, используется математическая модель крана, параметры которой предварительно определяют и сохраняют в энергонезависимой памяти вычислительного устройства. Максимально допустимые значения указанных параметров могут быть определены расчетным путем при проектировании крана. Эти значения в общем случае являются функциями нагрузки и/или пространственного положения стрелы крана.

В третьем варианте предложенного способа защиты крана, также использующем аналогичные операции для выявления и предотвращения перегрузки крана, указанный технический результат достигается за счет того, что в процессе поворота крана дополнительно выявляют изменение углового положения его поворотной платформы относительно горизонтального положения. Далее с использованием этого изменения при помощи вычислительного устройства определяют отклонение ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения. В зависимости от величины этого отклонения, при помощи вычислительного устройства осуществляют определение и изменение допустимой величины нагрузки крана и/или изменение максимально допустимой скорости перемещения стрелы и/или сравнивают текущее значение этого отклонения с предварительно установленной и запомненной максимально допустимой величиной этого отклонения. По результатам этого сравнения формируют предупреждающий информационный сигнал или сигнал управления механизмами крана, направленный на блокирование поворота и/или на блокирование движения стрелы крана в сторону увеличения его грузового момента.

При этом вычисление отклонения ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения и/или необходимого изменения допустимой величины нагрузки осуществляется с использованием выходных сигналов измерителя угла азимута и измерителя углового положения поворотной платформы крана - инклинометра и при необходимости выходных сигналов датчика угла азимута. Измеритель углового положения поворотной платформы крана может быть размещен в кабине крана, в частности в корпусе вычислительного устройства с ориентацией оси его чувствительности параллельно плоскости перемещения стрелы крана.

Определение отклонения ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения может осуществляться перед началом работы крана в процессе поворота крановой установки на полный оборот.

Измерение угловых положений (углов наклона) составных частей грузоподъемного крана во всех вариантах предложенного способа осуществляется, преимущественно, относительно гравитационного поля Земли. Для измерения этих углов используются инклинометры-акселерометры, размещенные на соответствующих составных частях крана.

Из уровня техники неизвестно использование отличительные признаков предложенного способа в системах защиты стреловых грузоподъемных кранов от перегрузки.

Их реализация позволяет своевременно выявлять и предупреждать потенциальные угрозы возникновения аварийных ситуаций при выполнении грузоподъемных работ путем контроля изменения пространственного положения отдельных составных частей крана под воздействием нагрузки непосредственно в процессе подъема и перемещения груза с реализацией соответствующих защитных функций, а также путем противодействия изменению пространственного положения тех элементов конструкции грузоподъемного крана, перемещение которых на данной стадии подъема или перемещения груза не предусмотрено управляющими воздействиями крановщика.

Кроме того, пространственное положение отдельных конструкций (частей) крана в предложенном способе определяется косвенными методами - с помощью датчиков-инклинометров, расположенных на других конструкциях крана, и вычислительного устройства, использующего при своей работе математическую модель крана. Это позволяет упростить систему защиты за счет сокращения количества используемых датчиков и расширить ее функциональные возможности - реализовать защиту крана от перегрузки с использованием данных о пространственном положении тех составных частей крана, прямое измерение которых технически или экономически нецелесообразно.

Поэтому достижение указанных технических результатов находится в прямой причинно-следственной связи с отличительными признаками заявленного изобретения.

На чертеже в качестве примера приведена функциональная схема системы (прибора) безопасности, реализующей предложенный способ защиты стрелового грузоподъемного крана от перегрузки.

Система защиты (или система безопасности) грузоподъемного крана содержит вычислительное устройство 1, именуемое также электронным блоком, блоком индикации, блоком обработки данных, цифровым вычислителем и т.п., и датчики параметров работы грузоподъемного крана 2. Вычислительное устройство 1 выполнено на основе микроконтроллера 3, к которому подключены органы управления (кнопки, клавиши) 4, индикаторы (светодиодные, символьные жидкокристаллические и т.п.) 5, энергонезависимое запоминающее устройство 6, выполненное, в частности, в виде микросхем Flash-памяти, и устройство ввода/вывода информации 7.

