RU2245293C2

RU2245293C2 - Method of and device for moment protection of telescopic boom crane

Info

Publication number: RU2245293C2
Application number: RU2003110051/11A
Authority: RU
Inventors: К.М. Мамаев (RU); К.М. Мамаев; К.Д. Курбанмагомедов (RU); К.Д. Курбанмагомедов; Ш.О. Лачуев (RU); Ш.О. Лачуев
Original assignee: Мамаев Камиль Мамаевич
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2005-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; materials handling equipment.

SUBSTANCE: no-program method of moment protection is proposed instead of program protection by load characteristics effected in full compliance with moment equation functionally coupled crane loads with variable parameters of boom. Actual overturning moment is calculated and synthesized by protection device from signals of pickups and is reduced to one "window" whose upper limit corresponds to maximum of overturning moment and operation of protection and is defined by constant part of restoring moment which depends of size of support outline and mass of counterweight. Said equation is adaptive to moment loads and automatically takes into account their changes.

EFFECT: provision of protection of higher reliability and accuracy, improved service and dynamic characteristics of crane.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию, а именно к устройствам моментной защиты стреловых кранов.The invention relates to handling equipment, and in particular to devices for instant protection of jib cranes.

В известных в мировой практике системах автоматической защиты кранов с телескопической стрелой используется способ защиты от опрокидывания по грузовым характеристикам или их приведенным к узлу силоизмерителя значениям, суть которого излагается ниже.In world-famous systems of automatic protection of cranes with a telescopic boom, a method of protection against tipping over according to the load characteristics or their values brought to the force meter assembly is used, the essence of which is described below.

В соответствии с “Правилами безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов” Госгортехнадзора РФ или национальными “Предписаниями” зарубежных стран грузовая устойчивость свободно стоящего крана рассчитывается на основе кинетостатического уравнения опрокидывающих и восстанавливающих моментов [1]. Завод-изготовитель стрелового крана гарантирует его безопасную эксплуатацию, если перемещаемый телескопической стрелой груз не превышает предельно допустимых его значений на данном вылете стрелы заданной длины по паспортным грузовым характеристикам крана, рассчитанным разработчиками крана по методике “Правил...”.In accordance with the “Rules for the Safe Operation of Hoisting Cranes” of the Gosgortekhnadzor of the Russian Federation or national “Regulations” of foreign countries, the load stability of a free-standing crane is calculated on the basis of the kinetostatic equation of overturning and restoring moments [1]. The manufacturer of the jib crane guarantees its safe operation if the load moved by the telescopic boom does not exceed its maximum permissible values for a given boom of a given length according to the passport cargo characteristics calculated by the crane developers using the “Rules ...” methodology.

Паспортные грузовые характеристики крана, и их приведенные к толкателю стрелы значения изображены на фиг.1. Здесь обозначены: длина телескопической стрелы 1 - минимальная, 2 - средняя, 3 - полная; L - вылет; G - масса груза; S - усилие в толкателе.Passport freight characteristics of the crane, and their values given to the boom follower are depicted in figure 1. Here are indicated: the length of the telescopic boom 1 - minimum, 2 - medium, 3 - full; L - departure; G is the mass of the cargo; S - force in the pusher.

Для безопасной эксплуатации крана он оснащается системой автоматической защиты, следящей за нагрузкой и выключающей привода крана при равенстве груза его допустимому значению на данном вылете, заданному программой - грузовыми характеристиками. Этот способ защиты положен в основу работы всех известных приборов. Примером реализации этого способа могут служить устройства PAT DS350, EKS 83 (ФРГ), ОГБ3, ОГБ4, АЗК1 (РФ) и др., в рамках общего способа отличающиеся отдельными техническими решениями. В них используются следующие датчики: угла и длины стрелы, массы груза, усилия в штоке толкателя стрелы [2].For the safe operation of the crane, it is equipped with an automatic protection system that monitors the load and turns off the crane drive when the load is equal to its permissible value at a given departure, specified by the program — by the load characteristics. This method of protection is the basis of all known devices. An example of the implementation of this method can serve as a device PAT DS350, EKS 83 (Germany), OGB3, OGB4, AZK1 (RF), etc., within the general method differing in separate technical solutions. They use the following sensors: the angle and length of the boom, mass of the load, the force in the rod of the pusher boom [2].

Принцип работы современной системы защиты.The principle of operation of a modern protection system.

В постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) прибора защиты по адресам, соответствующим заданным вылетам и длине стрелы записываются, например, приведенные к штоку толкателя стрелы грузовые характеристики крана. При работе системы защиты по сигналам датчиков угла и длины стрелы вычисляется вылет. Коды сигналов вылета и длины стрелы поступают на адресные входы ПЗУ и считывают из него соответствующий код допустимого усилия. Коды сигналов датчика усилия в штоке и соответствующие данному вылету и длины стрелы допустимые значения усилия с выхода ПЗУ сравниваются компаратором. При равенстве сигналов на входах последнего он выдает сигнал отключения приводов. Недостатки известных систем защиты проистекают от способа, положенного в основу их работы [3, 4].In the permanent storage device (ROM) of the protection device at the addresses corresponding to the specified departures and the length of the boom, for example, the crane's load characteristics brought to the rod of the boom follower are recorded. When the protection system is operating, the offset is calculated from the signals of the angle and boom length sensors. Codes of departure signals and boom lengths are supplied to the address inputs of the ROM and the corresponding code of permissible effort is read from it. The codes of the signals of the force sensor in the rod and the corresponding allowable values of the force from the ROM output corresponding to the given outreach and boom length are compared by the comparator. If the signals at the inputs of the latter are equal, it gives a drive shutdown signal. The disadvantages of the known protection systems stem from the method underlying their work [3, 4].

