RU2354604C1

RU2354604C1 - Method of limiting travelling crane load-carrying capacity

Info

Publication number: RU2354604C1
Application number: RU2007141135/11A
Authority: RU
Inventors: Георгий Иванович Однокопылов (RU); Георгий Иванович Однокопылов; Иван Георгиевич Однокопылов (RU); Иван Георгиевич Однокопылов; Юрий Александрович Орлов (RU); Юрий Александрович Орлов; Денис Юрьевич Орлов (RU); Денис Юрьевич Орлов; Дмитрий Петрович Столяров (RU); Дмитрий Петрович Столяров
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed method comprises the steps that follow. First the active power pickup is fitted in the crane electric power board and connected to the load lifting mechanism drive motor supply circuit. Second the dependence of consumed active power upon lifted load weight is entered into the digital computer unit. Note that in operation, the active power consumed by load-lifting drive motor is continuously determined and compared with its magnitudes stored in aforesaid digital computer unit. If the measured magnitude exceeds preset tolerances, the load-lifting mechanism is cut off to output light or sound warning signals to crane operator.

EFFECT: accuracy of controlled parametre measurement, reliable overload protection.

6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, а более конкретно к способам защиты и предназначено для защиты грузоподъемных электрических кранов от перегрузки.The invention relates to the field of hoisting and transport engineering, and more specifically to methods of protection and is intended to protect hoisting electric cranes from overload.

Известен способ ограничения грузоподъемности стрелового крана, который реализуется ограничителем грузоподъемности, защищенным патентом РФ на изобретение №2011632, МПК 5 В66С 23/90, опубл. 04.30.1994. Способ ограничения грузоподъемности основан на получении аналоговых параметров крана, зависящих от нагрузки, и преобразовании их в цифровую форму. Данную информацию, а также дискретные параметры и сигналы, зависящие от режима работы крана, и предварительно запомненную информацию перерабатывают в цифровом блоке, работа которого координируется от задатчика времени. Переработанную информацию в виде загрузки крана и других значений выводят визуально, в зависимости от величины загрузки подается предупреждающий звуковой сигнал, и в случае превышения допустимых значений нагрузки вырабатывается команда «Перегрузка». В случае многократного повторения команды «Перегрузка» вырабатывается команда «Отключение крана». Величина времени, в течение которого непрерывно должна вырабатываться команда «Перегрузка» для того, чтобы выработать команду «Отключение крана», определяется динамикой работы крана.A known method of limiting the load capacity of a jib crane, which is implemented by a load limiter, is protected by the RF patent for the invention №2011632, IPC 5 В66С 23/90, publ. 04.30.1994. The method of limiting the carrying capacity is based on obtaining the analog parameters of the crane, depending on the load, and converting them into digital form. This information, as well as discrete parameters and signals depending on the operating mode of the crane, and previously stored information are processed in a digital unit, the operation of which is coordinated by the time setter. The processed information in the form of crane loading and other values is output visually, depending on the load size, a warning sound signal is given, and if the permissible load values are exceeded, the “Overload” command is generated. In case of repeated repetition of the “Overload” command, the “Crane Shutdown” command is generated. The amount of time during which the “Overload” command must be continuously generated in order to generate the “Turn off the crane” command is determined by the dynamics of the crane.

Известен способ управления грузоподъемными механизмами с фиксацией их характеристик и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2116240, МПК 6 В66С 23/90, опубл. 27.07.1998). Способ управления грузоподъемными механизмами с фиксацией их характеристик, касающихся нагрузки, геометрии крана и режима его работы основан на измерении сигналов, пропорциональных этим характеристикам, первичной обработке указанных сигналов, преобразованных в цифровую форму, в соответствии с предварительно запомненными сигналами, определяющими порядок обработки, координации этой обработки сформированной импульсной последовательностью в реальном масштабе времени, их индикации и в случае превышения ими допустимых значений формировании управляющих сигналов и подаче последних на исполнительное устройство. Задают временной интервал, а о действительно имеющем место превышении допустимых значений сигналов, пропорциональных характеристикам подъемных механизмов, судят по превышению установленного порогового уровня сигналов (прошедших первичную обработку) в указанном временном интервале. При этом записывают в долговременную энергонезависимую память сигналы, для хранения в неизменном виде, пропорциональные указанным характеристикам, для учета ресурса работы крана под нагрузкой, время появления указанных сигналов, превысивших установленный пороговый уровень, и сформированные управляющие сигналы с возможностью считывания в случае необходимости.A known method of controlling lifting mechanisms with fixing their characteristics and a device for its implementation (RF patent for the invention No. 2111640, IPC 6 В66С 23/90, publ. 07.27.1998). A method for controlling load-lifting mechanisms with fixing their characteristics regarding the load, the geometry of the crane and its operation mode is based on measuring signals proportional to these characteristics, primary processing of these signals converted to digital form, in accordance with previously stored signals that determine the processing order, coordination of this processing the generated pulse sequence in real time, their indication and if they exceed the permissible values of the formed control signals and applying the latter to the actuator. The time interval is set, and the actual excess of the permissible signal values proportional to the characteristics of the lifting mechanisms is judged by the excess of the established threshold level of the signals (which passed the initial processing) in the specified time interval. At the same time, signals are stored in a long-term non-volatile memory for storing in an unchanged form proportional to the specified characteristics, to take into account the life of the crane under load, the time of appearance of these signals that exceed the set threshold level, and the generated control signals with the ability to read if necessary.

