СПОСОБ ОРИЕНТАЦИИ-УСТАНОВКИ НЕСУЩЕЙ ГРУЗОВОЙ ПЛАТФОРМЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21B7/02 B66F7/20 

Изобретение относится к системам пространственной ориентации-установки по заданным значениям угла тангажа и угла крена грузовых платформ с размещенным на них оборудованием. Изобретение может найти применение для ориентации-установки платформ, несущих на себе буровое горное оборудование, в частности для горизонтирования таких платформ. Возможно применение изобретения в подъемно-транспортных машинах, пожарных машинах. Областью применения изобретения могут быть также объекты военной техники, включающие в свой состав передвижные платформы, несущие на себе антенны радиолокаторов или пусковые ракетные установки.

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является техническое решение по патенту RU №2196893 (опубл. 2003.01.20). Техническим результатом прототипа является обеспечение требуемой точности и оперативности горизонтирования несущей платформы с буровым агрегатом и установка бурового агрегата в максимально устойчивое положение после горизонтирования. Для этого самоходную буровую установку с несущей платформой и расположенным на ней буровым агрегатом, находящимся в транспортном положении, выводят на предварительно размеченную рабочую площадку на местности и приступают к подготовке по выполнению основных технологических операций, заключающейся в том, что определяют положение бурового агрегата относительно рабочей площадки для установки его в рабочее положение, выдвигают по меньшей мере три гидравлических домкрата до соприкосновения с грунтом, несущую платформу с расположенным на ней буровым агрегатом устанавливают в горизонтальное положение в двух плоскостях по осям Х и Y и/или располагают бурильный агрегат вертикально или под определенным углом к оси Y. Включают гидравлические домкраты и осуществляют предварительное выдвижение всех гидравлических домкратов до соприкосновения с грунтом. Осуществляют давление на все гидравлические домкраты, равное или близкое к весу бурового агрегата, последовательно включают гидравлические домкраты и осуществляют кратковременное выдвижение гидравлических домкратов для гарантированного вывешивания бурового агрегата на гидравлических домкратах, формируют команду на автоматическое горизонтирование бурового агрегата сначала по оси X, а затем по оси Y. Анализируют положение несущей платформы с расположенным на ней буровым агрегатом по осям Х и Y, причем сначала анализируют положение по оси X, а затем по оси Y, используя результаты полученного анализа, корректируют положение бурового агрегата в процессе установки его в горизонтальное положение по осям Х и Y путем автоматического управления выдвижением гидравлических домкратов, формируют команду на окончание горизонтирования, если в процессе коррекции достигнуто одновременно горизонтирование по осям Х и Y несущей платформы и бурового агрегата, если в процессе коррекции не достигнуто горизонтирование по осям Х и Y несущей платформы и бурового агрегата, то формируют команду на повторение цикла горизонтирования, начиная с начала анализа положения несущей платформы с буровым агрегатом по оси X. Устройство расположено на самоходной бурильной установке, имеющей в кабине оператора пульт управления, включающий блок переключателей, содержащий, по меньшей мере, три переключателя для включения и отключения гидравлических домкратов, содержащее три блока управления гидравлическими домкратами, последовательно соединенные соответственно с тремя гидравлическими домкратами. Причем блоки управления гидравлическими домкратами и гидравлические домкраты расположены на нижней части несущей платформы и жестко закреплены. Устройство также содержит датчик давления, формирователь временного интервала, два датчика уровня, один из которых анализирует положение несущей платформы с буровым агрегатом по оси Х в процессе горизонтирования, другой - положение несущей платформы с буровым агрегатом оси Y в процессе.

Основным недостатком способа-прототипа является неизбежность многократного повторения цикла горизонтирования, что связано с перекрестными связями, т.е. с влиянием каждого из задействованных домкратов на каждый из контролируемых параметров горизонтирования (по Х и по У). Этот эффект будет проявляться даже при трех опорных домкратах - минимальном их количестве. Применение же многодомкратной опорной системы (более четырех домкратов) в данном способе вообще оказывается чрезвычайно затруднительным по указанной выше причине. Кроме того, недостатком прототипа является применение гидравлических домкратов прямого действия для приводов аутригеров, что не обеспечивает их долговременное и надежное стопорение, особенно ненадежны гидравлические домкраты в условиях выхода из строя гидросистемы установки.