На фиг.1 приведены: грузовые характеристики крана (фиг.1а), и приведенные к усилию S в штоке толкателя стрелы их значения (фиг.1б); статические моментные характеристики крана с телескопической стрелой в функции вылета L и длины стрелы 1 приведены на фиг.2. Графики прямой и обратных функций угла φ наклона стрелы плеча h(φ ) момента усилия S на шток толкателя стрелы относительно шарнира ее поворота приведены на фиг.3.Figure 1 shows: the cargo characteristics of the crane (figa), and reduced to the force S in the rod of the pusher boom their values (fig.1b); static moment characteristics of a crane with a telescopic boom as a function of the extension L and the length of the boom 1 are shown in figure 2. Graphs of the direct and inverse functions of the angle of the tilt of the arm boom h (φ) of the moment of effort S on the rod of the pusher of the boom relative to the hinge of its rotation are shown in Fig.3.

Суждение об опрокидывающем моменте, линейного возрастающем с увеличением вылета (фиг.2), по гиперболически убывающему при этом допустимому грузу (фиг.1а) или изменяющемуся по более сложному закону усилию в штоке толкателя стрелы с максимальными значениями на малых и больших вылетах и минимальными изменениями на средних вылетах (фиг.1б) весьма условно. Кроме того, сравнение между собой двух переменных величин с существенно нелинейным характером функций S=S(l, L) и S_д=S_д(l, L) даже при малых погрешностях в отработке вылета Δ L, например, из-за реальной погрешности датчиков, приводят к большим погрешностям Δ S срабатывания защиты не говоря о других погрешностях [3]. Повышение точности и улучшение динамических и эксплуатационных характеристик крана возможно за счет предлагаемого, потенциально точного способа защиты.The judgment on the overturning moment, linearly increasing with the extension of the outreach (Fig. 2), according to the allowable load hyperbolically decreasing at the same time (Fig. 1a) or the force in the rod of the boom pusher with maximum values at short and long flights and with minimal changes on average departures (figb) is very arbitrary. In addition, a comparison between two variables with the essentially non-linear nature of the functions S = S (l, L) and S _d = S _d (l, L) even with small errors in the development of the departure Δ L, for example, due to a real error sensors, lead to large errors Δ S operation protection not to mention other errors [3]. Improving the accuracy and improving the dynamic and operational characteristics of the crane is possible due to the proposed, potentially accurate method of protection.

Один из вариантов способа был реализован нами в приборе защиты по [6] и успешно прошел испытания.One of the variants of the method was implemented by us in the protection device according to [6] and successfully passed the tests.

Суть способа в следующем.The essence of the method is as follows.

Записав уравнение моментов по “Правилам... ” с учетом их функциональных связей с переменными параметрами стрелы и приведя его к постоянной правой части, получим уравнение моментов. При этом постоянные в процессе движений стрелы с грузом моменты относительно ребра опрокидывания с учетом коэффициента запаса устойчивости представляют собой правую часть уравнения, а в левой части - все переменные моменты относительно того же ребра опрокидывания. Это уравнение является исходным в предлагаемом способе моментной защиты, принцип работы которой иллюстрируется на фиг.2.Having written the equation of moments according to the “Rules ...” taking into account their functional relationships with the variable parameters of the boom and bringing it to the constant right-hand side, we obtain the equation of moments. At the same time, the moments that are constant during the movement of the boom with the load relative to the tipping rib, taking into account the safety margin, are the right side of the equation, and on the left side are all variable moments relative to the same tipping rib. This equation is the original in the proposed method of instant protection, the principle of operation of which is illustrated in figure 2.

Здесь функции переменных моментов обозначены:Here the functions of variable moments are indicated:

1. - момент груза Q₁ - M_гр1, 2. - момент масс стрелы - М_ст; 3. - суммарный момент M_c1=M_гр1+М_ст; 4. - момент груза Q₂ - М_гр2; 5. - суммарный момент М_с2=М_гр2+М_ст.1. - load moment Q ₁ - M _gr1 , 2. - mass moment of the boom - M _st ; 3. - the total moment M _c1 = M _gr1 + M _article ; 4. - load moment Q ₂ - M _gr2 ; 5. - the total moment M _s2 = M _gr2 + M _Art .

