Предохранительное устройство для троса

 

Изобретение касается судовождения морских судов, в частности в условиях ледового плавания, и может быть использовано в комплексных системах контроля и обеспечения безопасности плавания судов. Цель изобретения - повышение надежности устройства . Устройство содержит датчик 1 натяжения каната, выход которого соединен с входом блока 2 управления и первым входом блока 3 индикации. Вход датчика натяжения каната соединен с одним из выходов источника питания. Датчик 1 натяжения каната содержит фазовращатель 5 и последовательно соединенные магнитоупругий преобразователь 6, интегратор 7, суммирующий усилитель 8, первый фильтр 10 верхних частот и демодулятор 11. Блок управления содержит второй фильтр 12 нижних частот, дифференциатор 13, ключ 14, компаратор 15, сумматор 16, усилитель 17 мощности, второй дифференциатор 18, второй ключ 19. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4610937/11 (22) 28.11.88 (46) 15.09.91.Бюль 34 (71) Ленинградское высшее инженерное морское училище им,адм.С.О.Макарова (72) Г,М;Басалыгин, С.Д.Вилесов, А,Б,Галактионов, Н.Е.Жадобин, B.B,Ðóêøà и Б.Н,Цырульников (53) 621,864(088.8) (56) Кичкин И.И. Датчики судовым систем и дистанционного контроля. M.: Транспорт, 1964, с. 65. (54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРОСА (57) Изобретение касается судовождения морских судов, в частности в условиях ледового плавания, и может быть использовано в комплексных системах контроля и обеспеИзобретение относится к судовождению морских судов, в частногти, в условиях ледового плавания и может бь ть использовано в комплексных системах контроля и обеспечения безопасности плавания судов, Цель изобретения — повышение надежности устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для предупреждения аварии соединительного троса; на фиг.2 — структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 натяжения троса, выход которого соединен с входом блока 2 управления и первым входом блока 3 индикации. Первый — четвертый выходы блока 2 управления соединены с соответствующими входами блока 3 индикации.

Пятый выход блока 2 управления включен в цепь управления гребным злектродвигате„„SU„„1676919 А1 чения безопасности плавания судов, Цель изобретения — повышение надежности устройства. Устройство содержит датчик 1 натяжения каната, выход которого соединен с входом блока 2 управления и первым входом блока 3 индикации. Вход датчика натяжения каната соединен с одним из выходов источника питания. Датчик 1 натяжения каната содержит фазовращатель 5 и последовательно соединенные магнитоупругий преобразователь 6, интегратор 7, сумм: рующий усилитель 8, первый фильтр 10 верхних частот и демодулятор 71. Блок управления содержит второй фильтр 12 нижних частот, дифференциатор 13, кляч

14, компаратор 15, сумматор 16, усилитсль

17 мощности, второй дифференциатор 18, второй ключ 19. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. лем, а шестой и седьмой выходы — в цепь управления буксирной лебедки, Вход да;чика натяжения троса соединен с одним из выходов источника 4 питания, Датчик натяжения троса содержит фазовращатель 5 и последовательно соединенные первичный магнитоупругий преобразователь 6, интегратор 7, суммирующий усилитель 8, первый фильтр 9 ни : Hèõ частот, фильтр 10 верхних частот . де,.модулятор 11. Входы фэзовращателя соединены и подключены к одному выходу исто ника питания, Выход демодулятора является выходом датчика усилия.

