УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА КАНАТА ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК B66C13/00 

Изобретение относится к подъемно-транспортной технике, а именно к устройствам контроля углового положения канатов грузоподъемных машин, и может быть использовано в устройствах для защиты грузоподъемных машин или для гашения колебаний подвешенных грузов.

Известно устройство для контроля угла наклона канатов полиспаста грузоподъемной машины, содержащее измерительный стол, присоединенный к нему наклономер, и ролики, прикрепленные к измерительному столу с возможностью взаимодействия с канатами полиспаста [1], [2].

Недостатками этого устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность, обусловленные наличием подвижных (вращающихся) роликов, а также невозможность его применения для измерения угла наклона единичного каната.

Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения угла наклона каната, содержащее обойму, через которую пропущен канат, и связанный с ней корпус, в котором установлены маятниковые датчики углового положения, поворотная ось одного из которых перпендикулярна к поворотной оси другого, блок индикации, два пороговых элемента и элементы для подвески корпуса к грузоподъемной машине, причем выходы датчиков углового положения соединены с входами блока индикации и пороговых элементов, имеющих выходы для соединения с приводом грузовой лебедки [3].

Недостатками этого устройства являются отсутствие определения (вычисления) угла наклона каната при его отклонении одновременно в двух плоскостях, повышенная сложность и соответственно пониженная надежность из-за наличия подвижных механических элементов, необходимость проведения технического обслуживания подвижных элементов, а также пониженная точность измерения угла наклона каната, обусловленная наличием сил трения в узлах поворота маятников и отсутствием компенсации влияния скручивания подвески корпуса устройства.

Кроме того, к недостаткам известного устройства относятся его невысокие функциональные возможности, вызванные отсутствием контроля предельного подъема подвижной обоймы или грузозахватного органа, контроля приближения к ЛЭП, измерения усилия в канате и кратности полиспаста.

Техническими задачами, на решение которых направлено заявленное изобретение, являются:

- обеспечение определения (вычисления) результирующей величины угла наклона каната относительно гравитационной вертикали при его отклонении одновременно в двух плоскостях;

- упрощение устройства, повышение его надежности и упрощение технического обслуживания;

- повышение точности измерения угла наклона каната;

- расширение функциональных возможностей устройства за счет реализации контроля предельного подъема подвижной обоймы или грузозахватного органа, приближения к ЛЭП, усилия в канате, кратности полиспаста и контроля приближения к канату какого-либо объекта.

В устройстве для измерения угла наклона каната грузоподъемной машины, содержащем корпус, внутри которого установлены датчики углового положения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поставленные технические задачи решаются тем, что оно дополнительно содержит электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, включающую в себя, по меньшей мере, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и интерфейсное устройство, соединенное с микроконтроллером и выполненное с возможностью беспроводной передачи выходных данных устройства, а упомянутые датчики выполнены в виде интегральных микромеханических акселерометров с возможностью измерения ускорения гравитационного поля Земли и своими выходами подключены к входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, причем корпус посредством подвижного или неподвижного соединения прикреплен к подвижной обойме полиспаста или к грузозахватному органу грузоподъемной машины, причем, в случае подвижного соединения, корпус содержит обойму, прикрепленную к нему или выполненную с корпусом за одно целое, через которую пропущен канат.

Во втором варианте устройства, содержащем корпус, внутри которого установлены датчики углового положения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и обойму, прикрепленную к корпусу или выполненную с корпусом за одно целое, через которую пропущен канат, и средство для подвески корпуса к грузоподъемной машине, поставленные технические задачи решаются тем, что устройство дополнительно содержит электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, а упомянутые датчики выполнены в виде интегральных микромеханических акселерометров с возможностью измерения ускорения гравитационного поля Земли и своими выходами подключены к входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков. В состав интерфейсного устройства может входить, по меньшей мере, один силовой ключ, выполненный с возможностью управления, по меньшей мере, одним исполнительным устройством грузоподъемной машины.

Средство для подвески или подвижного крепления корпуса к грузоподъемной машине, к подвижной обойме полиспаста или к грузозахватному органу может быть выполнено в виде шарнирного механизма, пружины, каната или цепи.

