Устройство защиты строительного крана

 

Использование: подъемно-транспортное машиностроение, устройство защиты строительных кранов. Сущность изобретения: устройство содержит датчики длины и угла наклона стрелы, угла поворота платформы крана, высоты подъема грузового крана, которые соединены с входами блока 1 фактических координат и четырьмя входами формирователя сигналов допустимых координат, выходы которого подключены к входам блока записи допустимых координат; к пятому входу формирователя подключен выход блока задания допустимых координат, а к шестому входу - выход формирователя сигнала запрета, вход которого подключен к выходу регулятора уровня сигнала напряженности поля линии электропередачи ЛЭП; входы регулятора подключены к выходам блока и датчика напряженности поля ЛЭП; выходы блоков подключены к дополнительному формирователю сигнала запрета, выход которого подключен к одному из входов схемы "ИЛИ, к другому входу которой подключен выход формирователя сигнала запрета, а выход схемы "ИЛИ" через усилитель соединен с исполнительным механизмом. При включении устройства защиты формирователь создает сигнал запрета (в присутствии вблизи крана ЛЭП) при минимальном уровне напряженности поля ЛЭП. Оператор-крановщик, контролируя уровень этого сигнала, осуществляет в технологическом цикле привязку координат крана к координатам ЛЭП, записывая их в оперативное запоминающее устройство. В рабочем цикле происходит отключение механизмов крана, движение которых направлено на недопустимое приближение к ЛЭП, как по сигналам формирователя, контролирующего напряженность поля ЛЭП, так и по сигналам блока, контролирующего координаты оборудования крана, что повышает надежность при комплексной защите крана, груза и обслуживающего персонала от опасного приближения к ЛЭП. 6 ил.

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам управления грузоподъемными кранами, но с наибольшим эффектом может быть использовано для защиты от опасного приближения к линии электропередач (ЛЭП) кранов автомобильного типа с переменным (за счет изменения длины и угла наклона стрелы) вылетом и высотой подъема груза.

Известно устройство для защиты кранов от опасного приближения к ЛЭП, содержащее датчик в виде блока антенн, воспринимающих электромагнитного поле ЛЭП, и блок контроля, выполняющий усилительные, преобразующие и логические функции и создающие контрольный сигнал в случае превышения электромагнитным полем, воспринимаемым датчиком (при опасном приближении к ЛЭП), допустимого уровня /1/ (прототип).

Недостатком такого устройства является зависимость воспринимаемого антеннами сигнала от наличия вблизи ЛЭП различных конструкций, взаимного расположения ЛЭП с различными напряжениями, состояние изоляторов в зависимости от погодных условий, взаимного расположения проводов ЛЭП и как следствие неоднозначная работа устройства, а также то, что подобным устройством защищаются только отдельные элементы крана (преимущественно расположенные вблизи антенны).

Цель изобретения повышение надежности и обеспечение комплексной (с контролем координат кранового оборудования относительно ЛЭП) защиты крана, груза и обслуживающего персонала от опасного приближения к ЛЭП.

Цель достигается тем, что устройство защиты строительного крана, содержащее датчик напряженности поля ЛЭП, формирователь сигнала запрета, блок усилителей, выход которого соединен с исполнительным механизмом, снабжено датчиками длины и угла наклона стрелы, угла поворота платформы и высоты подъема крюка, выходы которых соединены с входами блока контроля фактических координат и первыми четырьмя входами формирователя сигналов допустимых координат, пятый вход которого подключен к выходу блока задания допустимых координат, шестой вход подключен к выходу формирователя сигнала запрета, а выходы соединены с входами блока записи допустимых координат, выход которого соединен с одним из входов дополнительного формирователя сигнала запрета, другой вход которого подключен к выходу блока фактических координат, а выход соединен с одним входом схемы "ИЛИ", другой вход которой подключен к выходу формирователя сигнала запрета, а выход соединен с входом блока усилителей, причем выход блока задания допустимых координат одновременно соединен с первым входом регулятора уровня сигнала напряженности поля ЛЭП, второй вход которого подключен к выходу блока записи допустимых координат, третий вход подключен к выходу датчика напряженности поля ЛЭП, а выход соединен с входом формирователя сигнала запрета; при этом формирователь сигнала допустимых координат содержит четыре элемента "И", выходы которых образуют выходы блока, первые входы каждого из элементов "И" образуют первые четыре входа блока, объединенные вторые входы элементов "И" образуют пятый вход блока, а объединенные третьи входы элементов "И" соединены с выходом элемента "НЕ", вход которого образует шестой вход блока; а регулятор уровня сигнала напряженности поля ЛЭП содержит управляемый делитель напряжения, образованный ключевыми схемами и резисторами, один из которых одним своим выводом образует третий вход регулятора, а другим выводом образует выход регулятора, к которому также подключены первые выводы двух других резисторов, вторые выводы которых соединены с ключевыми схемами, входы которых образуют первый и второй входы регулятора.