Запоминающее устройство 6 выполнено с возможностью хранения данных, необходимых для реализации функций защиты грузоподъемного крана, а также данных встроенного регистратора параметров его работы. Для повышения информативности регистрации параметров и упрощения определения каких-либо интервалов времени в системе могут быть установлены часы реального времени, подключенные к микроконтроллеру 3 (не показаны).

Выходное устройство 8 содержит силовые ключи, выполненные в виде электромагнитных реле или силовых интегральных микросхем. Его входы подключены или к устройству ввода/вывода информации 7, или непосредственно к микроконтроллеру 3 при помощи отдельных проводов или мультиплексного канала обмена данными, а выходы - к исполнительным устройствам 9 крана, в качестве которых могут использоваться электромагнитные пускатели или электромагнитные клапаны, включенные в гидравлическую систему крана. Выходное устройство 8 может быть также объединено с устройством ввода/вывода информации 7. Если система безопасности имеет общий мультиплексный канал обмена данными, то выходное устройство 8 может быть выполнено на основе микроконтроллера и подключено к этому мультиплексному каналу обмена данными аналогично подключению датчиков 2. Отдельные датчики, например датчики положений органов управления краном, могут быть подключены непосредственно к выходному устройству 8.

Датчики 2 включают в себя датчик нагрузки грузоподъемного крана 10 - датчик усилия в грузовом или стреловом канате или датчики давления в гидроцилиндре подъема стрелы, датчик длины стрелы 11, выполненный в виде кабельного барабана с потенциометрическим датчиком угла его поворота, датчик угла наклона стрелы 12, датчик угла азимута 13, выполненный в виде потенциометра, и датчик угла наклона поворотной платформы крана 14. Отдельные датчики, показанные на чертеже, могут отсутствовать.

Система безопасности может содержать также дополнительные датчики пространственного положения отдельных составных частей крана 15, к которым относятся датчики наклона неповоротной части (ходового устройства), гуська или башни крана от горизонтального или вертикального положения, датчики линейного перемещения ходового устройства по крановому пути или грузовой тележки крана по его стреле и т.д.

Для измерения угловых положений различных составных частей крана относительно горизонтального положения или гравитационной вертикали (направления гравитационного поля Земли) в датчиках 12, 14 и 15 используются, преимущественно, микромеханические инклинометры-акселерометры.

В системе безопасности могут также использоваться датчик предельного подъема грузозахватного органа, датчик приближения к линии электропередачи, дискретные датчики перемещений органов управления краном, датчик хода грузовой лебедки и т.п. Конкретный набор датчиков зависит от конструкции грузоподъемного крана и варианта реализации предложенного способа.

Каждый из датчиков 2 (10...15) может быть выполнен либо с аналоговым, либо с цифровым выходом. В первом случае каждый датчик содержит первичный преобразователь (тензометрический мост, акселерометр, потенциометр и т.п.), выходной сигнал которого непосредственно или через расположенный в датчике усилитель/преобразователь при помощи отдельного провода подключается к соответствующему входу устройства ввода/вывода информации 7. Если датчик выполнен цифровым - с мультиплексным каналом обмена данными, то он в общем случае содержит последовательно соединенные первичный преобразователь, усилитель/преобразователь, микроконтроллер датчика и трансивер или драйвер мультиплексного канала обмена данными.

Соответственно, устройство ввода/вывода информации 7 системы защиты с аналоговыми датчиками содержит аналого-цифровой преобразователь, а системы с цифровыми датчиками - трансивер или контроллер мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN (Control Area Network), LIN (Local Interconnection Network) и т.п.

Система безопасности работает следующим образом.

Перед началом работы грузоподъемного крана крановщик с помощью органов управления 4, расположенных на установленном в кабине крана вычислительном устройстве (электронном блоке) 1, осуществляет ввод в микроконтроллер 3 параметров, определяющих режимы работа крана - положение выдвижных опор, кратность запасовки грузового полиспаста, наличие, длину и угол наклона гуська и т.д., если для данной конструкции крана ввод этих параметров является необходимым. Введенные параметры сохраняются в энергонезависимом запоминающем устройстве 6 или в памяти (в EEPROM) микроконтроллера 3.