Горизонтальная прямая определяет правую часть уравнения и задает уровень ограничения по максимальному опрокидывающему моменту. Защита срабатывает на вылете, соответствующем точке пересечения функции суммарного момента с заданной горизонтальной прямой. Так грузу G₁ соответствует суммарный момент - M_c1 прямая З и вылет L₁ - срабатывания защиты, а грузу G₂>G₁ - момент М_с2 - прямая 5 и вылет L₂ - срабатывания защиты. L₂<L₁, т.к. G₂>G₁, что соответствует вылетам для указанных грузов по паспортным грузовым характеристикам крана.The horizontal line defines the right side of the equation and sets the level of restriction on the maximum overturning moment. Protection is triggered at a departure corresponding to the point of intersection of the function of the total moment with a given horizontal line. So, the total moment corresponds to the load G ₁ - M _c1 direct 3 and the departure L ₁ - protection tripping, and the load G ₂ > G ₁ - the moment M _c2 - direct 5 and the departure L ₂ - protection tripping. L ₂ <L ₁ , because G ₂ > G ₁ , which corresponds to departures for the indicated cargoes according to the passport cargo characteristics of the crane.

Таким образом, опрокидывающий момент приводится к одному “окну”, высота которого задается уровнем восстанавливающего момента. Поэтому с увеличением размеров опорного контура или массы противовеса высота “окна”, определяющая максимум опрокидывающего момента и срабатывания защиты, увеличивается.Thus, the overturning moment is reduced to one “window”, the height of which is determined by the level of the restoring moment. Therefore, with an increase in the dimensions of the support contour or counterweight mass, the height of the “window”, which determines the maximum of the overturning moment and the operation of the protection, increases.

В соответствии с “Правилами... ” грузовая устойчивость крана определяется для плоскости минимальной устойчивости крана, а в плане характеристики принимаются круговыми [1]. В связи с изложенным функциональное уравнение моментов имеет вид.In accordance with the “Rules ...”, the crane's load stability is determined for the plane of the crane’s minimum stability, and in terms of the characteristics are taken circular [1]. In connection with the above, the functional equation of moments has the form.

где Q_гр, Q_ог, G_пр, G_H, G_i - соответственно массы: груза, головки стрелы, противовеса и поворотной платформы, неподвижной части крана и i-той секции стрелы; l_i, X_i - соответственно длина и расстояние i-той секции стрелы от корня стрелы; R+a/2 - соответственно расстояние противовеса и приведенной к нему массы поворотной платформы от ребра опрокидывания, а/2 - расстояние от оси поворотной платформы от ребра опрокидывания; а - размер опорного контура; φ - угол наклона стрелы к горизонту; К_зу - коэффициент запаса устойчивости; Х - величина полного удлинения телескопической стрелы; l_кор - величина увеличения вылета из-за отклонения оси стрелы от прямолинейной; r - расстояние коренного шарнира стрелы относительно оси поворотной платформы.where Q _gr , Q _og , G _ol , G _H , G _i are the masses, respectively: of cargo, boom head, counterweight and turntable, fixed part of the crane and i-th boom section; l _i , X _i - respectively, the length and distance of the i-th section of the boom from the root of the boom; R + a / 2 is, respectively, the distance of the counterweight and the mass of the turntable brought to it from the tipping rib, and / 2 is the distance from the axis of the turntable from the tipping rib; a is the size of the reference contour; φ is the angle of the boom to the horizon; To _zu - safety margin; X is the magnitude of the full lengthening of the telescopic boom; l _cor - the magnitude of the increase in the departure due to the deviation of the boom axis from the straight line; r is the distance of the primary hinge of the boom relative to the axis of the turntable.

Определим функциональную связь сигнала датчика усилия в штоке толкателя стрелы S с переменными параметрами стрелы [4]. Составим уравнение моментов относительно шарнира корня стрелы и разрешим его относительно S, тогда получим:Define the functional relationship of the signal of the force sensor in the rod of the pusher boom S with variable boom parameters [4]. We compose the equation of moments with respect to the hinge of the arrow root and solve it with respect to S, then we get:

где d - расстояние грузового каната от шарнира стрелы, U_n, η _n - соответственно кратность и к.п.д. полиспаста,where d is the distance of the cargo rope from the boom hinge, U _n , η _n are the multiplicity and efficiency, respectively tackle,

где h(φ ) - функция плеча момента усилия S относительно шарнира стрелы,where h (φ) is the shoulder function of the moment of effort S relative to the boom hinge,

θ =φ +β -γ ; А, N, β , γ - постоянные параметры.θ = φ + β-γ; A, N, β, γ are constant parameters.

На фиг 3. приведены графики прямой и обратной функции h(φ ) для кранов КС 4571-16т, КС 5573-25 т, характер которых отличается незначительно.Figure 3. shows graphs of the direct and inverse functions h (φ) for cranes KS 4571-16t, KS 5573-25 t, the nature of which differs slightly.

Сравнивая левую часть выражения (1) и (2) заключаем, что (2) содержит полезную информацию об опрокидывающем моменте, задача в том как ее выделить?Comparing the left side of expressions (1) and (2) we conclude that (2) contains useful information about the overturning moment, the problem is how to select it?

