RU2271986C2 - Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check - Google Patents
Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271986C2 RU2271986C2 RU2004118777/11A RU2004118777A RU2271986C2 RU 2271986 C2 RU2271986 C2 RU 2271986C2 RU 2004118777/11 A RU2004118777/11 A RU 2004118777/11A RU 2004118777 A RU2004118777 A RU 2004118777A RU 2271986 C2 RU2271986 C2 RU 2271986C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boom
- angle
- crane
- section
- sections
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Техническое решение относится к системам контроля, защиты и управления подъемно-транспортной техники.The technical solution relates to systems for monitoring, protection and control of handling equipment.
Известен способ измерения вылета грузозахватного органа в ограничителе грузоподъемности стрелового грузоподъемного крана, заключающийся в измерении угла наклона опорной (корневой) секции стрелы относительно опорно-поворотной части крана путем преобразования этого угла в угол поворота движка синусно-косинусного потенциометра, связанного со стрелой и поворотной частью крана при помощи поводка и ползунка, измерении длины телескопической стрелы путем натяжения вдоль нее гибкого кабеля, с закреплением одного конца кабеля на оголовке стрелы, а второго - на подпружиненном кабельном барабане, и преобразовании угла поворота кабельного барабана в перемещение движка линейного потенциометра при помощи червячного редуктора, а также в последующем определении вылета грузозахватного органа путем перемножения выходных сигналов этих потенциометров. Для реализации перемножения в качестве напряжения синусно-косинусного потенциометра используется выходное напряжение линейного потенциометра [1].A known method of measuring the departure of the lifting member in the load limiter of the jib crane, which consists in measuring the angle of inclination of the support (root) section of the boom relative to the rotary support part of the crane by converting this angle to the angle of rotation of the slider of the sine-cosine potentiometer associated with the boom and the rotary part of the crane using a leash and slider, measuring the length of the telescopic boom by pulling a flexible cable along it, securing one end of the cable to the head of the st rela, and the second - on a spring-loaded cable drum, and converting the angle of rotation of the cable drum into moving the linear potentiometer engine using a worm gear, as well as in the subsequent determination of the release of the load-gripping organ by multiplying the output signals of these potentiometers. To implement the multiplication, the voltage of the linear potentiometer is used as the voltage of the sine-cosine potentiometer [1].
Недостатком этого способа является низкая точность определения вылета из-за отсутствия учета отклонения опорно-ходовой части крана от горизонтального положения, т.к. угол наклона стрелы определяется не относительно горизонтальной плоскости (или гравитационной вертикали), а относительно поворотной части крана, которую при эксплуатации практически невозможно установить строго горизонтально. Кроме того, невысокая точность определения вылета в этом способе вызвана отсутствием учета прогиба стрелы и учета расстояния между точкой крепления стрелы на кране и осью вращения поворотной части крана.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the departure due to the lack of accounting deviations of the running gear of the crane from a horizontal position, because the angle of the boom is determined not relative to the horizontal plane (or the gravitational vertical), but relative to the rotary part of the crane, which during operation is almost impossible to set strictly horizontally. In addition, the low accuracy of determining the departure in this method is caused by the lack of accounting for the deflection of the boom and taking into account the distance between the attachment point of the boom on the crane and the axis of rotation of the rotary part of the crane.
Аналогичный способ измерения вылета используется в ограничителях грузоподъемности [2] и [3], отличающихся от описанного тем, что вместо потенциометров используются вращающие трансформаторы [2] или сельсины [3].A similar method of measuring the departure is used in load limiters [2] and [3], which differ from that described in that instead of potentiometers, rotary transformers [2] or selsyn [3] are used.
Однако замена потенциометров бесконтактными датчиками, выполненными на основе вращающихся трансформаторов и сельсинов, позволяет повысить надежность измерителя вылета, но не устраняет указанных методических недостатков использованного способа измерения вылета, предопределяющих низкую точность измерения.However, the replacement of potentiometers with non-contact sensors based on rotating transformers and selsyn improves the reliability of the departure meter, but does not eliminate the indicated methodological shortcomings of the used method of measuring the departure, which predetermine low accuracy of measurement.
При использовании известного способа [1, 2, 3] измерение длины стрелы может осуществляться при помощи выдвижных зубчатых реек, расположенных вдоль секций стрелы и приводящих в движение зубчатое колесо, связанное с редуктором [4], или путем натяжения вдоль стрелы гибкого растяжимого органа, фиксации величины линейного растяжения этого органа на заданном расстоянии от точки его крепления на корневой секции стрелы, последующего преобразования выявленного линейного растяжения гибкого органа в угловое и преобразования углового перемещения в электрическое сопротивление [5], или путем натяжения вдоль стрелы подпружиненного гибкого элемента (например, троса), концы которого закреплены на оголовке и на натяжном приспособлении, установленном в корневой части стрелы, и охватывающего тело вращения, кинематически связанное с датчиком линейного перемещения [6].When using the known method [1, 2, 3], the length of the boom can be measured using retractable gear rails located along the boom sections and driving the gear connected to the gearbox [4], or by tensioning a flexible tensile organ along the boom, fixing the magnitude of the linear extension of this organ at a predetermined distance from its attachment point on the root section of the boom, the subsequent conversion of the identified linear extension of the flexible organ into angular and the transformation of angular displacement into electric resistance [5], or by tensioning along the boom of a spring-loaded flexible element (for example, a cable), the ends of which are fixed on the head and on a tensioning device installed in the root of the boom and covering the body of revolution kinematically connected with the linear displacement sensor [6] .
Однако применение усовершенствованных методов измерения длины стрелы не устраняет указанных методических погрешностей измерения вылета грузозахватного органа крана.However, the use of advanced methods for measuring the length of the boom does not eliminate the indicated methodological errors in measuring the departure of the crane body.
Известен также способ измерения вылета грузозахватного органа в устройстве безопасности грузоподъемного крана путем измерения угла наклона опорной (корневой) секции стрелы и длины стрелы и последующего вычисления вылета микропроцессорным контроллером с использованием полученных результатов измерения в соответствии с установленным порядком (алгоритмом) этого вычисления, априорно заданным в программе контроллера. При этом измерение угла наклона опорной (корневой) секции стрелы осуществляют относительно гравитационной вертикали при помощи маятникового датчика, а измерение длины стрелы - при помощи потенциометрического датчика телескопирования, для чего вдоль стрелы натягивают гибкий орган (кабель), закрепляют его на оголовке стрелы и на подпружиненном кабельном барабане, который устанавливают на корневой секции стрелы, причем ось кабельного барабана через передачу (редуктор) соединяют с осью потенциометра [7], [8].There is also a method of measuring the departure of the load-gripping body in the safety device of the crane by measuring the angle of inclination of the support (root) section of the boom and the length of the boom and then calculating the departure by the microprocessor controller using the measurement results in accordance with the established procedure (algorithm) of this calculation, a priori specified in controller program. In this case, the measurement of the angle of inclination of the support (root) section of the boom is carried out relative to the gravitational vertical using a pendulum sensor, and the length of the boom is measured using a potentiometric telescoping sensor, for which a flexible organ (cable) is pulled along the boom, fixed to the boom head and to the spring-loaded cable drum, which is installed on the root section of the boom, and the axis of the cable drum through the transmission (gear) is connected to the axis of the potentiometer [7], [8].
Недостатком этого способа также является невысокая точность измерения, поскольку в нем не измеряется прогиб стрелы. Датчик, установленный на опорной (корневой) секции стрелы, измеряет угол наклона только этой секции (одной части стрелы), а угол наклона выдвижных секций не измеряется, что приводит к повышенной погрешности измерений вылета. Эта погрешность может иметь значительную величину, в частности ввиду наличия люфтов и зазоров между секциями, которые существенно влияют на вылет и изменяются в процессе эксплуатации крана, например вследствие износа опор-скользунов (пар трения секций телескопической стрелы).The disadvantage of this method is the low measurement accuracy, since it does not measure the deflection of the boom. The sensor mounted on the support (root) section of the boom measures the angle of inclination of only this section (one part of the boom), and the angle of inclination of the retractable sections is not measured, which leads to an increased error in the departure measurements. This error can be significant, in particular due to the presence of backlashes and gaps between the sections, which significantly affect the reach and change during the operation of the crane, for example, due to wear of the support-side bearings (friction pairs of sections of the telescopic boom).