На фиг. 1 показана ЛЭП и плоскости, ограничивающие перемещения оборудования; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 4 представлена функциональная схема формирователя сигналов допустимых координат для устройства, приведенного на фиг. 3; на фиг. 5 представлена функциональная схема "ИЛИ" для устройства, приведенного на фиг. 3; на фиг. 6 представлена функциональная схема регулятора уровня сигнала напряженности поля ЛЭП для устройства, приведенного на фиг. 3.

Кран 1 (фиг. 1, 2) имеет ходовую раму 2, поворотную платформу 3, телескопическую стрелу 4 и крюк (с грузом) 5, перемещающиеся в любую точку координатного пространства, ограниченного техническими возможностями конструкции крана и безопасным расстоянием до проводов ЛЭП, которое, как правило, определяется вертикальной плоскостью AA, но в общем случае может определяться плоскостями AA, BB и CC.

Устройство (фиг. 3) содержит датчик 6 длины стрелы, датчик 7 угла наклона стрелы, датчик 8 поворота платформы и (в случае ограничения работы крана горизонтальной плоскостью CC) датчик 9 высоты подъема крюка, которые соединены с первыми четырьмя входами формирователя сигналов допустимых координат 10 и четырьмя входами блока контроля фактических координат 11; выходы формирователя 10 соединены с входами блока записи допустимых координат 12, выход которого соединен с одним из входов дополнительного формирователя сигнала запрета 13, другой вход которого соединен с выходом блока 11, а выход дополнительного формирователя сигнала запрета 13 соединен с одним из входов схемы "ИЛИ" 14, другой вход которой соединен с выходом формирователя сигнала запрета 15; выход схемы "ИЛИ" 14 соединен через блок усилителей 16 с исполнительным механизмом 17; блок задания допустимых координат 18 соединен с пятым входом формирователя сигналов допустимых координат 10, шестой вход которого соединен с выходом формирователя сигнала запрета 15; блок 18 соединен также с первым входом регулятора сигнала напряженности поля ЛЭП 19, второй вход которого соединен с выходом блока 12, а третий вход с выходом датчика 20 напряженности поля ЛЭП, а выход регулятора 19 соединен с входом формирователя сигнала запрета 15.

Формирователь 10 (фиг. 4) содержит четыре логические схемы "И" 21, 22, 23 и 24 и схему "НЕ" 25.

Схема 14 (фиг. 5) содержит логическую схему "ИЛИ" 26.

Регулятор 19 (фиг. 6) содержит делитель напряжения в виде резистора 27 и резисторов 28 и 29, подключенных к ключевым схемам 30 и 31, в качестве которых могут быть транзисторные ключи.

Логические функции узлов 10, 14 и 19 могут быть выполнены как на средствах дискретной техники, так и программными средствами микропроцессорной (вычислительной) техники.

Устройство работает следующим образом.

