Способ предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном и устройство для его реализации

Способ предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном и устройство для его реализации

Реферат

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам управления и защиты грузоподъемных кранов.

Известны способ и устройство управления и защиты грузоподъемных кранов, в котором инициирование и останов подъема крюковой обоймы производится оператором (крановщиком), который производит учет установки крюковой обоймы над грузом, возможный прогиб стрелы и динамики перемещающегося груза интуитивно в соответствии со своей квалификацией. Если в момент отрыва груза от земли канаты, на которых висит груз, не будут занимать вертикальное положение, груз начнет раскачиваться, что вызовет затрату времени на гашение колебаний, а в некоторых случаях нарушение безопасной работы в результате соударения груза с конструкцией крана или другими объектами на стройплощадке.

Гашение колебаний производится путем отключения приводов механизмов либо непосредственно, либо с незначительной выдержкой времени, предназначенной для исключения влияния динамических помех, если отключение происходит в результате срабатывания систем защиты (Патент Российской федерации 2116240 с приоритетом от 31.03.1997 г.).

Недостатком этих способов и устройств является то, что во время управления краном не учитывается динамика перемещающегося груза, так как колебания груза имеют довольно низкую частоту. В отличие от динамических помех отфильтровать эти колебания невозможно, так как для них постоянная времени фильтра имеет значительный уровень (несколько секунд), что недопустимо для срабатывания устройств защиты. Наличие же колебаний груза связано со снижением производительности и энергетическими потерями.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа управления и защиты грузоподъемных кранов за счет создания такого режима управления приводами механизмов крана, при котором обеспечивается предотвращение раскачивания груза при подъеме, что приводит к сокращению рабочего цикла.

Цель достигается тем, что в способе предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном, заключающемся в том, что путем воздействия на органы управления краном производится запуск и отключение приводов механизмов, перемещающих оборудование крана, предусмотрено применение датчика углового положения канатов, на которых висит крюковая обойма, сигнал которого сравнивается с сигналом блока задания допустимого углового отклонения канатов посредством трехпозиционного компаратора контроля углового положения канатов, а для контроля силы натяжения грузовых канатов производится измерение нагрузки, вычисляется изменение натяжения канатов, которое сравнивается с сигналом допустимого уровня этого изменения посредством двухпозиционного компаратора контроля изменения натяжения, причем

в случае отсутствия изменения натяжения канатов (до начала подъема или когда груз поднят с земли) способ предусматривает возможность осуществления режима подъема, а

при изменении натяжения канатов способ предусматривает режим подъема груза с земли, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует их вертикальное положение, и режим углового перемещения стрелы в вертикальной плоскости (или перемещения каретки в случае крана с балочной стрелой) для постоянного поддержания канатов в вертикальном положении, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует отклонение канатов от вертикального положения, причем

направление перемещения стрелы (или перемещения каретки) определяется направлением углового отклонения канатов, фиксируемым трехпозиционным компаратором, и

при перемещении стрелы (или каретки) осуществляется режим опускания (ослабления натяжения канатов).

Другой целью изобретения является создание надежного устройства оптимального управления для предотвращения раскачивания груза.

Цель достигается тем, что устройство предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном, содержит

блок, воспринимающий сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы,

датчик контроля углового положения канатов относительно вертикали, выход которого подключен к первому входу трехпозиционного компаратора, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого углового отклонения канатов,

измеритель нагрузки крана, выход которого подключен к входу блока контроля изменения натяжения канатов, выход которого подключен к первому входу двухпозиционного компаратора, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого изменения натяжения, причем

выход блока, воспринимающего сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы, соединен с первым входом первого логического элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ,

первый выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен со вторым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого блока усиления,

второй выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом третьего логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с входом второго блока усиления и первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом третьего блока усиления,

третий выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с входом четвертого блока усиления и первым входом второго логического элемента ИЛИ.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Предлагаемый способ предназначен для обеспечения возможности предотвращения раскачивания груза путем автоматического управления и защиты крана и груза от столкновений при заданной производительности. Способ предполагает силовое управление на этапе подъема груза, обеспечивающее активные меры по снижению динамической погрешности системы (гашению колебаний груза), снижению динамических нагрузок на кран, повышающих безопасность и производительность работ.

После того как оператор (крановщик) начнет подъем крюковой обоймы с грузом, кран начнет нагружаться, в результате чего стрела прогнется, изменяя вылет и положение грузовых канатов относительно первоначального положения. Это изменение зависит как от массы поднимаемого груза, так и от первоначальной установки точки подвеса грузовых канатов (оголовка стрелы в случае крана с маховой стрелой или каретки в случае башенного крана с балочной стрелой).