Более совершенным и наиболее близким к предложенному является способ измерения вылета грузозахватного органа в устройстве безопасности (ограничителе нагрузки) стрелового грузоподъемного крана, заключающийся в измерении угла наклона выдвижных секций стрелы с учетом их прогиба, измерении длины стрелы и в последующем определении вылета путем преобразования результатов этих измерений в соответствии с предварительно установленным порядком этого преобразования. При этом, для измерения угла наклона выдвижных секций стрелы с учетом их прогиба, вдоль стрелы натягивают гибкий орган, закрепляют его на оголовке и на натяжном приспособлении, которое выполняют в виде подпружиненного барабана, установленного на опорной (корневой) секции стрелы. С гибким органом связывают поводок, который закрепляют на валу преобразователя измерительного [9].The most advanced and closest to the proposed method is to measure the outreach of the load-gripping body in the safety device (load limiter) of the jib crane, which consists in measuring the angle of inclination of the retractable boom sections taking into account their deflection, measuring the length of the boom and subsequently determining the departure by converting the results of these measurements in accordance with the predefined order of this conversion. At the same time, to measure the angle of the retractable sections of the boom, taking into account their deflection, a flexible organ is pulled along the boom, fixed to the head and to the tensioner, which is made in the form of a spring-loaded drum mounted on the supporting (root) boom section. A leash is connected with a flexible organ, which is fixed on the shaft of the measuring transducer [9].
В этом техническом решении при изменении прогиба стрелы поводок, опирающийся на гибкий орган, изменяет свое угловое положение и поворачивает вал измерительного преобразователя, что приводит к изменению сигнала на его выходе. Благодаря этому, наличие люфтов и зазоров между секциями, а также деформация выдвигаемых секций стрелы не влияют на результаты измерений угла наклона выдвигаемых секций, что повышает точность измерения вылета.In this technical solution, when the deflection of the boom changes, the leash, supported by a flexible body, changes its angular position and rotates the shaft of the measuring transducer, which leads to a change in the signal at its output. Due to this, the presence of backlashes and gaps between the sections, as well as the deformation of the extendable boom sections do not affect the measurement results of the angle of the extendable sections, which increases the accuracy of the departure measurement.
Однако при этом не контролируется угловое положение и деформация опорной (корневой) секции стрелы, что не позволяет получить высокую точность измерения вылета.However, this does not control the angular position and deformation of the support (root) section of the boom, which does not allow to obtain high accuracy of the departure measurement.
Кроме того, ввиду наличия момента трения в измерительном преобразователе, опирание поводка на гибкий орган вызывает деформацию гибкого органа. Это приводит к погрешности измерения угла прогиба стрелы и к соответствующей погрешности измерения вылета.In addition, due to the presence of a frictional moment in the measuring transducer, resting the leash on a flexible organ causes deformation of the flexible organ. This leads to an error in measuring the angle of deflection of the boom and to the corresponding error in measuring the departure.
Дополнительно в известном способе при определении вылета не учитывается, что ось крепления стрелы, как правило, не совпадает с осью вращения поворотной части или с ребром опрокидывания крана. Не учитывается также возможная установка гуська и, соответственно, деформация этого гуська. Это также приводит к соответствующим погрешностям определения вылета.Additionally, in the known method when determining the departure does not take into account that the axis of attachment of the boom, as a rule, does not coincide with the axis of rotation of the rotary part or with the tipping edge of the crane. The possible installation of the jib and, accordingly, the deformation of this jib are also not taken into account. This also leads to corresponding errors in determining the departure.
В известном способе дополнительные погрешности измерения вылета вызывают также возможное вытягивание (растяжение) и провисание гибкого органа под собственным весом, а также нарушение рядовой намотки гибкого органа на барабан в процессе эксплуатации крана или при неточной установке барабана на стрелу крана.In the known method, additional errors in the measurement of the departure also cause possible stretching (stretching) and sagging of the flexible body under its own weight, as well as the violation of the ordinary winding of the flexible body on the drum during operation of the crane or inaccurate installation of the drum on the boom of the crane.
К недостаткам известного способа следует также отнести относительно невысокую надежность из-за наличия гибкого органа и кабельного барабана, имеющих низкую механическую прочность и легко повреждаемых при эксплуатации крана.The disadvantages of this method should also include relatively low reliability due to the presence of a flexible body and cable reel having low mechanical strength and easily damaged during operation of the crane.
Основной задачей, на решение которой направлено предложенное техническое решение, является повышение точности измерения вылета при одновременном повышении надежности.The main task, the solution of which the proposed technical solution is aimed at, is to increase the accuracy of the departure measurement while improving reliability.
В заявленном способе измерения вылета грузозахватного органа в устройстве безопасности стрелового грузоподъемного крана, заключающемся в измерении угла наклона и длины стрелы и в последующем определении вылета путем преобразования результатов этих измерений в соответствии с предварительно установленным порядком этого преобразования, поставленная цель достигается тем, что деформацию стрелы при указанном определении вылета учитывают путем измерения углов наклона по меньшей мере двух частей или секций стрелы, а при указанном преобразовании результатов измерений производят суммирование величин горизонтальных проекций отдельных частей или секций стрелы.In the claimed method of measuring the departure of the load gripping body in the safety device of the jib crane, which consists in measuring the angle and length of the boom and in the subsequent determination of the departure by converting the results of these measurements in accordance with a pre-established procedure for this transformation, the goal is achieved in that the deformation of the boom when the specified definition of departure take into account by measuring the angle of inclination of at least two parts or sections of the boom, and with the specified conversion Using the measurement results, the summation of the horizontal projections of the individual parts or sections of the boom is performed.
Для достижения поставленной цели указанное суммирование производят с учетом расстояния от оси крепления стрелы до оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана, осуществляя указанное преобразование результатов измерений, в частности, по формулеTo achieve this goal, the specified summation is made taking into account the distance from the axis of attachment of the boom to the axis of rotation of the rotary part or the tipping rib of the crane, performing the specified conversion of the measurement results, in particular, by the formula
где R - вылет;where R is the departure;
Lo - длина опорной (корневой) секции стрелы;Lo - the length of the support (root) section of the boom;
Lв - длина выдвижной секции (или выдвижных секций) стрелы;Lв - the length of the extendable section (or extendable sections) of the boom;
Lп - расстояние от оси вращения стрелы до оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана;Lп - the distance from the axis of rotation of the boom to the axis of rotation of the rotary part or tipping ribs of the crane;
α - угол наклона опорной секции стрелы относительно гравитационной вертикали;α is the angle of inclination of the support section of the boom relative to the gravitational vertical;
β - угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы относительно гравитационной вертикали.β is the angle of inclination of the retractable section (retractable sections) of the boom relative to the gravitational vertical.
Поставленная цель достигается также за счет того, что дополнительно осуществляют измерение угла наклона гуська, который дополнительно учитывают при преобразовании результатов измерений по формулеThis goal is also achieved due to the fact that they additionally measure the angle of inclination of the jib, which is additionally taken into account when converting the measurement results according to the formula
где Lг - длина гуська;where Lг is the length of the jib;
γ - угол наклона гуська относительно гравитационной вертикали.γ is the angle of inclination of the jib relative to the gravitational vertical.
При этом угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы может определяться по формулеIn this case, the angle of inclination of the retractable section (retractable sections) of the boom can be determined by the formula
где α - угол наклона опорной (корневой) секции стрелы;where α is the angle of inclination of the support (root) section of the boom;
δ - угол наклона вершины (оголовка) стрелы;δ is the angle of inclination of the top (head) of the boom;
А, В - постоянные коэффициенты, определяемые при проектировании крана или экспериментальным путем.A, B - constant coefficients determined during the design of the crane or experimentally.