Недостатками известных технических решений являются использование гидравлических узлов построения крана и применение датчиков давления в качестве датчиков, вырабатывающих сигнал, пропорциональный нагрузке. Поэтому невозможно использование подобных способов ограничения грузоподъемности в электрических кранах.The disadvantages of the known technical solutions are the use of hydraulic units for constructing a crane and the use of pressure sensors as sensors that generate a signal proportional to the load. Therefore, it is impossible to use such methods of limiting the carrying capacity in electric cranes.

Известен способ ограничения грузоподъемности электрического крана, который может быть реализован с помощью ограничителя грузоподъемности электрического крана по патенту РФ на полезную модель №41460, МПК 7 В66С 23/90, опубл. 27.10.2004. Он выбран в качестве прототипа и заключается в том, что после установки электронного ключа записывают в цифровой запоминающий блок предельно допустимые значения тока, фазного напряжения и массы поднимаемого груза, а также снимают зависимость частоты вращения вала электродвигателя от массы поднимаемого груза, для чего поочередно поднимают несколько грузов массами m₀, …, m_i-1, m_i и запоминают соответствующие значения частот вращения n₀, …, n_i-1, n_i вала двигателя и сохраняют полученную зависимость в цифровом запоминающем блоке. Непосредственно при работе электрического крана сигналы с датчиков тока, фазного напряжения и частоты вращения вала двигателя непрерывно поступают в цифровой вычислительный блок. Полученную информацию совместно с информацией, извлекаемой из цифрового запоминающего блока, перерабатывают в параметры, отражающие работу электрического крана, и передают в блок визуальной и звуковой индикации, и в случае превышения допустимых значений массы поднимаемого груза и контролируемых параметров питающей сети вырабатывают команду на отключение механизма подъема груза, которая поступает на исполнительный блок.A known method of limiting the load capacity of an electric crane, which can be implemented using a load limiter of an electric crane according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 41460, IPC 7 V66C 23/90, publ. 10/27/2004. It is chosen as a prototype and consists in the fact that after installing the electronic key, the maximum permissible values of current, phase voltage and mass of the lifted load are recorded in a digital storage unit, and also the dependence of the rotational speed of the motor shaft on the mass of the lifted load is removed, for which several loads of masses m ₀ , ..., m _i-1 , m _i and store the corresponding values of the rotational speeds n ₀ , ..., n _i-1 , n _i of the motor shaft and store the resulting dependence in a digital storage unit. Directly during the operation of the electric crane, the signals from the sensors of current, phase voltage and frequency of rotation of the motor shaft are continuously supplied to the digital computing unit. The information obtained, together with the information extracted from the digital storage unit, is processed into parameters that reflect the operation of the electric crane, and transmitted to the visual and audible indication unit, and if the permissible values of the lifted mass and controlled parameters of the supply network are exceeded, a command is issued to turn off the lifting mechanism cargo that arrives at the executive unit.

Недостатком способа ограничения грузоподъемности является его невысокая надежность. Измерение частоты вращения вала двигателя производят с помощью датчика Холла, закрепленного на корпусе двигателя и магнита, закрепленного на валу двигателя. Однако узел, содержащий датчик Холла и магнит, подвержен атмосферному воздействию и механическому разрушению в процессе эксплуатации и ухудшению характеристик в процессе старения.The disadvantage of the method of limiting the carrying capacity is its low reliability. The measurement of the rotational speed of the motor shaft is carried out using a Hall sensor mounted on the motor housing and a magnet mounted on the motor shaft. However, the assembly containing the Hall sensor and the magnet is susceptible to weathering and mechanical failure during operation and to deterioration in the aging process.