Зона допустимых значений положения грузоподъемного (стрелового) оборудования крана вводится при задании крановщиком параметров координатной защиты и сохраняется в памяти микроконтроллера 3.

Управление грузоподъемным краном осуществляется крановщиком путем перемещения органов управления (рукояток, рычагов и т.п.), например, гидравлическими распределителями крана в соответствующих направлениях. Для осуществления какого-либо движения крана необходимо как наличие управляющего воздействия крановщика, так и отсутствие блокирования этого движения со стороны соответствующего исполнительного устройства 9.

При отсутствии перегрузки крана по грузовому моменту и при нахождении его стрелы в зоне допустимых положений по координатной защите микроконтроллер 3 формирует сигналы управления выходным устройством 8 и, соответственно, исполнительным устройством 9, разрешающие движения крана.

С помощью датчиков 2 реализуются каналы измерения параметров работы крана, характеризующих его загрузку и положение грузоподъемного (стрелового) оборудования. Микроконтроллер 3 вычислительного устройства 1 работает по программе, определенной при проектировании системы безопасности и предварительно записанной в его памяти или в запоминающем устройстве 6, и через устройство ввода/вывода информации 7 по мультиплексному каналу обмена данными или по отдельным линиям связи получает от датчиков 2 значения параметров работы грузоподъемного крана.

После получения информации от датчиков 2 микроконтроллер 3 по известным функциональным зависимостям определяет текущую нагрузку крана и положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования. При необходимости, для определения текущей нагрузки крана и/или текущего положения его стрелы или грузозахватного органа, микроконтроллером 3 осуществляются необходимые преобразования выходных сигналов датчиков 2. Это имеет место в случае, когда текущая нагрузка крана и/или положение его стрелы или грузозахватного органа измеряются косвенным образом, например при определении нагрузки стрелового гидравлического крана по давлениям в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра подъема стрелы.

Допустимые режимы нагружения в виде грузовых характеристик крана хранятся в памяти микроконтроллера или в запоминающем устройстве 6.

Далее микроконтроллер 3 вычислительного устройства 1 осуществляет сравнение текущей нагрузки (массы поднимаемого груза или грузового момента) крана с предельно допустимым значением нагрузки, а также сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной допустимых положений, заданных при введении координатной защиты, и, в зависимости от результатов этих сравнений, подает на выходное устройство 8 сигналы управления исполнительными устройствами 9. Благодаря этому формируются необходимые характеристики отключения движений крана и обеспечивается его автоматическая защита от перегрузки и от столкновений стрелового оборудования с препятствиями (координатная защита).

В случае отсутствия на кране исполнительных устройств 9, для ограничения параметров работы крана при их выходе за предельно допустимые значения, микроконтроллер 3 с помощью индикаторов 5 формирует световые и/или звуковые сигналы, предупреждающие крановщика о возникновении опасных режимов работы крана. Далее крановщик, ориентируясь на эти сигналы, воздействует на органы управления краном, приводя значения контролируемых параметров в допустимые пределы.

В процессе подъема и перемещения груза микроконтроллер 3 при помощи датчиков 12...15 дополнительно контролирует линейные и угловые положения тех составных частей крана, изменение положений которых не предусмотрено в текущей стадии процесса подъема и перемещения груза. Далее, путем вычисления разности результатов измерения текущего положения какой-либо составной части крана и его положения до начала подъема и перемещения груза, микроконтроллер 3 вычисляет величину изменения пространственного положения этой составной части во время подъема и перемещения груза.