После установки крана на рабочей площадке оператор-крановщик подключает устройство защиты (подает напряжение питания). При этом регулятор 19 уровня сигнала напряженности поля ЛЭП находится в положении, когда ключевые схемы 30 и 31 (фиг. 6) разомкнуты и сигнал датчика 20 напряженности поля ЛЭП на третьем входе регулятора 19 через резистор 27 поступает на формирователь сигнала запрета 15; при этом обеспечивается максимальная чувствительность устройства для контроля наличия ЛЭП вблизи крана. Формирователь сигнала запрета 15 при наличии ЛЭП создает запрещающий сигнал (напряжение высокого уровня) на входе схемы "ИЛИ" 14 и соответственно на блоке усилителей 16 и исполнительного механизма 17.

Одновременно формирователь сигнала запрета 15 передает сигнал на шестой вход формирователя сигналов допустимых координат 10, который инвертируется схемой "НЕ" 25 (фиг. 4) и в виде сигнала низкого уровня подается на логические схемы "И" 21, 22, 23, 24, блокируя прохождение сигналов от датчиков 6, 7, 8 и 9 на блок записи допустимых координат 12.

При наличии ЛЭП оператор должен произвести ориентирование крана относительно ЛЭП и произвести запись положения ЛЭП относительно крана. Для этого блоком задания допустимых координат 18 он создает сигнал на первом входе регулятора уровня сигнала напряженности поля ЛЭП 19, замыкая ключевой схемой 30 (фиг. 6) резистор 28 на шину "земля", в результате чего уменьшается уровень сигнала датчика 20 на входе формирователя сигнала запрета 15 и соответственно изменяется момент срабатывания устройства.

Резистор 28 выбирается таким, чтобы обеспечить создание формирователем 15 запрещающего сигнала при приближении датчика 20 (антенны) к проводам ЛЭП на предельно допустимое расстояние. (Так как чувствительность устройства к ЛЭП, различным по напряжению, может не совпадать с нормируемыми допустимыми расстояниями, то в общем случае вместо одного резистора 28 может устанавливаться группа резисторов, подключаемых по выбору оператора в зависимости от конкретной и известной заранее ЛЭП, что не изменяет описанного принципа работы устройства в целом).

После снижения регулятором 19 уровня сигнала напряженности поля ЛЭП на выходе формирователя сигнала запрета 15 появляется сигнал низкого уровня, в результате чего снимается сигнал запрета на входе схемы "ИЛИ" 14, блока усилителей 16 и исполнительного механизма 17, чем обеспечивается возможность движения механизмов крана.

Одновременно сигнал низкого уровня формирователя сигнала запрета 15 инвертируется схемой "НЕ" 25, создавая на входах схем "И" 21, 22, 23 и 25 сигнал высокого уровня. Такой же сигнал высокого уровня на другие входы схем "И" поступает от блока задания допустимых координат 18. Тем самым схемы "И" 21, 22, 23 и 24 подготавливаются для передачи информации датчиков 6, 7, 8 и 9 в блок 12 для записи допустимых координат.

Далее оператор вводит в устройство параметры координатной защиты, для чего осуществляет технологический цикл, в процессе которого поворотом платформы крана устанавливает стрелу крана перпендикулярно плоскости AA, фиксирующей безопасное расстояние до ЛЭП, а путем телескопирования или изменения угла наклона стрелы устанавливает вылет, равный расстоянию до плоскости AA. При этом опасные движения оборудования на расстояние до ЛЭП менее допустимого блокируется формирователем сигнала запрета 15 по сигналу датчика 20.

Угол ϕ_o, измеряемый датчиком угла поворота платформы 8 и расстояние G, вычисляемое по данным датчиком длины (L) 6 и угла наклона (α) 7 стрелы как G = Lcosα-c₁, где c₁ конструктив крана, записывается в оперативное запоминающее устройство блока 12. (В этот блок записываются также конструктивные параметры крана и геометрические размеры груза, характеризующие определенные начальные условия).

Аналогично может быть записана высота опускания крюка Hcc при наличии ограничения по плоскости CC или высота подъема оголовка стрелы Hbb при наличии ограничения по плоскости BB.

