Автоматизированный дистанционно управляемый подъемный крюк Российский патент 2023 года по МПК B66C1/34 

Изобретение относится к области устройств для осуществления погрузочно-разгрузочных работ, а именно, к области грузозахватных органов, применяемых в грузоподъемной технике и других отраслях в качестве вспомогательного оборудования.

Автоматизация погрузочно-разгрузочных работ, наряду с другими подходами оптимизации промышленных процессов (совершенствование оборудования, снижение стоимости комплектующих, использование новых материалов и оптимизация конструкций, оптимизация и механизация производств), является одним из важных направлений для исследований, так как позволяет снизить производственные риски, уйти от человеческого фактора на предприятии. Подъемно-транспортировочные работы в составе производственных и логистических процессов являются одними из наиболее физически трудоемких и травмоопасных работ.

Известно (см. Проектирование нестандартного оборудования. Тяжелое и атомное машиностроение. Монография. / Под ред. П.Д. Кравченко, Шахты, ЮРГУЭС, 2001 г., стр. 243…244) автоматизированное грузозахватное устройство, содержащее корпус с вертикальным пазом, предназначенным для ориентации и размещения монтажной скобы груза, размещенные в корпусе с возможностью перекрытия вертикального паза корпуса путем поперечного, относительно него, поступательного перемещения, подпружиненные штыревые захватный и управляющий органы и взаимодействующий с ними, а также непосредственно с поверхностью самого груза, размещенный в корпусе с возможностью продольного, относительно вертикального паза корпуса, поступательного перемещения отводящий клин, силовое замыкание которого с взаимодействующими с ним штыревыми захватным и управляющим органами обеспечивается действием собственного веса отводящего клина или пружиной. При этом штыревой захватный орган снабжен наклонными поверхностями для взаимодействия с отводящим клином для взаимодействия с монтажной скобой груза при ее захвате, а штыревой управляющий орган снабжен пазом для взаимодействия с отводящим клином и наклонными поверхностями для взаимодействия с монтажной скобой груза при ее захвате и освобождении, отводящий же клин снабжен наклонной поверхностью для взаимодействия с штыревым захватным органом, вырезом для взаимодействия с пазом штыревого управляющего органа и выступающим из корпуса, контактирующим с поверхностью самого груза при его освобождении хвостовиком.

Недостатком этого устройства является недостаточность его технических возможностей для обработки грузов, связанная с тем, что для осуществления управления положением запорного органа длина монтажной скобы груза должна иметь строго ограниченные размеры и, кроме того, сама форма поверхности груза в зоне его контакта с хвостовиком отводящего клина должна обеспечивать возможность этого контакта. Кроме того, отводящий клин, а следовательно, и точка его контакта с грузом смещены относительно оси подвеса груза, что вызывает появление снижающего надежность перевода штыревого запорного органа в открытое положение и его фиксации в этом положении, опрокидывающего момента, воздействующего на само устройство в момент освобождения груза и, кроме того, не исключает возможности взаимодействия хвостовика отводящего клина с грузом при его раскачивании относительно точки контакта монтажной скобы груза и штыревого захватного органа.

Известен (SU, авторское свидетельство 1209568, опубл. 07.02.1986) крюк, содержащий шарнирно соединенную с траверсой серьгу со скосами в нижней части и в верхней части зева и запорную подвижную относительно серьги планку, причем планка выполнена с полостью и со скосом в нижней части, а крюк снабжен идентичной дополнительной планкой, установленной симметрично основной относительно вертикальной оси симметрии траверсы, подпружиненными блокировочными ригелями, размещенными с возможностью вертикального перемещения в полостях планок, выполненными со скосами на нижних концах, и прикрепленными одними концами к ригелям, пропущенными сквозь их пружины и прикрепленными другими концами к серьге тросами, огибающими планки, при этом скос каждого ригеля перпендикулярен скосам планки и серьги, последняя из которых и траверса подпружинены.

Недостатком данного устройства следует признать принципиальную непригодность к дистанционному управлению.

Известен также (RU, патент 2426683, опубл. 20.08.2011) подъемный крюк, выполненный с возможностью захвата поднимаемого объекта за предусмотренную на нем цилиндрическую подъемную поверхность, причем подъемный крюк имеет ствол крюка, крюкообразную часть, соединенную со стволом крюка, запорный механизм для фиксации подъемного крюка к поднимаемому объекту, механизм управления, установленный над крюкообразной частью для вхождения в контакт с верхней частью подъемной поверхности с целью направления крюкообразной части в подъемное положение на нижнюю часть подъемной поверхности, причем подъемная поверхность выполнена в виде поверхности с проточкой, а механизм управления выполнен в виде выступа более узкого, чем подъемная поверхность проходящего вперед от ствола крюка сбоку от крюкообразной части, причем передний конец выступа снабжен рычагом управления, нижняя поверхность которого наклонена вверх к верхней поверхности выступа, а боковые поверхности) сужаются к наконечнику выступа.