Примером такого изменения, не предусмотренного управляющими воздействиями крановщика, является изменение наклона стрелы или гуська при подъеме груза грузовой лебедкой, в том числе при подъеме груза с земли. В этом режиме, несмотря на отсутствие сигналов управления подъемом/опусканием стрелы или гуська, из-за конечной жесткости элементов конструкции крана под воздействием возрастающей нагрузки происходит опускание стрелы или гуська с соответствующим увеличением вылета. Другим подобным примером является перемещение рельсового крана по крановому пути или грузовой тележки башенного крана по стреле при отсутствии сигналов управления этим перемещением.

Еще одним примером такого изменения является увеличение наклона поворотной платформы или неповоротной части крана при подъеме груза или при повороте крана с грузом. Характерной причиной этого изменения является продавливание грунта под выносными опорами крана при работе на мягком грунте. В этом случае, несмотря на то, что перед началом работы крана его неповоротная часть может быть установлена горизонтально с достаточной степенью точности, во время подъема груза увеличивается давление на опоры, что приводит к проседанию грунта и к возникновению наклона крана. При повороте крана с грузом в сторону просевшей опоры нагрузка на эту опору увеличивается, что приводит к увеличению ее проседания. Следствием этого является увеличение вылета и возникновение опасности опрокидывания крана.

В этих случаях внимание крановщика отвлечено контролем выполнения основных движений крана, что дополнительно увеличивает опасность этих непредусмотренных перемещений.

Для их предотвращения, в процессе подъема и/или перемещения груза, в случае выявления такого перемещения, при помощи микроконтроллера 3 и индикаторов 5 дополнительно формируется информационный сигнал, предупреждающий крановщика о возникновении опасной ситуации или о необходимости предотвращения этих перемещений - остановки крана в ручном режиме, включения каких-либо приводов, компенсирующих эти перемещения, и т.п.

Максимально допустимые значения этих перемещений могут быть предварительно определены, например, расчетным путем при проектировании крана, представлены в виде функции нагрузки и/или пространственного положения его стрелы и записаны в энергонезависимую память микроконтроллера 3 или в запоминающее устройство 6. В этом случае микроконтроллер 3 в процессе подъема и/или перемещения груза сравнивает выявленное значение изменения линейного или углового положения какой-либо составной части крана с его допустимой величиной и в зависимости от результатов этого сравнения формирует предупреждающий информационный сигнал. В случае необходимости, осуществляется автоматическое блокирование движений крана. Для этого, после указанного сравнения фактического и допустимого значений какого-либо перемещения, осуществляется отключение исполнительных устройств 9.

Например, если в процессе подъема груза грузовой лебедкой микроконтроллер 3 выявляет недопустимо большое изменение углового положения стрелы или гуська, то это свидетельствует о проседании грунта под опорами крана, о дефектах его металлоконструкций или о других отклонениях от нормальных режимов работы крана. В этом случае формируется предупреждающий информационный сигнал о недопустимости подъема груза или сигнал блокирования этого подъема.

В обоснованных случаях, при выявлении непредусмотренного изменения линейного или углового положения какой-либо составной части крана, может осуществляться ручное или автоматическое формирование сигнала управления приводом этой составной части крана, направленного на ее возврат в исходное положение.

Например, если в процессе подъема груза грузовой лебедкой микроконтроллер 3 выявляет изменение углового положения стрелы или гуська, то возможно принудительное включение привода подъема стрелы или гуська из условия компенсации изменения этого положения, т.е. обеспечение автоматической стабилизации вылета при увеличении нагрузки на кран в процессе подъема груза.

Кроме того, повышение безопасности работы крана при наличии перемещений его составных частей, не предусмотренных управляющими воздействиями крановщика, может быть обеспечено путем снижения максимально допустимой нагрузки крана и/или максимально допустимой скорости перемещения его стрелы в зависимости от величины выявленного перемещения. Степень этого снижения зависит от конструкции крана и определяется микроконтроллером 3 с использованием математической модели крана, параметры которой предварительно определяют и сохраняют в энергонезависимой памяти микроконтроллера 3 или в запоминающем устройстве 6.