Целью изобретения «Способ ориентации-установки несущей грузовой платформы» является усовершенствование систем пространственной ориентации-установки по углу тангажа и по углу крена грузовых платформ. При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:

1. достигается высокая скорость ориентации-установки платформы;

2. в процессе ориентации-установки исключаются опасные перекосы платформы;

3. без ухудшения скоростных и точностных параметров ориентации-установки обеспечивается возможность применения большого количества домкратов, что, в свою очередь, позволяет разгрузить несущие элементы грузовой платформы, уменьшить ее массу, жесткость, а так же деформационные перекосы.

Сущность изобретения заключается в следующем: платформу предварительно устанавливают на рабочей площадке, после чего приводят одновременно в действие с одинаковой скоростью домкраты, в количестве не менее четырех, присоединенные к платформе в ее периферийных зонах. В процессе действия домкратов непрерывно контролируют развиваемое каждым из них усилие, определяя момент времени упора с определенным усилием подвижной части каждого из домкратов в грунт рабочей площадки. В этот момент времени действие соответствующего домкрата останавливают. После остановки и упора всех домкратов в грунт с заданным усилием домкраты опять одновременно приводят в действие с одинаковой скоростью, причем так же осуществляют контроль усилия упора каждого домкрата. По мере действия домкратов вычисляют суммарное усилие всех домкратов. При достижении суммарным усилием всех домкратов заданной величины, составляющей определенную долю от веса платформы, останавливают действие всех домкратов, что завершает первичную установку. Далее определяют достигнутые в первичной установке параметры ориентации-установки, а именно угол крена и угол тангажа платформы, и по знакам разности между необходимыми значениями углов тангажа и крена и достигнутыми в результате первичной установки значениями углов тангажа и крена определяют опорный домкрат (домкрат, которому необходимо нулевое перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта) и скоростной домкрат (домкрат, которому необходимо максимальное перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта); вычисляют перемещения для подвижной части каждого домкрата, потребные для достижения заданных значений угла крена и угла тангажа платформы, при условии неподвижности подвижной части опорного домкрата, потребное перемещение которой задается нулевым; задают значение скорости перемещения подвижной части скоростного домкрата; вычисляют скорость перемещения подвижной части каждого домкрата по формуле произведения величины заданной скорости перемещения подвижной части скоростного домкрата на отношение рассчитанного для данного домкрата потребного перемещения к потребному перемещению скоростного домкрата; приводят в действие все домкраты, кроме опорного, задавая движению подвижной части каждого домкрата вычисленную для нее скорость. При достижении подвижной частью каждого домкрата вычисленного для нее значения перемещения ее движение (действие домкрата) останавливают. Далее определяют достигнутые разности заданных и достигнутых значений угла тангажа и угла крена и сравнивают эти разности с величиной допуска по каждому из указанных углов. При удовлетворительных результатах сравнения положение домкратов фиксируют; при неудовлетворительных результатах осуществляют повторный цикл действий, следующих за первичной установкой.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:

1. Высокая скорость ориентации-установки достигается благодаря тому, что установка-ориентация теоретически (при абсолютно жесткой опорной поверхности) обеспечивается за один цикл, следующий за первичной установкой. При этом действие и остановка действия всех домкратов, следующие за первичной установкой, происходят одновременно, приводя платформу к заданному состоянию ориентации-установки. Необходимость в дополнительных циклах может появиться только при дальнейшем, после первичной установки, неравномерном проседании грунта под опорами домкратов.

2. Опасные деформационные перекосы платформы исключаются, поскольку способ включает первичную установку, в результате которой нагруженными оказываются все имеющиеся в системе домкраты и далее все они одновременно приводятся в действие, что обеспечивает отсутствие перекосов.