Для того чтобы подъем производился при строго вертикально висящих канатах, необходимо произвести изменение вылета перемещением стрелы (или каретки в случае башенного крана), причем величина этого перемещения зависит от массы поднимаемого груза и величины первоначального смещения точки подвеса от вертикали, проходящей через крюк, а направление перемещения зависит от случайного первоначального положения точки подвеса относительно вертикали. В связи с этим способ предполагает измерение углового смещения грузовых канатов относительно вертикали.

Вместе с тем во время подъема груза (до отрыва его от земли) постоянно происходит изменение нагрузки на кран, прогиб стрелы и продолжается смещение точки подвеса от вертикали. Поэтому для точного позиционирования стрелы (или каретки) необходимо контролировать процесс нагружения, в связи с чем способ предполагает измерение нагрузки (массы груза или момента опрокидывания), а для сокращения количества переключений движений крюковой обоймы и стрелы (или каретки) способ предполагает контроль окончания нагружения, например, путем контроля производной от изменения нагрузки.

Таким образом, реализация способа включает следующие этапы.

A) Крюковая обойма подводится к грузу, проводится строповка. Точка подвеса грузовых канатов находится в случайном положении относительно вертикали. Крановщик инициирует подъем крюковой обоймы.

Б) Когда груз на земле, то при отсутствии нагрузки на кран (сигнал нагрузки минимален) и вне зависимости от наклона канатов создается сигнал на подъем крюковой обоймы.

B) При подъеме груза в результате нагружения крана контролируемая производная от изменения нагрузки обеспечивает создание сигнала разрешения маневра стрелой. В случае отклонения канатов от вертикали на установленный угол, то в зависимости от знака отклонения создается сигнал на движение (подъем или опускание) стрелы (или каретки). При наличии такого сигнала создается сигнал на блокировку подъема и опускание крюковой обоймы.

Г) Движение стрелы (или каретки) продолжается до момента принятия канатами вертикального положения. В результате контроля и определения вертикального положения производится отключение движения стрелы и возобновление подъема крюковой обоймы.

Д) Прекращение автоматического подъема крюковой обоймы происходит в результате контроля прекращения изменения нагрузки (например, по сигналу равенства нулю производной от изменения нагрузки, когда груз поднят от земли) и продолжается только в результате инициирующего воздействия крановщика.

Устройство управления, реализующее описанный способ, содержит блок, воспринимающий сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы 1 и датчик контроля углового положения канатов относительно вертикали 2, выход которого подключен к первому входу трехпозиционного компаратора 3, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого углового отклонения канатов 4.

Компаратор 3 имеет три выхода:

- сигнал "1" на первом выходе соответствует вертикальному положению канатов, когда сигнал U датчика 2 находится в зоне 2 δ, задаваемой блоком 4: U-δ<U<U+δ;

- сигнал "1" на втором выходе соответствует положению канатов, когда сигнал U датчика 2 удовлетворяет неравенству: U-δ<U;

- сигнал "1" на третьем выходе соответствует положению канатов, когда сигнал U датчика 2 удовлетворяет неравенству: U<U+δ.

Устройство содержит также измеритель нагрузки крана 5, выход которого подключен к входу блока контроля изменения натяжения канатов 6, а выход блока 6 подключен к первому входу компаратора 7, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого изменения натяжения 8.

Компаратор 7 имеет два выхода:

- сигнал "1" на первом выходе соответствует изменению нагрузки, когда сигнал изменения больше допустимого значения Δ_а>Δ_адоп;

- сигнал "1" на втором выходе соответствует изменению нагрузки, когда сигнал изменения меньше допустимого значения Δ_а<Δ_адоп.

Устройство включает в себя также логическую схему из следующих элементов, объединенных соответствующими связями.

Первый вход логического элемента И 9 соединен с выходом блока 1, второй вход соединен с первым выходом компаратора 7, а выход логического элемента И 9 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 10.

Первый вход логического элемента И 11 соединен с первым выходом компаратора 3, второй соединен со вторым выходом компаратора 7, а выход логического элемента И 11 соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ 10. Выход логического элемента ИЛИ 10 соединен с входом первого блока усиления 12.

Первый вход логического элемента И 13 соединен со вторым выходом компаратора 3, второй соединен со вторым выходом компаратора 7, а выход логического элемента И 13 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 14 и входом второго блока усиления 15. Выход логического элемента ИЛИ 14 соединен с входом третьего блока усиления 16.