Для решения поставленных задач в любом варианте устройства каждый из датчиков углового положения или электронная схема обработки их выходных сигналов могут быть выполнены с возможностью тригонометрического преобразования выходных сигналов чувствительных элементов датчиков в величины углов наклона этих датчиков относительно гравитационной вертикали. Электронная схема обработки выходных сигналов датчиков углового положения выполнена, в частности, с возможностью определения угла γ отклонения каната от гравитационной вертикали путем преобразования выходных сигналов α и β датчиков углового положения по формуле γ=(α²+β²)↑¹/₂ или по формуле γ=(arcsin²α+arcsin²β)↑.

Устройство в любом варианте его исполнения может дополнительно содержать, по меньшей мере, один дополнительный датчик, подключенный к дополнительным входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, в частности датчик

- натяжения каната или нагрузки на грузозахватном органе;

- положения подвижной обоймы полиспаста, положения грузозахватного органа или длины средства для подвески;

- приближения к линии электропередачи (электрическую антенну, соединенную с дополнительным входом электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков непосредственно или через дополнительное усилительно-фильтрующее устройство);

- приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям;

- кратности полиспаста.

При этом для решения поставленных задач датчик длины или приближения, в том числе приближения к препятствиям, выполнен, в частности, бесконтактным емкостным, оптическим, индуктивным или ультразвуковым. В этом случае он содержит излучающий и приемный элементы и генератор, подключенный к излучающему элементу, причем приемный элемент непосредственно или через дополнительное усилительно-преобразовательное устройство соединен с входом электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков. Датчик длины средства для подвески может быть выполнен также в виде датчика веса подвесных элементов устройства с возможностью формирования дискретного выходного сигнала при ослаблении натяжения этого средства.

Датчик кратности полиспаста выполнен в виде набора концевых выключателей, взаимодействующих с ветвями каната, или с использованием, по меньшей мере, одного бесконтактного датчика приближения, выполненного с возможностью формирования оптического, или электромагнитного, или ультразвукового излучения, взаимодействующего с канатами полиспаста, причем в последнем случае электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью определения кратности полиспаста в зависимости от выходных сигналов этого датчика/датчиков.

Датчик натяжения каната может содержать устройство формирования стрелы прогиба каната и тензометрическое устройство, выполненное с возможностью измерения усилия восстановления прямолинейного положения этого каната.

Поставленные технические задачи в любом варианте предложенного устройства могут также решаться тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков:

- конструктивно объединена с датчиками (размещена в корпусе устройства);

- содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, и интерфейсное устройство, соединенное с микроконтроллером и выполненное с возможностью проводной или беспроводной передачи выходных данных;

- выполнена с возможностью сравнения выходного сигнала, по меньшей мере, одного датчика с предельно допустимым значением этого сигнала, предварительно записанным в памяти электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, и формирования выходных сигналов устройства или сигналов управления силовым ключом в зависимости от результатов этого сравнения.

Благодаря указанным отличительным признакам, в предложенном устройстве обеспечивается измерение угла наклона каната без использования подвижных механических элементов, что приводит к упрощению устройства, повышению его надежности и упрощению технического обслуживания, а также к повышению точности измерения угла наклона каната за счет исключения влияния сил трения в узлах поворота маятников.

Наличие электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, реализованной на основе микроконтроллера, обеспечивает определение результирующей величины угла наклона каната относительно гравитационной вертикали при его отклонении одновременно в двух плоскостях, а также повышение точности измерений за счет обеспечения независимости результатов этих измерений от скручивания подвески корпуса устройства.

Оснащение устройства дополнительными датчиками, в том числе датчиком предельного подъема подвижной обоймы или грузозахватного органа, датчиком приближения к ЛЭП, датчиком усилия в канате, датчиком кратности полиспаста и датчиком приближения к канату какого-либо объекта, обеспечивает расширение функциональных возможностей.

Поэтому отличительные признаки предложенного изобретения находятся в прямой причинно-следственной связи с достижением указанных технических результатов.