Блок 2 управления содержит второй фильтр 12 нижних частот, вход которого соединен с выходом датчика усилия и входом первого дифференциатора 13, своим выходом подключенного к второму входу перво1676919

28, входы которой соединены соответствен- 35 но с выходами первого — третьего компараторов блока управления. Выходы схемы

40 го ключа 14, Выход фильтра 12 нижних частот соединен с входом первого компаратора

15, выход которого через первый вход первого сумматора 16 соединен с входом первого усилителя 17 мощности. Выход первого усилителя 17 мощности включен в цепь управления гребным электродвигателем. Выход первого компаратора 15 также соединен с первым входом первого ключа

14. Выход второго дифференциатора 18 соединен с вторым входом второго ключа 19, Выход второго компаратора 20 через первый вход второго сумматора 21 соединен с вторым усилителем 22 мощности, выход которого включен в цепь управления буксирной лебедки, Выход второго компаратора 20 также соединен с первым входом второго ключа 19, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 21. Выход третьего дифференциатора 23 соединен с вторым входом третьего ключа 24. Выход третьего компаратора 25 через первый вход третьего сумматора 26 соединен с входом третьего усилителя 27 мощности, выход которого включен в цепь управления буксирной лебедки. Выход третьего компаратора

25 также соединен с первым входом третьего ключа 24, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 26, Входы второго дифференциатора 18, второго компаратора 20, третьего дифференциатора

23 и третьего компаратора 25 соединены с входом второго фильтра 12 нижних частот.

Блок 3 индикации содержит схему реле реле подключены к элементам световой и звуковой сигнализации, Вход первого функционального преобразователя 29 соединен с выходом второго фильтра 12 нижних частот, а выход — с измерительным прибором среднего значения. Вход второго функционального преобразователя 30 соединен с выходом датчика усилия, а выход — с регистрирующим прибором мгновенного значения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Усилие F создает пропорциональный вращающий момент М, который вызывает скручивание вала, Механические напряжения о, возникающее, в частности, в поверхностных слоях вала при его скручивании, пропорциональны величине момента М, т.е.

0 пропорционально M. Магнитоупругий преобразователь 6, установленный на валу лебедки, преобразует изменяющиеся во времени под действием усилия F (t) механи5

20 ческие напряжения o(t) в электрический сигнал Ы (t), Однако в отсутствие буксировки, когда F (t) = 0 и o (t) = О, на выходе магнитоупорного преобразователя 6 действует электрическое напряжение Uo (t) - нулевой сигнал, который необходимо устранить из канала датчика усилия. Сигнал на выходе преобразователя 6 представляет собой сумму LL(t, о(t)t,d о (dt) + Uo и является результатом дифференцирования в магнитоупорном преобразователе амплитудномодулированного механическими напряжениями а (t) магнитного потока магнитоупорного преобразователя, Поэтому U(t) зависит не только от o, но и от с1о (t)/dt, Для получения электрического сигнала U (t, сг(ф пропорционально зависящего только от о, сигнал U с выхода магнитоупорного преобразователя 6 подают на вход интегратора 7, С выхода интегратора 7 сигнал U= U(t, a(t))

+ Uo. (t) подают HB один из Входов суммирующего усилителя S. На другой вход усилителя 8 с выхода фазовращателя 5 подают напряжение 00(т). При настройке устройства, когда о = О, регулировкой параметров фазовращателя 5 устанавливают фазу напряжения Up (t) такой, чтобы она отличалась от фазы напряжения L4 (с) на 180, а амплитуду равной амплитуде Uo(t). Тогда на выходе усилителя 8 в отсутствие нагрузки на вал лебедки (усилие F = О, о=О) нулевой сигнал отсутствует Uo(t) = О. При F X О (o A О) на выходе усилителя 5 действует только напряжение U(t,v(t)). Для исключения погрешности компенсации, связанной с изменением фазы напряжения питания, вход фазовращателя 5 соеДиняют с тем выходом источника питания, к которому подключен вход магнитоупорного преобразователя 6. Напряжение U(t, o(t)) подают на вход первого . фильтра 9 нижних частот, где полезный curI àë освобождают от высших гармонических составляющих. С выхода первого фильтра 9 нижних частот сигнал поступает на вход фильтра 10 высоких частот, служащи ", для подавления постоянной составляющей с выхода первого фильтра 9 низких частот, которая может появляться при регулировке схемы датчика. Очищенный от искажений сигнал Ll(t, сг()) с выхода фильтра 10 высоких частот подают на вход демодулятора 11, на выходе которого выделяют огибающую U (о ()) сигнала Ll(t, о (т)). Величина Щ ч(с), изменяется пропорционально механическим напряжениям e(t), линейно связанным с усилием Г (t) в тросе, т.е. U (F(t)). Сигнал U (F(t)) является выходным сигналом датчика 1 тягового усилия.