Задача изобретения - простым способом повысить надежность функционирования способа ограничения грузоподъемности электрического крана.The objective of the invention is a simple way to improve the reliability of the method of limiting the carrying capacity of an electric crane.

Технический результат, на который направлено заявляемое изобретение при решении поставленной задачи, заключается в исключении влияния внешних воздействий на процесс измерения контролируемого параметра и повышении точности измерения.The technical result to which the claimed invention is directed when solving the problem is to exclude the influence of external influences on the measurement process of the controlled parameter and to increase the measurement accuracy.

Технический результат достигнут за счет того, что, как и в прототипе, по заявленному способу ограничения грузоподъемности электрического крана устанавливают зависимость значений одного из параметров электродвигателя механизма подъема груза от значений масс поочередно поднимаемых грузов, эту зависимость и предельно допустимое значение массы поднимаемого груза запоминают, а в процессе работы крана непрерывно измеряют текущее значение контролируемого параметра электродвигателя механизма подъема груза, сравнивают его со значением, соответствующим запомненному предельно допустимому значению массы поднимаемого груза, и при его превышении формируют предупреждающие сигналы и отключают механизм подъема груза. В отличие от прототипа согласно изобретению в качестве контролируемого параметра электродвигателя механизма подъема груза используют значения потребляемой активной мощности, для этого датчик активной мощности, например трехфазный счетчик с аналоговым или цифровым выходом, устанавливают непосредственно в электросиловом щите электрического крана и подключают его к питающей сети. Предупреждающие сигналы формируют визуально, отображая на экране или посредствам световой сигнализации, и/или посредством звуковой сигнализации. Кроме этого, при превышении контролируемого параметра предельно допустимого значения груз опускают или включают механизмы для уменьшения грузового момента. В процессе работы крана регистрируют дату, время и значение поднимаемого груза.The technical result is achieved due to the fact that, as in the prototype, according to the claimed method of limiting the load capacity of an electric crane, the dependence of the values of one of the parameters of the electric motor of the load lifting mechanism on the mass values of the alternately lifted loads is established, this dependence and the maximum permissible mass value of the lifted load are remembered, and during the operation of the crane, the current value of the controlled parameter of the electric motor of the load lifting mechanism is continuously measured, compared with the value, with corresponding to the stored maximum permissible value of the mass of the lifted load, and when it is exceeded, warning signals are generated and the load lifting mechanism is turned off. Unlike the prototype according to the invention, the consumed active power values are used as a controlled parameter of the electric motor of the load lifting mechanism, for this, the active power sensor, for example, a three-phase meter with an analog or digital output, is installed directly in the electrical panel of the electric crane and connected to the mains. Warning signals are generated visually by displaying on the screen or by means of a light alarm, and / or by means of an audible alarm. In addition, when the controlled parameter exceeds the maximum permissible value, the load is lowered or mechanisms are included to reduce the load moment. During the operation of the crane, the date, time and value of the load to be lifted are recorded.

Авторам и заявителю не известны из уровня техники способы защиты электрических кранов, в которых ограничение грузоподъемности определялось по потребляемой активной мощности электродвигателя механизма подъема груза. Реализация способа отличается простотой и в то же время высокой точностью измерения, поскольку оно ведется непосредственно из питающей сети электродвигателя. Вышесказанное дает основание утверждать о наличии у заявляемого способа изобретательского уровня.The authors and the applicant are not known from the prior art how to protect electric cranes, in which the limitation of load capacity was determined by the consumed active power of the electric motor of the load lifting mechanism. The implementation of the method is simple and at the same time highly accurate, since it is carried out directly from the mains supply of the electric motor. The above gives reason to argue that the inventive method has an inventive step.

Установка датчика активной мощности в электросиловом щите крана и подключение его к питающей сети электродвигателя механизма подъема груза в защищенном от внешних воздействий месте позволяет точно, без погрешности определить реально потребляемую активную мощность двигателя в отличие от прототипа, где эти измерения производят на вращающемся валу двигателя. Таким образом, это повышает точность измерения и надежность функционирования способа ограничения грузоподъемности электрического крана.The installation of an active power sensor in the electric power switchboard of the crane and connecting it to the power supply network of the electric motor of the load lifting mechanism in a place protected from external influences allows you to accurately, without error determine the actual consumed active power of the engine, unlike the prototype, where these measurements are made on a rotating motor shaft. Thus, this increases the accuracy of measurement and the reliability of the functioning of the method of limiting the carrying capacity of an electric crane.