На чертеже в качестве примера приведена одна из возможных функциональных схем устройства для измерения угла наклона каната. В этом примере устройство приспособлено для измерения угла наклона каната грузового полиспаста. Очевидно, что оно может быть использовано для измерения угла наклона каната в стреловом полиспасте, угла наклона одиночного каната и т.д.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого установлены датчики углового положения 2 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, электронную схему обработки выходных сигналов датчиков 3, включающую в себя аналого-цифровой преобразователь 4, соединенный с микроконтроллером 5, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем 4, 5, и интерфейсное устройство 6, соединенное с микроконтроллером 5 и обеспечивающее проводную или беспроводную передачу выходных данных устройства. Датчики 2 выполнены в виде интегральных микромеханических акселерометров с возможностью измерения статического ускорения гравитационного поля Земли. Оси чувствительности акселерометров при нулевых отклонениях каната от вертикали имеют заданное положение, например горизонтальное. В случае невозможности такого расположения их осей или наличия погрешности установки этих датчиков, микроконтроллер 5 осуществляет коррекцию выходных сигналов датчиков 2, обеспечивая нулевые значения их выходных сигналов при заданном, в частности вертикальном расположении каната.

Корпус 1 посредством подвижного 7 или неподвижного соединения прикреплен к подвижной обойме полиспаста 8 или к грузозахватному органу грузоподъемной машины. Неподвижное соединение (посредством винтов, сварки и т.п.) применяется в тех случаях, когда угловое положение подвижной обоймы полиспаста или грузозахватного органа однозначно характеризует угловое положение каната. В противном случае применяется подвижное соединение - шарнирный механизм, пружина и т.п. В последнем случае корпус 1 содержит обойму 9, прикрепленную к нему или выполненную с ним за одно целое. Через обойму пропущен канат.

Во втором варианте устройства корпус 1 подвешивается к грузоподъемной машине. Средство для его подвески 10 (на чертеже показано пунктиром) выполнено в виде каната, цепи, пружины или шарнирного механизма.

В варианте устройства с подвешенным корпусом электрическое питание устройства осуществляется от бортовой сети грузоподъемной машины - от ее системы защиты и управления 11, а передача выходных сигналов от интерфейсного устройства 6 может осуществляться при помощи отдельных проводов, по мультиплексному каналу обмена данными (CAN, LIN, RS-485 и т.д.) 12 и/или по радиоканалу (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, GSM, CDMA и т.д.). В этом варианте в состав интерфейсного устройства 6 могут входить силовые ключи, обеспечивающие управление исполнительными устройствами грузоподъемной машины.

При креплении корпуса 1 к подвижной обойме полиспаста 8 или к грузозахватному органу грузоподъемной машины проводные соединения невозможны. В этом случае для электрического питания устройства предусмотрен автономный источник питания 13, а передача выходных сигналов осуществляется по радиоканалу (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, GSM, CDMA и т.д.). Соответственно, интерфейсное устройство 6 выполнено в виде передатчика или приемопередатчика (для подтверждения передачи данных) и снабжено антенной 14.

Устройство в любом варианте его исполнения может содержать дополнительные датчики, соединенные с электронной схемой обработки выходных сигналов датчиков 3. К ним относятся, в частности, датчик натяжения каната или нагрузки F на грузозахватном органе 15, датчик положения подвижной обоймы полиспаста 8, положения грузозахватного органа или длины средства для подвески 10, датчик приближения к линии электропередачи (ЛЭП), датчик приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям, и/или датчик кратности полиспаста. Эти датчики могут подключаться к дополнительным входам АЦП 4 либо непосредственно, либо через дополнительные усилительно-фильтрующие или усилительно-преобразовательные устройства. При реализации этих датчиков бесконтактными - с использованием оптического, электромагнитного, и/или ультразвукового излучения, электронная схема обработки выходных сигналов датчиков 3 может содержать генератор, выход которого соединяется с излучающими элементами этих дополнительных датчиков (на чертеже условно не показано).

Конструкции таких датчиков общеизвестны. В частности, датчик натяжения каната или нагрузки на грузозахватном органе может быть выполнен в виде тензометрической оси 15, установленной в блоках полиспаста. Возможно также применение датчика натяжения каната, установленного на канате. В этом случае дополнительно используется устройство формирования стрелы прогиба каната, выполненное, например, в виде двух поддерживающих роликов, закрепленных на корпусе 1 или на обойме 9, и отклоняющего ролика, связанного с корпусом 1 (обоймой 9) через тензометрическое устройство, осуществляющее измерение усилия восстановления прямолинейного положения этого каната. Действительное значение силы натяжения каната определяется микроконтроллером 5 с учетом стрелы прогиба (параллелограмма сил).

