RU2090486C1

RU2090486C1 - Crane with automatic control system

Info

Publication number: RU2090486C1
Application number: RU94040321A
Authority: RU
Inventors: С.В. Доронин; В.Г. Марьясов; Н.П. Абовский; Н.Н. Голиков
Original assignee: Красноярский инженерно-строительный институт
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1997-09-20
Also published as: RU94040321A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; materials handling facilities. SUBSTANCE: crane has superstructure, two winches on trucks installed for movement and locking in support zones on brackets installed eccentrically relative to longitudinal axis of section of crane superstructure, load wire ropes, one end of which is secured on winch drum and other is reeved in load hanger, and automatic control system including control module connected with position, load swinging and wire rope tension pickups and winches by means of switching arrangement feedforward and feedback cables. EFFECT: enlarged operating capabilities. 6 dwg

Description

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам, разгружающим пролетное строение от поперечного изгиба и снижающим горизонтальные колебания груза. The invention relates to hoisting and transport engineering, and in particular to devices that unload the span from lateral bending and reduce horizontal fluctuations of the load.

Известен грузоподъемный кран мостового типа (см. а. с. СССР N 1117276, кл. B 66C 17/00, 1984), содержащий концевые балки, пролетное строение, вдоль которого размещен несущий канат, по которому перемещается грузовая тележка с механизмом подъема и подъемным канатом. Пролетное строение снабжено верхним и нижним шпренгелями. Привод тележки снабжен дополнительными блоками, установленными на концевых балках и верхнем поясе пролетного строения, посредством которых часть веса поднимаемого груза нагружает пролетное строение продольной сжимающей силой. A bridge-type crane is known (see A.S. USSR N 1117276, class B 66C 17/00, 1984), containing end beams, a span along which a load-bearing rope is placed, along which a freight trolley with a lifting and lifting mechanism moves the rope. The span is equipped with upper and lower spreels. The trolley drive is equipped with additional blocks mounted on the end beams and the upper span, by which part of the weight of the load lifted loads the span with longitudinal compressive force.

Известен кран мостового типа (см. а. с. N 1117275, кл. B 66C 17/00, 1984), содержащий пролетное строение с тележкой, снабженной грузовой подвеской и установленными на тележке боковыми отклоняющими и верхними блоками, с помощью которых часть веса груза преобразуется в усилие, сжимающее пролетное строение. В данной конструкции привод подъема вынесен на пролетное строение и расположен у концевых балок, в результате чего тележка разгружена от массы привода подъема. A bridge-type crane is known (see a.s. N 1117275, class B 66C 17/00, 1984), comprising a span with a trolley equipped with a cargo suspension and side deflecting and upper blocks mounted on the trolley, with which part of the cargo weight transforms into a force compressing the span. In this design, the hoist drive is placed on the span and is located at the end beams, as a result of which the trolley is unloaded from the mass of the hoist drive.

Недостатками данных конструкций являются их достаточно высокая металлоемкость вследствие того, что пролетное строение является неразгруженным от поперечного изгиба собственным весом, а также наличие двух систем канатов и двух приводов перемещения тележки и подъема груза. The disadvantages of these designs are their rather high metal consumption due to the fact that the span is unloaded from the transverse bending by its own weight, as well as the presence of two rope systems and two drives for moving the trolley and lifting the load.

Наиболее близким к предлагаемому является грузоподъемный кран мостового типа (см. а. с. СССР N 612894, кл. B 66C 17/00, 1978), принятый за прототип, содержащий пролетное строение, вдоль которого размещены несущие канаты, концы которых закреплены на концевых балках ниже продольной оси сечения пролетного строения. По несущим канатам перемещаются грузовые тележки. Кран имеет два механизма перемещения грузовой тележки и передвижения грузозахватного органа, жестко закрепленных на концевых балках и работающих независимо друг от друга. Closest to the proposed is a bridge-type crane (see a.s. USSR N 612894, class B 66C 17/00, 1978), adopted as a prototype containing a span along which load-bearing ropes are placed, the ends of which are fixed to the end beams below the longitudinal axis of the span section. Along the load-bearing ropes, freight carts move. The crane has two mechanisms for moving the cargo trolley and the movement of the load gripping body, rigidly fixed to the end beams and working independently of each other.

Пролетное строение данной конструкции нагружено двумя разнонаправленными изгибающими моментами: отрицательным изгибающим моментом M_и переменной величины от собственного веса пролетного строения и положительным разгружающим изгибающим моментом М_p постоянной величины.The span of this structure is loaded with two differently bending moments: a negative bending moment M _{and a} variable value from the dead weight of the span and a positive unloading bending moment M _{p of} constant magnitude.

