RU2727638C1 - Crane lifting capacity limiter with flexible boom suspension - Google Patents

Abstract

FIELD: lifting devices.SUBSTANCE: proposed is crane lifting capacity limiter with flexible boom suspension. Limiter comprises magneto-anisotropic force sensor, excitation winding of which receives power from alternating voltage source, and measuring winding through amplifier and filter unit is connected to analogue-to-digital converter. Limiter also has a filter with a finite impulse response and a microprocessor controller. Absolute optical encoder is used as a boom inclination angle sensor. Filter input with final pulse characteristic is connected to rectifier output, and output is connected to analogue-to-digital converter. Microprocessor controller incorporates the crane load function and the signal multiplication function of the force transducers and the boom inclination angle. Digital signal from an analogue-to-digital converter is transmitted to one input of the microprocessor controller, and the other input receives a digital signal from the absolute encoder. Outputs of the microprocessor controller change their state in case the obtained product of signals exceeds the value determined by the load characteristic.EFFECT: higher reliability and accuracy of operation of load limiters.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборам безопасности подъемно-транспортного оборудования и предназначено для защиты кранов от перегрузки.The invention relates to safety devices for handling equipment and is intended to protect cranes from overload.

В книге авторов: Сушинский В.А., Маш Д.М., Шишков Н.А. «Приборы безопасности грузоподъемных кранов». Часть – I. 2-е издание, - СПб.: НТЦ Строймашавтоматизация, 2001, описаны конструкции ограничителей грузоподъемности для кранов с гибкой подвеской стрелы ОГБ-2, ОНК-М, ОГП-1, в которых в качестве датчиков усилий и угла наклона стрелы используются трансформаторные или потенциометрические преобразователи.In the book of the authors: Sushinsky V.A., Mash D.M., Shishkov N.A. "Safety devices for cranes". Part - I. 2nd edition, - SPb .: NTC Stroymashavtomatizatsiya, 2001, describes the design of load limiters for cranes with flexible boom suspension OGB-2, ONK-M, OGP-1, in which the sensors of forces and the angle of the boom transformer or potentiometric converters are used.

Однако такие устройства имеют низкую надежность и точность, обусловленные наличием в датчиках усилий движущихся элементов, а так же чувствительностью потенциометрических и трансформаторных преобразователей перемещений к влиянию вибрации и изменению температуры. However, such devices have low reliability and accuracy due to the presence of moving elements in the force sensors, as well as the sensitivity of potentiometric and transformer displacement transducers to the effects of vibration and temperature changes.

Также из книги Жадобина Н. Е. , Крылова А. П. , Малышева В. А. «Элементы и функциональные устройства судовой автоматики». Учебник, 2-е изд., перераб. и доп. СПб. : Элмор, 1998. 440 с. стр. 256 известна «автоматическая система ограничения грузоподъемности судовых кранов», состоящая из магнитоанизотропного преобразователя, фильтра нижних частот, двухполупериодного выпрямителя, двух фильтров нижних частот с частотами среза 0,1 Гц и 10 Гц, шести компараторов, шести реле и защитного устройства, состоящего из компаратора и бесконтактного ключа. Also from the book Zhadobin N. Ye., Krylov A. P., Malyshev V. A. "Elements and functional devices of ship automation." Textbook, 2nd ed., Revised. and add. SPb. : Elmore, 1998.440 p. p. 256 known "automatic system for limiting the lifting capacity of ship cranes", consisting of a magnetoanisotropic transducer, a low-pass filter, a full-wave rectifier, two low-pass filters with cutoff frequencies of 0.1 Hz and 10 Hz, six comparators, six relays and a protective device consisting of from a comparator and a proximity key.

Недостатком данной системы является наличие в канале выделения напряжения, пропорционального среднему значению усилия в магнитопроводе магнитоанизотропного преобразователя фильтра нижних частот с низкой частотой среза, что приводит к значительному увеличению времени измерения. Помимо этого данное устройство имеет низкую точность срабатывания, обусловленную тем, что в нем производится кусочно-линейная аппроксимация грузовой характеристики крана посредством компараторов К1 – К6.The disadvantage of this system is the presence in the channel of voltage release, proportional to the average value of the force in the magnetic circuit of the magnetoanisotropic transducer of a low-pass filter with a low cutoff frequency, which leads to a significant increase in the measurement time. In addition, this device has a low response accuracy due to the fact that it performs a piecewise linear approximation of the crane's load characteristics by means of comparators K1 - K6.