В частности, для грузоподъемного крана с одной жесткой выдвижной секцией стрелы, значения коэффициентов А и В принимают равными А=0, В=1 (β=δ), а для грузоподъемного крана с гибкими выдвижными секциями стрелы принимают А=В=0,5.In particular, for a crane with one rigid retractable boom section, the values of the coefficients A and B are taken equal to A = 0, B = 1 (β = δ), and for a crane with flexible retractable boom sections, take A = B = 0.5 .
Для решения поставленных задач в части достижения высокой точности измерения вылета при возможной неисправности одного из датчиков угла, предварительно, например при проектировании крана или экспериментальным путем, определяют зависимость выходного сигнала датчика угла наклона какой-либо части стрелы от угла наклона другой части стрелы, от нагрузки на стрелу и от длины стрелы, сохраняют эту зависимость в энергонезависимой памяти, дополнительно определяют нагрузку на стрелу, выявляют неисправность датчика угла и, при наличии неисправности, определяют значение выходного сигнала неисправного датчика угла по указанной зависимости и далее используют это значение для определения вылета при указанном преобразовании результатов измерений.To solve the set tasks in terms of achieving high accuracy of the departure measurement in case of a possible malfunction of one of the angle sensors, previously, for example, when designing a crane or experimentally, the dependence of the output signal of the angle sensor of any part of the boom on the angle of the other part of the boom, on the load on the boom and on the length of the boom, save this dependence in non-volatile memory, additionally determine the load on the boom, detect a malfunction of the angle sensor and, if there is a malfunction awns determine faulty sensor value output by said angle dependence and further use this value to determine when said departure converting measurement results.
Для исключения погрешности измерения вылета, вызванной растяжением и провисанием гибкого органа, а также нарушением его рядовой намотки, угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы определяют бесконтактным способом относительно опорной (корневой) секции стрелы, для чего на разных секциях стрелы размещают приемник и передатчик ультразвукового, оптического или электромагнитного излучения, осуществляют передачу и прием излучения, а указанный угол наклона определяют путем измерения направления приема излучения. Для этого, в частности, приемник выполняют с двухэлементной акустической или радиоантенной с вертикальной базой, с помощью которой осуществляют прием сигнала передатчика в двух разнесенных по высоте точках, определяют разность фаз двух принимаемых сигналов, после чего определяют угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) относительно опорной (корневой) секции стрелы по методу фазовых приращений. Причем указанное определение угла наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы относительно опорной (корневой) секции осуществляют по формулеTo eliminate the error of the measurement of the departure caused by stretching and sagging of the flexible body, as well as the violation of its ordinary winding, the angle of the retractable section (retractable sections) of the boom is determined in a non-contact manner relative to the support (root) section of the boom, for which the receiver and transmitter are placed on different sections of the boom ultrasonic, optical or electromagnetic radiation, transmit and receive radiation, and the specified angle of inclination is determined by measuring the direction of reception of radiation. For this, in particular, the receiver is performed with a two-element acoustic or radio antenna with a vertical base, with which the transmitter signal is received at two points separated in height, the phase difference of the two received signals is determined, and then the angle of the retractable section (retractable sections) is determined relative to supporting (root) section of the boom according to the method of phase increments. Moreover, the specified definition of the angle of the retractable section (retractable sections) of the boom relative to the support (root) section is carried out according to the formula
где φ - разность фаз принимаемых сигналов;where φ is the phase difference of the received signals;
L - расстояние между точками приема (база), выраженное в длинах волн используемого излучения.L is the distance between the points of reception (base), expressed in wavelengths of the used radiation.
Решение поставленной технической задачи достигается также за счет того, что длину выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы определяют бесконтактным способом, для чего на стреле размещают приемник и передатчик ультразвукового, оптического или электромагнитного излучения, осуществляют передачу и прием излучения, после чего определяют указанную длину импульсным, фазовым, частотным или триангуляционным методом.The solution of the technical problem is also achieved due to the fact that the length of the retractable section (retractable sections) of the boom is determined in a non-contact manner, for which purpose the receiver and transmitter of ultrasonic, optical or electromagnetic radiation are placed on the boom, radiation is transmitted and received, and then the specified length is determined by pulsed phase, frequency or triangulation method.
Возможный вариант этого способа заключается в том, что осуществляют одновременную передачу электромагнитного или оптического, в частности инфракрасного, и ультразвукового импульса, осуществляют их прием, определяют разность времени прихода принимаемых сигналов и, путем умножения указанной разности времени на скорость распространения ультразвукового излучения, получают указанную длину выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы.A possible variant of this method is that they simultaneously transmit an electromagnetic or optical, in particular infrared, and ultrasonic pulse, receive them, determine the difference in the arrival time of the received signals and, by multiplying the specified time difference by the propagation velocity of the ultrasonic radiation, get the specified length extendable sections (extendable sections) of an arrow.
Для достижения поставленной цели измерение угла наклона и длины стрелы или ее выдвижных секций может осуществляться косвенным путем. Для этого измеряется расстояние от крюковой подвески крана до заранее выбранной точки поворотной части крана или опорной (корневой) секции стрелы и полученный результат этого измерения используется для последующего определения вылета. Причем указанное измерение расстояния может осуществляться бесконтактным методом с использованием ультразвукового, оптического или электромагнитного излучения, для чего на крюковой обойме размещается передатчик излучения, а в заранее выбранной точке поворотной части крана или опорной (корневой) секции стрелы - приемник излучения, осуществляется передача и прием излучения, после чего указанная длина определяется импульсным, фазовым, частотным или триангуляционным методом. При этом приемник выполняют с двухэлементной акустической или радиоантенной с вертикальной базой, с помощью которой осуществляют прием сигнала передатчика в двух разнесенных по высоте точках, определяют разность фаз двух принимаемых сигналов и, соответственно, угол между направлением на крюковую обойму и точкой установки приемника на кране, после чего определяют вылет с учетом полученного результата измерения этого угла.To achieve this goal, the measurement of the angle and length of the boom or its retractable sections can be carried out indirectly. To do this, the distance from the hook suspension of the crane to the pre-selected point of the rotary part of the crane or the support (root) section of the boom is measured, and the result of this measurement is used to determine the reach. Moreover, the specified distance measurement can be carried out by the non-contact method using ultrasonic, optical or electromagnetic radiation, for which a radiation transmitter is placed on the hook ring, and a radiation receiver is transmitted at a pre-selected point on the rotary part of the crane or the reference (root) section of the boom, radiation is transmitted and received after which the indicated length is determined by the pulse, phase, frequency or triangulation method. In this case, the receiver is performed with a two-element acoustic or radio antenna with a vertical base, with the help of which the transmitter signal is received at two points separated in height, the phase difference of the two received signals is determined and, accordingly, the angle between the direction to the hook clip and the receiver installation point on the crane, after which the departure is determined taking into account the obtained measurement result of this angle.
Отличительные признаки предложенного технического решения находятся в прямой причинно-следственной связи с указанным техническим результатом - повышением точности измерения вылета, поскольку реализация этих признаков позволяет:Distinctive features of the proposed technical solution are in direct causal relationship with the specified technical result - improving the accuracy of measuring departure, because the implementation of these signs allows you to:
- исключить методические погрешности измерения вылета, связанные с любыми видами деформаций (прогибов) любых частей стрелы (включая гусек), при всех ее длинах и углах наклона;- to exclude the methodological errors of the departure measurement associated with any kind of deformation (deflection) of any parts of the boom (including the jib), for all its lengths and angles;
- исключить методические погрешности измерения вылета, вызванные несовпадением оси крепления стрелы и оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана;- to exclude the methodological errors of the departure measurement caused by the mismatch of the axis of attachment of the boom and the axis of rotation of the rotary part or the tipping rib of the crane;
- исключить погрешности измерения, вызванные деформацией, растяжением, провисанием и неравномерностью намотки гибкого органа на барабан (при реализации предложенного бесконтактного измерения прогиба и длины стрелы);- eliminate measurement errors caused by deformation, stretching, sagging and uneven winding of the flexible organ on the drum (when implementing the proposed non-contact measurement of deflection and length of the boom);
- обеспечить сохранение работоспособности и точности измерения вылета при отказе одного из датчиков угла наклона какой-либо части стрелы.- to ensure the preservation of the operability and accuracy of the departure measurement in case of failure of one of the angle sensors of any part of the boom.