Недостатки данной конструкции следующие. При постоянной массе груза отсутствует возможность регулирования величины разгружающего момента, так как расстояние по вертикали между креплением несущих канатов и продольной осью сечения пролетного строения остается неизменным. При этом в случае подъема максимального груза приопорные области пролетного строения оказываются перегруженными разгружающим моментом, так как на этих участках он не компенсируется изгибающим моментом от собственного веса из-за малой величины плеча. В результате этого металлоемкость остается достаточно высокой. Кроме того, недостатком является наличие двух независимых приводов подъема груза и перемещения тележки, что усложняет управление перемещением груза. The disadvantages of this design are as follows. With a constant mass of cargo, it is not possible to control the magnitude of the unloading moment, since the vertical distance between the fastening of the bearing ropes and the longitudinal axis of the cross-section of the span remains unchanged. In this case, in the case of lifting the maximum load, the supporting areas of the span are overloaded by the unloading moment, since in these sections it is not compensated by the bending moment from its own weight due to the small size of the shoulder. As a result, the intensity remains high enough. In addition, the disadvantage is the presence of two independent drives lifting the load and moving the trolley, which complicates the management of the movement of cargo.

Общим недостатком всех рассмотренных конструкций является возможность возникновения горизонтальных колебаний груза при движении тележки по несущим канатам, так как отсутствуют средства управления колебанием груза, что отрицательно воздействует на качество и точность работы крана. A common drawback of all the structures considered is the possibility of horizontal fluctuations of the load during the movement of the trolley along the load-bearing ropes, since there are no means to control the fluctuation of the load, which negatively affects the quality and accuracy of the crane.

Технический результат, ожидаемый от изобретения, улучшение качественных характеристик работы крановой системы (точности, плавности, скорости перемещения груза), ее габаритных и весовых параметров. The technical result expected from the invention is the improvement of the quality characteristics of the crane system (accuracy, smoothness, speed of movement of the cargo), its overall and weight parameters.

Это достигается тем, что кран содержит пролетное строение, две лебедки на тележках, размещенных на консолях, расположенных ниже оси сечения пролетного строения в приопорных его областях, и систему управления, состоящую из управляющего модуля, соединенного с датчиками положения колебания груза и натяжения канатов и лебедками посредством коммутирующего устройства, интерфейсов и кабелей прямой и обратной связи. This is achieved by the fact that the crane contains a span, two winches on carts placed on consoles located below the span of the span in its supporting areas, and a control system consisting of a control module connected to load vibration and rope tension sensors and winches by means of a switching device, interfaces and cables of direct and feedback.

Установка лебедок на тележках, размещенных на консолях, и введение системы автоматического управления перемещение тележек и работой лебедок обеспечивают улучшение качественных характеристик работы крановой системы за счет оптимизации траектории и времени перемещения груза и предотвращения его горизонтальных колебаний, снижение металлоемкости и габаритных параметров за счет разгрузки пролетного строения и, как следствие, уменьшение поперечного сечения. The installation of winches on trolleys located on consoles and the introduction of an automatic control system for moving trolleys and winches work improve the quality characteristics of the crane system by optimizing the trajectory and time of movement of the cargo and preventing its horizontal oscillations, reducing the metal consumption and overall dimensions due to unloading the span and, as a consequence, a decrease in the cross section.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1, 2 общий вид крана, на фиг.3 схема крепления канатов на грузовой подвеске, на фиг.4 положение груза и соотношение правого и левого канатов, на фиг.5 эпюры изгибающих моментов пролетного строения, на фиг.6 схема нагрузок на лебедку и приопорную область пролетного строения. The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1, 2 a General view of the crane, Fig.3 diagram of the fastening of the ropes on the cargo suspension, Fig.4 the position of the load and the ratio of the right and left ropes, Fig.5 diagrams of bending moments of the span, 6 diagram of the loads on the winch and the supporting area of the span.

