Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, более конкретно к устройствам безопасности - ограничителям грузоподъемности кранов, в частности стреловых.
Известен ограничитель грузоподъемности рычажного типа [1] .
Он содержит рычаг, один конец которого шарнирно закреплен на раме крана, а другой связан с грузовым канатом. Рычаг уравновешен пружиной и при перегрузке может воздействовать на конечный выключатель.
При установке известного ограничителя необходимо соблюдать точность, так как ошибка в установке в 1о влечет за собой погрешность в 1% . Однако в процессе работы на ограничитель действуют силы трения и колебаний, поэтому его срабатывание происходит с большими погрешностями, что и является его недостатком.
Известен также взятый в качестве прототипа ограничитель грузоподъемности стрелового крана [2] .
Ограничитель состоит из закрепленного на оси разноплечего рычага, причем к короткому плечу прикреплен грузовой канат, а длинное плечо подпружинено и через гибкую связь соединено с механизмом отключения подъема груза, отключающего кран в случае его перегруза.
Недостатком известного ограничителя является то, что его конструкция не позволяет обеспечить работу крана по паспортной характеристике, ограничитель срабатывает при увеличении перегруза более допустимых 10% , поэтому кран эксплуатируется с перегрузом, нарушается техника безопасности, повышается износ крана. Из-за большой погрешности срабатывания известные ограничители почти не применяются.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности срабатывания ограничителя путем достижения паспортных характеристик крана, что приведет к более полному использованию возможностей крана.
Цель достигается тем, что в известном ограничителе грузоподъемности стрелового крана, содержащем закрепленный на оси разноплечий рычаг, короткое плечо которого связано с грузовым канатом, а длинное подпружинено и связано с механизмом отключения подъема груза, согласно изобретению короткое плечо рычага выполнено под углом относительно оси длинного плеча, причем угол β определен по двум точкам грузовой характеристики крана, а именно: начальной - при наибольшем угле наклона стрелы α10 (вылет стрелы минимальный) и соответствующем наибольшем рабочем грузе Qmах1 и конечной - при наименьшем угле наклона стрелы α20 (вылет стрелы максимальный) и соответствующем наибольшем рабочем грузе Qmах2 по формуле:
tgβ= 
; где β0 - острый угол между продольными осями короткого и длинного плеч рычага;
Qmах1 - максимально допустимый вес поднимаемого груза при наибольшем угле наклона стрелы к горизонтали;
Qmах2 - максимально допустимый вес поднимаемого груза при наименьшем угле наклона стрелы к горизонтали;
α10- наибольший угол наклона стрелы с грузом к горизонтали;
α20- наименьший угол наклона стрелы с грузом Qmах2 к горизонтали.
Сопоставительный с прототипом анализ показывает, что новым в заявленном ограничителе грузоподъемности является выполнение короткого плеча рычага под углом к оси длинного плеча, причем угол β определен с учетом наибольшего и наименьшего углов наклона стрелы и соответствующих им наибольшим весам рабочих грузов. Таким образом эти признаки обеспечивают соответствие технического решения критерию "Новизна". Выполнение короткого плеча рычага под углом к оси длинного, который (угол) определен по заявляемой зависимости, где учтены величины веса наибольшего рабочего груза при наибольшем и наименьшем углах наклона стрелы крана, обеспечивает ограничителю новое свойство: достижение им паспортных характеристик крана, что ведет к получению нового положительного эффекта, превышающего известный - уменьшению погрешности и повышению точности срабатывания ограничителя.
Наличие нового положительного эффекта, превышающего известный, позволяет сделать вывод о том, что новая заявляемая совокупность признаков соответствует критерию "Существенные отличия". Кроме того, при сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, не обнаружены решения, обладающие сходными признаками, обеспечивающими ему новые свойства. Это также позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "Существенные отличия".
На чертеже изображен ограничитель грузоподъемности стрелового крана.
