Устройство управления грузоподъемным краном Советский патент 1982 года по МПК B66C13/42 

1

Изобретение относится к подъемнотранспортному машиностроению и может быть использовано на кранах средней и большой грузоподъемности с гидравлическими приводами их механизмов.

Известно устройство управления режимом работы грузоподъемного крана, содержащее гидросистему механизма подъема, в которой регулируемые тидромотор и насос образуют замкнутый гидравлический контур. Регулирование скорости подъема груза в функции его веса производится гидроцилиндром управления, гидравлически соединенным с напорной магистралью регулируемого насоса tOОднако отсутствие демпфирования низкочастотных пульсаций давления в напорной магистрали регулируемого гидромотора механизма подъема, являющихся следствием колебаний груза, в це лом приводит к импульсным толчкообразным изменениям скорости подъема

груза, фаза которых совпадает с фазой вектора колебаний груза в горизонтальной плоскости, т.е. силовая часть гидросистемы механизма подъема реагирует на пульсации давления от действия составляющей динамической силы веса при раскачивании груза, что приводит к значительным динамическим нагрузкам, как в самой гидравлической части механизма подъема, так и в ме10таллоконструкциях крана, при этом эксплуатационная.надежность крана снижается.

В устройстве при автоматическом управлении средней скоростью подъема груза (без учета пульсаций этой скорости) по обратно пропорциональному закону от .веса груза совершенно отсутствуют аналогичные управления в механизь ах подъема стрелы крана и

20 поворота крана, что приводит к необходимости- снижать скорости отработки указанных операций в целях предотвращения колебаний грузоподвеса, 396 поэтому производительность крана сни жается. Кроме того, нет активных воздейст вий в этом устройстве, направленных на гашение колебаний груза, что влечет к снижению времени цикла кранова ния, так как машинист крана должен делать вынужденные остановки механизмов подъема стрелы и поворота, для обеспечения выдержки времени на свободное затухание указанных колебаний Если таких остановок машинист не делает, то срабатывание защиты гидрог системы от перегрузок приводит к пол ному стопорению крановых механизмов, что также понижает время цикла кранования груза, т.е. производительность крана снижается вследствие больших динамических нагрузок на его механизмы и соответственно снижается также-надежность крана. Цель изобретения - повышение производительности и надежности крана путем гашения колебаний груза И снижения скорости работы механизмов про порционально нагрузке на крюки. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее три объем ных замкнутых гидропривода механизмов подъема, выдвижения стрелы и передвижения тележки,состоящих каждый из гидромотора, управляемого насоса, гидроцилиндра перестановки блока насоса, снабженного двумя возвратными пружинами, гидрораспределителя управления гидроцилиндром перестановки рукоятки управления,кинематически связанной с золотником этого гидрораспределителя, электромотора привода насоса и вспомогательной гидроаппаратуры, каждый гидропривод дополнительно снабжен гидроцилиндром и трёхпозиционным четырехлинейным гидрораспределителем управления, трёхпозиционным двухлинейным гидрораспределителем- гидрозамком и гидромеханическим фильтром, состоящим из регулируемого дросселя гидроцилиндра-датчика, гидроцилиндра-генератора им- . пульсов и рычага с неподвижной точкой опоры, причем шток и золотник Гидроцилиндра управления и его гидрораспределителя кинематически связаны со штоком и золотником гидроцилиндра перестановки и его гидрораспределителя соответственно, гидролинии золотника гидроцилиидра управления с одной сто роны соединены с гидролиниями обеих полостей гидроцилиндра управления, а с другой стороны параллельно соединены с гидролиниями аналогичных гидрораспределителей механизмов выдвижения стрелы и передвижения тележки и одна из них соединена со сливной гидролинией гидромотора механизма подъема, а другая через регулируемый дроссель гидромеханического фильтра соединена с напорной гидролинией гидромотора механизма подъема, гидрозамок включен в напорную гидролинию гидромотора механизма подъема, а его золотник кинематически связан с золотником гидрораспределителя перестановки, вход регулируемого дросселя соединен с поршневой полостью гидроцилиндрадатчика, шток которого снабжен возвратной пружиной и .кинематически связан с рычагом, выход дросселя соединен с поршневой полостью гидроцилиндра-генератора импульсов, JJJTOK которого связан с тем же рычагом, каждый из гидроприводов механизмов выдвижения стрелы и передвижения тележки снабжен дополнительно гидроцилиндром и трёхпозиционным четырехлинейным гидрораспределителем гашения колебаний, причем штоки гидроцилиндров гашения колебаний кинематически связаны со штоками соответствующих гидроцилиндров перестановки, а золотники их гидрораспределителей кинематически связаны с золотниками соответствующих гидрораспределителей перестановки. На чертеже представлена гидрокинематическая схема предлагаемого устройства. В устройстве механизм 1 подъема крана приводится во вращение от гидромотора 2, образующего совместно с управляемым насосом 3 замкнутый гидравлический контур, в котором поток рабочей жидкости может перекрываться трёхпозиционным двухлинейным гидрораспределителем-гидрозамком 1. Работу этого контура обеспечивает блок 5 электропривода, подпитки и гидрозащиты, включающий электромотор 6 привода управляемого насоса 3- Реверс и регулирование скорости вращения гидромотора 2 производится изменением угла регулирования управляемого насоса 3 (аксиально поршневого типа) посредством тидроцилиндра 7 перестановки блока насоса и гидроцилиндра 8 управления, штоки 9 которых соединены жестко. Гидроцйлиндр 7 перестановки блока насоса, управляемого наcoca 3 имеет уравновешенные возвратные пружины 10.