Одновременно реализация предложенного способа позволяет повысить надежность измерений за счет исключения гибкого органа и кабельного барабана (при бесконтактном измерении прогиба и длины стрелы).At the same time, the implementation of the proposed method improves the reliability of measurements by eliminating the flexible organ and cable reel (with non-contact measurement of the deflection and length of the boom).
Вся совокупность признаков, содержащихся в независимом пункте формулы изобретения, не известна из уровня техники.The entire set of features contained in the independent claim is not known from the prior art.
Отдельные отличительные признаки заявленного способа известны из уровня техники, но не подтверждена известность их влияния на указанный заявителем технический результат.Some distinctive features of the claimed method are known from the prior art, but the popularity of their influence on the technical result indicated by the applicant is not confirmed.
В частности, из RU 2093452 С1, МКИ6 В 66 С 13/18, 15/00, 23/88, 20.10.1997 известно измерение угла наклона гуська. Но это изменение осуществляется не для повышения точности измерения вылета (что является основной задачей предложенного технического решения), а с иной целью - для повышения безопасности работы крана. При этом вылет RL определяется без учета деформации стрелы по формуле RL=Li×Sinθ, где Li - длина стрелы, а θ - угол ее наклона (см. RU 2093452, стр. 6, 2-я колонка).In particular, from RU 2093452 C1, MKI6 B 66
В качестве другого примера можно привести измерение угла наклона гуська в предохранительном устройстве по SU 1101402 А, МКИ3 В 66 С 23/88, 07.07.1984, в котором это измерение осуществляется не для повышения точности измерения вылета, а для повышения надежности устройства. При этом влияние деформации стрелы на вылет также не учитывается (см. описание SU 1101402, формулы, приведенные на стр. 3 в левой колонке №3).Another example is the measurement of the angle of inclination of the jib in a safety device according to SU 1101402 A, MKI3 B 66 C 23/88, 07/07/1984, in which this measurement is carried out not to increase the accuracy of the departure measurement, but to increase the reliability of the device. At the same time, the influence of boom deformation on the outreach is also not taken into account (see the description of SU 1101402, the formulas given on page 3 in the left column No. 3).
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства безопасности грузоподъемного крана, реализующего предложенный способ измерения вылета. На фиг.2 схематично показаны возможные места установки датчиков угла наклона отдельных частей (секций) стрелы крана. Фиг.3 поясняет принцип бесконтактного измерения угла прихода излучения и, соответственно, прогиба стрелы или положения крюковой обоймы крана в пространстве.Figure 1 shows the functional diagram of the safety device of the crane, which implements the proposed method for measuring the departure. Figure 2 schematically shows the possible installation location of the angle sensors of the individual parts (sections) of the crane boom. Figure 3 explains the principle of non-contact measurement of the angle of arrival of radiation and, accordingly, the deflection of the boom or the position of the hook frame of the crane in space.
Устройство безопасности, приведенное на фиг.1, содержит микропроцессорный вычислитель (цифровую вычислительную машину) 1, модуль управления 2, модуль ввода/вывода информации 3, модуль памяти 4, модуль реального времени 5, исполнительный модуль 6, модуль индикации 7 и датчики (первичные преобразователи) параметров грузоподъемной машины 8.The security device shown in Fig. 1 contains a microprocessor computer (digital computer) 1, a control module 2, an input / output information module 3, a memory module 4, a real-time module 5, an executive module 6, an indication module 7, and sensors (primary converters) parameters of the lifting machine 8.
При этом N датчиков 8 (датчики 1.1...1.N) расположены на опорно-ходовой, поворотной части крана и на опорной (корневой) секции стрелы, а М датчиков 8 (датчики 2.1...2.М) расположены на выдвигаемых секциях, на оголовке и на гуське стрелы. Датчики 2.1...2.М в устройстве безопасности подключены через кабельный барабан 9.In this case, N sensors 8 (sensors 1.1 ... 1.N) are located on the supporting-running, rotary part of the crane and on the supporting (root) section of the boom, and M sensors 8 (sensors 2.1 ... 2.M) are located on retractable sections, on the head and on the goose of the arrow. Sensors 2.1 ... 2.M in the safety device are connected through a cable drum 9.
Датчики 8 в общем случае включают в себя датчик угла подъема (наклона) стрелы, датчик угла наклона промежуточной выдвигаемой секции стрелы, датчик угла наклона оголовка стрелы, датчик угла наклона гуська, датчик длины стрелы (бесконтактный или совмещенный с кабельным барабаном), датчик массы груза (датчик силы или датчики давления), датчик угла поворота грузоподъемной машины (датчик азимута), датчик (концевой выключатель) предельного подъема грузозахватного органа, датчики (концевые выключатели) положений рычагов управления гидравлическими распределителями грузоподъемного крана и другие датчики, необходимость установки которых определяется конструкцией конкретного грузоподъемного крана, на который устанавливается устройство (система) безопасности.Sensors 8 generally include a boom angle (tilt) sensor, a tilt angle sensor for an intermediate extendable boom section, a boom head angle sensor, a jib angle sensor, an arrow length sensor (non-contact or combined with a cable drum), a load weight sensor (force sensor or pressure sensors), angle sensor of the load-lifting machine (azimuth sensor), sensor (limit switch) of the limiting lifting of the load gripping device, sensors (limit switches) of the positions of the control levers hydraulically and valves crane and other sensors need to install a specific structure which is defined by the crane, which is mounted on the device (system) security.
Датчики угла наклона отдельных частей (секций) стрелы могут быть выполнены на основе инклинометров или акселерометров, например серии ADXL фирмы AD. Причем, при наличии технических сложностей с подключением проводов к отдельным датчикам, расположенным, например, на промежуточных секциях телескопической стрелы, эти датчики могут быть выполнены бесконтактными. Бесконтактные датчики угла наклона, кроме инклинометра-акселерометра, дополнительно содержат радиопередатчик, инфракрасный или ультразвуковой излучатель, подключенные к встроенному микроконтроллеру датчика. Питание бесконтактного датчика осуществляется от автономного источника питания, например литиевой батареи.The angle sensors of the individual parts (sections) of the boom can be made on the basis of inclinometers or accelerometers, for example, ADXL series from AD. Moreover, in the presence of technical difficulties with connecting wires to individual sensors located, for example, on the intermediate sections of the telescopic boom, these sensors can be made non-contact. Non-contact angle sensors, in addition to the inclinometer-accelerometer, additionally contain a radio transmitter, an infrared or ultrasonic emitter connected to the built-in microcontroller of the sensor. The proximity sensor is powered by an autonomous power source, such as a lithium battery.
Все датчики 8 могут быть выполнены с общей мультиплексной линией связи - LIN, CAN и т.д. и, соответственно, объединены через эту линию, либо могут подключаться к модулю ввода/вывода 3 при помощи отдельных проводов.All sensors 8 can be performed with a common multiplex communication line - LIN, CAN, etc. and, accordingly, combined through this line, or can be connected to the input / output module 3 using separate wires.
Микропроцессорный вычислитель (электронный блок) 1 может быть выполнен на микроконтроллере, модуль управления 2 - в виде клавиатуры (набора кнопок-клавиш). Модуль ввода/вывода информации 3, обеспечивающий согласование логических уровней входных и выходных сигналов микропроцессорного вычислителя 1 с модулем управления 2, с датчиками 8 и с исполнительным модулем 6, может быть выполнен на базе интерфейсных микросхем, например типа МСР2510, L9637D и т.д.The microprocessor computer (electronic unit) 1 can be performed on the microcontroller, the control module 2 - in the form of a keyboard (a set of buttons, keys). The information input / output module 3, which provides matching of the logical levels of the input and output signals of the microprocessor calculator 1 with the control module 2, with the sensors 8, and with the executive module 6, can be performed on the basis of interface microcircuits, for example, MCP2510, L9637D, etc.