3. Количество опорных домкратов в устройстве, реализующем патентуемый способ, может быть достаточно большим, это дает возможность обеспечить наиболее благоприятный режим нагрузки на несущие элементы платформы и, соответственно, позволяет уменьшить ее массу и жесткость. При этом ухудшения скоростных и точностных параметров ориентации-установки не произойдет, т.к. в процессе установки не возникает перекрестных связей между усилиями на домкратах и между положениями их подвижных частей, т.е. в процессе ориентации-установки цикл конечной установки по обоим параметрам ориентации-установки (углу тангажа и углу крена) осуществляется одновременно всей системой домкратов как единым целым.

На Фиг.1 изображена геометрическая схема реализации способа ориентации-установки несущей грузовой платформы с использованием четырех домкратов, применительно к частному случаю, когда заданные угол крена и угол тангажа, т.е. заданные параметры ориентации-установки, имеют нулевые значения, т.е. осуществляется горизонтирование платформы.

Способ ориентации-установки несущей грузовой платформы реализуется следующим образом (см. Фиг.1): платформу (1) предварительно устанавливают на рабочей площадке, после чего приводят одновременно в действие с одинаковой скоростью домкраты (2), (3), (4), (5), присоединенные к платформе в ее периферийных зонах. В процессе действия домкратов непрерывно контролируют развиваемое каждым из них усилие, определяя момент времени упора с определенным усилием подвижной части каждого из домкратов в грунт рабочей площадки. В этот момент времени действие соответствующего домкрата останавливают. Величина указанного усилия составляет порядка 10% от расчетной доли веса платформы, приходящейся на один домкрат системы, при условии равномерного распределения нагрузки на домкраты. После упора всех домкратов в грунт с одинаковым заданным усилием и их остановки домкраты опять одновременно приводят в действие с одинаковой скоростью, причем так же осуществляют контроль усилия упора каждого домкрата. Одновременно с действием домкратов вычисляют суммарное усилие всех домкратов. При достижении суммарным усилием всех домкратов заданной величины, составляющей определенную долю от веса платформы, останавливают действие всех домкратов, что завершает первичную установку. Первичная установка обеспечивает надежный упор домкратов в грунт рабочей площадки, компенсацию естественных неровностей площадки и податливости ее грунта (проседание грунта под нагрузкой домкрата), компенсацию упругости подвески платформы.

Далее определяют достигнутые в первичной установке параметры ориентации-установки, а именно угол крена и угол тангажа платформы, и по знакам разности между необходимыми значениями углов тангажа и крена и достигнутыми в результате первичной установки значениями углов тангажа и крена определяют опорный домкрат (домкрат, которому необходимо нулевое перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта) и скоростной домкрат (домкрат, которому необходимо максимальное перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта); вычисляют перемещения H_i, т.е. Н₂, Н₄, Н₅ для подвижной части каждого домкрата, потребные для достижения заданных значений ориентации-установки угла крена β_з и угла тангажа α_з платформы, при условии неподвижности подвижной части опорного домкрата (3), потребное перемещение которой задается нулевым Н₃=0; далее задают, сообразуясь с параметрами платформы (масса, габариты и т.п.), определенное значение скорости V₅ перемещения подвижной части скоростного домкрата (5); вычисляют скорость V_i перемещения подвижной части каждого домкрата по формуле произведения величины заданной скорости V₅ перемещения подвижной части скоростного домкрата (5) на отношение рассчитанного для данного домкрата потребного перемещения Н_i к потребному перемещению скоростного домкрата (5) Н₅, т.е. по формуле приводят одновременно в действие все домкраты, кроме опорного (3), задавая движению подвижной части каждого домкрата вычисленную для нее скорость V.