Полости гидроцилиндра 8 управления подключаются через трехпозиционный четырехлинейиый гидррраспределитель 11 управления со сливной и через регулируемый дроссель 12 с напорной гидролинией гидромотора 2. Полости гидроцилиндра 7 перестановки блока насоса подключаются через трехпозиционный метырехлинейный гидрораспределитель 13 перестановки со сливом маслобака 14 и через этот же гидрораспределитель и редукционный клапан 15 с напорной гидролинией нерегулируемого насоса 16 управления, приводимого во вращение от электромотора 17. Золотники 18 гидрораспределйтеля 11 управления, гидрораспределителя 13 перестановки и гидрозамка 4 соединены жесткой механической связью с перемещаемой рукояткой 19 управления. Штоки 20 и 21 гидроци:линдра-датчика 22 и гидроцилиндрагёнератора 23 импульсов связаны шарнирно с рычагом 2k, имеющим неподвижную точку опоры, а поршневые полости их подключены ко входу и выходу регулируемого дросселя 12. Параметры гидроцилиндра-датчика 22 импульсов, имеющего B03BpatHyKJ пружину 25, и гидроцилиндра-генератора 23 импульсов, регулируемого дросселя 12 и рычага 2А подобраны таким образом, что вцелом они образуют сглаживающий гиромеханический импульсный фильтр низкочастотных колебаний давления рабочей жидкости в напорной гидролинии гидромотора 2j являющихся следствием динамической составляющей веса поднимаемого груза при его колебаниях. Механизм 26 выдвижения стрелы крана имеет гидросистему 27 включает аналогичный замкнутый гидравлический контур, состоящий из гйдромотора 28, трехпозиционного двухлинейного гидрораспределителя- гидрозолотнйка 29, управляемого насоса 30 и блока 31 электропривода подпитки и гидрозащиты. В гидросистеме 27 механизма 26 выдвижения стрелы крана гидроцилиндр 32 и 33 перестановки блока насоса и управления, трехпозиционные четырехлинейные гидрораспределители 3 и 35 перестановки и управления и рукоятка 36 управления включены между собой аналогично гидросистеме механизма 1 подъема крана. Внешние же гйдролинии гидрораспределителей З и 35 перестановки и управления подключены параллельно соответствующими гидролиниями гидрораспределителей 13 и 11 перестановки и управления гидросистемы механизма 1 подъема крана. В гидросистеме 27 механизма 2б выдвижения стрелы крана гидроцилиндр-датчик 37 импульсов, гидроцилиндр-генератор 38 импульсов, регулируе 1ый дроссель 39 и рычаг 0 выполняют функции низкочастотного гидромеханического фильтра и инвертора фазы импульсных давлений рабочей жидкости, являющихся следствием импульсных перегрузок на валу гидромотора 29 от динамической

S составляющей веса при его колебаниях в плоскости перемещения крана.