Первый вход логического элемента И 17 соединен с третьим выходом компаратора 3, второй соединен со вторым выходом компаратора 7, а выход логического элемента И 17 соединен со вторым входом логического элемента ИЛИ 14 и входом четвертого блока усиления 18.

Блок 1 представляет собой, например, логическое устройство, воспринимающее сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы и изменяющее состояние логического устройства.

Датчик контроля углового положения канатов относительно вертикали 2 представляет собой, например, датчик углового перемещения, устанавливаемый в области подвески канатов. Входной перемещаемый узел датчика имеет привод от поводка, скользящего по одному из канатов.

Измеритель нагрузки крана 5 представляет собой, например, датчик усилия или давления, которые входят в обязательный для кранов ограничитель грузоподъемности.

Измеритель может включать в себя входящий в состав ограничителя грузоподъемности вычислитель массы груза.

Блок контроля изменения натяжения канатов 6 представляет собой, например, устройство для вычисления производной по изменению нагрузки на кран (усилия в канатах).

Задатчики 4 и 8 представляет собой, например, регулируемые опорные элементы для контроля превышения сигналами датчика 2 и блока 6 допустимого уровня.

Компаратор 3 представляет собой стандартное трехпозиционное сравнивающее устройство.

Компаратор 7 представляет собой стандартное двухпозиционное сравнивающее устройство.

Блоки усиления 12, 15, 16 и 18 представляет собой, например, усилители мощности для управления приводами крана. Они могут содержать также преобразователи сигналов в соответствии с особенностями крановых приводов.

Устройство работает следующим образом.

После подачи крановщиком сигнала на подъем груза на выходе блока 1 появляется сигнал логической "1", который передается на первый вход логической схемы И 9.

При этом, так как груз находится на земле, нагрузка на кран минимальна и неизменна, на выходе блока контроля изменения натяжения канатов 6 присутствует сигнал логического "0". Этот сигнал меньше установленного задатчиком 8 значения, в результате чего компаратор 7 устанавливается в состояние, когда на его первом выходе создается сигнал логической "1", а на втором выходе сигнал логического "0".

Сигнал логической "1" компаратора 7 передается на второй вход логической схемы И 9, в результате чего на выходе последней создается сигнал логической "1" и, следовательно, на выходе логической схемы ИЛИ 10 создается также сигнал логической "1", который поступает на усилитель 12, обеспечивая подъем груза. Сигнал логического "0" компаратора 7 при этом, создавая на входе и, соответственно, на выходе логических схем И 13 и 17 сигналы логического "0" (и отсутствие разрешающих сигналов на входах усилителей 15, 16, 18), блокирует другие движения.

С началом подъема нагрузка на кран, контролируемая измерителем 5, возрастает и на выходе блока 6 создается сигнал логической "1". Этот сигнал больше установленного задатчиком 8 значения, в результате чего компаратор 7 устанавливается в состояние, когда на его первом выходе создается сигнал логического "0", а на втором выходе сигнал логической "1". В результате сигнал "1" на подъем груза по цепи логической схемы И 9 прекращается.

Сигнал логической "1" на втором выходе компаратора 7 создает на вторых входах логических схем И 11, 13 и 17 сигналы логической "1", а на первых входах этих схем сигнал логической "1" будет зависеть от состояния компаратора 3 и, соответственно, сигнала на выходе датчика 2. При вертикальном положении канатов сигнал логической "1" будет присутствовать на первом выходе компаратора 3, первом входе и выходе логической схемы И 11, на выходе логической схемы ИЛИ 10 и подъем продолжится.

Если окажется, что во время нагружения канаты примут наклонное положение, датчик 2 создаст сигнал, превышающий уровень сигнала задатчика 4, и компаратор 3 устанавливается в состояние, когда на его втором или третьем выходе (в зависимости от направления наклона канатов) создается сигнал логической "1". Этот сигнал передается на вход или логической схемы И 13, или 17, создавая на выходе одной из них сигнал логической "1", и подключение одного из блоков усиления 15 или 18 и подключение привода стрелы (или каретки) для приведения канатов в вертикальное положение. При этом сигнал логической "1" схем И 13 или 17 подается на первый или второй вход логической схемы ИЛИ 14, которая подключает блок усиления 16, подключающий привод опускания груза (ослабления натяжения канатов).