1676919

На входы второго фильтра 12 нижних частот, первого дифференциатора 13, второго дифференциатора 18, второго компаратора 20, третьего дифференциатора 23 и третьего компаратора 25 подают полезный сигнал U {F (t)). На выходе второго фильтра

12 низких частот выделяют постоянную составляющую U, величина которой пропорциональная среднему значению усилия F(t).

Напряжение U< подают на вход первого компаратора 15, на другой вхоц которого подают опорное напряжение 0> . Величину

U> устанавливают пропорциональной предельно допустимому значению средней величины тягового усилия F <.

Напряжение U1 на выходе компаратора

15 появляется в том случае, когда U< 01*, Для Uc < 01* напряжение на выходе компаратора 15 отсутствует. Выходное напряжение 01 компаратора 15 подают на первый вход первого сумматора 16 и первый вход первого ключа 14. Напряжение U> открывает первый ключ 14, и через его контакты напряжение Ui = dU(F(t))/dt с выхода первого дифференциатора 13 поступает на второй вход первого сумматора 16. Выходное напряжение сумматора 16, пропорциональное сумме 0> + 0> поступает на вход пер1 вого усилителя 17 мощности, с выхода которого усиленное напряжение подают в цепь управления гребным электродвигателем для изменения числа его оборотов (например, для уменьшения скорости хоца ледокола), Чем больше d0(F(t)j/dt. тем больше выходной сигнал усилителя и тем эффективнее реагирует гребной электродвигатель на превышение среднего значения F(t) и набросы нагрузки на трос в этих условиях.

Управляющий сигнал с выхода усилителя 17 мощности поступает в цепь управления гребного электродвигателя до тех пор, пока

Ос= 01*(Fcp Рд,). Когда в результате изменения хода ледокола Fcp станет меньше гд (0< < 0 *), напряжение U> на выходе компаратора 15 (первом входе сумматора 16) исчезает, Ключ 14 закрывается и напряжение 01 на втором входе сумматора 16 также

1 исчезает, Таким образом, при О< 0< напряжение на входах первого сумматора 16 отсутствует и управляющий сигнал в цепь управления гребного электродвигателя не поступает. Электрическое напряжение Uz на выходе второго компаратора 20 возникает в том случае, когда мгновенно значение

U(F(t)) «Uz, где Uz опорное напряжение (уставка) второго компаратора. Напряжение устанавливают пропорциональным максимальной допустимой величине динамического усилия Ед2. Для U(F(t)) < Uz напряжение на выходе компаратора 20 отсутствует. Напряжение Ug подают на первый вход второго сумматора 21 и первый вход второго ключа 19. Напряжение U: от5 крывает второй ключ 19 и через его контакты напряжение Uz - dU(F(t))/dt с выхода второго дифференциатора 18 поступает на второй вход сумматора 21, Выходное напряжение сумматора 21, пропорциональное

10 сумме Uz+Uz, поступает на вход второго

1 усилителя 22 мощности, с выхода которого усиленное напряжение подают в цепь управления буксирной лебедки для ее включения и приведения барабана во вращение в

15 направлении увеличения длины (стравливания) буксирного троса. Чем больше

dv(F(t))/dt, тем больше выходной сигнал усилителя 22 и тем эффективнее реагирует буксирная лебедка на недопустимое

20 превышение мгновенным значением F(tjдопустимого Рдг. Управляющий сигнал действует в цепи управления буксирной лебедки до тех пор пока U(F(t)) Uz (F(t) Fqz). Когда в результате стравливания троса F(t) ста25 нет меньше F (U(F(t)) 02 ), напряжение 0 на выходе компаратора 20 исчезает. Ключ 19

1 закрывается и напряжение Uz на втором входе сумматора 21 также исчезает. Таким

* образом, при 0(F(t)Q напряжение на входах

30 торого сумматора 21 отсутствуют и управляющий сигнал в цепь управпен1 я бук ирной лебедкой не поступает.