Указанные импульсы давлений в гидромеханическом фильтре преобразуются пропорционально в расходы, которые пропускаются в соответствующих направлениях через трехпрзиционный четырехлинейный гидрораспределитель 41 гашений колебаний в полости гидроцилиндра 42 гашения колебаний груза. Золотники гидрораспределителей .41 гашения колебаний, гидрораспределителя 34 перестановки, гидрораспределителя 35.управления механически соединены «естко и сорсно между собой, так же как и штоки гидроцилиндров 42 гашения колебаний груза, гидроцилиндров 32 перестановки блока насоса и гидроцилиндр 33 управления.

Механизм ЛЗ передвижения крановой тележки имеет гидросистему 44, аналогичную гидросистеме 27 механизма 2б выдвижения стрелы крана 26. Внешние соединения гидролиний гидросистемы 44 механизма 43 передвижения крановой тележки аналогичны внешним соединениям гидролиний гидросистемы 27 механизма 26 выдвижения стрелы крана.

Устройство работает следующим образом.. .

Перед-началом кранования (подъема, транспортирования и спуска) груза крановщик включает электромотор 17 электромотор 6 управляемого насоса 3 в блоке 5 электропривода, подпитки и гидрозащиты механизма 1. подъема и электромоторы в аналогичном блоке 31 механизма 26 выдвижения стрелы краха и в аналогичном блоке механизма 43 передвижения крановой тележки.

