СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫМ СТРЕЛОВЫМ КРАНОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B66C13/18 B66C23/90 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты от перегрузок, повреждений и от опасного приближения к линии электропередач стреловых грузоподъемных кранов.

Известен способ управления стреловым грузоподъемным краном, содержащим систему безопасности, путем одновременного формирования аналоговых и дискретных сигналов, несущих информацию о режимах работы крана, а также одновременной параллельной передачи и одновременного приема этих сигналов [1, 2].

Реализующее его устройство содержит электронный блок, к которому по радиальной схеме (при помощи отдельных проводов) через кабельный барабан подключены аналоговые и дискретные датчики оголовка стрелы - датчик приближения к линии электропередач (ЛЭП) и концевой выключатель предельной высоты подъема грузозахватного органа [1].

Применение параллельного обмена информацией с помощью отдельных проводов между электронным блоком и датчиками, расположенными на оголовке стрелы, предопределяет невозможность управления нагрузками оголовка стрелы (габаритным фонарем и фарой) ввиду ограниченности числа цепей в кабельном барабане, соединяющем невыдвигаемую и выдвигаемую секции телескопической стрелы грузоподъемного крана.

Более совершенным и наиболее близким к предложенному является способ управления грузоподъемным стреловым краном, имеющим систему безопасности с датчиком приближения к ЛЭП и датчиком предельного подъема грузозахватного органа, подключенными к контроллеру, расположенному на оголовке стрелы, заключающийся в получении выходных сигналов упомянутых датчиков, преобразовании их в частотно-импульсный или широтно-импульсный сигнал и передаче этого сигнала по линии связи от контроллера, расположенного на оголовке стрелы, к другому контроллеру системы безопасности, расположенному за пределами выдвигаемой секции стрелы [3].

Устройство для осуществления этого способа, наиболее близкое к предложенному, содержит контроллер оголовка стрелы, вывод питания и линия связи которого через кабельный барабан соединены с одноименными выводами другого контроллера системы безопасности, а информационные входы контроллера оголовка стрелы подключены к антенне датчика ЛЭП и к концевому выключателю верхнего подъема грузозахватного органа [3].

Принципиальным недостатком известного технического решения является однонаправленность линии связи (мультиплексная линия связи не используется). Это исключает возможность управления габаритным фонарем, фарой и другими нагрузками оголовка стрелы и, соответственно, значительно снижает функциональные возможности системы безопасности.

Поэтому фара на оголовке стрелы, как правило, не устанавливается, а для включения габаритного фонаря применяется либо дополнительная цепь в кабельном барабане (с присущими этому техническому решению недостатками), либо габаритный фонарь включается параллельно цепи питания датчика приближения к ЛЭП (к цепи питания контроллера оголовка стрелы). В последнем случае, при необходимости включения габаритного фонаря в транспортном положении стрелы, приходится включать напряжение питания всей системы безопасности, что приводит к увеличению энергопотребления и к дополнительному расходу ресурса системы безопасности.

Задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является расширение функциональных возможностей системы за счет обеспечения возможности управления габаритным фонарем и фарой оголовка стрелы.

В предложенном способе управления грузоподъемным стреловым краном, имеющим систему безопасности с аналоговым и дискретным датчиками, в частности датчиком приближения к ЛЭП и датчиком предельного подъема грузозахватного органа, подключенными к контроллеру, расположенному на оголовке стрелы, заключающемся в получении выходных сигналов упомянутых датчиков, преобразовании их и передаче этих сигналов по линии связи от контроллера, расположенного на оголовке стрелы, к другому контроллеру системы безопасности, указанный технический результат достигается благодаря тому, что осуществляют управление габаритным фонарем или фарой путем подключения его (ее) к выходу контроллера оголовка стрелы, причем сигнал управления габаритным фонарем или фарой с органа управления, подключенного к управляющему входу соответствующего контроллера системы безопасности, по мультиплексной линии связи подают на контроллер оголовка стрелы для упомянутого управления габаритным фонарем или фарой.