Предлагаемый кран мостового или козлового типа показан на фиг.1,2 и представляет собой систему, содержащую пролетное строение 1, концевые балки 2, две лебедки 3 с короткозамкнутым двигателем и частотным преобразователем на тележках 4, установленных эксцентрично по отношению к продольной оси сечения пролетного строения на консолях 5 в приопорных участках пролетного строения и обладающих подвижностью и возможностью стопорения на этих участках, грузовые канаты 6, каждый из которых одним концом закреплен на грузовой подвеске 7 (фиг. 3), а другим соединен с лебедками 3, систему управления, включающую в себя датчики 8, 9 положения и колебания груза 10 соответственно, датчики 11 натяжения канатов 6, управляющий модуль 12, входной интерфейс 13, преобразующий сигналы с датчиков 8, 9, 11 для управляющей программы, выходной интерфейс 14, передающий команды лебедкам 3, коммутирующее устройство 15 и кабели 16 прямой и обратной связи. The proposed bridge or gantry crane is shown in Fig.1,2 and is a system comprising a span 1, end beams 2, two winches 3 with a short-circuited motor and a frequency converter on carts 4 mounted eccentrically with respect to the longitudinal axis of the section of the span on consoles 5 in supporting sections of the superstructure and having mobility and the possibility of locking in these sections, freight ropes 6, each of which is fixed at one end to the cargo suspension 7 (Fig. 3), and the other with Connected to winches 3, a control system that includes sensors 8, 9 of the position and vibrations of the load 10, respectively, sensors 11 of the tension of the ropes 6, the control module 12, the input interface 13 that converts the signals from the sensors 8, 9, 11 for the control program, the output an interface 14 transmitting commands to the winches 3, a switching device 15 and cables 16 direct and feedback.

Кран с автоматической системой управления в соответствии с задачей перемещения груза из положения O в положение O₁ (см. фиг.4) работает следующим образом. Вначале задается исходная информация для управляющей программы, содержащая координаты начального O и конечного O₁ положений груза 10. Траектория перемещения груза может быть задана аналитически или определяться программно в соответствии с одним из выбранных критериев (минимизация времени перемещения, инерционных нагрузок, затраченной энергии и т.п.). После этого производится зацепление груза 10 и включение системы оператором. Управляющий модуль работает по программе управления траекторией груза и гашения его колебаний. На основе заданной информации программа вырабатывает эффективную траекторию движения (в случае, если она не заданна в явном виде) груза 10, режимы работы лебедок 3 и движения (стопорения) тележек 4. Программа предусматривает постоянный контроль и корректировку режимов работы лебедок 3 и тележек 4 в соответствии с показаниями датчиков 8, 9, 11, включая устранение динамических эффектов (горизонтального колебания груза 10) притормаживанием и подтягиванием одного из канатов 6. Поднимаемый груз 10 создает растяжение грузовых канатов 6, которые оказывают сжимающее воздействие на пролетное строение 1 и создают изгибающий момент, направленный противоположно изгибающему моменту от собственного веса пролетного строения 1. Таким образом создается разгружающий эффект предварительного обжатия пролетного строения. При работе обеих лебедок "на подъем" ("на спуск") происходит поднятие (опускание) груза с его транспортировкой или без транспортировки вдоль пролетного строения (в зависимости от соотношения частот вращения лебедок). При работе только одной лебедки груз 10 одновременно перемещается по горизонтали и вертикали. Перемещение груза 10 по горизонтали происходит в том случае, когда одна лебедка работает "на спуск", то есть канат сматывается с ее барабана, а другая "на подъем", то есть выбирает освобождающуюся длину каната 6 (при этом соотношение частот вращения лебедок изменяется в зависимости от положения груза по длине пролетного строения). Лебедка, с которой при перемещении груза 10 сматывается канат 6, работает при этом в режиме притормаживания, что следующим образом устраняет возможность горизонтального колебания груза 10 при его перемещении вдоль пролетного строения 1. При перемещении груза возникают динамические процессы (колебания) в зависимости от массы груза и скорости его движения. Датчики 8, 9 положения и колебания груза 10 учитывают перемещения и возможные колебания, эта информация поступает в программу контроля и корректировки движения. В силу инерционности при резком останове груза 10 возможно возникновение колебаний, при этом один из канатов 6 натягивается сильнее, а другой ослабевает, в канатах возникают пульсирующие напряжения. Затормаживанием и подтягиванием ослабевшего каната с использованием датчиков 11 натяжения каната предотвращаются ослабление одного из канатов 6 и колебания груза 10. Тем самым обеспечивается качественная работа, увеличивается точность установки груза и сокращается время цикла (так как устраняется время успокоения груза).The crane with an automatic control system in accordance with the task of moving the load from position O to position O ₁ (see figure 4) works as follows. Initially, the initial information for the control program is set, containing the coordinates of the initial O and final O ₁ positions of the load 10. The trajectory of the load can be set analytically or determined programmatically in accordance with one of the selected criteria (minimizing the time of movement, inertial loads, expended energy, etc. P.). After that, the load is engaged 10 and the system is turned on by the operator. The control module operates according to the program for controlling the trajectory of the load and damping its vibrations. Based on the given information, the program generates an effective trajectory of movement (in case it is not explicitly defined) of cargo 10, operating modes of winches 3 and movement (locking) of bogies 4. The program provides for constant monitoring and adjustment of operating modes of winches 3 and 4 bogies in accordance with the readings of sensors 8, 9, 11, including the elimination of dynamic effects (horizontal oscillation of the load 10) by braking and pulling one of the ropes 6. The lifted load 10 creates an extension of the cargo ropes 6, which exert compressive effect on the span 1 and create a bending moment directed opposite to the bending moment from the dead weight of the span 1. Thus, the unloading effect of the preliminary reduction of the span is created. When both winches are working "on the rise"("on the descent"), the load is raised (lowered) with or without transportation along the span (depending on the ratio of the winch rotation frequencies). When only one winch is operating, the load 10 moves simultaneously horizontally and vertically. The horizontal movement of the load 10 occurs when one winch runs “on the run”, that is, the rope is wound off its drum and the other “on the run”, that is, it selects the freed length of the rope 6 (in this case, the ratio of winch rotation frequencies changes to depending on the position of the cargo along the span). The winch, with which the rope 6 is rolled up when moving the load 10, in this case operates in the braking mode, which as follows eliminates the possibility of horizontal oscillation of the load 10 when moving along the span 1. When moving the load, dynamic processes (fluctuations) occur depending on the mass of the load and the speed of his movement. Sensors 8, 9 of the position and fluctuations of the load 10 take into account movements and possible fluctuations, this information enters the program of control and adjustment of movement. Due to inertia, when the load 10 is stopped abruptly, oscillations may occur, while one of the ropes 6 is pulled harder and the other weakens, pulsating stresses appear in the ropes. By braking and pulling up the weakened rope using the rope tension sensors 11, the weakening of one of the ropes 6 and the oscillation of the load 10 are prevented. This ensures high-quality operation, increases the accuracy of the load installation and reduces the cycle time (since the load is calmed down).