Ограничитель грузоподъемности состоит из равноплечего рычага 1, закрепленного на оси 2 и установленного на стреле 3 крана. Короткое плечо 4 рычага 1 выполнено под углом β по отношению к оси длинного плеча 5 рычага 1, причем угол β рассчитан по заявляемой зависимости. На коротком плече 4 рычага 1 закреплен грузовой канат 6, связанный с полиспастом 7, к которому подвешен крюк 8. Длинное плечо 5 рычага 1 через промежуточное звено 10 связано с пружиной 9 и взаимодействует с механизмом 11 отключения привода подъема груза, в данном случае, с конечным выключателем. Промежуточное звено 10 может состоять, например, из серьги с коленчатым рычагом, к удлиненному концу которого прикреплена на канатике пружина. На представленном чертеже равноплечий рычаг 1 установлен на стреле 3 под углом ϕ , образованным их осями. Между осью стрелы 3 и горизонтальной плоскостью образован угол α . Кроме того, на чертеже показано усилие S пружины 9, Q - вес груза.
Ограничитель грузоподъемности стрелового крана работает следующим образом.
При монтаже ограничителя на головной части стрелы 3 холостая ветвь грузового каната 6, закрепленная на коротком плече 4 рычага 1, должна находиться в строго вертикальном положении, а длинное плечо 5 рычага 1 под весом наибольшего рабочего груза на крюке 8 при соответствующем угле наклона стрелы (вылете стрелы 3) должно занимать положение, строго параллельное оси стрелы 3 крана, что достигается правильной установкой и регулировкой натяжения пружины 9. Во время эксплуатации крана при подвешенном на крюке 8 грузе момент от веса поднимаемого груза заставляет рычаг 1 преодолевать усилие пружины 9 и повернуться вокруг оси 2 на определенный угол. При превышении веса груза при данном вылете стрелы 3 рычаг 1 поворачивается вокруг оси 2 настолько, что воздействует на механизм 11 отключения, и подъем груза прекращается.
Заявляемый ограничитель грузоподъемности применим на кранах с обычной стрелой постоянной длины, решетчатой или иной конструкции. При изменении длины стрелы за счет установки или демонтажа дополнительных секций одновременно производится замена рычага 1 ограничителя грузоподъемности на рычаг 1 с соответствующим углом, который определяется для каждой конкретной длины стрелы по заявляемой формуле. После установки рычага 1 производят регулировку усилия пружины 9.
Для подтверждения достижения положительного эффекта и одновременно достоверности заявляемой зависимости приводят последовательность и код вывода формулы, а также табл. 1-3, в которых: в графах 1-3 приведены сведения из паспорта крана марки Э-1258 Воронежского экскаваторного завода, а в графах 4-11 отражены все полученные в результате расчетов данные, в графе 12 в процентах показано отклонение веса наибольшего рабочего груза, поднимаемого краном с ограничителя, от паспортной характеристики. Для вывода заявляемой зависимости приняты следующие обозначения:
β0- угол отклонения оси короткого плеча рычага от оси длинного;
α10- угол наклона стрелы крана наибольший;
α20- угол наклона стрелы крана наименьший;
Q - вес наибольшего рабочего груза при соответствующем угле наклона стрелы (по грузовой характеристике в паспорте крана);
Qmах1 - максимально допустимый вес груза при наибольшем угле наклона стрелы;
Qmах2 - максимально допустимый вес груза при наименьшем угле наклона стрелы;
S - усилие, действующее на пружину 9 рычага 1;
n - кратность грузового полиспаста. Для стрел длиной 12,5 м и 15,0 м принято n = 4, для стрел длиной 17,5 м и более n = 2.
А - длина короткого плеча 4 рычага 1 (условно равно 1),
В - длина длинного плеча 5 рычага 1 (условно равно 2).