На фиг.1 представлена функциональная схема ограничителя грузоподъемности электрического крана.Figure 1 presents the functional diagram of the load limiter electric crane.

На фиг.2 представлены временные диаграммы сигнала активной мощности Р с датчика активной мощности при работе крана с массой груза m=0 т.Figure 2 presents the time diagrams of the signal of active power P from the sensor of active power when the crane is operating with a cargo mass of m = 0 t.

На фиг.3 представлены временные диаграммы сигнала активной мощности Р с датчика активной мощности при работе крана с массой груза m=20 т.Figure 3 presents the timing diagrams of the active power signal P from the active power sensor when the crane is operating with a cargo mass of m = 20 tons.

На фиг.4 представлена зависимость значении потребляемой активной мощности Р двигателя от массы m поднимаемого груза.Figure 4 presents the dependence of the value of the consumed active power P of the engine from the mass m of the lifted load.

Предложенный способ может быть осуществлен с помощью ограничителя грузоподъемности, изображенного на фиг.1, где цифровой вычислительный блок 1 связан с соответствующими выходами блока ввода информации 2 и датчика активной мощности 3, установленного в электросиловом щите крана. Цифровой вычислительный блок 1 соединен также с цифровым запоминающим блоком 4, с исполнительным блоком 5, с блоком визуальной и звуковой индикации 6, с таймером 7 и с электронным ключом 8.The proposed method can be implemented using the load limiter depicted in figure 1, where the digital computing unit 1 is connected to the corresponding outputs of the input unit 2 and the active power sensor 3 installed in the electric power box of the crane. The digital computing unit 1 is also connected to a digital storage unit 4, with an executive unit 5, with a visual and audible indication unit 6, with a timer 7 and with an electronic key 8.

В качестве цифрового вычислительного блока 1 может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. Блок ввода информации 2 - это набор кнопок управления для ввода информации и задания режима работы цифрового вычислительного блока 1. Датчик активной мощности 3 может быть выполнен на интегральной микросхеме типа UA01ПС1Г, а цифровой запоминающий блок 4 может быть представлен в виде FLASH-памяти. Исполнительный блок 5 выполнен в виде электромагнитного реле постоянного тока с управлением через транзисторный ключ от цифрового вычислительного блока 1. Блок визуальной и звуковой индикации 6 представляет собой выходной регистр с индикацией десятичного кода на семисегментном индикаторе, звуковая индикация осуществляется за счет пьезоизлучателя. Таймер 7 может быть выполнен в составе цифрового вычислительного блока. Электронный ключ 8 представляет собой постоянное запоминающее устройство, в котором содержится код разрешения доступа к перепрограммированию цифрового вычислительного блока 1, выполнен съемным и устанавливается во внешний разъем цифрового вычислительного блока 1.As a digital computing unit 1, a single-board microcontroller type AT89C2051 with a clock frequency of 4 MHz can be selected. The information input unit 2 is a set of control buttons for entering information and setting the operating mode of the digital computing unit 1. The active power sensor 3 can be performed on an integrated circuit of the UA01PS1G type, and the digital storage unit 4 can be represented as a FLASH memory. The executive unit 5 is made in the form of a direct current electromagnetic relay controlled through a transistor key from the digital computing unit 1. The visual and sound indication unit 6 is an output register with a decimal code on a seven-segment indicator, the sound indication is provided by a piezo emitter. The timer 7 can be performed as part of a digital computing unit. The electronic key 8 is a read-only memory device that contains a permission code for access to reprogramming the digital computing unit 1, is removable, and is installed in the external connector of the digital computing unit 1.