Электрическое напряжение Оз на выходе третьего компаратора 25 возникает в том

35 случае, когда мгновенное значение 0(Н ))

Ф

Оз, где Оз — опорное напряжение третьего компаратора, Напряжение Оз* устанавливают пропорциональным минимальной допустимой величине динамического усилия Едз.

1Г

40 Для 0(F(t)) Оз напряжение на выходе компаратора 25 отсутствует. Напряжение Оз подают на первый вход третьего сумматора

26 и первый вход третье о ключа 25. Напряжение Оз открывает третий ключ 24 и через

45 его контакты напряжение Оз = dv(F(t))/dt с

1 выхода третьего дифференциатора 23 поступает на второй вход сумматора 26. Выходное напряжение сумматора 26, I пропорциональное сумме Оз+ Оз, г1оступает на вход третьего усилителя 27 мощности, с выхода которого усиленное напряжение подают в цепь управления буксирной лебедки для ее включения и приведения барабана во вращение в направление уменьшения длины (выбирания) буксирного троса. Чем больше dv(F(t))/dt, тем больше выходной сигнал усилителя 27 и тем эффективнее реагирует буксирная лебедка на снижение мгновенного значения F(t) по сравнению с минимальным допустимым значением Гдз.

1676919

Управляющий сигнал действует в цепи управления буксирной лебедки до тех пор, пока U(F(t) Ж3з+ (Г(1) Едз). Когда в результате выбирания троса F(t) станет больше Fqa (U(F(t))< Оз*), напряжение Оз на выходе ком- 5 паратора 25 (первом входе сумматора 26) исчезает. Ключ 24 закрывается, и напряжение 0з на втором входе сумматора 26 также исчезает, Таким образом, npeU(F(t) «Ua* напряжения на входах третьего сумматора 10

26 отсутствуют и управляющий сигнал в цепь управления буксирной лебедки не поступает.

В нормальном состоянии реле 28 схемы включены. При срабатывании компарато- 15 ров 15, 20 и 25 блока управления с их выходов на соответствующие входы реле 28 поступают электрические сигналы, которые выключают питание соответствующих реле.

Контакты реле воздействуют на цепи управ- 20 ления элементов световой и звуковой сигнализации, предупреждающей судоводителя об опасности, Ка вход первого функционального преобразователя 29 поступает с выхода второго фильтра низких частот бло- 25 ка управления электрическое напряжение