Рукоятки 19 и 36 управления в гидросистеме механизма 1 подъема, и в гидросистеме 27 механизма 26 выдвижения стрелы крана и в аналогичной гид росистеме kk механизма k3 передвижения крановой тележки 43 находятся в исходных позициях 1, Описание дальнейшей работы крана Проводится кооперационно в соответст ВИИ с работой каждого механизма, хотя устройство в целом допускает одновременное совмещение всех операций кранования. Так в исходном положении гидросистемы механизма 1 подъема крана гидрораспределитель 13 перестановки соединяет полости гидроцилиндра 7 . перестановки блока насоса со сливом, гидрораспределитель 11 управления соединяет обе полости гидроцилиндра 8 управления со сливной гидролинией, гидромотора 2, и гидррзамок k перекрывает напорную гидролинию этого гидромотора. Под действием уравновешенных возвратных пружин 10 гидроцилиндры 7 перестановки блока насоса угол регулирования управляемого насоса 3 устанавливают в нуль. Гидромотор 2 заторможен гидрозамком k л поэтому механизм 1 подъема крана неподвижен. Нерегулируемый насос 16 управления подает рабочую жидкость через редукционный клапан 15 на слив а если -другие гидросистемы в работе, то рабочая жидкость через редукционный клапан 15 и соответствующие гидр распределители перестановки подается в гидроцилиндры перестановки бло,ка насоса работающих механизмов крана. В случаях подъема груза тормозная сила на гидроцилиндре 8 управления увеличивается пропорционально весу груза и поэтому в соответствии с опи санными процессами регулирования ско рость подъема груза уменьшается обратно пропорционально его весу. Демпфирование низкочастотных гармонических пульсаций давления рабоче жидкости в напорной гидролинии гидромотора 2, которые появляются при колебаниях груза дестабилизируют про цесс регулирования производительности управляемого насоса 3 обеспечивается импульсным 1 гидромеханическим фильтром следующим образом. Увеличение (уменьшение) амплитуды импульса давления на входе регулируемого дрос селя 12. воспринимает гидроцилиндрдатчик 22 импульсов. Его поршень при таких воздействиях передвигается впр во (влево) относительно среднего установившегося положения, перемещая ШТОКОМ 20 через рычаг 24 в этих же направлениях поршень гидроцилиндрагенератора 23 импульсов. Перемещение последнего вправо (влево) соответствует забору (выталкиванию) объема масла из гидроцилиндра-генератора 23 импульсов, сопровождающемуся соответствующим уменьшением (увеличением) амплитуды импульса давления в гидролинии за регулируемым дросселем 12, т.е. в гидролинии.за регулируемым дросселем 12 генерируются импульсы давления, фаза которых противоположна импульсам давления в магистрали до него. Регулируемый дроссель -12 и его выходная гидролиния являются сумматором этих противофазных импульсов давления. При соответствующем подборе коэффициентов передачи и постоянных времени (гебметрических парамет- : ров) элементов гидромеханического фильтра, как звеньев системы управления, достигается качественное демпфирование низкочастотных гармонических составля1дщих пульсаций давления, появляющихся при колебаниях поднимаемого краном груза. Среднее демпфированное значение давления на выходе гидромеханического фильтра пропорционально весу груза и является также управляющим воздействием для гидросистем всех механизмов крана. Стопорение механизма 1 подъема крана с висящим грузом обеспечивает переводом рукоятки 19 управления в положение 1. Следует отметить, что на скорость перевода рукояток управления положены ограничения, элементы которых на чертеже не показаны. Поэтому оперативное стопорение всех механизмов крана имеют плавный характер не сопровождающихся значительными динамическими перегрузками в гидравлической и механической частях крана. В процессе стопорения гидросистемы механизма 1 подъема крана (как и гидросистем других механизмов) она переходит в исходное состояние. При работе блока 5 электропривода подпитки и гидрозащиты и перекрытии гидрозамком k напорной гидромашины гидромотор 2 работает в режиме жесткого торможения и поэтому груз удерживается по весу. Стопорение механизма 1 подъема крана позволяет сохранить управления скоростями передвижения механизмов 26 и 43 выдвижения стрелы крана и передвижения крановой ;тележки обратно пропорциональными весу груза, так как давление в замкнутой гидрозам, ком k напорной гид олинии гидромотора 2 под действием веса груза запоминается, аналогично описанному .демп фируется импульсным фильтром и подается как управляющее воздействие на гидрораспределитель 35 управления гидросистемы 27 механизма 26 выдвиже ния стрелы крана и аналогичный гидрораспределитель управления гидросистемы 44 механизма 43 передвиже.ния крановой тележки. Для опускания груза переводят рукоятку 19 управления в положение III При этом реверсируются в гидросистеме механизма 1 подъема все потоки . рабочей жидкости, но угол регулирова ния управляемого насоса. 3 за счет неодинаковой жесткости пружин 10 гид роцилиндра 7 перестановки блока насо са минимальный. Производительность управляемого насоса 3 также минималь ная. Под действием веса груза гидромотор 2 при минимальном расходе на его входе переходит в насосный режим, что в целом характеризует режим работы замкнутого гидравлического контура механизма 1 подъема крана, как режим гидродинамического тор можения, при котором перепад давления рабочей жидкости на входе электр мотора 6 управляемого насоса 3 со стороны гидрозамка 4 относительно другой гидромагистрали замкнутого гидравлического контура положительный и пропорциональный весу груза. Поэтому опускание груза происходит при указанном,управлении с постоянным притормаживанием недопустимых и ограниченных весом груза скоростях при.чем при гидродинамическом торможении формируемые в гидросистеме механизма 1 подъема крана управления, подаваемые в гидросистемы механизма 26 выдвижения стрелы крана, механизма 44 передвижения крановой тележки, прямо пропорциональны, а скорости пе ремещения этих механизмов обратно про порциональны уже тормозному моменту. Таким образом режим работы гидросистемы 27 и 44 механизма выдвижения стрелы крана и механизма передви жения крановой тележки независимы между собой, но определяются весом поднимаемого груза. Принцип работы . этих гидросистем по отработке заданных скоростей передвижения их механизмов со стороны гидросистемы механизма 1 подъема крана аналогичен описанному выше. Однако в каждую из гидросистем 27 и 44 механизм выдвижения стрелы крана и механизма передвижения крановой тележки включен еще контур корректирующий скорости соответствующих механизмов в целях гашения колебаний груза, как в продольной так и в поперечной плоскостях. На примере гидросистемы 27 механизма выдвижения стрелы крана 2б поясним работу контура гашения колебаний груза. Параметры гидроцилиндра-датчика 37 импульсов И:гидроцилиндра-генератора 35 импульсов, регулируемого дросселя 39 и рычага 40 выбираются таким образом, что их совместное функцио-нирование обеспечивает не демпфирующие свойства, как это выполнено в гидросистеме механизма 1 подъема крана, а обеспечивает свойства трансформации импульсов давления с инверсией их фазы. Т.е. при том же принципе работы воспринимаемые гидроцилиндром-датчиком 37 -импульсов низкочастотные гармонические колебания давления рабочей жидкости в напорной гидролинии гидромотора 28, Являющиеся следствием изменения динамической составляющей веса груза при его колебаниях в плоскости движения механизма 2б выдвижения стрелы крана, усиливаются, инвертируются и подаются в качестве уже корректирующего воздействия с выхода гидроцилиндра-генератора 38 импульсов на вход гидроцилиндра 42 гашения колебаний груза. Это корректирующее воздействие направлено на нейтрализацию первичных колебаний груза в полости движения механизма 2б перемещения стрелы крана гидросистему и гидропривод этого же механизма. Так, при совпадении направления скорости перемещения стрелы .крана с фазой гармонического колебания груза противоимпульс давления рабочей жидкости с выхода гидроцилиндра-генератора 38 импульсов проходит через гидрораспределитель 1 гашения колебаний груза в полость гидроцилиндра 42 гашения колебаний груза, который начинает движение. Направление движения этого гидроцилиндра соответствует увеличению угла регулирования управляемого насоса 30, что при.водит к импульсному увеличению скорости передвижения крана. Кран начинает догонять колеблющийся груз