Датчик приближения к ЛЭП традиционно выполняется в виде электрической антенны, размещенной на внешней поверхности корпуса 1. Антенна непосредственно или через дополнительное усилительно-фильтрующее устройство соединяется с дополнительным входом АЦП 4.

Датчик кратности полиспаста может быть выполнен в виде набора концевых выключателей, расположенных на обойме полиспаста и взаимодействующих с ветвями каната.

Этот датчик, а также датчик положения подвижной обоймы полиспаста 8 или грузозахватного органа, датчик средства для подвески 10 и датчик приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям, может быть выполнен бесконтактным - емкостным, оптическим, индуктивным или ультразвуковым. В этом случае дополнительный датчик содержит излучающий и приемный элементы, размещенные на корпусе или в корпусе 1 и генератор, входящий в состав электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков 3 и подключенный к излучающему элементу. Приемный элемент этого датчика непосредственно или через дополнительное усилительно-преобразовательное устройство соединен с входом АЦП 4 электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков 3.

Принцип действия бесконтактного датчика - датчика приближения/расстояния базируется на взаимодействии сформированного этим датчиком оптического, электромагнитного или ультразвукового излучения с ветвями каната, с обоймой полиспаста, с элементами конструкции грузоподъемной машины и/или с подвижными или неподвижными препятствиями, находящимися вблизи устройства. Это взаимодействие приводит к изменению амплитуды, фазы или времени прихода сигнала на приемном элементе этого датчика. Микроконтроллер 5 осуществляет обработку выходного сигнала приемного элемента этого датчика в соответствии с программой, предварительно записанной в его энергонезависимой памяти, и далее формирует выходные сигналы устройства в зависимости от результатов этой обработки.

В частности, при использовании емкостного принципа измерения излучающий (передающий) и приемный элементы бесконтактного датчика могут быть выполнены в виде металлических электродов, размещенных на корпусе 1 или на обойме 9. При использовании индуктивного принципа измерения излучающий и приемный элементы этого датчика выполнены в виде катушек, оси которых, в частности, совпадают с канатом (катушки надеты на канат).

Если используется ультразвуковой принцип измерения, то излучающий (передающий) и приемный элементы выполняются в виде акустических пьезокерамических преобразователей, например кольцевых.

Датчик длины средства для подвески 10 (датчик предельного подъема грузозахватного органа или подвижной обоймы полиспаста) может быть реализован также в виде датчика веса подвесных элементов устройства с возможностью формирования дискретного выходного сигнала при ослаблении натяжения этого средства.

В любом варианте реализации устройства его функциональные блоки, включая дополнительные датчики, могут быть либо разъединены, либо конструктивно объединены - размещены в общем корпусе 1.

В состав устройства могут также входить дополнительные функциональные узлы, не указанные на приведенной функциональной схеме. К ним, в частности, относятся элементы термокомпенсации, дополнительные передающие и приемные элементы, позволяющие осуществить измерения с повышенной точностью по дифференциальной схеме и т.д. Для документирования работы устройства и соответственно грузоподъемной машины, на которую это устройство установлено, в его состав может быть включен регистратор параметров, реализованный в виде блока энергонезависимой памяти, подключенного к микроконтроллеру 5. Возможно также оснащение устройства элементами индикации, подключенными к дополнительным выходам интерфейсного устройства 6, элементами диагностики его работоспособного состояния и т.д.

Устройство работает следующим образом.

Благодаря креплению корпуса 1 к подвижной обойме полиспаста (к грузозахватному органу) или за счет наличия обоймы 9, охватывающей канат, при работе грузоподъемной машины углы наклона акселерометров - датчиков углового положения 2 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях совпадают с углами наклона каната. Соответственно, при отклонении каната от гравитационной вертикали в продольной и поперечной плоскостях Х и Y выходные сигналы датчиков 2:

U_X=Sin α, U_Y=Sin β,

где U_X, U_Y - выходные сигналы датчиков 2 по осям Х и Y;

α и β - углы отклонения (наклона) акселерометров 2.