Положение груза 10 по вертикали и горизонтали определяется длиной a и b грузовых канатов 6 (фиг.4). Расчет траектории производится на основе следующих соображений. Перемещение груза 10 из положения O в положение O₁ равнозначно изменению положения груза по горизонтали на Δx и по вертикале на Δh. Перемещение груза по горизонтали на Δx требует изменения длины левого каната на

и длины правого каната на

.The position of the cargo 10 vertically and horizontally is determined by the length a and b of the cargo ropes 6 (figure 4). The calculation of the trajectory is based on the following considerations. Moving the load 10 from position O to position O _{1 is} equivalent to changing the position of the load horizontally by Δx and vertically by Δh. Moving the load horizontally by Δx requires changing the length of the left rope by

and the length of the right rope on

.

Перемещение груза 10 по вертикали на Δh требует изменения длины левого каната на

и длины правого каната на

.Moving the load 10 vertically by Δh requires changing the length of the left rope by

and the length of the right rope on

.

Перемещение груза из положения O в положение O₁ требует изменения длины левого каната на Δa = Δa′+Δa″ и длины правого каната 6 на Δb = Δb′+Δb″. В соответствии с вычисленными Δa и Δb система управления обеспечивает необходимое число оборотов двигателя лебедок 3.Moving the load from position O to position O ₁ requires changing the length of the left rope by Δa = Δa ′ + Δa ″ and the length of the right rope 6 by Δb = Δb ′ + Δb ″. In accordance with the calculated Δa and Δb control system provides the required speed of the engine of the winch 3.

Эксцентричная установка консолей 5 необходима из следующих соображений. Под воздействием собственного веса пролетное строение прогибается и в середине его возникает максимальный прогиб W_max, соответствующий максимальному изгибающему моменту (первая эпюра на фиг.5). Центральное приложение к пролетному строению 1 сил обжатия P•cosα приводит к возникновению дополнительного изгибающего момента M₁= P•cosα•W_max (см. фиг.6), следствием чего является повышенная деформативность и возможность потери устойчивости пролетного строения 1. Здесь P = m_г•g(2sinα), m_г масса груза, g ускорение свободного падения. Это предотвращается установкой консолей 5 таким образом, чтобы выполнялось условие e₁≥W_max.The eccentric installation of consoles 5 is necessary for the following reasons. Under the influence of its own weight, the span bends and in the middle of it the maximum deflection W _max occurs, corresponding to the maximum bending moment (first plot in figure 5). The central application to the span 1 of the compression forces P • cosα leads to the appearance of an additional bending moment M ₁ = P • cosα • W _max (see Fig. 6), which results in increased deformability and the possibility of loss of stability of the span 1. Here P = m _g • g (2sinα), m _g mass of cargo, g acceleration of gravity. This is prevented by installing consoles 5 so that the condition e ₁ ≥W _max .