V<, пропорциональное F

Функциональные преобразователи обеспечивают заданную нелинейность шквал из- 35 мерительного и регистрирующего приборов, В предлагаемом устройстве цепь управления гребного двигателя регулируют по сигналу, пропорциональному среднему значению тягового усилия в тросе. Это вы- 40 звано большой инерцией ледокола и его системы электродвижения, ввиду которой кратковременное изменение параметров цепи управления гребного электродвигателя практически не изменит скорости движе- 45 ния ледокола. Поэтому этот канал автоматического регулирования натяжения троса.(канал первого компаратора 15) включается и эффективно работает, например, в тех случаях, когда буксируемое судноумень- 50 шает ход ввиду наличия мешающих движению льдин, а ледокол сохраняет свою скорость движения, В этой ситуации повышенное натяжение троса может сохраняться сравнительно долго, и ограниченным 55 увеличением длины буксировочного троса не удается снизить напряжение в тросе до допустимой величины, а соответствующее уменьшение хода ледокола может устранить опасность аварии, Цепь управления буксирной лебедкой в связи со сравнительно небольшой ее инерцией регулируют по сигналу, пропорциональному мгновенному значению тягового усилия, Канал второго компаратора вырабатывает управляющий сигнал в том случае, когда мгновенное значение тягового усилия превосходит максимально допустимую величину динамического усилия в тросе. Такое динамическое нагружение троса часто происходит, например, при соскальзывании ледокола с льдины в воду. При динамическом перенапряжении . троса электрический сигнал канала второго компаратора включает лебедку на стравливание троса, При этом увеличивается длина троса между ледоколом и судном, что уменьшает усилие в тросе, Когда усилие станет меньше максимально допустимого, лебедка выключается. После этого в результате маневров ледокола и судна может возникнуть нежелательное провисание троса, которое может быть устранено следующим включением лебедки на выбирание троса по управляющему сигналу, вырабатываемому каналом третьего компаратора. Таким образом, каналы второго и третьего компаратора включаются поочередно, а каналы первого и второго компараторов могут работать одновременно, Дифференциаторы введены в устройство для форсирования .управления по основному сигналу. В качестве первичного преобразователя тягового усилия в предлагаемом устройстве использован кольцевой магнитоупругий преобразователь момента, Формула изобретения

1. Предохранительное устройство для троса, содержащего судно с буксиром, на котором установлены электродвигатель гребного винта и лебедка с цепью управления,. содержащее источник питания с подключенным к нему датчиком натяжения троса, элементы сигнализации и измерительное приспособления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно снабжено блоком управления и блоком индикации, при этом выход датчика натяжения троса соединен с входом блока управления и первым входом блока индикации, выходы которого соединены соответственно с элементами сигнализации и измерительными приспособлениями, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены с соответствующими входами блока индикации, пятый выход блока управления включен в цепь управления гребным электродвигателем, шестой и седьмой выходы блока управления

1676919

10 включены в цепь управления буксирной лебедкой.

2. Устройство по п,1, от л и ч а ю ще ес я тем, что датчик натяжения троса включает в себя фазовращатель и последова- 5 тельно соединенные первичный магнитоупорный преобразователь, интегратор, суммирующий усилитель, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и демодулятор, при этом вход магнитоупор- 10 ного преобразователя и вход фазовращателя соединены с одним выходом источника питания, а выход фазовращателя соединен с одним из входов суммирующего усилителя. 15

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления содержит три компаратора, три сумматора, три усилителя мощности, три дифференциатора, три ключа и второй фильтр нижних частот, вход ко- 20 торого соединен с выходом датчика натяжения троса и входами дифференциаторов второго и третьего компараторов, а выход соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с первым 25 входом первого ключа и первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления гребным электродвигателем, выход первого 30 дифференциатора через второй вход первого ключа соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго компаратора соединен с первым входом второго ключа и

35 первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления буксирной лебедкой, выход второго дифференциатора через второй вход второго ключа соединен с вторым входом второго сумматора, выход третьего компаратора соединен с первым входом третьего ключа и первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом третьего усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления буксирной лебедкой, выход третьего дифференциатора через второй вход третьего ключа соединен с вторым входом третьего сумматора, выход фильтра нижних частот и выходы компаратора являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления.

4, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок индикации, содержит реле и два функциональных преобразователя, при этом входы реле соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, а выходы соединены с элементами сигнализации, вход первого функционального преобразователя соединен с первым выходом блока управления, а выход соединен с одним из измерительных приспособлений, вход ВТорого функционального преобразователя соединен с выходом датчика усилия, а выход соединен с другим измерительным приспособлением.

1676919

Составитель Л.Трофимчук

Редактор Л.Веселовская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Кучерявая

Заказ 3076 Тираж (; Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5

Производственно-изллтвльский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101