Значение синуса малых углов с достаточно высокой точностью совпадает со значениями этих углов U_X≈α, U_Y≈β (с точностью до постоянного коэффициента). Поэтому при малых значениях углов α и β результирующий угол у отклонения каната от гравитационной вертикали может быть получен путем преобразования выходных сигналов α и β датчиков углового положения 2 по формуле γ=(α²+β²)↑¹/₂.

Эти преобразования осуществляются микроконтроллером 5.

При повышенных значениях углов α и β, когда нелинейностью синусоидальной зависимости нельзя пренебречь, микроконтроллер 5 дополнительно осуществляет тригонометрические преобразования и вычисляет результирующий угол отклонения каната по уточненной формуле

γ=(arcsir²α+arcsin²β)↑¹/₂.

Тригонометрические преобразования могут осуществляться также в датчиках 2. В этом случае их выходные сигналы пропорциональны не проекциям ускорения свободного падения на вертикальную ось, а непосредственно углам их отклонения относительно гравитационной вертикали.

Из геометрических соображений очевидно, что при измерении углов α и β относительно гравитационной вертикали во взаимно перпендикулярных плоскостях и при вычислении значения угла наклона каната γ по приведенным формулам, обеспечивается независимость результата измерения угла наклона каната γ от угла поворота устройства (корпуса 1) относительно оси каната. Соответственно, исключается необходимость защиты подвижного соединения 7 или средства для подвески 10 от скручивания, что упрощает конструкцию устройства и дает возможность определения угла наклона одиночного каната.

При наличии в устройстве какого-либо дополнительного бесконтактного датчика, реализованного с использованием емкостного принципа измерений, его передающий элемент, выполненный в виде электрода, создает в пространстве, окружающем канат, переменное электрическое поле. Благодаря наличию емкости между передающим и приемным элементами этого датчика излучение передающего элемента (электрода) принимается приемным элементом (электродом). Принятый сигнал при необходимости усиливается и преобразуется в цифровую форму при помощи АЦП 4. Его уровень фиксируется и запоминается микроконтроллером 5.

Если вблизи приемного элемента этого датчика отсутствуют другие предметы, если используется однократная запасовка полиспаста (его кратность К=1) и подвижная обойма полиспаста удалена от приемного элемента (электрода) на достаточно большое расстояние, то фиксируемое микроконтроллером 5 выходное напряжение приемного элемента имеет максимальную величину.

При наличии вблизи приемного элемента другой ветви каната полиспаста, т.е. при кратности полиспаста K>1, возникает дополнительная шунтирующая емкость между приемным элементом и этой ветвью каната. Это приводит к образованию делителя напряжения и к уменьшению напряжение на выходе приемного элемента. По мере увеличения количества ветвей каната, т.е. кратности полиспаста, происходит увеличение шунтирующей емкости и соответственно уменьшение выходного напряжения приемного элемента емкостного датчика. Соответственно микроконтроллер 5, сравнивая цифровое значение этой величины с предварительно записанными в его памяти значениями, предварительно определенными расчетным или экспериментальным путем для различных значений кратности полиспаста, определяет эту кратность и передает полученное значение на внешнее устройство через интерфейсное устройство 6.

Аналогичным образом происходит выявление приближения подвижной обоймы полиспаста и каких-либо других предметов к корпусу 1 - к прикрепленным к нему передающим и приемным элементами (электродами). В частности, если расстояние до подвижной обоймы 8 уменьшается до заданной минимально допустимой величины, то устройство формирует сигнал о предельном положении подвижной обоймы полиспаста. В системах безопасности грузоподъемных машин этот сигнал используется, преимущественно, для реализации ограничения предельного подъема грузозахватного органа.

Если в дополнительных датчиках устройства используется индуктивный первичный преобразователь, то передающий элемент, выполненный в виде катушки, подключенной к выходу генератора, создает в пространстве, окружающем канат, переменное магнитное поле. Металлические предметы, окружающие канат, взаимодействуют с этим полем и также приводят к изменению выходного напряжения на приемном элементе, выполненном в виде приемной катушки. Ветви каната, подвижная обойма полиспаста, элементы конструкции грузоподъемной машины и т.д., выполненные из ферромагнитных материалов, приводят к уменьшению магнитного сопротивления среды и соответственно к увеличению выходного напряжения приемного элемента. Далее аналогичным образом формируются выходные сигналы о кратности запасовки полиспаста, о пространственном положении подвижной обоймы, о положении датчика относительно элементов конструкции грузоподъемной машины и т.д.