Для того чтобы освободится от второго сомножителя в (2) умножим обе части этого уравнения на функцию h(φ ), обратную этому сомножителю, тогда получим уравнение моментов относительно шарнира стрелы:In order to get rid of the second factor in (2), we multiply both sides of this equation by the function h (φ), the inverse of this factor, then we obtain the equation of moments relative to the boom hinge:

Выражения в фигурных скобках (1) и (4) отличаются слагаемыми Q_грd/U_nη_n=-G₁d;The expressions in braces (1) and (4) differ in terms of Q _gr d / U _n η _n = -G ₁ d;

где G₁ - усилие в канате грузового барабана, d - расстояние каната от оси стрелы.where G ₁ is the force in the rope of the cargo drum, d is the distance of the rope from the axis of the boom.

Прибавив к правой части (4) выражение первого слагаемого и вычитая второе получим полное его соответствие выражению в фигурных скобках (1).Adding the expression of the first term to the right-hand side of (4) and subtracting the second, we obtain its full correspondence to the expression in curly brackets (1).

Далее вычитая из откорректированного выражения (4) слагаемое Q_грa/2 получим синтезированное уравнение полностью соответствующее левой части (1).Subtracting the term Q _gr a / 2 from the adjusted expression (4), we obtain the synthesized equation that fully corresponds to the left-hand side of (1).

Для этого используются: сигнал датчика усилия в штоке толкателя стрелы, функциональный преобразователь h(φ ), управляемый сигналом датчика угла стрелы; отработка слагаемых, содержащих переменную Q_гр, производится по сигналу датчика массы груза или по результату его вычисления из грузового момента, равногоFor this, the following are used: the signal of the force sensor in the rod of the boom pusher, the functional converter h (φ), controlled by the signal of the sensor of the angle of the boom; the development of terms containing the variable Q _gr is performed by the signal of the cargo mass sensor or by the result of its calculation from the load moment equal to

где М_оп - общий опрокидывающий момент; М_cт - вычисленный устройством защиты момент масс стрелы.where M _op - the total overturning moment; M _ct - the mass moment of the boom calculated by the protection device.

Поделив М_гр на выражение [(l₁+X)cosφ +l_кop], представляющее собой плечо момента груза относительно шарнира стрелы, вычисленное устройством защиты по сигналам датчика угла и длины стрелы получим расчетное значение массы груза.Dividing M _gr by the expression [(l ₁ + X) cosφ + l _kop ], which is the shoulder of the load moment relative to the boom hinge, calculated by the protection device from the signals of the angle sensor and boom length, we obtain the calculated value of the mass of the load.

Для реализации предлагаемого способа используется тот же набор датчиков, что и в известных устройствах, работающих по заданной программе, но в отличие от последних он позволяет создать адаптивные следящие системы, непрерывно вычисляющие значение фактического опрокидывающего момента.To implement the proposed method, the same set of sensors is used as in known devices operating according to a given program, but unlike the latter, it allows you to create adaptive tracking systems that continuously calculate the value of the actual overturning moment.

Предлагаемый способ защиты может быть реализован чисто аппаратно или программно, но наш взгляд оптимальным является аппаратно-программный подход.The proposed method of protection can be implemented purely in hardware or software, but our view is optimal in the hardware-software approach.

Следует отметить, что используя сигнал функционального преобразователя h(φ ) в качестве регулирующего скорость перемещения штока толкателя стрелы, можно исключить угловое ускорение телескопической стрелы при ее “подъеме - опускании” - один из источников ее колебаний, связанный с нелинейностью передаточной функции: скорость толкателя - скорость стрелы.It should be noted that using the signal of the functional transducer h (φ) as the regulating speed of the rod movement of the boom pusher, it is possible to exclude the angular acceleration of the telescopic boom when it is "raising - lowering" - one of the sources of its vibrations associated with the non-linearity of the transfer function: arrow speed.

В свою очередь превышение сигнала опрокидывающего момента его произвольно установленного значения, меньшего допустимому, можно использовать для замедления скорости приводов в функции опрокидывающего момента, начиная с установленного значения до полной остановки по достижении моментом максимального значения.In turn, exceeding the signal of the overturning moment of its arbitrarily set value, which is lower than the permissible one, can be used to slow down the speed of the drives as a function of the overturning moment, from the set value to a complete stop when the moment reaches the maximum value.

Кроме того, используя отрицательно-обратную связь по скорости изменения опрокидывающего момента, можно осуществить активное демпфирование колебаний крана, а сравнивая между собой вычисленное из грузового момента значение массы груза с сигналом датчика массы груза можно по их разности контролировать точность работы системы защиты в целом (вместе с датчиками).In addition, using negative feedback on the rate of change of the tipping moment, it is possible to actively damp the oscillations of the crane, and by comparing the value of the load mass calculated from the load moment with the signal of the load mass sensor, the accuracy of the protection system as a whole can be controlled by their difference (together with sensors).