Целью изобретения является повышение надежности и точности срабатывания ограничителей грузоподъемности.The aim of the invention is to improve the reliability and accuracy of the load limiters.

Для достижения этой цели предлагается в качестве датчика усилия использовать магнитоанизотропный преобразователь механических усилий со сплошным магнитопроводом, выполненным из материала с известными магнитоупругими свойствами. В качестве датчика угла наклона стрелы предлагается использовать абсолютный оптический энкодер, в котором каждому положению вала соответствует уникальный цифровой код. Помимо этого для перемножения сигналов датчиков усилия и наклона стрелы и задания грузовой характеристики крана предлагается использовать микропроцессорный контроллер. To achieve this goal, it is proposed to use a magnetoanisotropic transducer of mechanical forces with a solid magnetic circuit made of a material with known magnetoelastic properties as a force sensor. It is proposed to use an absolute optical encoder as a boom angle sensor, in which a unique digital code corresponds to each shaft position. In addition, it is proposed to use a microprocessor controller to multiply the signals of the force and boom tilt sensors and set the crane's load characteristics.

На Фиг. 1. представлена функциональная схема устройства. FIG. 1. shows the functional diagram of the device.

Ограничитель грузоподъемности крана содержит магнитоанизотропный преобразователь 1, обмотка возбуждения которого получает питание от источника переменного тока, а измерительная обмотка подключена через усилитель 2 к блоку фильтров 3. Выход блока фильтров 3 подаётся через выпрямитель 4 на вход фильтра с конечной импульсной характеристикой 5. С выхода фильтра с конечной импульсной характеристикой 5 сигнал поступает в аналого-цифровой преобразователь 6 и далее в микропроцессорный контроллер 7, на другой вход которого поступает цифровой сигнал с датчика наклона стрелы 8. Выходы микропроцессорного контроллера 7 подключены к реле 9 и 10. Реле 9 обеспечивает блокировку работы подъемного механизма, а реле 10 обеспечивает срабатывание световой и звуковой сигнализации.The crane lifting capacity limiter contains a magnetoanisotropic transducer 1, the excitation winding of which is powered from an AC source, and the measuring winding is connected through amplifier 2 to filter block 3. The output of filter block 3 is fed through rectifier 4 to the input of the filter with finite impulse response 5. From the filter output with a finite impulse response 5, the signal goes to the analog-to-digital converter 6 and then to the microprocessor controller 7, to the other input of which the digital signal from the boom tilt sensor 8 is received. The outputs of the microprocessor controller 7 are connected to relays 9 and 10. Relay 9 provides blocking of the lifting mechanism, and relay 10 provides light and sound signaling.

Работа устройства.Device operation.