При достижении подвижной частью каждого домкрата вычисленного для нее значения перемещения Н_i ее движение (действие домкрата) останавливают. Остановка действия всех домкратов теоретически происходит одновременно, т.к. скорости перемещения их подвижных частей V_i пропорциональна их потребным перемещениям Н_i. Далее сравнивают модуль достигнутой разности Δ_β=(β_з-β_T) с величиной допуска ε_β ориентации-установки по углу тангажа и модуль достигнутой разности Δ_α=(α_з-α_T) с величиной допуска ε_α ориентации-установки по углу крена. Сравнение осуществляют путем вычитания достигнутой разности из величины соответствующего допуска по каждому из углов. Результат вычитания со знаком «+» свидетельствует об удовлетворительной ориентации-установке платформы по данному углу, знак (-) о неудовлетворительной. При удовлетворительных результатах сравнения как по углу тангажа, так и по углу крена положение домкратов фиксируют; при неудовлетворительных результатах, хотя бы по одному из углов ориентации-установки, осуществляют повторный цикл действий, следующих за первичной установкой. Реализация способа с использованием домкратов в количестве, превышающем 4 шт. осуществляется по идентичному алгоритму. Однако следует заметить, что в этом случае может обнаружиться неоднозначность в определении опорного и скоростного домкратов, т.к. критерию совпадения знаков, производных от разностей заданных и достигнутых угла крена и угла тангажа по перемещению подвижной части домкрата, могут отвечать два и более домкратов. Реализация способа осуществляется в этом случае выбором крайнего домкрата в качестве опорного и любого одного домкрата в качестве скоростного из числа удовлетворяющих соответствующим критериям.

Известно устройство автоматического выравнивания в горизонтальной плоскости опорной платформы подъемных механизмов, содержащее передвижное шасси, выносные опорные гидравлические цилиндры, устройство управления, выполненное в виде электронного блока, имеются датчики контакта штоков гидравлических цилиндров с опорной поверхностью, датчики уровня горизонтального положения, расположенные по углам опорной платформы, представляющие собой цилиндры, выполненные из диэлектрического материала, заполненные токопроводящей жидкостью и соединенные между собой в пересечении трубопроводов с центральным датчиком, выполненным в виде цилиндра с эталонным уровнем жидкости для угловых датчиков при достижении ими горизонтального положения (патент RU №2307784 от 2007.10.10). Данный аналог предназначен исключительно для горизонтирования платформы, другие способы ориентации-установки платформы в пространстве с помощью данного устройства не предусматриваются, это является его недостатком. Другим недостатком является то, что опорные гидравлические цилиндры не обеспечивают надежную долговременную фиксацию положения платформы и особенно ненадежны в условиях выхода из строя силовой гидросистемы.

Целью изобретения «Устройство для ориентации-установки несущей грузовой платформы» является использование его в новом способе ориентации-установки несущей грузовой платформы, направленном на усовершенствование систем пространственной ориентации-установки по углу тангажа и по углу крена грузовых платформ. При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:

1. Достигается высокая скорость ориентации-установки.

2. В процессе ориентации-установки исключаются опасные перекосы грузовой платформы.

3. Без ухудшения скоростных и точностных параметров ориентации-установки, обеспечивается возможность применения большого количества домкратов, что, в свою очередь, позволяет разгрузить несущие элементы грузовой платформы, уменьшить ее массу, жесткость, а так же деформационные перекосы.

4. Уменьшается пожароопасность системы.

5. Обеспечивается надежная долговременная фиксация достигнутого положения ориентации-установки платформы и отсутствие ее «сползания», т.е. изменения со временем достигнутых параметров ориентации-установки.

Сущность изобретения, обеспечивающая достижение указанной совокупности технических результатов, заключается в том, что устройство ориентации-установки грузовой платформы, включающее платформу с размещенными на ней датчиками угла тангажа и угла крена, систему домкратов в количестве не менее четырех, присоединенных к платформе в ее периферийных зонах, систему управления, связанную управляющими домкратными выходами с домкратами, а информационными входами - с датчиками угла тангажа и угла крена, источник питания, нагруженный на силовой вход системы управления, снабжено электромеханическими управляемыми по скорости и по перемещению их подвижной части домкратами, каждый из которых оборудован датчиком положения подвижной части, датчиком усилия и электромеханическим стопорящим устройством-фиксатором, причем выходы датчиков связаны с информационными входами системы управления, а электромеханические стопорящие устройства-фиксаторы связаны с управляющими стопорящими выходами системы управления.

Обозначенная сущность изобретения связана с в соответствии заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:

1. Результат обеспечивается особенностями и техническими результатами способа, реализуемого устройством.

2. Пожароопасность системы уменьшается благодаря отсутствию в системе гидравлической жидкости.