Недостатком известно технического решения следует признать его принципиальную непригодность к дистанционному управлению.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного технического решения, стоит в обеспечении возможности дистанционного управления подъемным крюком.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении эффективности погрузочно-разгрузочных работ и оптимизации производственных процессов посредством снижения потребного для проведения указанных работ количества персонала, а также уменьшения рисков в строительной, портовой, энергетической, металлургической отраслях, горной промышленности.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию автоматизированного дистанционно управляемого подъемного крюка. Разработанная конструкция содержит корпус, средства перемещения переносимого груза, изолированный от агрессивных сред и включающий боковые и переднюю панели, а также верхнюю крышку, на которой закреплена унифицированная проушина, на нижней стороне корпуса размещен поворотный крюк, на котором закреплен механизм фиксации груза в поворотном крюке, при этом в корпус встроены световой прицел и, по меньшей мере, одна видеокамера, обеспечивающие точное подведение крюка к грузу, а также концевые датчики положения, контролирующие поворот поворотного крюка, в корпусе также размещены мотор-редуктор, представляющий собой комбинацию электродвигателя и червячной передачи, к которому посредством вала закреплен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной валу поворотный крюк, и блок электроники, который подключен к силовым элементам крюка, а именно к его стенкам, в корпусе средства дополнительно расположена система безопасности, содержащая предохранительный замок, предотвращающий выпадение креплений груза из области закрепления, при этом крюк выполнен с возможностью предварительной фиксации элементов крепления груза посредством магнита и с возможностью позиционирования элементов крепления груза относительно крюка. Также в состав устройства входит источник электрического питания, подключенный ко всем энергопотребляющим элементам устройства.

разработанная конструкция дополнительно содержит пульт дистанционного управления, однозначно соответствующий элементам управления поворотного крюка, причем выходы/входы пульта управления соединены по системе Bluetooth и радиоканалу LoRac входами/выходами системы управление крюка.

В некоторых вариантах реализации крюк может дополнительно содержать автоматическую систему подогрева элементов изделия.

Разработанное устройство предназначено для выполнения погрузочно-разгрузочных работ в широком диапазоне температур окружающей среды в условиях крайнего севера с возможностью удаленного управления оператором с использованием пульта дистанционного управления или через интернет.

Устройство обладает следующим набор характеристик:

- Перемещение груза массой до 4 тонн;

- Автоматический захват и сброс такелажных приспособлений, необходимых для переноса груза с выполнением операций закрытие/открытие/остановка крюка с пульта дистанционного управления;

- Отказоустойчивость при выходе из строя электронной части или разрядке элементов питания пульта управления;

- Встроенный в корпус крюка световой прицел и видеокамеры, позволяющие оператору выполнять точное подведение крюка к грузу;

- Совместимость изделия с любой крановой техникой при использовании переходных устройств при необходимости (чалки, проушины и прочее).

При разработке изделия были обеспечены следующие требования к конструкции и составным частям:

- Система безопасности, не позволяющая открыть крюк с грузом, защемить часть тела оператора и возможность ручного открытия при выходе из строя электроники;

- Кнопка ручного управления на корпусе крюка с целью открытия крюка при невозможности выполнения операции с пульта ДУ;

- Возможность прерывания операции открытия и закрытия крюка в неснаряженном состоянии;

- Механизм фиксации груза на крюке, позволяющий в ручном режиме снимать и вешать груз на элемент подвеса;

- Наличие магнитного захвата металлического на стропах для предварительной фиксации элементов груза или различных приспособлений, предназначенных для подъема груза, и возможностью позиционирования груза относительно элементов крюка;

- Устройство крепления автоматического крюка к крановой технике или возможность использования промежуточного звена для нестандартных вариантов крепления;

- Механизм открытия и закрытия крюка с использованием мотор-редуктора, обеспечивающего работу механизма с требуемой скоростью, и возможностью воспринимать циклическую нагрузку не менее 2 тонн на каждую из опор;

- Автоматическая система подогрева элементов изделия, позволяющая сохранять работоспособность в диапазоне температур от -50°С до 50°С;

- Пульт дистанционного управления со съемным элементом питания, LED подсветкой для помощи оператору и демонстрации рабочего статуса крюка.