Модуль памяти 4 может быть выполнен на базе микросхем серии AT45D, модуль реального времени 5 - на основе специализированной микросхемы со встроенным кварцевым резонатором и литиевой батареей питания, исполнительный модуль 6 - в виде набора силовых электронных ключей, а модуль индикации 7 - в виде набора светодиодов и символьных жидкокристаллических индикаторов.The memory module 4 can be made on the basis of AT45D series microchips, the real-time module 5 - on the basis of a specialized microcircuit with a built-in quartz resonator and a lithium battery, the executive module 6 - in the form of a set of power electronic keys, and display module 7 - in the form of a set of LEDs and symbolic liquid crystal indicators.
При измерении угла наклона (деформации) стрелы бесконтактным методом сигналы передатчика 10 (см. фиг.3) принимаются приемником 11 с помощью двух антенн 12, 13, разнесенных по вертикали на расстояние L. Эти сигналы поступают на блок 14 определения фазового сдвига φ принимаемых сигналов и далее на микропроцессорный вычислитель 15, определяющий направление приема излучения θ от передатчика 10.When measuring the angle of inclination (deformation) of the boom by the non-contact method, the signals of the transmitter 10 (see Fig. 3) are received by the
Поясним суть предложенного способа на примере работы реализующего его устройства.Let us explain the essence of the proposed method using the example of the device that implements it.
Перед началом работы грузоподъемного крана крановщик при помощи органов управления, расположенных в модуле управления 2, устанавливает ограничения по координатной защите, параметры используемого стрелового оборудования (наличие, длина и угол наклона гуська), характеристики опорного контура и т.д. Количество и вид этих параметров определяются конструкцией конкретного грузоподъемного крана и сохраняются в памяти микропроцессорного вычислителя 1 или в модуле памяти 4.Before starting the operation of the crane, the crane operator, using the controls located in the control module 2, sets the limits for coordinate protection, parameters of the boom equipment used (presence, length and angle of the jib), characteristics of the support contour, etc. The number and type of these parameters are determined by the design of a particular crane and stored in the memory of microprocessor-based computer 1 or in memory module 4.
Кроме того, в память микропроцессорного вычислителя 1 или в модуль памяти 4 предварительно (до начала работы грузоподъемного крана) записываются величины нагрузок, допустимых для различных значений вылета грузозахватного органа. Эти величины определяются, как правило, расчетным путем при проектировании грузоподъемного крана и представлены в виде его грузовых характеристик.In addition, in the memory of the microprocessor calculator 1 or in the memory module 4 previously (before the start of the operation of the crane) loads are recorded that are permissible for various values of the departure of the load gripping body. These values are determined, as a rule, by calculation when designing a crane and are presented in the form of its cargo characteristics.
Микропроцессорный вычислитель 1 работает по программе, записанной в его встроенной памяти программ или в модуле памяти 4, и через модуль ввода/вывода информации 3 осуществляет обмен информацией (например, по принципу: передача запроса - прием информации) с датчиками параметров 8 по общей мультиплексной линии связи или по отдельным проводам. После получения информации от датчиков 8 микропроцессорный вычислитель 1 путем преобразования этой информации в соответствии с предварительно установленным порядком этого преобразования, заданным программой, определяет действительные значения рабочих параметров грузоподъемной машины - текущую нагрузку и фактическое положение ее грузоподъемного (стрелового) оборудования, включая величину вылета грузозахватного органа. Далее микропроцессорный вычислитель 1 осуществляет сравнение текущего положения стрелы с пороговыми уровнями, заданными крановщиком при введении параметров координатной защиты, а также сравнение текущей нагрузки грузоподъемного крана с запомненной допустимой нагрузкой для текущего значения вылета грузозахватного органа. После чего микропроцессорный вычислитель 1, в зависимости от результатов этого сравнения, т.е. при приближении стрелы к границам разрешенной зоны работы по координатной защите или при превышении максимально допустимой нагрузки на данном вылете, формирует предупреждающие сигналы, поступающие на модуль индикации 7, и сигналы управления электрогидравлическими исполнительными устройствами, которые через модуль ввода/вывода 3 поступают на исполнительный модуль 6, блокируя работу крана. Благодаря этому осуществляется координатная защита и защита крана от перегрузки.Microprocessor-based computer 1 operates according to a program recorded in its built-in program memory or in memory module 4, and through an information input / output module 3 exchanges information (for example, according to the principle: transmitting a request — receiving information) with parameter sensors 8 via a common multiplex line communication or on separate wires. After receiving information from the sensors 8, the microprocessor calculator 1, by converting this information in accordance with the pre-established order of this conversion specified by the program, determines the actual values of the operating parameters of the lifting machine - the current load and the actual position of its lifting (boom) equipment, including the magnitude of the take-off body . Next, the microprocessor calculator 1 compares the current position of the boom with threshold levels set by the crane operator when entering the coordinate protection parameters, as well as comparing the current load of the crane with the stored permissible load for the current value of the departure of the load gripping body. Then the microprocessor calculator 1, depending on the results of this comparison, i.e. when the boom approaches the boundaries of the permitted area of work for coordinate protection or when the maximum permissible load is exceeded at this departure, it generates warning signals received by the indicating module 7, and control signals by electro-hydraulic actuating devices, which, through the input / output module 3, go to the executive module 6 blocking the operation of the crane. Thanks to this, coordinate protection and overload protection of the crane are provided.
Дополнительно микропроцессорный вычислитель 1 при помощи модуля индикации 7 обеспечивает отображение основных параметров его работы - величины вылета, степени загрузки по грузовому моменту, массы поднимаемого груза, высоты оголовка стрелы и т.д. При необходимости, с использованием модуля памяти 4, микропроцессорный вычислитель 1 осуществляет запись рабочих параметров крана и времени их изменения в модуль памяти 4, реализуя функции встроенного регистратора параметров.Additionally, the microprocessor calculator 1, using the display module 7, provides a display of the main parameters of its operation - the magnitude of the departure, the degree of loading by the load moment, the mass of the load lifted, the height of the head of the boom, etc. If necessary, using the memory module 4, the microprocessor calculator 1 records the operating parameters of the crane and the time they changed in the memory module 4, realizing the functions of the built-in parameter recorder.
Указанное определение величины вылета грузозахватного органа микропроцессорный вычислитель 1 осуществляет путем преобразования результатов измерений рабочих параметров (выходных сигналов датчиков 8) в соответствии с предварительно установленным порядком этого преобразования, заданным программой, записанной в памяти микропроцессорного вычислителя 1 или в блоке памяти 4. Алгоритм этого преобразования (вычисления вылета) базируется на определении и суммировании величин проекций отдельных частей или секций стрелы на горизонтальную плоскость с учетом деформации (прогиба) стрелы под нагрузкой, которая выявляется путем измерения углов наклона двух и более частей или секций стрелы при помощи датчиков 8. В общем случае эти датчики устанавливаются на опорной (корневой), на всех выдвигаемых секциях стрелы, на оголовке стрелы и на гуське.The microprocessor calculator 1 performs the indicated determination of the take-off organ take-off value by converting the measurement results of the operating parameters (output signals of the sensors 8) in accordance with the pre-established order of this conversion, specified by the program recorded in the memory of the microprocessor calculator 1 or in the memory unit 4. The algorithm of this transformation ( calculation of departure) is based on the determination and summation of the projection values of individual parts or sections of the boom on a horizontal plane speed taking into account the deformation (deflection) of the boom under load, which is detected by measuring the tilt angles of two or more parts or sections of the boom using sensors 8. In general, these sensors are installed on the support (root), on all the extended sections of the boom, on the boom head and on the goose.