и энергия его колебания компенсируeVcя энергией полезного перемещения крана. Амплитуда колебаний груза уменьшается.

При противоположных векторах движения стрелы крана и колебания груза процессы управления направлены на импульсное уменьшение скорости движения стрелы крана. Стрела замедляет свое движение и энергия колебания груза компенсируется динамической энергией замедления движения стрелы крана.

В переходных режимах элементы блока 5 электропривода, подпитки и гидрозащиты обеспечивают компенсацию утечек и соответствующую гидрозащиту в замкнутом гидравлическом контуре гидросистемы механизма 1 подъема крана.

Для подъема груза крановщик переводит рукоятку 19 управления в положение II. При этом гидрозамок k соединяет напорные гидролинии гидромотора 2 и управляющего насоса 3. гидрораспределитель 13 перестановки сое диняет соответствующие полости гидроцилиндра 7 перестановки блока насоса с выходом редукционного клапана 15 и со сливом, а гидрораспределитель 11 управления соединяет противоположные полости гидроцилиндра 8 управления с напорной через регулируемый дроссель 12 и со сливной непосредственно гидролиниями гидромотора 2. Перепад давления рабочей жидкости на входе регулируемого дросселя относительно сливной гидролинии гидромотора 2 пропорционален (демпфированному) моменту сопротивления на механизме 1 подъема крана, т.е. пропорционален весу, поднимаемого груза с учетом демпфирования переменной динамической составляющей веса груза, возникающей за счет колебаний. Этот перепад давления формирует на штоке 9.гидроцилиндра 8 управления соответствующую тормозную силу, направленную на уменьшение угла регули рования управляемого насора 3. Под действием перепада давления рабочей жидкости в полостях гидрО7 цилиндра 7 перестановки блока насоса равного стабилизированному давлению рабочей жидкости на выходе редукцион ного клапана 15 относительно слива, формируется движущая сила, приводяща к перемещению поршня этого гидроцилиндра в сторону увеличения угла регулирования управляемого насоса 3Здесь в случаях отсутствия груза на механизме 1 подъема крана увеличение угла регулирования происходит до тех пор, пока сила, движущая поршень гидроцилиндра 7 перестановки блока насоса, не уравновесится противодействующей силой его возвратных пружин Ifl и противодействующей тормозной силой гидроцилиндра 8 управления, пропорциональной сопротивлениям холостого хода гидромотора 2, которые в свою очередь пропорциональны весу грузозахвата и канатной системы. При наступлении равновесия указанных сил производительность управляемого насоса 3 максимальная, и грузозахват без груза перемещает в режиме маневра на больших скоростях.