При подъеме груза 10 возникает дополнительный изгибающий момент, являющийся разностью моментов M₁= P•cosα•e₁ и M₂= P•sinα•e₂ (фиг.6), зависящих от массы и положения груза, а также величины эксцентриситета e₁ консоли 5 по отношению к продольной оси сечения пролетного строения и положения лебедки 3 e₂ на консоли 5 (вторая эпюра на фиг.5). Тогда суммарный изгибающий момент, воздействующий на пролетное строение 1, определяется суммой моментов M₁, M₂ и M_и (изгибающий момент от собственного веса пролетного строения). Количественно указанные изгибающие моменты определяются следующим образом. Максимальный изгибающий момент от веса пролетного строения и груза M_и=m_пс•g•l/8, разгружающий момент M₁= m_г•g•l•e₁/(4•y), догружающий момент M₂=m_г•g•e₂/2, где m_пс масса пролетного строения, l длина пролетного строения, y расстояние по высоте между грузовой подвеской и пролетным строением.When lifting load 10 there is an additional bending moment, which is the difference of the moments M ₁ = P • cosα • e ₁ and M ₂ = P • sinα • e ₂ (Fig.6), depending on the mass and position of the load, as well as the magnitude of the eccentricity e ₁ console 5 with respect to the longitudinal axis of the cross-section of the span and the position of the winch 3 e ₂ on the console 5 (second plot in figure 5). Then the total bending moment acting on the span 1 is determined by the sum of the moments M ₁ , M ₂ and M _and (bending moment from the dead weight of the span). Quantitatively indicated bending moments are determined as follows. The maximum bending moment from the weight of the span and load M _i = m _ps • g • l / 8, the unloading moment M ₁ = m _g • g • l • e ₁ / (4 • y), the loading moment M ₂ = m _g • g • e _2/2, where m _ps weight superstructure, l the length of the span, y distance in height between the cargo and the suspension spans.

Управляющий модуль 12 в соответствии с заложенной в нем программой и показаниями датчиков 8, 9 положения и колебания груза 10 осуществляет управление вращением лебедок 3 и перемещением (стопорением) тележек 4 таким образом, что суммарный изгибающий момент пролетного строения M=M₁-M₂+M_и в середине пролетного строения равен по величине и противоположен по знаку изгибающему моменту в приопорных областях пролетного строения (третья эпюра на фиг.5), в результате чего достигается снижение металлоемкости и размеров поперечного сечения.The control module 12 in accordance with the program laid down in it and the sensors 8, 9 of the position and oscillation of the load 10 controls the rotation of the winches 3 and the movement (locking) of the bogies 4 so that the total bending moment of the span M = M ₁ -M ₂ + M _and in the middle of the span is equal in magnitude and opposite in sign to the bending moment in the supporting areas of the span (third plot in FIG. 5), as a result of which a reduction in metal consumption and cross-sectional dimensions is achieved.

После перемещения груза 10 из положения O в положение O₁ по сигналу датчиков положения груза происходит отключение системы.After moving the load 10 from position O to position O ₁ , the system shuts down according to the signal from the load position sensors.

Установка подвижных лебедок на консолях, прикрепленных к торцевым сечениям пролетного строения с эксцентриситетом относительно его продольной оси и работающих согласованно под управлением автоматической системы, обеспечивает повышение точности, плавности, скорости перемещения груза, предотвращение его горизонтальных колебаний притормаживанием (ускорением) одной из лебедок, снижение металлоемкости и габаритных характеристик пролетного строения за счет уменьшения его поперечного сечения. The installation of movable winches on consoles attached to the end sections of the span with an eccentricity relative to its longitudinal axis and working in concert under the control of an automatic system, improves the accuracy, smoothness, speed of movement of the load, prevents its horizontal oscillations by braking (accelerating) one of the winches, and reduces the metal consumption and overall characteristics of the span by reducing its cross section.

Claims

A crane with an automatic control system containing a span, winches located below the longitudinal axis of the span, cargo ropes with a cargo suspension and a control system for moving cargo, characterized in that the winches are mounted on movable trolleys made with the possibility of locking, which are located on the consoles of the span structures, consoles are fixed rigidly to the end sections of the span eccentrically relative to its longitudinal axis and are oriented inward to the span, cargo e ropes of each winch are stored at one end in the cargo suspension and the other at the winch drum, the cargo movement control system is automatic, containing a control module made in the form of a computer with a program for controlling the winch’s joint work to move the load and stabilize its position based on the position sensors , load vibrations and rope tension, interfaces, a switching device and communication cables between the elements of the control system.