Необходимое количество устанавливаемых на стреле датчиков угла определяется при проектировании устройства безопасности исходя из заданных требований к точности измерения вылета.The required number of angle sensors installed on the boom is determined during the design of the safety device based on the specified requirements for the accuracy of the departure measurement.
Априорно известные величины длин частей или секций стрелы, например длина опорной (корневой) секции стрелы, длина гуська и т.д., а также расстояние от оси вращения стрелы до оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана, определяются при проектировании крана или измеряются на существующем грузоподъемном кране, предварительно записываются и сохраняются в памяти микропроцессорного вычислителя 1 или в блоке памяти 4. Длина телескопических секций стрелы измеряется при помощи датчика длины стрелы, входящего в состав датчиков рабочих параметров 8. Этот датчик, в частности, может иметь традиционную конструкцию на основе кабельного барабана [7], либо может быть бесконтактным, выполненным по схеме дальномера любой конструкции с использованием инфракрасного, ультразвукового или оптического излучения.A priori known values of the lengths of the parts or sections of the boom, for example, the length of the supporting (root) section of the boom, the length of the jib, etc., as well as the distance from the axis of rotation of the boom to the axis of rotation of the rotary part or the tipping rib of the crane, are determined during the design of the crane or measured on existing crane, pre-recorded and stored in the memory of the microprocessor calculator 1 or in the memory unit 4. The length of the telescopic boom sections is measured using a boom length sensor, which is part of the ra sensors ochih parameters 8. This sensor, in particular, may have a conventional design based on the cable reel [7], or may be a non-contact formed on the circuit rangefinder of any design using an infrared, ultrasonic or optical radiation.
Для определения вылета R в предложенном способе осуществляется определение и суммирование величин горизонтальных проекций отдельных частей или секций стрелы с учетом ее деформации и расстояния от оси крепления стрелы до оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана.To determine the departure R in the proposed method, the determination and summation of the horizontal projections of the individual parts or sections of the boom is carried out taking into account its deformation and the distance from the axis of attachment of the boom to the axis of rotation of the rotary part or tipping rib of the crane.
Иными словами, в предложенном способе путем установки набора датчиков угла на различных частях (секциях) стрелы осуществляется прямое измерение не только наклона основной (корневой) секции стрелы, но и ее деформация (пространственное положение). Далее, при априорно известных или измеренных длинах этих частей (секций) стрелы, производится вычисление вылета. Фактически в предложенном способе, в отличие от известных технических решений, по результатам измерения фактических углов наклона отдельных частей стрелы производится кусочно-линейная аппроксимация пространственного положения деформируемой стрелы грузоподъемного крана.In other words, in the proposed method, by installing a set of angle sensors on different parts (sections) of the boom, a direct measurement is performed not only of the inclination of the main (root) section of the boom, but also of its deformation (spatial position). Further, with a priori known or measured lengths of these parts (sections) of the boom, the offset is calculated. In fact, in the proposed method, in contrast to the known technical solutions, the piecewise-linear approximation of the spatial position of the deformable boom of the load-lifting crane is made according to the results of measuring the actual tilt angles of individual parts of the boom.
В частности, микропроцессорный вычислитель 1, работая по программе, при определении вылета осуществляет преобразование результатов измерения углов наклона отдельных частей стрелы и длины стрелы по формулеIn particular, the microprocessor computer 1, working according to the program, when determining the departure, converts the results of measuring the angles of inclination of individual parts of the boom and the length of the boom according to the formula
где R - вылет (фиг.2);where R is the departure (figure 2);
Lo - длина опорной (корневой) секции стрелы;Lo is the length of the support (root) section of the boom;
Lв - длина выдвижной секции (или выдвижных секций) стрелы;Lв - the length of the extendable section (or extendable sections) of the boom;
Lп - расстояние от оси вращения стрелы до оси вращения поворотной части или ребра опрокидывания крана;Lп - the distance from the axis of rotation of the boom to the axis of rotation of the rotary part or tipping ribs of the crane;
α - угол наклона опорной секции стрелы относительно гравитационной вертикали (измеряется датчиком А, показанным на фиг.2);α is the angle of inclination of the support section of the boom relative to the gravitational vertical (measured by sensor A, shown in figure 2);
β - угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы относительно гравитационной вертикали (см. фиг.2).β is the angle of inclination of the retractable section (retractable sections) of the boom relative to the gravitational vertical (see figure 2).
Если грузоподъемный кран имеет гусек, то на него дополнительно устанавливается датчик угла наклона гуська (один из датчиков 2.1...2.М или датчик В, показанный на фиг.2), а микропроцессорный вычислитель 1 программно реализует вычисления по формулеIf the crane has a jib, then an additional jib angle sensor is installed on it (one of the sensors 2.1 ... 2.M or sensor B shown in figure 2), and microprocessor-based computer 1 implements software using the formula
где Lг - длина гуська (см. фиг.2);where Lg is the length of the jib (see figure 2);
γ - угол наклона гуська относительно гравитационной вертикали.γ is the angle of inclination of the jib relative to the gravitational vertical.
В приведенных формулах (1), (2) углы α, β и γ приведены относительно гравитационной вертикали. Если же эти углы приводятся относительно горизонтальной плоскости, то функции Sin заменяются на функции Cos. В остальном приведенные формулы не изменяются.In the above formulas (1), (2), the angles α, β, and γ are given relative to the gravitational vertical. If these angles are given relative to the horizontal plane, then the Sin functions are replaced by the Cos functions. Otherwise, the above formulas do not change.
Прямое измерение угла β - угла наклона выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы относительно гравитационной вертикали, возможно при применении датчика угла наклона, описанного в прототипе [9]. Этот угол может быть также определен через измерение углов наклона опорной (корневой) секции вершины (оголовка) стрелыDirect measurement of the angle β - the angle of inclination of the retractable section (extendable sections) of the boom relative to the gravitational vertical, is possible with the use of the angle sensor described in the prototype [9]. This angle can also be determined by measuring the angles of inclination of the support (root) section of the boom tip (head)
где α - угол наклона опорной (корневой) секции стрелы;where α is the angle of inclination of the support (root) section of the boom;
δ - угол наклона вершины (оголовка) стрелы (измеряется датчиком Б, показанным на фиг.2);δ is the angle of inclination of the top (head) of the boom (measured by the sensor B shown in figure 2);
А, В - постоянные коэффициенты.A, B are constant coefficients.
Величины постоянных коэффициентов А и В определяют характер изгиба (форму) стрелы под нагрузкой. Они могут быть определены при проектировании крана или экспериментальным путем. Например, при максимальной длине стрелы экспериментальным путем при двух различных нагрузках (в частности, при максимальной нагрузке и при нагрузке, составляющей 50% от максимальной) непосредственно на грузоподъемном кране экспериментально измеряются значения всех трех углов α, β и γ. Затем значения коэффициентов А и В определяются из формулы (3) как решение двух линейных уравнений с двумя неизвестными.The values of the constant coefficients A and B determine the nature of the bend (shape) of the boom under load. They can be determined by designing a crane or experimentally. For example, at the maximum boom length experimentally at two different loads (in particular, at the maximum load and at a load of 50% of the maximum), the values of all three angles α, β and γ are experimentally measured directly on the crane. Then the values of the coefficients A and B are determined from formula (3) as a solution of two linear equations with two unknowns.
В частном случае, когда стрела крана имеет одну жесткую выдвижную секцию, различие в углах α и δ обусловлены, в основном, люфтами и зазорами между секциями стрелы. В этом случае значения коэффициентов А и В принимают: А=0, В=1 (при этом β=δ). Если же люфты и зазоры между секциями стрелы минимальны, то в первом приближении стрела изгибается по дуге и значения коэффициентов А и В принимают равными А=В=0,5.In the particular case, when the crane boom has one rigid retractable section, the difference in the angles α and δ is mainly due to the backlashes and gaps between the boom sections. In this case, the values of the coefficients A and B take: A = 0, B = 1 (with β = δ). If the backlashes and gaps between the boom sections are minimal, then as a first approximation the arrow bends along an arc and the values of the coefficients A and B are taken equal to A = B = 0.5.