УСТРОЙСТВО МОМЕНТНОЙ ЗАЩИТЫ КРАНА С ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СТРЕЛОЙDEVICE FOR INSTANT PROTECTION OF A CRANE WITH A TELESCOPIC ARROW

Среди многообразия частных решений известен, например, ограничитель грузоподъемности для кранов с телескопической стрелой [5]. Он содержит: узел преобразования угла наклона и длины стрелы, сумматор, множительное устройство, вычислительный узел, схему сравнения. Устройство не обладает адаптивностью к моментным нагрузкам в связи с чем надежность его низка и ограничены функциональные возможности. Известно также устройство защиты стрелового крана, управляющее скоростью опускания стрелы с грузом [4], состоящее из программного ограничителя грузоподъемности крана с телескопической стрелой, потенциометра со скользящим контактом, вращаемым мотор-редуктором, питаемым сигналом ограничителя грузоподъемности, равным разности напряжений силоизмерителя и программатора допустимых значений. По мере опускания стрелы с грузом уменьшается вышеназванное разностное напряжение, и замедляются обороты двигателя до полной остановки по достижении предельных значений. Для управления скоростью опускания стрелы используется электрически управляемый дроссель, включенный в ответвление напорного трубопровода. Регулирование скорости привода осуществляется за счет перераспределения потоков жидкости гидроцилиндра и дросселя, жидкость с выхода которого сливается в бак. По мере уменьшения разности сигналов на выходе ограничителя грузоподъемности (ОГ) увеличивается проходное отверстие дросселя и уменьшается подача жидкости в гидроцилиндр и скорость привода замедляется до полной остановки, при напряжении на выходе ОГ, равном нулю. Недостатки этого устройства связаны со способом отработки напряжения, управляющего скоростью привода стрелы, которое обусловлено программным характером работы ограничителя момента. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство по [6], содержащее узлы: преобразования механических усилий в электрический сигнал; преобразования угла наклона и длины стрелы, включающий вычислительный узел с множительным устройством и аппроксиматор, подключенный своим входом к преобразователю угла наклона, а выходом через множительное устройство и сумматор вычислительного узла - к схеме сравнения...Among the variety of particular solutions, for example, a load limiter for cranes with a telescopic boom is known [5]. It contains: a node for converting the angle and length of the boom, an adder, a multiplier, a computing node, a comparison circuit. The device does not have adaptability to moment loads, and therefore its reliability is low and functionality is limited. There is also known a crane protection device that controls the speed of lowering the boom with the load [4], consisting of a software crane load limiter with a telescopic boom, a potentiometer with a sliding contact, a rotatable geared motor, supplied with a load limiter signal equal to the voltage difference between the power meter and the programmer of permissible values . As the boom is lowered with the load, the above-mentioned differential voltage decreases, and the engine rpm slows to a complete stop when the limit values are reached. To control the lowering speed of the boom, an electrically controlled throttle is used, which is included in the branch of the pressure pipe. The drive speed is controlled by redistributing the fluid flows of the hydraulic cylinder and the throttle, the fluid from the outlet of which is discharged into the tank. As the difference in signals at the output of the capacity limiter (OG) decreases, the throttle bore increases and the fluid supply to the hydraulic cylinder decreases and the drive speed slows to a complete stop when the voltage at the exhaust outlet is zero. The disadvantages of this device are associated with the method of working out the voltage that controls the speed of the boom drive, which is due to the programmatic nature of the torque limiter. The closest technical solution to the invention is the device according to [6], containing the nodes: conversion of mechanical forces into an electrical signal; converting the angle of inclination and the length of the boom, including a computing node with a multiplier and an approximator connected by its input to the converter of the angle of inclination, and output through the multiplying device and the adder of the computing node to the comparison circuit ...

Однако в этом устройстве не реализованы все возможности и преимущества беспрограммной моментной защиты как-то: выработка сигналов управления скоростями приводов, активного демпфирования колебаний крана, а также автоконтроль точности работы самой системы защиты в целом (вместе с датчиками).However, this device does not realize all the features and advantages of software-free instant protection, such as: generating control signals for drive speeds, active damping of crane oscillations, as well as automatic monitoring of the accuracy of the protection system as a whole (together with sensors).

В известных устройствах защиты с целью слежения за их работой конролируются: обрыв в цепи питания датчиков, отклонение напряжений питания устройств защиты, погрешность работы аналого-цифрового преобразователя.In the known protection devices, in order to monitor their operation, the following are monitored: open circuit in the sensor supply circuit, deviation of the supply voltage of the protection devices, error in the operation of the analog-to-digital converter.

На фиг.4 приведена структурная схема одного из вариантов реализации моментной защиты крана с телескопической стрелой.Figure 4 shows the structural diagram of one of the options for implementing instant protection of a crane with a telescopic boom.