Разработанное изделие возможно эксплуатировать при следующих условиях окружающей среды:

- Возможность работы в любое время суток и широком спектре производственных условий (запыленность, туман, низкие температуры и другое);

- Защищенность устройства по стандарту IP65 самого изделия и пульта дистанционного управления;

- Легкость обслуживания и монтаж.

Последовательность захвата груза осуществляют в следующей последовательности. При подаче команды на открытие крюка оператором с дистанционного пульта управления или через сеть интернет блок электроники подает сигнал на мотор-редуктор, который при посредством электродвигателя и червяной передачи осуществляет поворот крюка на заданный угол. Контроль поворота крюка отслеживают с использованием герконов, положение которых определяет крайнее положение крюка в открытом и закрытом состоянии. Далее оператор подводит изделие к грузу и с использованием магнитного захвата осуществляет предварительный захват груза и его ориентация относительно крюка, после чего оператор подает команду на закрытие и осуществляет захват груза основным грузоподъемным механизмом.

Автоматизированный дистанционно управляемый подъемный крюк содержит крюк, электропривод и электронные компоненты, необходимые для реализации ранее указанных функций. Управление автоматическим крюком может быть осуществлено с кнопок, непосредственно расположенных на автоматическом крюке, с пульта радиоуправления либо через интернет.

Пульт управления содержит кнопки, светодиодную индикацию состояния и электронные компоненты, необходимые для реализации функций. Управление автоматическим крюком происходит через радиоканал LoRa, который обеспечивает устойчивую связь в самых разных условиях на расстоянии до нескольких сотен метров. Канал Вluеtooct используется для сопряжения пульта и крюка перед работой и после сопряжения не используется. Этот канал был выбран для ограничения расстояния сопряжения пульта и крюка для гарантированного сопряжения крюка и пульта, находящихся рядом, и для исключения случайного сопряжения пульта и крюка, разнесенных друг от друга на расстояние действия радиоканала LoRa. При штатной работе крюк осуществляет движение от датчика нижнего положения до датчика верхнего положения и обратно. Также крюк может быть остановлен в промежуточном положении кнопкой Стоп. Для предотвращения поломки конструкции при внештатной ситуации установлены аварийные выключатели, верхний и нижний, которые отключат подачу питания на мотор-редуктор посредством разрыва цепи с помощью реле двигателя. В качестве датчиков положения и аварийных выключателей первоначально рассматривались герконы, однако наличие мощного магнита не позволило применить их в конструкции. Поэтому в качестве датчиков положения и аварийных выключателей были выбраны микропереключатели Открытие и закрытие крюка осуществляют с использованием мотор-редуктора и зубчатой передачи. Управляет мотор-редуктором модуль микроконтроллера с использованием драйвера двигателя. С использованием датчика тока двигателя модуль микроконтроллера определяет потребляемый двигателем ток и при его превышении отключает двигатель. По превышению тока можно судить о наезде крюком на препятствие или о защемлении части тела человека и тем самым обеспечить защитное отключение.

Модульмикроконтроллера осуществляет управление всеми компонентами автоматического крюка. В качестве модуля микроконтроллера был выбран плата ArduinoUnoWi-FiRev2, так как она позволяет запрограммировать нужное поведение для реализации функций, обладает достаточным быстродействием, имеет встроенный интерфейс Bluetooth, а также вырабатывает напряжения 3,3 В и 5 В, которые необходимы другим компонентам системы.

Крюк является элементом, за который крепится груз. В своем составе крюк имеет стопорную собачку, которая не позволяет стропе соскочить с крюка до появления натяжения стропы. Также стопорная собачка позволяет накидывать стропу на крюк без открытия крюка.

Магнит, установленный внизу корпуса автоматического крюка, позволяет примагничивать и удерживать до зацепления за крюк стропы, имеющие в своем составе магнитящиеся материалы.

Для облегчения прицеливания магнитом в конструкции имеется световой прицел, который включается, когда крюк находится в открытом положении. Включением светового прицела управляет модуль микроконтроллера через реле прицела.

Датчик массы представляет собой тензорезистор, который изменяет свое сопротивление при деформации конструкции под весом груза.

Для надежной работы электроники при отрицательных температурах используется обогрев с использованием обогревающих резисторов. Подача питания на обогревающие резисторы происходит по команде от модуля микроконтроллера через реле обогрева при понижении температуры внутри автоматического крюка. Температура определяется с использованием датчика температуры. Обогревающие резисторы и датчики температуры стоят в трех местах внутри корпуса:

- корпус электроники;

- корпус камеры и светового прицела;

- корпус аккумуляторной батарей.