Опорная (корневая) секция стрелы обычно имеет высокую жесткость и ее изгиб пренебрежимо мал. Если же ее жесткость невелика, то в нижней части этой секции (вблизи оси вращения стрелы) в точке Г (см. фиг.2) устанавливается дополнительный (второй) датчик угла наклона опорной (корневой) секции стрелы и далее, с учетом результатов измерения углов наклона этой секции в точках А и Г, аналогичным образом учитывается влияние изгиба опорной (корневой) секции на величину вылета грузозахватного органа.The support (root) section of the boom usually has high rigidity and its bending is negligible. If its rigidity is small, then in the lower part of this section (near the axis of rotation of the boom) at point G (see figure 2) an additional (second) angle sensor is installed for the inclination of the support (root) section of the boom and then, taking into account the results of measuring the angles the slope of this section at points A and G, the effect of the bending of the support (root) section on the outreach of the load-gripping organ is likewise taken into account.
Угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) относительно опорной (корневой) секции стрелы может быть определен бесконтактным способом с использованием ультразвукового, оптического или электромагнитного излучения. Для этого на разных секциях стрелы размещают приемник и передатчик излучения, осуществляют передачу и прием излучения, а указанный угол наклона определяют путем измерения направления приема излучения.The angle of inclination of the retractable section (retractable sections) relative to the support (root) section of the boom can be determined in a non-contact manner using ultrasonic, optical or electromagnetic radiation. To this end, a radiation receiver and transmitter are placed at different sections of the boom, radiation is transmitted and received, and the indicated angle of inclination is determined by measuring the direction of radiation reception.
В частности, в точке Б (см. фиг.2) устанавливается передатчик 10 (см. фиг.3), а в точке А - приемник излучения 11. Приемник 11 выполняется с двумя акустическими или радиоантеннами 12, 13, разнесенными по высоте (вертикальная база L).In particular, at point B (see FIG. 2), a
Если оси приемника и передатчика совпадают, то обе антенны 12, 13 приемника 11 равноудалены от передатчика 10. Соответственно, при излучении передатчиком 10 синусоидального сигнала, сдвиг фаз (принимаемых антеннами 12, 13 сигналов передатчика равен нулю. При прогибе стрелы под воздействием нагрузки происходит смещение передатчика на расстояние ΔY - передатчик 10 занимает положение 10' (см. фиг.3) и направление приема сигналов передатчика изменяется на угол θ. В соответствии с этим, расстояние от передатчика до двух антенн 12 и 13 отличается на величину ΔХ (см. фиг.3).If the axes of the receiver and the transmitter coincide, then both
Сигналы с антенн 12 и 13 поступают на блок 14 определения фазового сдвига φ принимаемых сигналов и далее на микропроцессорный вычислитель 15, определяющий направление приема излучения θ от передатчика 10, т.е. угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций) относительно опорной (корневой) секции стрелы по методу фазовых приращений.The signals from
Микроконтроллер вычислителя 15 программным способом реализует функциюThe microcontroller of the
где φ - разность фаз принимаемых сигналов;where φ is the phase difference of the received signals;
L - расстояние между точками приема (база), выраженное в длинах волн используемого излучения.L is the distance between the points of reception (base), expressed in wavelengths of the used radiation.
Если приемник ориентирован вдоль опорной (корневой) секции стрелы, то угол наклона выдвижной секции (выдвижных секций)If the receiver is oriented along the support (root) section of the boom, then the angle of inclination of the retractable section (retractable sections)
Длина выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы (Lв на фиг.2 или Х на фиг.3) может быть определена бесконтактным способом. Для этого в передатчике 10 осуществляют модуляцию излучения и, после приема этого излучения, определяют эту длину импульсным, фазовым или частотным методом. Эти методы базируются на измерении времени распространения излучения от передатчика 10 к приемнику 11.The length of the extendable section (extendable sections) of the boom (L in Fig.2 or X in Fig.3) can be determined in a non-contact way. For this, radiation is modulated in the
Для оптического излучения может быть использован триангуляционный метод измерения, который предусматривает формирование при помощи передатчика светового пятна на контролируемой поверхности стрелы (например, в точках Б или Д на фиг.2), прием отраженного сигнала, получение его изображения на многоэлементной фоточувствительной линейке и определение расстояния Lв или Х по положению изображения на этой линейке.For optical radiation, a triangulation measurement method can be used, which involves the formation of a light spot on the controlled surface of the boom using a transmitter (for example, at points B or D in FIG. 2), receiving a reflected signal, receiving its image on a multi-element photosensitive ruler and determining the distance Lv or X according to the position of the image on this line.
Особенности реализации приемника и передатчика излучения с возможностью измерения расстояния (по существу - функциональные схемы дальномеров) общеизвестны из технической литературы.Features of the implementation of the receiver and transmitter of radiation with the ability to measure distance (essentially - the functional diagrams of range finders) are well known from the technical literature.
В частном случае возможно построение дальномера, в котором передатчик 10 осуществляет одновременную передачу электромагнитного или оптического и ультразвукового импульса. Приемник 11 осуществляет их прием. При этом антенна 12, например, осуществляет прием электромагнитного или оптического сигнала, а антенна 13 - ультразвукового. Блок 14 выполняется с возможностью определения разности времени прихода принимаемых сигналов, а блок 15 осуществляет умножение этой разности времени на скорость распространения ультразвукового излучения. В результате этого получается длина выдвижной секции (выдвижных секций) стрелы.In the particular case, it is possible to build a range finder in which the
В заявленном изобретении предложено также измерение угла наклона и длины стрелы или ее выдвижной секции (выдвижных секций) косвенным путем - через измерение расстояния от крюковой подвески крана до заранее выбранной точки поворотной части крана или опорной (корневой) секции стрелы, а также величины угла между направлением на крюковую обойму и точкой установки приемника на кране.The claimed invention also proposed the measurement of the angle and length of the boom or its retractable section (retractable sections) indirectly - by measuring the distance from the hook suspension of the crane to a pre-selected point of the rotary part of the crane or supporting (root) section of the boom, as well as the angle between the direction on the hook clip and the installation point of the receiver on the crane.
Для этого приемник ультразвукового, оптического или электромагнитного излучения устанавливается, например, в точке А (см. фиг.2), а передатчик соответствующего излучения устанавливается не в точке Б, а в точке Д (на крюковой обойме). При этом бесконтактное измерение расстояния и угла, а также определение вылета осуществляются аналогичным образом.For this, the receiver of ultrasonic, optical or electromagnetic radiation is installed, for example, at point A (see figure 2), and the transmitter of the corresponding radiation is installed not at point B, but at point D (on the hook clip). In this case, non-contact measurement of distance and angle, as well as determination of departure, are carried out in a similar way.
Применение нескольких датчиков угла наклона различных частей (секций) стрелы позволяет обеспечить высокую точность измерения вылета при наличии неисправности любого датчика угла.The use of several sensors of the angle of inclination of various parts (sections) of the boom allows for high accuracy of the measurement of the departure in the presence of a malfunction of any angle sensor.
Для реализации такой возможности предварительно, например при проектировании крана или экспериментальным путем, определяют зависимость выходного сигнала датчика угла наклона какой-либо части стрелы от угла наклона другой части стрелы, нагрузки на стрелу и длины стрелы. Конкретный вид этой зависимости зависит от конструкции грузоподъемного крана и мест установки датчиков на стреле.To realize this possibility, previously, for example, when designing a crane or experimentally, determine the dependence of the output signal of the angle sensor of a part of the boom on the angle of the other part of the boom, the load on the boom and the length of the boom. The specific form of this relationship depends on the design of the crane and the mounting locations of the sensors on the boom.
Эта зависимость в виде формулы или таблицы записывается в энергонезависимую память - в модуль памяти 4.This dependence in the form of a formula or a table is recorded in non-volatile memory - in memory module 4.