В гидросистемах механизма 26 выдвижения стрелы крана и механизма 3 передвижения крановой тележки подбираются также гидродинамические параметры их элементов, которые доставляЮт устойчивость движения системы кран-груз, т.е. затухание колебаний груза. Таким образом, предлагаемое устройство управления режимом работы крана обеспечивает управление скоростью передвижения механизмов по обратнопропорциональному закону от веса гру за и обеспечивает гашение колебаний груза путем целенаправленных и заданных импульсных изменений скоростей перемещения стрелы крана и крановой тележки в функциях ортогональных разложений по плоскостям движения крана ди1:1амической составляющей веса груза, что в целом для кранового механизма способствует повышению производительности, снижению динамических нагрузок на его механизмах и повышению эксплуатационной надежности. Годовой экономический эффект от внедрения изобретения составляет свыше 8 тыс. руб. Формула изобретения , . Устройство управления грузоподъемным краном;,, содержащее три объемных замкнутых гидропривода механизмов подъема, выдвижения стрелы и передвижения тележки, состоящих каждый из гидромотрра, управляемого насоса, гидроцилиндра перестановки блока насоса, снабженного двумя возвратными пружинами, гидрораспределителя управ ления гидроцилиндром перестановки, рукоятки управления, кинематически связанной с золотником этого гидрораспределителя, электромотора привода насоса и вспомогательной гидроаппаратуры, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и надежности крана путем гашения колебаний груза и снижения cкopoctи работы механизмов про порционально нагрузке на крюки, каждый гидропривод дополнительно снабже гидроцилиндром и трехпозиционным четырехлинейным гидрораспределителем управления, трехпозиционным двухлинейным гидрораспределителем- гидрозамком и гидромеханическим фильтром, состоящим из регулируемого дросселя. ги дроцилиндра- датчика, гидроцилиндра

генератора импульсов и рычага с неподвижной точкой опоры, причем шток и золотник гидроцилиндра управления . и его гидрораспредёлителя кинематически связаны со штоком и золотником 25 гидроцилиндра перестановки и его гидрораспределителя соответственно, гидролинии золотника гидроцилиндра управления с одной стороны соединены с гидролиниями обеих полостей зо гидроцилиндра управления, с другой стороны параллельно соединены с гидролиниями аналогичных гидрораспределителей механизмов выдвижения стрелы и передвижения тележки и од- jj на из них соединена со сливной гидтельно гидроцилиндром и трехпозиционным четырехлинейным гидрораспределителем гашения колебаний, причем штоки гидроцилиндров гашения колебаний кинематически связаны со штоками соответствующих гйдроцилиндров перестановки, а золотники их гидрораспределителей .кинематически связаны с золотниками соответствующих гидрорас прегделителей перестановки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гавриленко Б.А. и др. Гидравлический привод. М., Машиностроение, 1968, с. . ролинией гидромотора механизма подъема, а другая через регулируемый дроссель гидромеханического фильтра соединена с напорной гидролинией гидромотора механизма подъема, гидрозамок, включен в напорную гидролинию гидромотора механизма подъема, а его золотник кинематически связан с золотником гидрораспределителя перестановки, вход регулируемого дросселя соединен с поршневой полостью гидроцилиндра-датчика, шток которого снабжен возвратной пружиной и кинематически связан с рычагом, выход дросселя соединен с поршневой полостью гидроцилиндрагенератора импульсов, шток которого связан с тем же рычагом, каждый и3 гидроприводов механизмов выдвижения стрелы и передвижения тележки снабжен дополниS-- felErjr(7 nt I