Расчет угла начат с составления уравнения, которое обеспечивает равенство моментов короткого 4 и длинного 5 плеч рычага 1: откуда 
A·Cos(α+β) = S·B;
Величина S усилия пружины 9 определена для каждой длины стрелы из граф 1,9 и занесена в графу 10 таблиц. Эта величина теоретическая и необходима только для расчета веса наибольшего рабочего груза, при котором срабатывает заявляемый ограничитель грузоподъемности. Практически же величина S пружины 9 намного меньше и зависит от того, насколько вынесена пружина 9 от оси длинного плеча 5 рычага 1 и коэффициента редукции усилия промежуточного звена 10, откуда
Q = 
;
Величина Q - вес наибольшего рабочего груза, при котором срабатывает ограничитель грузоподъемности, занесена в графу 11 таблиц. Так как предельная длина хода подпружиненной пружиной 9 точки длинного плеча 5 рычага 1 должна быть постоянной, что обусловлено срабатыванием механизма 11 отключения, то и предельное значение усилия S на пружину 9 рычага 1 во всех случаях грузовой характеристики при данной длине стрелы будет постоянно, тогда
S = 
;
S = 
; отсюда приравнивают оба уравнения и производят преобразования:
= 
; Qmax1˙Cos(α1+β)= Qmax2Cos(α2+β); т. к. Cos(α±β)= Cosα˙Cosβ±Sinα˙Sinβ; Qmax1˙Cosα1˙Cosβ+Qmax1˙Sinα1˙Sinβ= Qmax2˙Cosα2˙Cosβ+Qmax2˙Sinα2˙Sinβ; Cosβ(Qmax1˙Cosα1-Qmax2˙Cosα2)= Sinβ(Qmax2˙Sinα2-Qmax1˙Sinα1);
Sinβ = 
;
tgβ = 
;
Грузовые характеристики ограничителей грузоподъемности крана представлены в табл. 1 (ограничитель грузоподъемности (ОГП) по прототипу, (рычаг прямой) стрела длиной 12,5 м).
ОГП по заявляемому изобретению, стрела длиной 12,5 м (табл. 2).
ОГП по заявляемому изобретению, скорректированный (грузоподъемность увеличена на 4% ), стрела длиной 12,5 м (табл. 3).
Из табл. 1 можно сделать вывод о том, что ограничитель грузоподъемности, взятый в качестве прототипа, имеет отклонения от паспортной характеристики в плюсовую сторону, т. е. он срабатывает с запаздыванием, допускает перегруз крана. Заявляемый же ограничитель (табл. 2) в начальной и конечной точках графика кривой грузоподъемности вообще не имеет отклонений, т. е. срабатывает точно, а в промежуточных значениях имеет минусовые отклонения, что свидетельствует о срабатывании ограничителя при недогрузе крана в промежуточных значениях. Учитывая, что допускается перегруз крана до 10% , значения графы 12 заявляемого изобретения можно привести в большее соответствие с паспортной характеристикой крана, скорректировав расчеты. Для этого нужно увеличить значение грузоподъемности крана при наибольшем угле наклона стрелы 3 и значение грузоподъемности при наименьшем угле наклона стрелы, определяемые грузовой характеристикой, на процент недогруза и снова пересчитать угол β. Как видно из графы 12 табл. 3, при скорректированном угле β в пределах допустимых 10% перегруза заявляемый ограничитель грузоподъемности срабатывает так, что возможности крана используются полностью.
Предлагаемый ограничитель грузоподъемности стреловых кранов прост в изготовлении, дешев, надежен в эксплуатации, обеспечивает безопасную, бесперебойную работу крана, позволяя полностью использовать его возможности, исключая его работу с недогрузом или перегрузом.
Использование: устройства безопасности - ограничители грузоподъемности стреловых кранов. Сущность изобретения: ограничитель содержит закрепленный на оси разноплечий рычаг, короткое плечо которого связано с грузовым канатом, а длинное подпружинено и связано с механизмом отключения подъема груза. Новым в ограничителе является его выполнение. Короткое плечо рычага выполнено под углом относительно оси длинного плеча. Угол определен с учетом максимально и минимально допустимых весов груза и величины наклона стрелы крана по формуле. Положительный эффект: повышается точность срабатывания ограничителя по характеристикам, соответствующим паспортным, полностью используются возможности крана, исключается его работа с недогрузом или перегрузом. 1 ил. , 3 табл.
ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ СТРЕЛОВОГО КРАНА, содержащий закрепленный на оси разноплечий рычаг, связанный своим коротким плечом с грузовым канатом, а длинным, подпружиненным - с механизмом отключения привода подъема груза, отличающийся тем, что рычаг выполнен с расположением продольной оси его короткого плеча под острым углом к продольной оси его длинного плеча, определяемым соотношением
tgβ= 
,
где β - острый угол между продольными осями короткого и длинного плеч рычага, o;
Qmax1 - максимально допустимый вес поднимаемого груза при наибольшем угле наклона стрелы к горизонтали;
Qmax2 - максимально допустимый вес поднимаемого груза при наименьшем угле наклона стрелы к горизонтали;
α1 - наибольший угол наклона стрелы с грузом Qmax1 к горизонтали, o;
α2 - наименьший угол наклона стрелы с грузом Qmax2 к горизонтали, o.