Нагрузка на стрелу, например изгибающий момент или вес поднимаемого груза, как было описано выше, определяется микропроцессорным вычислителем 1.The load on the boom, for example, a bending moment or the weight of the load to be lifted, as described above, is determined by microprocessor calculator 1.
Датчики угла наклона 8 выполняются со встроенными устройствами контроля их исправности (с самодиагностикой) и через модуль ввода/вывода 3 передают микропроцессорному вычислителю 1 сигналы о своей неисправности. Микропроцессорный вычислитель 1 может также выявлять неисправность датчиков 8 путем контроля и сопоставления уровней их выходных сигналов, т.е. путем выявления датчика, выходной сигнал которого заведомо выходит за установленные допустимые пределы (например, с использованием того, что деформация стрелы не может превышать априорно известную максимальную величину).The angle sensors 8 are performed with built-in devices for monitoring their health (with self-diagnosis) and through the input / output module 3 transmit signals to the microprocessor calculator 1 about their malfunction. Microprocessor computer 1 can also detect malfunctions of sensors 8 by monitoring and comparing the levels of their output signals, i.e. by identifying a sensor whose output signal obviously goes beyond the established permissible limits (for example, using the fact that the deformation of the boom cannot exceed the a priori known maximum value).
Микропроцессорный вычислитель 1, работая по программе, после получения сигнала о наличии неисправности какого-либо датчика определяет значение его выходного сигнала по зависимости, записанной в модуле памяти 4 и далее используют это значение для определения вылета. В результате, неисправность любого датчика угла наклона какой-либо части или секции стрелы несколько уменьшает точность аппроксимации пространственного положения деформируемой под нагрузкой стрелы, но устройство безопасности сохраняет свою работоспособность и высокую точность определения вылета.Microprocessor computer 1, working according to the program, after receiving a signal about the presence of a malfunction of any sensor, determines the value of its output signal according to the dependence recorded in memory module 4 and then use this value to determine the offset. As a result, the malfunction of any angle sensor of any part or section of the boom somewhat reduces the accuracy of the approximation of the spatial position of the boom deformable under load, but the safety device maintains its operability and high accuracy of determining the reach.
В целом, реализация предложенного способа позволяет существенно повысить точность измерения вылета грузозахватного органа стрелового грузоподъемного крана. Это приводит к повышению эффективности защиты крана от перегрузки, а также эффективности координатной защиты крана.In general, the implementation of the proposed method can significantly improve the accuracy of measuring the departure of the load-gripping body of the jib crane. This leads to an increase in the efficiency of crane protection against overload, as well as the effectiveness of coordinate protection of the crane.
Дополнительно необходимо учесть, что гибкий орган (кабель) и кабельный барабан имеют невысокую механическую прочность. Поэтому в процессе эксплуатации крана возможны их повреждения, например ветками деревьев. В этой связи реализация бесконтактного измерения длины и деформации стрелы позволяет исключить гибкий орган и кабельный барабан и, соответственно, получить более высокую надежность устройства безопасности.In addition, it is necessary to take into account that the flexible organ (cable) and cable drum have a low mechanical strength. Therefore, during the operation of the crane, damage is possible, for example, with tree branches. In this regard, the implementation of non-contact measurement of the length and deformation of the boom eliminates the flexible organ and cable drum and, accordingly, to obtain a higher reliability of the safety device.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. SU 447350, МПК B 66 C 15/00, 23/88, 25.10.1974.1. A.S. SU 447350, IPC B 66
2. А.с. SU 449874, МПК B 66 C 15/00, 23/88, 15.11.1974.2. A.S. SU 449874, IPC B 66
3. А.с. SU 887444, МПК3 B 66 C 23/90, 07.12.1981.3. A.S. SU 887444, IPC3 B 66 C 23/90, 12/07/1981.
4. А.с. SU 840009, МПК3 B 66 C 23/88, 23.06.1981.4. A.S. SU 840009, IPC3 B 66 C 23/88, 06.23.1981.
5. А.с. SU 1703609, МПК5 B 66 C 23/88, 07.01.1992.5. A.S. SU 1703609, IPC5 B 66 C 23/88, 01/07/1992.
6. Патент RU 2128622 С1, МПК6 B 66 C 23/88, 13/46, 10.04.1999.6. Patent RU 2128622 C1, IPC6 B 66 C 23/88, 13/46, 04/10/1999.
7. Ограничитель нагрузки крана ОНК-140-13. Новые нормативные материалы по безопасной эксплуатации подъемных сооружений. Вып.2, 1999. - М.: Изд-во ПИО ОБТ, с.47-86.7. Crane load limiter ONK-140-13. New regulatory materials for the safe operation of lifting structures. Issue 2, 1999. - M.: Publishing House of PIO OBT, pp. 47-86.
8. Патент RU № 2011632 С1, МПК5 B 66 C 23/90, 30.04.1994.8. Patent RU No. 2011632 C1, IPC5 B 66 C 23/90, 04/30/1994.
9. А.с. SU 1446094 A1, МПК4 B 66 С 23/90, 23.12.1988.9. A.S. SU 1446094 A1, IPC4 B 66 C 23/90, 12/23/1988.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118777/11A RU2271986C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004118777/11A RU2271986C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004118777A RU2004118777A (en) | 2005-01-10 |
| RU2271986C2 true RU2271986C2 (en) | 2006-03-20 |
Family
ID=34882101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004118777/11A RU2271986C2 (en) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271986C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA012858B1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-12-30 | Закрытое Акционерное Общество "Критерий" | Device for hoisting machinery boom tilt angle measurement |
| US11623848B2 (en) * | 2017-04-05 | 2023-04-11 | Jacques Tranchero | Crane with anti-tipping control system |
-
2004
- 2004-06-21 RU RU2004118777/11A patent/RU2271986C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA012858B1 (en) * | 2008-02-18 | 2009-12-30 | Закрытое Акционерное Общество "Критерий" | Device for hoisting machinery boom tilt angle measurement |
| US11623848B2 (en) * | 2017-04-05 | 2023-04-11 | Jacques Tranchero | Crane with anti-tipping control system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004118777A (en) | 2005-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6852178B2 (en) | Offshore ship-to-ship lifting with target tracking assistance | |
| JP7471796B2 (en) | System for determining crane status using optical and/or electromagnetic sensors - Patents.com | |
| AU2013267148B9 (en) | System and method to determine relative velocity of crane and target load | |
| US11932517B2 (en) | Crane and device for controlling same | |
| US11577947B2 (en) | Telehandler boom extension monitoring system | |
| US11691855B2 (en) | Crane | |
| PL130747B1 (en) | Crane equipped with a data processing system | |
| JP2006219246A (en) | Hook position detecting device of movable crane | |
| JP7341632B2 (en) | reflective target | |
| RU2271986C2 (en) | Method of measuring radius in boom lifting crane minimum radius check | |
| JP6300152B2 (en) | Crane ship hanging position measuring device and hanging position measuring method | |
| KR101830519B1 (en) | a system for preventing collision between tower cranes with an excellent reliability | |
| US6357132B1 (en) | Boom position detection system | |
| CN111115458A (en) | Load position calculation device and crane | |
| KR101626657B1 (en) | Control system for position of bucket in excavator | |
| CN110921513A (en) | Positioning measurement device and method | |
| RU2396201C1 (en) | Method of increasing safety (versions) and safety system of jib hoisting crane (versions) | |
| CA2415605A1 (en) | Apparatus for measuring an extended length of a multi-section telescopic boom | |
| US20200354199A1 (en) | Load moment indicator | |
| KR102385655B1 (en) | Tower crane collision warning system | |
| KR200438972Y1 (en) | a crane safe apparatus | |
| US20240025706A1 (en) | System for boom and extension geometry determination and reporting | |
| JPH0527433Y2 (en) | ||
| KR102032640B1 (en) | Crane | |
| JP4422927B2 (en) | Survey method in civil engineering work |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160622 |