В устройстве для управления грузоподъемным стреловым краном, содержащем систему безопасности, включающую в себя аналоговый и дискретный датчики, в частности датчик приближения к ЛЭП и датчик предельного подъема грузозахватного органа, установленные на оголовке стрелы, контроллер оголовка стрелы, подключенный информационными входами к упомянутым датчикам оголовка стрелы и имеющий вывод питания, и линию связи, которые соединены с выводами другого контроллера системы безопасности, эта техническая задача решается тем, что контроллер оголовка стрелы снабжается дополнительным выходом, который соединяется с габаритным фонарем или с фарой, устройство снабжается органом управления габаритным фонарем или фарой, подключенным к управляющему входу соответствующего контроллера системы безопасности, расположенного за пределами выдвигаемой секции стрелы, и кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления, посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединяются с упомянутыми выводами другого упомянутого контроллера системы безопасности крана, причем линия связи выполняется двунаправленной мультиплексной.

Во втором варианте способа управления грузоподъемным стреловым краном поставленная цель достигается тем, что габаритный фонарь подключают к контроллеру оголовка стрелы, а при выключенной системе безопасности грузоподъемного крана от органа управления габаритным фонарем осуществляют подачу на контроллер оголовка стрелы напряжения питания и с помощью этого контроллера контролируют наличие сигналов в линии связи, которую выполняют мультиплексной, причем включают габаритный фонарь при отсутствии этих сигналов. В устройстве, реализующем этот способ, поставленная техническая задача решается за счет того, что контроллер оголовка стрелы снабжается дополнительным выходом, который соединяется с габаритным фонарем, а устройство снабжается кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления, посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединяются с упомянутыми одноименными выводами другого контроллера системы безопасности, при этом линия связи выполняется мультиплексной, а напряжение на кабельный барабан подключается через схему ИЛИ, входы которой подключаются к цепи питания системы безопасности и к органу управления габаритным фонарем, причем контроллер оголовка стрелы выполняется с возможностью контроля наличия сигналов управления в мультиплексной линии связи для включения габаритного фонаря при отсутствии в ней сигналов. Схема ИЛИ при этом может быть выполнена в виде двух диодов, объединенные катоды которых подключены к кабельному барабану, анод первого диода соединен с цепью питания системы безопасности грузоподъемного крана, а анод второго диода подключен к органу управления габаритным фонарем.

Отличительные признаки предложенного технического решения, обеспечивающие возможность управления нагрузками, расположенными на оголовке стрелы (габаритным фонарем, фарой и т.д.), без увеличения числа цепей в кабельном барабане, находятся в непосредственной причинно-следственной связи с решением поставленной задачи - обеспечивают значительное расширение функциональных возможностей без усложнения кабельного барабана.

На фиг.1 и 2 приведены функциональные схемы устройств, реализующих предложенные варианты способа управления краном.

Устройство, приведенное на фиг.1, в котором осуществляется управление габаритным фонарем и (или) фарой по мультиплексной линии связи, содержит контроллер (блок, датчик) оголовка стрелы 1, вывод питания и двунаправленный вход/выход мультиплексной линии, связи которого через кабельный барабан 2 соединены с одноименными выводами других контроллеров 3 системы безопасности, а информационные входы контроллера оголовка стрелы 1 подключены к аналоговым и дискретным датчикам 4 оголовка стрелы, в частности к датчику приближения к линии электропередачи (ЛЭП) и к датчику предельного подъема грузозахватного органа. Контроллер оголовка стрелы 1 снабжен дополнительными выходами, которые соединены с габаритным фонарем 5 и (или) с фарой 6 оголовка стрелы, а органы управления габаритным фонарем 7 и (или) фарой 8 оголовка стрелы подключены к управляющим входам контроллера 3, расположенного за пределами выдвигаемой секции стрелы.

Устройство, приведенное на фиг.2, в котором осуществляется управление габаритным фонарем 5 при выключенном питании системы безопасности, содержит контроллер оголовка стрелы 1, вывод питания и двунаправленный вход/выход мультиплексной линии, связи которого через кабельный барабан 2 соединены с одноименными выводами других контроллеров системы безопасности (на фиг.2 условно не показаны). Информационные входы контроллера оголовка стрелы 1 подключены к аналоговым и дискретным датчикам 4 оголовка стрелы. Напряжение питания Еп на кабельный барабан 2 подается через схему ИЛИ 9, входы которой подключены к цепи питания системы безопасности Еп и к органу управления габаритным фонарем 7, причем контроллер оголовка стрелы 1 выполняется с возможностью контроля наличия сигналов управления в мультиплексной линии связи, а его выход соединяется с габаритным фонарем 5.