Параметры G, Hbb, Hcc и ϕ_o необходимы для координатной защиты крана и груза от опасного приближения к ЛЭП путем контроля в рабочем цикле неравенств Hсс < h, Hвв > Lsinα + c₂ Rx = Rcos(ϕ-ϕ_o) = (Lcosα-c₁)cos(ϕ-ϕ_o) < G, где L длина стрелы, α угол наклона стрелы, h высота крюка, v- угол поворота платформы в горизонтальной плоскости,
ϕ_o угол между осью крана и перпендикуляром к плоскости AA, Hbb, Hcc - высота ЛЭП (плоскости BB, CC),
c₂ конструктив крана.

После записи в технологическом цикле параметров Hbb, Hcc, ϕ_o и G оператор приступает к рабочим операциям.

Параметры L, α, v и h в рабочем цикле контролируются теми же датчиками 6, 7, 8 и 9 и обрабатываются блоком 11 фактических координат, сравниваются записанными в блоке 12 допустимыми координатами и в случае нарушения неравенств (1) или (2) дополнительный формирователь сигнала запрета 13 создает на входе схемы "ИЛИ" 14 сигнал высокого уровня, который через блок 16 создает на исполнительном механизме 17 сигнал, запрещающий движение оборудования крана.

Вместе с записью в блок 12 в технологическом цикле параметров G, v_o,, Hbb и Hcc координатной защиты этот блок создает на втором входе регулятора 19 сигнал, замыкающий ключевую схему 31 и подключающий к шине "земля" резистор 29, чем устанавливается уровень сигнала напряженности поля ЛЭП, соответствующий срабатыванию защиты (созданию сигнала запрета формирователем сигнала запрета 15) тогда, когда датчик 20 находится от плоскости AA на расстоянии, близком к величине G, вследствие чего в рабочем цикле устройство создает запрет движениям оборудования крана как по сигналу формирователя 15, так и по сигналу дополнительного формирователя 13 сигнала запрета.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает надежность защиты крана, груза и обслуживающего персонала в технологическом цикле установки параметров координатной защиты и в рабочем цикле за счет создания двух уровней защиты, контролирующих различные по физическим свойствам параметры положения крана.

Формула изобретения

Устройство защиты строительного крана, содержащее датчик напряженности поля ЛЭП, формирователь сигнала запрета, блок усилителей, выход которого соединен с исполнительным механизмом, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками длины и угла наклона стрелы, угла поворота платформы и высоты подъема крюка, выходы которых соединены с входами блока контроля фактических координат и первыми четырьмя входами формирователя сигналов допустимых координат, пятый вход которого подключен к выходу блока задания допустимых координат, шестой вход подключен к выходу формирователя сигнала запрета, а выходы соединены с входами блока записи допустимых координат, выход которого соединен с одним из входов дополнительного формирователя сигнала запрета, другой вход которого подключен к выходу блока контроля фактических координат, а выход соединен с одним входом схемы ИЛИ, другой вход которой подключен к выходу формирователя сигнала запрета, а выход соединен с входом блока усилителей, причем выход блока задания допустимых координат одновременно соединен с первым входом регулятора уровня сигнала напряженности поля ЛЭП, второй вход которого подключен к выходу блока записи допустимых координат, третий вход подключен к выходу датчика напряженности поля ЛЭП, а выход соединен с входом формирователя сигнала запрета, при этом формирователь сигналов допустимых координат содержит четыре элемента И, выходы которых образуют выходы блока, а первые входы каждого из элементов И образуют первые четыре входа блока, объединенные вторые входы элементов И образуют пятый вход блока, а объединенные третьи входы элементов И соединены с выходом элемента НЕ, вход которого образует шестой вход блока, причем регулятор уровня сигнала напряженности поля ЛЭП содержит управляемый делитель напряжения, образованный ключевыми схемами и резисторами, один из которых одним своим выводом образует третий вход регулятора, а другим выводом образует выход регулятора, к которому также подключены первые выводы двух других резисторов, вторые выводы которых соединены с ключевыми схемами, а входы ключевых схем образуют первый и второй входы регулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6