3. Надежная долговременная фиксация достигнутого положения ориентации-установки платформы и отсутствие ее «сползания» обеспечивается конструкцией электромеханических домкратов, характерной особенностью которых является наличие самостопорящегося механизма винт-гайка и дополнительных стопорящих устройств (электромеханических стопорящих устройств-фиксаторов положения подвижной части домкрата).

На Фиг.2 изображена функциональная схема устройства для осуществления способа ориентации-установки несущей грузовой платформы, реализованная с использованием четырех домкратов.

Устройство для ориентации-установки несущей грузовой платформы (далее по тексту - устройство) включает в себя платформу (1) и электромеханические домкраты (2), (3), (4), (5) каждый из которых оборудован датчиком положения (6) подвижной части домкрата, датчиком усилия (7) и стопорящим устройством-фиксатором (8). На платформе (1) укреплены датчик угла крена (9) и датчик угла тангажа (10), которые своими выходами соединены с информационными входами системы управления (11), входящей в состав устройства. Другими информационными входами система управления (11) связана с датчиками положения (6) и датчиками усилия (7). В состав устройства входит так же источник питания (12), нагруженный на силовой вход системы управления (11), которая управляющими домкратными выходами связана с домкратами (2), (3), (4), (5), а управляющими стопорящими выходами связана с электромеханическими стопорящими устройствами-фиксаторами (8). Стопорящие устройства-фиксаторы представляют собой фрикционные муфты с электромагнитным приводом.

В качестве домкратов предпочтительно использовать идентичные домкраты электромеханического типа с передачей движения на рабочий орган посредством механизма винт-гайка, снабженные электроприводом на базе синхронного вентильного электродвигателя с датчиком положения ротора и с возбуждением от постоянных магнитов, либо асинхронного двигателя с датчиком положения ротора. Указанный тип домкратов позволяет использовать датчик положения ротора в качестве датчика положения (6) подвижной части домкрата, а усилие домкрата контролировать по току двигателя, т.е. использовать амперметр в качестве датчика усилия (7). Особенностью системы управления (11) является то, что она содержит в себе процессорный блок алгоритмической обработки информации (не показан), поступающей от датчика угла крена (9), датчика угла тангажа (10), датчиков положения подвижной части домкратов (6) и датчиков усилия (7). Процессорный блок может быть выполнен на базе микроконтроллеров. Кроме того, в систему управления (11) входят силовые блоки (инверторы) управления двигателями домкратов (не показаны).

Структура и особенности патентуемого устройства позволяют реализовать любой алгоритм его действия в функции перемещений, скоростей и усилий каждого из домкратов. Алгоритм использования устройства для реализации патентуемого способа ориентации-установки несущей грузовой платформы приведен выше, в описании указанного способа.