Схема ИЛИ может быть выполнена в виде диодов 10, 11, объединенные катоды которых подключены к кабельному барабану 2, а аноды подключены соответственно к цепи питания системы безопасности грузоподъемного крана и к органу управления габаритным фонарем 7.

Контроллеры системы безопасности могут быть выполнены на микроконтроллерах, имеющих встроенный аналого-цифровой преобразователь, который используется для подключения аналоговых датчиков.

В системе безопасности устанавливаются, как правило, контроллеры (модули-датчики) длины стрелы и угла азимута, выполненные, например, на основе потенциометров, подключенных к входам аналого-цифровых преобразователей соответствующих микроконтроллеров. Контроллер угла наклона стрелы может быть выполнен на основе акселерометра, а контроллеры-датчики усилия или давления - в виде тензометрических датчиков.

Для формирования и приема последовательных цифровых сигналов в мультиплексной линии связи в контроллерах могут использоваться специализированные микросхемы приемопередатчиков LIN, CAN, J1850, ISО9141, RS-232C или любого другого интерфейса.

Все контроллеры системы безопасности объединены через общую мультиплексную линию связи, а модули, расположенные на выдвигаемой и невыдвигаемой секциях стрелы, - через кабельный барабан 2.

Поясним суть предложенных способов на примере работы реализующих их устройств.

Контроллеры, в том числе контроллеры 1 и 3, осуществляют измерение рабочих параметров грузоподъемного крана и контроль положения его грузоподъемного (стрелового) оборудования. Контроллер 1, установленный на оголовке стрелы, при помощи датчиков 4 осуществляет контроль напряженности электрического поля ЛЭП и предельную высоту подъема крюка.

Один из контроллеров (центральный блок) системы безопасности (на фиг.1 и 2 условно не показан) снабжается органами управления и элементами индикации и выполняет роль ведущего устройства. Органы управления и элементы индикации могут быть также выполнены в виде отдельных устройств, подключенных к входам/выходам контроллеров.

Центральный блок работает по записанной в памяти его микроконтроллера программе и в последовательном коде по мультиплексной линии связи с использованием любого известного последовательного протокола осуществляет обмен информацией с контроллерами, в том числе с контроллером оголовка стрелы 1.

После получения информации от контроллеров-датчиков центральный блок определяет текущую нагрузку крана, положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования и степень приближения оголовка стрелы к ЛЭП. Допустимые режимы нагружения в виде грузовых характеристик крана хранятся в памяти центрального блока. Зона допустимых значений положения грузоподъемного (стрелового) оборудования крана вводится при задании параметров координатной защиты при помощи органов управления, расположенных на центральном блоке, и сохраняется в его памяти. В памяти этого блока хранятся также предельно допустимые уровни напряженности электрического поля, контролируемые датчиком приближения оголовка стрелы к ЛЭП.

Центральный блок осуществляет сравнение фактического нагружения крана с предельно допустимым, сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной допустимых положений, а также сравнение фактической напряженности поля ЛЭП с предельно допустимой и, в зависимости от результатов этих сравнений, по общей мультиплексной линии связи передает в контроллер исполнительных устройств (на фиг.1 и 2 условно не показан) сигналы блокировки включения исполнительных механизмов крана, осуществляя его автоматическую защиту от перегрузки по грузовому моменту, координатную защиту, а также защиту от опасного приближения к ЛЭП.

Сигналы управления габаритным фонарем 5 и фарой 6 с органов управления габаритным фонарем 7 и фарой 8, подключенных к входам контроллера 3 (см. фиг.1), непосредственно от контроллера 3 или через центральный блок по мультиплексной линии связи через кабельный барабан 2 подаются на контроллер оголовка стрелы 1, реализуя управление габаритным фонарем 5 и фарой оголовка стрелы 6.