Устройство содержит: первичные преобразователи: усилия в штоке толкателя стрелы 1; угла наклона 2 и длины 3 стрелы, в качестве которых используются синусно-косинусные поворотные трансформаторы (СКВТ); массы груза 4; Узлы: 5 синтезирования опрокидывающего момента; 24 вычисления массы груза; 25, 26 преобразования угла в длительность импульсов ШИМа; 27 перемножения по схеме ШИМ-АИМ; 28 автоконтроля точности работы устройства защиты. Компаратор опрокидывающего момента 35, и генератор счетных импульсов, и питания датчиков 36. На фиг.5 приведена структурная схема узла 5 синтезирования опрокидывающего момента, состоящая: из последовательно включенных кодера 8 длительности импульсов угла наклона стрелы в двоичный код, постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) 7 и множительного цифроаналогового преобразователя (МЦАП) 6, аналоговые вход и выход которого связаны с электронным переключателем 9; последовательно включенными фильтром НЧ 10, сумматором 11, выходом, связанным с входами схемы “зона нечувствительности” 12 и дифференциатора 13. На фиг.6 приведена структурная схема узла 28 автоконтроля точности работы системы защиты, состоящая из последовательно включенных: вычитателя 30 измеренной и вычисленной массы груза, перемножителя 31 и компоратора 32 точности работы системы защиты. При этом вычитатель 30 входами связан с выходами 18 и 33 вычислителя массы груза 24 и ее измерителя 4, связанного также со входом преобразователя с нелинейно падающей характеристикой 29, выходом связанного со вторым входом перемножителя 32.The device contains: primary converters: efforts in a rod of a pusher of an arrow 1; angle of inclination 2 and length 3 of the boom, which are used as sine-cosine rotary transformers (SKVT); mass of cargo 4; Knots: 5 synthesizing overturning moment; 24 calculation of the mass of the cargo; 25, 26 converting the angle to the pulse width of the PWM; 27 multiplications according to the PWM-AIM scheme; 28 auto-control the accuracy of the protection device. The tipping moment comparator 35, and the calculating pulse generator, and the sensor power 36. Figure 5 shows the structural diagram of the tilting moment synthesis unit 5, consisting of: sequentially connected encoder 8 of the pulse width of the tilt angle of the boom into a binary code, read-only memory (ROM) 7 and a digital-to-analog converter (MCAP) 6, the analog input and output of which are connected to the electronic switch 9; connected in series with a low-pass filter 10, an adder 11, an output connected to the inputs of the deadband circuit 12 and the differentiator 13. FIG. 6 shows a block diagram of the automatic control unit 28 of the accuracy of the protection system, consisting of a series-connected: subtractor 30 measured and calculated mass load, multiplier 31 and comparator 32 of the accuracy of the protection system. In this case, the subtractor 30 is connected by inputs to the outputs 18 and 33 of the mass calculator 24 and its meter 4, which is also connected to the input of the converter with a nonlinearly falling characteristic 29, and the output connected to the second input of the multiplier 32.

Принцип работы. Устройство моментной защиты крана с телескопической стрелой (фиг.4) работает в соответствии с уравнением (1), синтез которого осуществляется узлом опрокидывающего момента 5, вход которого связан с выходом 14 преобразователя усилия 1 в штоке толкателя стрелы (фиг.5), сигнал датчика 1, описываемый уравнением (2), через электронный переключатель 9 (положение “а”) поступает на аналоговый вход цифроаналогового преобразователя 6, цифровыми входами связанного с выходами ППЗУ7, в котором по адресам, соответствующим кодам угла наклона стрелы, записаны дискретные значения функции h(φ ), обратной второму сомножителю выражения (2). Входы ППЗУ7 связаны с выходами кодера 8, входами связанного с выходом 16 счетных импульсов генератора 36 и выходом 17 преобразователя угла в длительность импульсов 25. В последнем происходит двойное преобразование: сигналы датчика 2 преобразуются в угол, а угол - в длительность импульсов ШИМа. Датчик 2 используется одновременно для отработки угла и его синусно-косинусных функций, используемых в вычислительном узле 24, а сочетание импульсов ШИМа с амплитудно-импульсным модулятором (АИМ) 27 образуют перемножитель по схеме ШИМ-АИМ. При “подъеме-опускании” стрелы изменяются коды угла ее наклона на выходе 8 и из ПЗУ 7 считываются соответствующие дискретные значения функции h(φ ), которые в МЦАП6 перемножаются с сигналом датчика 1. Аналоговый выходной сигнал 6, представляющий собой функцию (4) через контакт “а” переключателя 9 и фильтр НЧ 10 поступает на вход сумматора 11, к которому прибавляется сигнал усилия в канате грузового барабана с выхода 15 датчика 4, и вычитается сигнал с выхода 18 вычислительного узла 24 с соответствующими коэффициентами слагаемых. Сигнал с выхода 22 сумматора 11, соответствующий опрокидывающему моменту, - левая часть уравнения (1) поступает на вход компаратора 35, в котором сравниваются с постоянным восстанавливающим моментом - правая часть уравнения (1), и входы схемы “зона нечувствительности” 12 и дифференциатора 13. Выходные сигналы компаратора 35, схемы “зона нечувствительности” 12 и дифференциатора 13 соответственно на выходах 37, 23, 20 используются соответственно для отключения приводов при максимуме опрокидывающего момента, замедления скоростей приводов, начиная с установленного значения, и для активного демпфирования колебаний крана с помощью отрицательно-обратной связи по скорости изменения опрокидывающего момента.Principle of operation. The device of instant protection of the crane with a telescopic boom (Fig. 4) operates in accordance with equation (1), the synthesis of which is carried out by the tipping moment unit 5, the input of which is connected to the output 14 of the force transducer 1 in the rod of the boom pusher (Fig. 5), the sensor signal 1, described by equation (2), through an electronic switch 9 (position “a”) is fed to the analog input of the digital-to-analog converter 6, with digital inputs connected to the outputs of the PROM 7, in which the addresses corresponding to the angle codes of the boom angle are written skretnye function value h (φ), the second factor of the inverse of the expression (2). The inputs of the PROM 7 are connected to the outputs of the encoder 8, the inputs associated with the output 16 of the counting pulses of the generator 36 and the output 17 of the angle transducer to the pulse duration 25. In the latter there is a double conversion: the signals of the sensor 2 are converted to angle, and the angle to pulse width of the PWM pulse. Sensor 2 is used simultaneously to refine the angle and its sine-cosine functions used in computing node 24, and the combination of PWM pulses with an amplitude-pulse modulator (AIM) 27 form a multiplier according to the PWM-AIM scheme. During the “lifting-lowering" of the boom, the angle codes of its inclination at the output 8 are changed and the corresponding discrete values of the function h (φ) are read from the ROM 7, which are multiplied in MCAP6 with the signal of the sensor 1. The analog output signal 6, which is a function (4) through contact “a” of the switch 9 and the low-pass filter 10 is fed to the input of the adder 11, to which the signal of effort in the rope of the cargo drum is added from the output 15 of the sensor 4, and the signal from the output 18 of the computing node 24 with the corresponding coefficient coefficients is subtracted. The signal from the output 22 of the adder 11, corresponding to the overturning moment, the left side of equation (1) is fed to the input of the comparator 35, in which the right side of equation (1), and the inputs of the dead band circuit 12 and the differentiator 13 are compared with the constant recovery moment The output signals of the comparator 35, the deadband circuit 12 and the differentiator 13 at the outputs 37, 23, 20, respectively, are used to turn off the drives at the maximum tilting moment, to slow down the speeds of the drives, starting at set value, and for the active damping of oscillations of the crane via a negative-feedback rate of change of the tilting moment.