Суммарное потребление системы обогрева составляет 4,8 А.

Световая индикация состояния производится с использованием RGD ленты, установленной по бокам автоматического крюка. Для привлечения внимания персонала также используется звуковая индикация с использованием зуммера.

Автоматический крюк питается от аккумуляторной батареи. Для определения оставшегося заряда батареи используются датчик напряжения и датчик тока батареи.

Модуль микроконтроллера осуществляет отправку команд в автоматический крюк и управление всеми компонентами пульта. В качестве модуля микроконтроллера был выбран плата ArduinoUnoWi-FiRev2, так как она позволяет запрограммировать нужную логику для реализации функций, обладает достаточным быстродействием, имеет встроенный интерфейс Bluetooth, а также вырабатывает напряжения 3,3 В и 5 В, которые необходимы другим компонентам системы.

Модуль LoRа служит для радиосвязи с автоматическим крюком. Модуль работает от 3,3 В, поэтому для его сопряжения с ArduinoUnoWi-FiRev2 требуется преобразователь логических уровней из 3,3 В в 5 В.

Пульт питается от аккумуляторной батареи. Для определения оставшегося заряда батареи используются датчик напряжения и датчик тока батареи.

Напряжение на аккумуляторной батарее меняется в процессе разряда. Для компонентов, чувствительных к этим изменениям, установлен стабилизатор напряжения.

Изобретение относится к области устройств для осуществления погрузочно-разгрузочных работ, а именно к области грузозахватных органов. Подъемный крюк содержит корпус средства перемещения переносимого груза, изолированный от агрессивных сред и включающий боковые и переднюю панели, а также верхнюю крышку, на которой закреплена унифицированная проушина, на нижней стороне корпуса размещен поворотный крюк, на котором закреплен механизм фиксации груза в поворотном крюке. В корпус встроены световой прицел и видеокамера, обеспечивающие точное подведение крюка к грузу, а также концевые датчики положения, контролирующие поворот поворотного крюка в корпусе. В корпусе размещены мотор-редуктор, представляющий собой комбинацию электродвигателя и червячной передачи, к которому посредством вала закреплен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной валу, поворотный крюк и блок электроники, который подключен к силовым элементам крюка, а именно к его стенкам. В корпусе средства дополнительно расположена система безопасности, содержащая предохранительный замок, предотвращающий выпадение креплений груза из области закрепления, при этом крюк выполнен с возможностью предварительной фиксации элементов крепления груза посредством магнита и с возможностью позиционирования элементов крепления груза относительно крюка, также в состав устройства входит источник электрического питания, подключенный ко всем энергопотребляющим элементам устройства, и пульт дистанционного управления, однозначно соответствующий элементам управления поворотного крюка, причем выходы/входы пульта управления соединены по системе Bluetooth и радиоканалу LoRac входами/выходами системы управления крюка. Достигается повышение эффективности погрузочно-разгрузочных работ и оптимизации производственных процессов. 1 з.п. ф-лы.

1. Автоматизированный дистанционно управляемый подъемный крюк, отличающийся тем, что он содержит корпус средства перемещения переносимого груза, изолированный от агрессивных сред и включающий боковые и переднюю панели, а также верхнюю крышку, на которой закреплена унифицированная проушина, на нижней стороне корпуса размещен поворотный крюк, на котором закреплен механизм фиксации груза в поворотном крюке, при этом в корпус встроены световой прицел и по меньшей мере одна видеокамера, обеспечивающие точное подведение крюка к грузу, а также концевые датчики положения, контролирующие поворот поворотного крюка, в корпусе также размещены мотор-редуктор, представляющий собой комбинацию электродвигателя и червячной передачи, к которому посредством вала закреплен с возможностью вращения в плоскости, перпендикулярной валу, поворотный крюк, и блок электроники, который подключен к силовым элементам крюка, а именно к его стенкам, в корпусе средства дополнительно расположена система безопасности, содержащая предохранительный замок, предотвращающий выпадение креплений груза из области закрепления, при этом крюк выполнен с возможностью предварительной фиксации элементов крепления груза посредством магнита и с возможностью позиционирования элементов крепления груза относительно крюка, также в состав устройства входит источник электрического питания, подключенный ко всем энергопотребляющим элементам устройства, и пульт дистанционного управления, однозначно соответствующий элементам управления поворотного крюка, причем выходы/входы пульта управления соединены по системе Bluetooth и радиоканалу LoRac входами/выходами системы управления крюка.

2. Крюк по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит автоматическую систему подогрева элементов изделия.