Для исключения необходимости поддержания системы безопасности во включенном состоянии при включении габаритного фонаря в устройстве, приведенном на фиг.2, при выключенном напряжении питания всей системы безопасности Еп напряжение питания на контроллер оголовка стрелы подается от органа управления габаритным фонарем 7 через диод 11 схемы ИЛИ 9. Диод 10 при этом предотвращает поступление напряжения в общую цепь питания системы безопасности, которая остается в выключенном состоянии. При отключении напряжения питания всех контроллеров (кроме контроллера оголовка стрелы 1) сигналы в мультиплексной линии связи отсутствуют, что является сигналом для контроллера оголовка стрелы 1, свидетельствующим о необходимости автоматического включения габаритного фонаря 5.

Для реализации этой функции контроллер оголовка стрелы 1, работая по заложенной в памяти его микроконтроллера программе, периодически опрашивает мультиплексную линию связи и при отсутствии на ней сигналов автоматически включает габаритный фонарь 5. Благодаря этому осуществляется включение габаритного фонаря 5 при выключенной системе безопасности. При этом возможно также и отключение напряжения питания контроллера оголовка стрелы 1. В этом случае выходная цепь контроллера оголовка стрелы 1, связанная с габаритным фонарем 5, выполняется в виде реле с нормально замкнутыми контактами, включенными между выводом питания контроллера оголовка стрелы 1 и габаритным фонарем 5, а отсутствие сигналов в мультиплексной линии связи используется для отключения напряжения питания контроллера 1. При этом, в случае нормальной работы системы безопасности и отсутствии сигнала управления габаритным фонарем 5, контроллер 1 подает напряжение питания на обмотку реле, обеспечивая выключение габаритного фонаря 5.

В итоге, в предложенном техническом решении обеспечивается не только эффективная реализация всех функциональных характеристик системы безопасности грузоподъемного крана, но и обеспечивается расширение ее функциональных возможностей за счет реализации управления нагрузками оголовка стрелы без увеличения числа цепей в кабельном барабане.

Источники информации

1. Новые нормативные документы по безопасной эксплуатации подъемных сооружений: Вып.2 // Сост. B.C. Котельников, Н.А. Шишков, А.М. Горлин. - М.: ПИО ОБТ, 1999. - С.47-86.

2. Свидетельство на полезную модель RU 7097 U1, МПК⁶ В 66 С 23/90. Ограничитель нагрузки стрелового крана, 16.07.1998.