Кроме того, к выходам 22 и 33 подключаются индикаторы момента и массы груза.In addition, moment and mass indicators are connected to outputs 22 and 33.

При положении “в” переключателя 9 сигнал на выходе МЦАП6 соответствует функции h(φ ). Последний с выхода 19 переключателя 9 поступает на вход схемы программного управления скоростью привода “подъема-опускания” стрелы благодаря чему скорость стрелы стабилизируется с целью исключения ее углового ускорения. В процессе работы предлагаемого устройства защиты непрерывно осуществляется контроль точности его работы, сравнивая отклонение массы груза, определенной двумя независимыми методами, например, измеренным непосредственно датчиком массы груза и вычисленным его значением через грузовой момент. При этом учитывая большой возможный динамический диапазон изменения массы груза разность масс груза приводится к постоянной величине допустимого отклонения во всем диапазоне.With the “в” position of switch 9, the signal at the output of MCAP 6 corresponds to the function h (φ). The latter from the output 19 of the switch 9 is fed to the input of the programmed control circuit of the boom “raise-lower” drive speed, due to which the boom speed is stabilized in order to exclude its angular acceleration. During the operation of the proposed protection device, the accuracy of its operation is continuously monitored by comparing the deviation of the cargo mass determined by two independent methods, for example, measured directly by the cargo mass sensor and calculated by its value through the load moment. At the same time, given the large possible dynamic range of variation in the mass of the cargo, the difference in mass of the cargo is reduced to a constant value of the permissible deviation in the entire range.

На фиг.6 изображен узел автоконтроля погрешности работы системы защиты в целом вместе с датчиками. Он содержит: преобразователь, отрабатывающий гиперболически убывающую функцию массы груза 29, сумматор 30, перемножитель 31, компаратор допустимого отклонения напряжения. Он работает следующим образом. Вычисленные узлом 24 и измеренные датчиком 4 сигналы через выходы 18 и 33 поступают на входы вычитателя 30, выходом связанного со входом перемножителя 31, вторым входом связанного с выходом преобразователя с нелинейно падающей характеристикой 29, входом связанного с выходом 33 датчика 4. Для приведения разности абсолютных погрешностей к постоянной величине в диапазоне изменения массы груза модуль разности погрешностей в 31 умножается, например, на гиперболически убывающее напряжение массы груза на выходе 29. Выходной сигнал 31 сравнивается с заданной постоянной величиной. При превышении сигнала 31 заданной величины компаратор 32 срабатывает и запрещает работу крана.Figure 6 shows the node of the automatic control of the error of the protection system as a whole along with the sensors. It contains: a converter fulfilling a hyperbolic decreasing function of the mass of the load 29, an adder 30, a multiplier 31, a comparator of the permissible voltage deviation. It works as follows. The signals calculated by the node 24 and measured by the sensor 4 through the outputs 18 and 33 are fed to the inputs of the subtractor 30, the output connected to the input of the multiplier 31, the second input connected to the output of the converter with a non-linearly falling characteristic 29, the input connected to the output 33 of the sensor 4. To bring the difference between the absolute of errors to a constant value in the range of variation of the mass of the load, the error difference modulus of 31 is multiplied, for example, by a hyperbolic decreasing voltage of the mass of the load at output 29. The output signal 31 is compared with the reference hydrochloric constant. When the signal 31 exceeds the specified value, the comparator 32 is activated and prohibits the operation of the crane.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины - М.: Машиностроение, 1989.1. Vinson A.A. Hoisting-and-transport machines - M.: Mechanical Engineering, 1989.