С целью упрощения реализации системы защиты и расширения ее функциональных возможностей, в микроконтроллере 3 вычислительного устройства 1 может быть предусмотрено вычисление пространственного положения каких-либо составных частей крана с использованием датчиков, расположенных на других составных частях крана, с последующей реализацией описанных функций защиты крана, базирующихся на предотвращении непредусмотренных или недопустимо больших изменений пространственного положения этих частей. Эти вычисления осуществляются с использованием математической модели крана по программе, записанной в памяти программ микроконтроллера 3 или в запоминающем устройстве 6.

Например, из геометрических соображений очевидно, что угол наклона поворотной части крана относительно горизонтальной плоскости является функцией угла азимута и угла наклона ходового устройства или неповоротной платформы крана относительно горизонтальной плоскости

= + sin( ),

где - разность углов наклона поворотной и неповоротной частей крана, вызванная, в частности, наличием люфтов между ними.

Поэтому если в процессе поворота крана микроконтроллер 3 с помощью датчика 14 контролирует изменение углового положения его поворотной платформы относительно горизонтального положения, то с использованием приведенной формулы может быть вычислено отклонение ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения. Далее, в зависимости от величины этого отклонения , с помощью микроконтроллера 3 осуществляется определение и изменение допустимой величины нагрузки крана и/или изменение максимально допустимой скорости перемещения стрелы. При помощи микроконтроллера 3 возможно также сравнение текущего значения этого отклонения с предварительно установленной и запомненной максимально допустимой величиной с последующим формированием предупреждающего информационного сигнала или сигнала блокирования поворота крана или перемещения стрелы крана в сторону увеличения его грузового момента.

Поясним смысл этих вычислений.

Предположим, что ось чувствительности датчика угла наклона поворотной платформы 14 установлена параллельно плоскости перемещения стрелы крана. В этом случае, если перед началом подъема и перемещения груза неповоротная часть крана имеет наклон в плоскости, перпендикулярной этой оси чувствительности, то датчик 14 не может выявить наклон неповоротной части крана, даже если этот наклон имеет недопустимо большую величину. Однако, после поворота крана на относительно небольшой угол, микроконтроллер 3, контролируя характер изменения выходного сигнала датчика 14, вычисляет амплитуду синусоидальной зависимости и, соответственно, угол наклона неповоротной части крана. В случае, если этот угол является недопустимо большим, его своевременное выявление непосредственно в процессе работы крана обеспечивает повышение его безопасности. Для дополнительного повышения безопасности работы крана величина этого угла наклона может быть использована микроконтроллером 3 вычислительного устройства 1 для уточнения величины допустимой нагрузки грузоподъемного крана.

С целью упрощения вычислений, перед началом работы крана может осуществляться полный оборот крановой установки без груза. В этом случае величина отклонения ходового устройства или неповоротной части крана от горизонтального положения может быть определена как половина изменения выходного сигнала датчика углового положения поворотной платформы крана 14 от минимума до максимума: =( _max- _min)/2.

Из изложенного следует, что реализация предложенного технического решения обеспечивает повышение безопасности работы крана за счет реализации функций защиты от перегрузки с учетом изменения пространственного положения составных частей крана в процессе подъема и перемещения груза, в том числе тех составных частей крана, перемещение которых на данной стадии подъема или перемещения груза не предусмотрено управляющими воздействиями крановщика. Дополнительно обеспечивается упрощение и расширение функциональных возможностей системы защиты крана за счет определения пространственного положения его отдельных составных частей при помощи инклинометров, расположенных на других составных частях крана, с реализацией соответствующих защитных функций.

Источники информации

1. SU 1654256 A1, МПК 5 В66С 23/90, 07.06.1991.

2. Сушинский В.А.,Маш Д.М., Шишков Н.А. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Честь 1. - М.: Центр учебных и информационных технологий, 1996, раздел 2, стр.1.

3. US 5251768, МПК 7 В66С 13/06, 23/84, 13/04, 23/00, 12.10.1993.

4. SU 1533990 A1, МПК 5 В66С 15/00, 17.01.1990.

5. SU 1791345 A1, МПК 5 В66С 13/22, 24.03.1998.