Магнитоанизотропный преобразователь 1 устанавливается между неподвижными оттяжками стрелы аналогично датчикам усилия ограничителей грузоподъемности ОГБ-2, ОНК-М, ОГП-1. Датчик угла наклона стрелы 7 установлен соосно с шарниром стрелы крана. При работе крана в магнитопроводе магнитоанизотропного преобразователя 1 будут возникать механические напряжения растяжения, которые в свою очередь приведут к появлению магнитной анизотропии и появлению напряжения в измерительной обмотке преобразователя, причем это напряжение будет пропорционально механическим усилиям, прикладываемым к магнитопроводу и соответственно массе поднимаемого груза. Напряжение с измерительной обмотки магнитоанизотропного преобразователя 1 поступает на усилитель 2 и далее на блок фильтров 3, в котором выделяется первая гармоническая составляющая. С выхода блока фильтров 3 напряжение через выпрямитель 4 подается на фильтр с конечной импульсной характеристикой 5, который производит быстрое осреднение сигнала. С выхода фильтра 5 напряжение поступает в аналого-цифровой преобразователь 6, полученный цифровой код поступает на один из входов микропроцессорного контроллера 7. На другой вход микропроцессорного контроллера 7 поступает цифровой сигнал с датчика наклона стрелы 8. В микропроцессорном контроллере заложена грузовая характеристика крана и функция перемножения сигналов магнитоанизотропного преобразователя 1 и оптического абсолютного энкодера 8. Выходы микропроцессорного контроллера 7 меняют свое состояние, в случае если полученное произведение сигналов превышает значение, определяемое грузовой характеристикой.The magnetoanisotropic transducer 1 is installed between the stationary braces of the boom similarly to the force sensors of the load limiters OGB-2, ONK-M, OGP-1. The boom angle sensor 7 is installed coaxially with the crane boom hinge. When the crane operates in the magnetic circuit of the magnetoanisotropic transducer 1, tensile mechanical stresses will arise, which in turn will lead to the appearance of magnetic anisotropy and the appearance of a voltage in the measuring winding of the transducer, and this voltage will be proportional to the mechanical forces applied to the magnetic circuit and, accordingly, the mass of the lifted load. The voltage from the measuring winding of the magnetoanisotropic transducer 1 is fed to amplifier 2 and then to the filter bank 3, in which the first harmonic component is isolated. From the output of the filter unit 3, the voltage through the rectifier 4 is fed to the filter with a finite impulse response 5, which produces a fast signal averaging. From the output of the filter 5, the voltage enters the analog-to-digital converter 6, the resulting digital code is fed to one of the inputs of the microprocessor controller 7. The other input of the microprocessor controller 7 receives a digital signal from the boom tilt sensor 8. The microprocessor controller contains the crane's load characteristic and the multiplication function the signals of the magnetoanisotropic converter 1 and the optical absolute encoder 8. The outputs of the microprocessor controller 7 change their state if the received product of signals exceeds the value determined by the load characteristic.

Заявляемое изобретение была разработано специалистами кафедры электродвижения и автоматики судов ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени С.О. Макарова» при выполнении научно-исследовательской работы «Разработка требований PC к ограничителям грузоподъемности судовых кранов». Устройство было изготовлено и проверено в лабораторных условиях. Проведенные испытания дали положительный результат, подтвердивший возможность использования устройства для обеспечения безопасности судовых кранов. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость». The claimed invention was developed by specialists of the Department of Electric Propulsion and Automation of Vessels of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “State University of Marine and River Fleet named after S.O. Makarov "during the research work" Development of PC requirements for load limiters of ship cranes. " The device has been manufactured and tested under laboratory conditions. The tests carried out gave a positive result, which confirmed the possibility of using the device to ensure the safety of ship cranes. The foregoing allows us to conclude that the claimed utility model meets the criterion of "industrial applicability".

Claims (1)

Ограничитель грузоподъемности кранов с гибкой подвеской стрелы, содержащий магнитоанизотропный датчик усилия, обмотка возбуждения которого получает питание от источника переменного напряжения, а измерительная обмотка через усилитель и блок фильтров подключена к аналого-цифровому преобразователю, отличающийся тем, что в него введен фильтр с конечной импульсной характеристикой и микропроцессорный контроллер, а в качестве датчика угла наклона стрелы используется абсолютный оптический энкодер, при этом вход фильтра с конечной импульсной характеристикой подключен к выходу выпрямителя, а выход - к аналого-цифровому преобразователю, в микропроцессорном контроллере заложена грузовая функция крана и функция перемножения сигналов с датчиков усилия и угла наклона стрелы, на один вход микропроцессорного контроллера поступает цифровой сигнал с аналого-цифрового преобразователя, а на другой - цифровой сигнал с абсолютного энкодера, выходы микропроцессорного контроллера меняют свое состояние в случае, если полученное произведение сигналов превышает значение, определяемое грузовой характеристикой.Lifting capacity limiter for cranes with flexible boom suspension, containing a magnetoanisotropic force sensor, the excitation winding of which is powered from an AC voltage source, and the measuring winding through an amplifier and a filter unit is connected to an analog-to-digital converter, characterized in that a filter with a finite impulse response is introduced into it and a microprocessor controller, and an absolute optical encoder is used as a boom angle sensor, while the input of the filter with a finite impulse response is connected to the output of the rectifier, and the output is connected to an analog-to-digital converter, the microprocessor controller contains the crane's load function and the function of multiplying signals from force sensors and boom tilt angle sensors, one input of the microprocessor controller receives a digital signal from an analog-to-digital converter, and the other receives a digital signal from an absolute encoder, the outputs of the microprocessor controller change their state in case of if the received product of signals exceeds the value determined by the load characteristic.

Images