В случае применения ультразвукового дополнительного датчика, его приемный элемент фиксирует ультразвуковые сигналы, сформированные ультразвуковым передающим элементом и отраженные отдельными ветвями каната, подвижной обоймой полиспаста и т.д. При этом микроконтроллер 5 может фиксировать амплитуду принимаемых сигналов, время их прихода (при выполнении генератора с модуляцией его выходного сигнала) и т.д. Далее обработка сигналов осуществляется аналогично обработке сигналов в устройстве с емкостным или индуктивным первичным преобразователем.

Аналогичным образом могут использоваться оптические, в частности инфракрасные, дополнительные датчики.

В итоге, кроме углов наклона каната по отдельным осям Х и Y (углов α и β) и результирующего угла отклонения каната γ, устройство, в случае необходимости, дополнительно определяет усилие натяжения каната или нагрузку на грузозахватном органе F, положение подвижной обоймы полиспаста (положение грузозахватного органа или длины средства для подвески), в частности определяет предельный подъем грузозахватного органа, а также кратность полиспаста и приближение к ЛЭП или к другим подвижным или неподвижным препятствиям.

Причем в устройстве, в соответствии с вышеизложенным, может использоваться как один, так и несколько дополнительных датчиков, подключенных к дополнительным входам аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3 или интерфейсного устройства 6 электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков 3. Возможно использование одновременно всех дополнительных датчиков, либо их меньшего количества в любом сочетания. Например, дополнительно может использоваться только один датчик приближения к линии электропередачи, или только один датчик приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям, или только один датчик натяжения каната, или только один датчик кратности полиспаста. Возможно также одновременное использование двух или трех дополнительных датчиков, например датчика приближения к линии электропередачи и датчика кратности полиспаста, датчика приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям и датчика натяжения каната, датчика кратности полиспаста и датчика приближения к линии электропередачи и т.д.

Изменение количества и типов используемых дополнительных датчиков приводит к изменению количества дополнительных входов АЦП 3 или интерфейсного устройства 6, а также к корректировке программы работы микроконтроллера 5, обеспечивающего обработку выходных сигналов этих дополнительных датчиков. Схемотехнические методы увеличения количества входов АЦП 4 или интерфейсных устройств 6 и соответствующего изменения программы работы микроконтроллера общеизвестны.

При наличии в составе интерфейсного устройства 6 силовых ключей устройство формирует сигналы управления исполнительными механизмами грузоподъемной машины. В частности сигналы защитного отключения грузоподъемной машины с целью предотвращения ее перегрузки, сигналы остановки грузовой лебедки при достижении верхнего предельного положения грузозахватного органа или при недопустимо большом угле отклонения грузового каната от вертикального положения и т.д.

В простейшем случае это осуществляется путем сравнения микроконтроллером 5 выходного сигнала какого-либо датчика с его предельным (максимальным или минимальным) допустимым значением, предварительно записанным в памяти микроконтроллера 5.

Благодаря наличию микроконтроллера 5 возможна также реализация более сложных алгоритмов защиты грузоподъемной машины. В частности, при расположении устройства на стреловом канате грузоподъемного крана с фиксированной длиной стрелы в предложенном устройстве после измерения угла наклона каната (или, что эквивалентно, угла наклона стрелы) и усилия в этом канате возможно вычисление грузового момента и соответственно формирование сигналов управления силовыми ключами интерфейсного устройства 6, направленными на предотвращение перегрузки крана по грузовому моменту.

Из изложенного следует, что применение в устройстве указанных дополнительных датчиков в любом сочетании, а также силовых ключей для реализации управления механизмами машины приводит к достижению дополнительной технической задачи изобретения - к расширению функциональных возможностей устройства и не влияет на достижение основных технических задач.

Независимо от наличия дополнительных датчиков в системе, т.е. независимо от реализации контроля предельного подъема подвижной обоймы или грузозахватного органа, приближения к ЛЭП, усилия в канате, кратности полиспаста и приближения к канату какого-либо объекта, а также независимо от реализации возможности управления машиной в устройстве обеспечивается определение результирующей величины угла наклона каната относительно гравитационной вертикали при его отклонении одновременно в двух плоскостях, достигается упрощение устройства, повышение его надежности, упрощение технического обслуживания, а также повышение точности измерения угла наклона каната.