Группа изобретений относится к системам пространственной ориентации-установки по заданным значениям угла тангажа и угла крена грузовых платформ с размещенным на ней оборудованием. Техническим результатом является высокая скорость ориентации-установки платформы, исключение опасных перекосов платформы, возможность применения большого количества домкратов. Особенностью способа является то, что в процессе ориентации-установки не возникает перекрестных связей между усилиями на домкратах и между положениями их подвижных частей. В процессе установки цикл конечной установки по обоим параметрам ориентации-установки - углу тангажа и углу крена, осуществляется одновременно всей системой домкратов как единым целым. Особенностью устройства для осуществления способа является то, что оно снабжено электромеханическими управляемыми по скорости и по перемещению их подвижной части домкратами, каждый из которых оборудован датчиком положения подвижной части, датчиком усилия и электромеханическим стопорящим устройством-фиксатором. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ориентации-установки несущей грузовой платформы, заключающийся в том, что платформу предварительно устанавливают на рабочей площадке, после чего приводят одновременно в действие с одинаковой скоростью домкраты, в количестве не менее четырех, присоединенные к платформе в ее периферийных зонах, при этом в процессе действия домкратов непрерывно контролируют развиваемое каждым из них усилие, определяя момент времени упора с определенным одинаковым усилием подвижной части каждого из домкратов в грунт рабочей площадки, в этот момент времени действие соответствующего домкрата останавливают, после остановки и упора всех домкратов в грунт с заданным усилием домкраты опять одновременно приводят в действие с одинаковой скоростью, причем также осуществляют контроль усилия упора каждого домкрата по мере действия домкратов, вычисляя суммарное усилие всех домкратов, при достижении усилия каждого из домкратов и суммарным усилием всех домкратов заданной величины, составляющей определенную долю от веса платформы, останавливают действие всех домкратов, что завершает первичную установку, далее определяют достигнутые в первичной установке параметры ориентации-установки, а именно угол крена и угол тангажа платформы, и по знакам разности между необходимыми значениями углов тангажа и крена и достигнутыми в результате первичной установки значениями углов тангажа и крена определяют опорный домкрат - домкрат, которому необходимо нулевое перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта, и скоростной домкрат - домкрат, которому необходимо максимальное перемещение подвижной части до необходимого положения ориентации объекта, вычисляют перемещения для подвижной части каждого домкрата, потребные для достижения заданных значений угла крена и угла тангажа платформы при условии неподвижности подвижной части опорного домкрата, потребное перемещение которой задается нулевым, задают значение скорости перемещения подвижной части скоростного домкрата, вычисляют скорость перемещения подвижной части каждого домкрата по формуле произведения величины заданной скорости перемещения подвижной части скоростного домкрата на отношение рассчитанного для данного домкрата потребного перемещения к потребному перемещению скоростного домкрата, приводят в действие все домкраты, кроме опорного, задавая движению подвижной части каждого домкрата вычисленную для нее скорость, при достижении подвижной частью каждого домкрата вычисленного для нее значения перемещения, ее движение (действие домкрата) останавливают, далее определяют достигнутые разности заданных и достигнутых значений угла тангажа и угла крена и сравнивают эти разности с величиной допуска по каждому из указанных углов, при удовлетворительных результатах сравнения по обоим из указанных углов положение домкратов фиксируют, при неудовлетворительных результатах осуществляют повторный цикл действий, следующих за первичной установкой.

2. Способ ориентации-установки несущей грузовой платформы по п.1, отличающийся тем, что первичную установку завершают при достижении суммарным усилием всех домкратов величины, составляющей полный вес платформы с размещенным на ней оборудованием.

3. Способ ориентации-установки несущей грузовой платформы по п.1, отличающийся тем, что все необходимые вычисления и управление скоростями и перемещениями домкратов осуществляют в автоматическом режиме с использованием процессорного блока алгоритмической обработки информации.

4. Устройство ориентации-установки грузовой платформы, включающее платформу с размещенными на ней датчиками угла тангажа и угла крена, систему домкратов в количестве не менее четырех, присоединенных к платформе в ее периферийных зонах, систему управления, связанную управляющими домкратными выходами с домкратами, а информационными входами с датчиками угла тангажа и угла крена, источник питания, нагруженный на силовой вход системы управления, отличающееся тем, что оно снабжено электромеханическими управляемыми по скорости и по перемещению их подвижной части домкратами, каждый из которых оборудован датчиком положения подвижной части, датчиком усилия и электромеханическим стопорящим устройством-фиксатором, причем выходы датчиков связаны с информационными входами системы управления, а электромеханические стопорящие устройства-фиксаторы связаны с управляющими стопорящими выходами системы управления.

5. Устройство ориентации-установки грузовой платформы по п.4, отличающееся тем, что в качестве домкратов используются идентичные домкраты электромеханического типа с передачей движения на рабочий орган посредством механизма винт-гайка, снабженные электроприводом на базе синхронного вентильного либо асинхронного электродвигателя с датчиком положения ротора.

6. Устройство ориентации-установки грузовой платформы по п.4, отличающееся тем, что система управления домкратами содержит выполненный на базе микроконтроллеров процессорный блок алгоритмической обработки информации, поступающей от датчика угла тангажа, датчика угла крена и датчиков величины перемещения подвижной части домкратов.

7. Устройство ориентации-установки грузовой платформы по п.4, отличающееся тем, что домкраты оснащены стопорящими устройствами-фиксаторами с электромагнитным приводом.