3. RU 2104245 С1, МПК⁶ В 66 С 23/88, 10.02.1998.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах управления и защиты от перегрузок, повреждения и опасного приближения к ЛЭП стреловых грузоподъемных кранов. Согласно первому варианту способа осуществляют управление габаритным фонарем или фарой крана путем подключения их к выходам контроллера оголовка стрелы, причем сигналы управления габаритным фонарем и фарой с органов управления, подключенных к управляющим входам соответствующего контроллера системы безопасности, по мультиплексной линии связи подают на контроллер оголовка стрелы. В устройстве для осуществления этого варианта способа контроллер оголовка стрелы снабжен дополнительным выходом для соединения с габаритным фонарем или фарой оголовка стрелы, устройство снабжено органом управления габаритным фонарем или фарой оголовка стрелы, подключенным к управляющему входу упомянутого другого контроллера системы безопасности, расположенного за пределами выдвигаемой секции стрелы, и двухпроводным кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления и посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединены с упомянутыми выводами другого упомянутого контроллера системы безопасности крана. Согласно второму варианту способа осуществляют управление габаритным фонарем путем подключения его к контроллеру оголовка стрелы. При выключенной системе безопасности осуществляют подачу на этот контроллер напряжения питания и контролируют с помощью этого контроллера наличие сигналов в линии связи, при этом фонарь включают при отсутствии этих сигналов. В устройстве для осуществления этого варианта способа контроллер оголовка стрелы снабжен дополнительным выходом, который соединен с габаритным фонарем, устройство снабжено двухпроводным кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления, посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединены с упомянутыми одноименными выводами других контроллеров системы безопасности крана. Напряжение на кабельный барабан подключено через схему ИЛИ, входы которой подключены к цепи питания системы безопасности и к органу управления габаритным фонарем, причем контроллер оголовка стрелы выполнен с возможностью контроля наличия сигналов управления в линии связи для включения габаритного фонаря при отсутствии в ней сигналов. Линия связи в указанных вариантах выполнена мультиплексной. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности системы за счет обеспечения управления габаритным фонарем или фарой. 4 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления грузоподъемным стреловым краном, имеющим систему безопасности с аналоговым и дискретным датчиками, в частности датчиком приближения к ЛЭП и датчиком предельного подъема грузозахватного органа, подключенными к контроллеру, расположенному на оголовке стрелы, заключающийся в получении выходных сигналов упомянутых датчиков, преобразовании их и передаче этих сигналов по линии связи от контроллера, расположенного на оголовке стрелы, к другому контроллеру системы безопасности, отличающийся тем, что осуществляют управление габаритным фонарем или фарой путем подключения его (ее) к выходу контроллера оголовка стрелы, причем сигнал управления габаритным фонарем или фарой с органа управления, подключенного к управляющему входу соответствующего контроллера системы безопасности, по мультиплексной линии связи подают на контроллер оголовка стрелы для упомянутого управления габаритным фонарем или фарой.2. Устройство для управления грузоподъемным стреловым краном, содержащее систему безопасности, включающую в себя аналоговый и дискретный датчики, в частности датчик приближения к ЛЭП и датчик предельного подъема грузозахватного органа, установленные на оголовке стрелы, контроллер оголовка стрелы, подключенный информационными входами к упомянутым датчикам оголовка стрелы и имеющий вывод питания, и линию связи, которые соединены с выводами другого контроллера системы безопасности, отличающееся тем, что контроллер оголовка стрелы снабжен дополнительным выходом, который соединен с габаритным фонарем или фарой, устройство снабжено органом управления габаритным фонарем или фарой, подключенным к управляющему входу соответствующего контроллера системы безопасности, расположенного за пределами выдвигаемой секции стрелы, и кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления, посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединены с упомянутыми выводами другого упомянутого контроллера системы безопасности крана, причем линия связи выполнена двунаправленной мультиплексной.3. Способ управления грузоподъемным стреловым краном, имеющим систему безопасности с аналоговыми дискретными датчиками, в частности датчиком приближения к ЛЭП и датчиком предельного подъема грузозахватного органа, подключенными к контроллеру, расположенному на оголовке стрелы, заключающийся в получении выходных сигналов упомянутых датчиков, преобразовании их и передаче этих сигналов по линии связи от контроллера, расположенного на оголовке стрелы, к другому контроллеру системы безопасности, отличающийся тем, что габаритный фонарь подключают к контроллеру оголовка стрелы, при этом при выключенной системе безопасности грузоподъемного крана от органа управления габаритным фонарем осуществляют подачу на контроллер оголовка стрелы напряжения питания и с помощью этого контроллера контролируют наличие сигналов в линии связи, которую выполняют мультиплексной, причем включают габаритный фонарь при отсутствии этих сигналов.4. Устройство для управления грузоподъемным стреловым краном, содержащее систему безопасности, включающую в себя аналоговый и дискретный датчики, в частности датчик приближения к ЛЭП и датчик предельного подъема грузозахватного органа, установленные на оголовке стрелы, контроллер оголовка стрелы, подключенный информационными входами к упомянутым датчикам оголовка стрелы и имеющий вывод питания, и линию связи, которые соединены с выводами другого контроллера системы безопасности, отличающееся тем, что контроллер оголовка стрелы снабжен дополнительным выходом, который соединен с габаритным фонарем, устройство снабжено кабельным барабаном для передачи напряжения питания и сигналов управления, посредством которого вывод питания и линия связи контроллера оголовка стрелы соединены с упомянутыми одноименными выводами другого контроллера системы безопасности, при этом линия связи выполнена мультиплексной, а напряжение на кабельный барабан подключено через схему ИЛИ, входы которой подключены к цепи питания системы безопасности и к органу управления габаритным фонарем, причем контроллер оголовка стрелы выполнен с возможностью контроля наличия сигналов управления в мультиплексной линии связи для включения габаритного фонаря при отсутствии в ней сигналов.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что схема ИЛИ выполнена в виде двух диодов, объединенные катоды которых подключены к кабельному барабану, анод первого диода соединен с цепью питания системы безопасности грузоподъемного крана, а анод второго диода подключен к органу управления габаритным фонарем.