В данном описании схематично приведены лишь частные варианты реализации предложенного устройства. Изобретение охватывает другие возможные варианты его исполнения и их эквиваленты без отступления от сущности изобретения, изложенной в его формуле.

Источники информации

1. SU 1257050 A1, МПК4 B66C 13/06, 15/00, 15.09.1986.

2. SU 1572981 A1, МПК4 B66C 13/06, 23.06.1990.

3. RU 2025451 C1, МПК5 B66C 15/00, 30.12.1994.

Группа изобретений относится к подъемно-транспортной технике. В первом варианте устройство содержит корпус, прикрепленный посредством подвижного или неподвижного соединения к грузоподъемной машине с возможностью взаимодействия с ее канатом и датчик углового положения, установленный внутри этого корпуса, электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, а также, по меньшей мере, один дополнительный датчик натяжения каната, и/или датчик нагрузки на грузозахватном органе, и/или датчик положения подвижной обоймы полиспаста, и/или датчик положения грузозахватного органа. Выходы датчика углового положения и, по меньшей мере, одного из указанных дополнительных датчиков подключены к входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков. Во втором варианте устройство содержит корпус, внутри которого установлен один датчик углового положения или два датчика углового положения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и обойму, прикрепленную к корпусу или выполненную с корпусом за одно целое, через которую пропущен канат, и средство для подвески корпуса к грузоподъемной машине, электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, датчик длины или натяжения средства для подвески корпуса к грузоподъемной машине или датчик приближения подвижной обоймы полиспаста. Изобретение обеспечивает определение результирующей величины угла наклона каната при его отклонении одновременно в двух плоскостях, упрощение устройства, повышение его надежности и точности измерения, а также расширение функциональных возможностей устройства. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения угла наклона каната грузоподъемной машины, содержащее корпус, прикрепленный посредством подвижного или неподвижного соединения к грузоподъемной машине с возможностью взаимодействия с ее канатом и датчик углового положения, установленный внутри этого корпуса, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, а также, по меньшей мере, один дополнительный датчик натяжения каната, и/или датчик нагрузки на грузозахватном органе, и/или датчик положения подвижной обоймы полиспаста, и/или датчик положения грузозахватного органа, причем выходы датчика углового положения и, по меньшей мере, одного из указанных дополнительных датчиков подключены к входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик углового положения выполнен в виде интегрального микромеханического акселерометра с возможностью измерения ускорения гравитационного поля Земли.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит два датчика углового положения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, выходы которых подключены к входам электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков углового положения выполнена с возможностью определения угла γ отклонения каната от гравитационной вертикали путем преобразования выходных сигналов α и β датчиков углового положения по формуле γ=(α²+β²)↑¹/₂ или по формуле γ=(arcsin²α+arcsin²β)↑¹/₂.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус содержит обойму, прикрепленную к нему или выполненную с ним за одно целое, через которую пропущен канат.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик натяжения каната содержит устройство формирования стрелы прогиба каната и тензометрическое устройство, выполненное с возможностью измерения усилия восстановления прямолинейного положения этого каната.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит, по меньшей мере, один дополнительный датчик приближения к линии электропередачи, и/или датчик кратности полиспаста, и/или датчик приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик положения подвижной обоймы полиспаста или грузозахватного органа выполнен бесконтактным емкостным, или оптическим, или индуктивным, или ультразвуковым и содержит излучающий и приемный элементы и генератор, подключенный к излучающему элементу, причем приемный элемент непосредственно или через дополнительное усилительно-преобразовательное устройство соединен с входом электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик приближения к линии электропередачи выполнен в виде электрической антенны, которая непосредственно или через дополнительное усилительно-фильтрующее устройство подключена к входу электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик кратности полиспаста выполнен в виде набора концевых выключателей, взаимодействующих с ветвями каната, или в виде, по меньшей мере, одного бесконтактного датчика приближения, выполненного с возможностью формирования оптического, или электромагнитного, или ультразвукового излучения, взаимодействующего с канатами полиспаста, причем в последнем случае электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью определения кратности полиспаста в зависимости от выходных сигналов этого датчика/датчиков.11. Устройство по одному из пп.1 и 2, 