Это движение автоматически будет продолжаться до установки канатов в вертикальное положение, в результате чего на первом выходе компаратора 3, первом входе и выходе логической схемы И 11, на выходе логической схемы ИЛИ 10 будет присутствовать сигнал логической "1" и подъем (нагружение) возобновится.

Подобное автоматическое переключение движений будет продолжаться до отрыва груза от земли, когда изменение нагрузки прекратится, на выходе блока контроля изменения натяжения канатов 6 создастся сигнал логического "0", в результате чего компаратор 7 устанавливается в состояние, когда на его первом выходе создается сигнал логической "1", который передается на второй вход логической схемы И 9, в результате чего на ее выходе и выходе логической схемы ИЛИ 10 создается сигнал логической "1", который поступает на усилитель 12, что обеспечивает дальнейший подъем груза.

Предложенное устройство может быть установлено параллельно органам управления краном с возможностью вмешательства крановщика в процесс управления, но может создавать запрет на вмешательство.

1. Способ предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном, заключающийся в том, что путем воздействия на органы управления краном производится запуск и отключение приводов механизмов, перемещающих оборудование крана, отличающийся тем, что способ предусматривает применение датчика углового положения канатов, на которых висит крюковая обойма, сигнал которого сравнивается с сигналом блока задания допустимого углового отклонения канатов посредством трехпозиционного компаратора контроля углового положения канатов, а для контроля силы натяжения грузовых канатов производится измерение нагрузки, вычисляется изменение натяжения канатов, которое сравнивается с сигналом допустимого уровня этого изменения посредством двухпозиционного компаратора контроля изменения натяжения, причем в случае отсутствия изменения натяжения канатов до начала подъема или когда груз поднят с земли предусматривают возможность осуществления режима подъема, а при изменении натяжения канатов предусматривают режим подъема груза с земли, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует их вертикальное положение, и режим углового перемещения стрелы в вертикальной плоскости для постоянного поддержания канатов в вертикальном положении, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует отклонение канатов от вертикального положения, причем направление перемещения стрелы определяется направлением углового отклонения канатов, фиксируемого трехпозиционным компаратором, и при перемещении стрелы осуществляется режим опускания или ослабления натяжения канатов.

2. Способ предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном, заключающийся в том, что путем воздействия на органы управления краном производится запуск и отключение приводов механизмов, перемещающих оборудование крана, отличающийся тем, что способ предусматривает применение датчика углового положения канатов, на которых висит крюковая обойма, сигнал которого сравнивается с сигналом блока задания допустимого углового отклонения канатов посредством трехпозиционного компаратора контроля углового положения канатов, а для контроля силы натяжения грузовых канатов производится измерение нагрузки, вычисляется изменение натяжения канатов, которое сравнивается с сигналом допустимого уровня этого изменения посредством двухпозиционного компаратора контроля изменения натяжения, причем в случае отсутствия изменения натяжения канатов до начала подъема или когда груз поднят с земли предусматривают возможность осуществления режима подъема, а при изменении натяжения канатов способ предусматривает режим подъема груза с земли, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует их вертикальное положение, и перемещения каретки для постоянного поддержания канатов в вертикальном положении, когда трехпозиционный компаратор контроля углового положения канатов фиксирует отклонение канатов от вертикального положения, причем направление перемещения каретки определяется направлением углового отклонения канатов, фиксируемого трехпозиционным компаратором, и при перемещении каретки осуществляется режим опускания или ослабления натяжения канатов.

3. Устройство предотвращения раскачивания при подъеме груза грузоподъемным краном, содержащее органы управления перемещением оборудования крана, отличающееся тем, что содержит блок, воспринимающий сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы, датчик контроля углового положения канатов относительно вертикали, выход которого подключен к первому входу трехпозиционного компаратора, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого углового отклонения канатов, измеритель нагрузки крана, выход которого подключен к входу блока контроля изменения натяжения канатов, выход которого подключен к первому входу двухпозиционного компаратора, ко второму входу которого подключен блок задания допустимого изменения натяжения, причем выход блока, воспринимающего сигнал кранового органа управления подъемом крюковой обоймы, соединен с первым входом первого логического элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ, первый выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом второго логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен со вторым входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого блока усиления, второй выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом третьего логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с входом второго блока усиления и первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом третьего блока усиления, третий выход трехпозиционного компаратора соединен с первым входом четвертого логического элемента И, второй вход которого соединен со вторым выходом двухпозиционного компаратора, а выход соединен с входом четвертого блока усиления и первым входом второго логического элемента ИЛИ.