2. Патент 4.133032 (США). Опубл. 02.01.79.2. Patent 4.133032 (USA). Publ. 01/02/79.

3. Мамаев К.М. Принципы построения ограничителей грузоподъемности гидравлических кранов. - Известия Северо-Кавказкого центра высшей школы - Ростов н/Д, 1986, №1, с.90... 92.3. Mamaev K.M. Principles of constructing load limiters for hydraulic cranes. - Bulletin of the North Caucasus Center for Higher Education - Rostov n / a, 1986, No. 1, p.90 ... 92.

4. Мамаев К.М. О функциональных связях нагрузок с сигналами силоизмерителей в системах защиты автокранов. РАН - Вестник Дагестанского научного центра, г. Махачкала, 2000, №7, с.49... 57.4. Mamaev K.M. On the functional relationships of loads with signals of load meters in crane protection systems. RAS - Bulletin of the Dagestan Scientific Center, Makhachkala, 2000, No. 7, p. 49 ... 57.

5. Мамаев К.М. и др. Авт. свидетельство СССР №565007. Опубл. 14.03.1975.5. Mamaev K.M. et al. Auth. USSR certificate No. 565007. Publ. 03/14/1975.

6. Мамаев К.М. и др. Авт. свидетельство СССР №732200. Опубл. 28.03.1977.6. Mamaev K.M. et al. Auth. USSR certificate No. 732200. Publ. 03/28/1977.

Claims

1. A method of automatically protecting a crane with a telescopic boom against tipping, according to which the signals of the boom angle sensors to the horizon, the length of the boom, the mass of the load, the forces in the rod of the boom pusher are used for protection and, when the protection is triggered, they slow down the drives or turn them off, characterized in that the protection is carried out to the maximum of the actual overturning moment, which is compared with an acceptable value equal to the constant restoring moment, while to determine the actual overturning moment about the moment, the signal of effort in the rod of the pusher boom is multiplied by a signal that displays the angular function of changing the arm of the moment of this effort relative to the main hinge of the arrow, and a signal characterizing the moment of effort in the rope of the cargo drum created by the mass of cargo is added to the result, and the signal characterizing a constant the mass moment of the boom, calculated or specified by software, and the mass of the load is determined by the signal of the load sensor or by the signal from the output of the device that calculates the mass of the load the new moment, which is the difference between the total overturning moment and the mass moment of the boom.

2. The method according to claim 1, characterized in that the boom pusher speed is controlled by changing the arm of the moment of the pusher force, the working crane drives are covered with negative feedback on the rate of change of the specified moment, when the moment exceeds the set value, the drive speeds are slowed down to a complete stop when the restoring moment is reached .

3. The method according to claim 1, characterized in that the difference between the values of the mass of the load, measured by the sensor and calculated through the load moment, is determined, multiplied by a linearly decreasing function of the load, the deviation obtained is compared with the permissible value, and when the permissible value is exceeded, the crane is prohibited.

4. Device for automatic protection of a crane with a telescopic boom against tipping, containing primary force transducers in the rod of the boom follower, the angle of inclination and the length of the boom, which are sine-cosine rotary transformers, the primary transducer of the mass of the load, the computing unit and the comparator, characterized in that the signal converters of the primary converters of the angle of inclination and the length of the boom into the pulse width of pulse-width modulation, amplitude-pulse modulator, ge a calculating pulse generator and a tilting moment synthesizing unit, including an electronic switch, a digital-to-analog multiplier, a read-only memory, an encoder, a low-pass filter and a moment adder, while the computing unit is designed to calculate the mass of the load through the load moment and is connected to one of the inputs with the output of the primary transducer of the boom angle, the output of the primary force transducer in the rod of the boom pusher via a switch is connected to the analog input m a bitter digital-to-analog converter, with a digital input connected to the output of a permanent storage device, address inputs connected to the output of the encoder, inputs connected to the outputs of the counter of the counting pulses and the converter of the angle of the boom to the pulse width of the pulse-width modulation, the inputs of the moment adder are directly connected to the outputs of the primary mass converter load and computing unit and through the switch and low-pass filter - with the output of a multiplying digital-to-analog a converter, and an output connected to one input of a comparator for comparing the moments, the other input of which it is receptive constant restoring moment.

5. The device according to claim 4, characterized in that the tilting moment synthesis unit is equipped with a differentiator and a deadband unit, while the analog input of the multiplying digital-to-analog converter is connected to the voltage reference source through a switch, and the output through an additional electronic switch to a control device the boom pusher speed, the inputs of the differentiator, the “dead band” block and the comparator, the outputs of which are connected to the organ m control crane drives.

6. The device according to claim 4, characterized in that it introduced a continuous automatic control unit of the accuracy of the protection system, comprising a converter with a non-linearly decreasing characteristic, a subtractor, a multiplier and a comparator of permissible error, while the subtractor is connected by inputs to the outputs of the primary mass transformer and a computing node designed to calculate the mass of the load, and the output - with the input of the multiplier, another input through the Converter with a non-linearly decreasing characteristic associated with the output of ary converter load mass output of the multiplier is connected to the input of the comparator permissible error.