4-10, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью сравнения выходного сигнала, по меньшей мере, одного датчика с предельно допустимым или пороговым значением этого сигнала, предварительно записанным в памяти электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, и формирования выходных сигналов устройства в зависимости от результатов этого сравнения.12. Устройство по одному из пп.1 и 2, 4-10, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков включает в себя, по меньшей мере, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, и интерфейсное устройство, соединенное с микроконтроллером и выполненное с возможностью проводной или беспроводной передачи выходных данных устройства.13. Устройство для измерения угла наклона каната грузоподъемной машины, содержащее корпус, внутри которого установлен один датчик углового положения или два датчика углового положения в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, и обойму, прикрепленную к корпусу или выполненную с корпусом за одно целое, через которую пропущен канат, и средство для подвески корпуса к грузоподъемной машине, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электронную схему обработки выходных сигналов датчиков, соединенную, по меньшей мере, с одним датчиком углового положения, а также датчик длины или натяжения средства для подвески корпуса к грузоподъемной машине, выполненный с возможностью формирования дискретного выходного сигнала при уменьшении длины или ослаблении натяжения этого средства, или датчик приближения подвижной обоймы полиспаста, выход которого подключен к дополнительному входу электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что средство для подвески корпуса к грузоподъемной машине выполнено в виде каната, или цепи, или пружины, или шарнирного механизма.15. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что датчики углового положения выполнены в виде интегральных микромеханических акселерометров с возможностью измерения ускорения гравитационного поля Земли.16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью определения угла γ отклонения каната от гравитационной вертикали путем преобразования выходных сигналов α и β датчиков углового положения по формуле γ=(α²+β²)↑¹/₂ или по формуле γ=(arcsin²α+arcsin²β)↑¹/₂.17. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что упомянутый датчик длины или приближения выполнен бесконтактным емкостным, или оптическим, или индуктивным, или ультразвуковым.18. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик приближения к линии электропередачи, и/или датчик приближения к подвижным или к неподвижным препятствиям, и/или датчик натяжения каната, и/или датчик кратности полиспаста, по меньшей мере, один выход которого соединен, по меньшей мере, с одним дополнительным входом электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.19. Устройство по п.13 или 14, отличающееся тем, что датчик приближения к линии электропередачи выполнен в виде электрической антенны, которая непосредственно или через дополнительное усилительно-фильтрующее устройство подключена к дополнительному входу электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков.20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что датчик приближения к препятствиям выполнен бесконтактным с использованием оптического, или электромагнитного, или ультразвукового излучения.21. Устройство по п.18, отличающееся тем, что датчик кратности полиспаста выполнен в виде набора концевых выключателей, взаимодействующих с ветвями каната, или с использованием, по меньшей мере, одного бесконтактного датчика приближения, выполненного с возможностью формирования оптического, или электромагнитного, или ультразвукового излучения, взаимодействующего с канатами полиспаста, причем в последнем случае электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью определения кратности полиспаста в зависимости от выходных сигналов этого датчика/датчиков.22. Устройство по п.18, отличающееся тем, что датчик натяжения каната содержит устройство формирования стрелы прогиба каната и тензометрическое устройство, выполненное с возможностью измерения усилия восстановления прямолинейного положения этого каната.23. Устройство по любому из пп.13 и 14, 16, 20 и 21 или 22, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков содержит аналого-цифровой преобразователь, соединенный с микроконтроллером, или микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем, и интерфейсное устройство, соединенное с микроконтроллером и выполненное с возможностью проводной или беспроводной передачи выходных данных.24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что интерфейсное устройство содержит, по меньшей мере, один силовой ключ, выполненный с возможностью управления, по меньшей мере, одним исполнительным устройством грузоподъемной машины.25. Устройство по любому из пп.13 и 14, 16, 20-22 или 24, отличающееся тем, что электронная схема обработки выходных сигналов датчиков выполнена с возможностью сравнения выходного сигнала, по меньшей мере, одного датчика с предельно допустимым значением этого сигнала, предварительно записанным в памяти электронной схемы обработки выходных сигналов датчиков, и формирования выходных сигналов устройства или сигналов управления силовым ключом в зависимости от результатов этого сравнения.