Реализацию способа рассмотрим на примере работы крана КМ-20. Перед началом работы установленного на электрический кран ограничителя грузоподъемности требуется ввести в память цифрового запоминающего блока 4 зависимость потребляемой активной мощности двигателя от массы поднимаемого груза P=f(m). Для построения зависимости P=f(m) с достаточной точностью необходимо получить две рабочие точки: при работе крана с пустой крюковой подвеской и с массой груза, близкой к номинальной. Для этого подключают к цифровому вычислительному блоку 1 электронный ключ 8, после чего цифровой вычислительный блок 1 переходит в программу «обучения». Далее поднимают пустую крюковую подвеску массой m₀=0 т и определяют соответствующее значение потребляемой активной мощности Р₀ двигателя после обработки в цифровом вычислительном блоке 1 сигнала, снимаемого с выхода датчика активной мощности 3. На фиг.2 представлена полученная зависимость значений потребляемой активной мощности при подъеме груза массой m₀=0. Из фиг.2 видно, что значение активной мощности составляет 3 кВт.We will consider the implementation of the method using the KM-20 crane as an example. Before starting the load limiter installed on the electric crane, it is required to enter into the memory of the digital storage unit 4 the dependence of the consumed active engine power on the mass of the lifted load P = f (m). To build the dependence P = f (m) with sufficient accuracy, it is necessary to obtain two operating points: when the crane is working with an empty hook suspension and with a load mass close to the nominal. For this, an electronic key 8 is connected to the digital computing unit 1, after which the digital computing unit 1 switches to the “training” program. Next, raise an empty hook suspension with a mass of m ₀ = 0 t and determine the corresponding value of the consumed active power P _{0 of the} engine after processing the signal taken from the output of the active power sensor 3 in the digital computing unit 1. Figure 2 shows the obtained dependence of the values of the consumed active power at lifting a mass of m ₀ = 0. From figure 2 it is seen that the value of active power is 3 kW.

Далее поднимают груз, близкий к номинальной грузоподъемности электрического крана (m₁=20 т для крана КМ-20), и определяют соответствующее значение потребляемой активной мощности P₁ двигателя. Сигнал с выхода датчика активной мощности 3 обрабатывается в цифровом вычислительном блоке 1. Полученная зависимость значений потребляемой активной мощности при подъеме груза массой m₁=20 представлена на фиг.3. Из фиг.3 видно, что значение активной мощности составляет 15,8 кВт.Next, lift the load close to the rated load of the electric crane (m ₁ = 20 t for the KM-20 crane), and determine the corresponding value of the consumed active power P _{1 of the} engine. The signal from the output of the active power sensor 3 is processed in a digital computing unit 1. The obtained dependence of the values of the consumed active power when lifting a load of mass m ₁ = 20 is shown in Fig. 3. From figure 3 it is seen that the value of active power is 15.8 kW.

Далее по полученным данным строят зависимость потребляемой активной мощности двигателя от массы поднимаемого груза P=f(m), которая представлена на фиг.4. В ходе экспериментов было установлено, что зависимость активной потребляемой мощности от поднимаемого груза является линейной. Затем в цифровом запоминающем блоке 4 сохраняют построенную зависимость P=f(m) и значение предельно допустимой массы груза (m_пр=22 т, 110% от номинальной грузоподъемности крана КМ-20), которое ввели с помощью блока ввода информации 2.Next, according to the data obtained, the dependence of the consumed active engine power on the mass of the lifted load P = f (m), which is presented in Fig. 4, is built. During the experiments, it was found that the dependence of the active power consumption on the lifted load is linear. Then, in the digital storage unit 4, the constructed dependence P = f (m) and the value of the maximum permissible mass of the load (m _CR = 22 t, 110% of the nominal lifting capacity of the KM-20 crane), which was entered using the information input unit 2, are stored.

Непосредственно при работе электрического крана с ограничителем грузоподъемности в цифровом вычислительном блоке 1 происходит непрерывное определение потребляемой активной мощности двигателя на основе сигнала, снимаемого с датчика активной мощности 3. По потреблению активной мощности двигателя определяют массу поднимаемого груза на основе зависимости P=f(m) (фиг.4) и фиксируют значение этой массы с помощью блока визуальной и звуковой индикации 6. В случае превышения допустимого значения массы поднимаемого груза потребляемая активная мощность двигателя достигает предельного значения Р_пр=17,08 кВт, что соответствует предельному значению массы поднимаемого груза m_пр=22 т, и цифровой вычислительный блок 1 вырабатывает команду на отключение механизма подъема груза крана. При появлении предупреждающих сигналов крановщик опускает груз или включает механизмы для уменьшения грузового момента. Команда на отключение поступает на исполнительный блок 5, при этом с помощью блока 6 поступают звуковой и визуальный сигналы, а значения даты и времени, получаемые от таймера 7, записывают в цифровой запоминающий блок 4.Directly during operation of an electric crane with a load limiter in a digital computing unit 1, the consumed active engine power is continuously determined based on the signal taken from the active power sensor 3. The mass of the load to be lifted is determined from the consumption of active engine power based on the dependence P = f (m) ( 4) and fix the value of this mass using the visual and audible indication unit 6. If the permissible value of the mass of the lifted load is exceeded, the consumed active generality motor reaches the limit value P _ave = 17.08 kW, which corresponds to the limit value of the weight load to be lifted _straight m = 22 m, and a digital computation unit 1 generates a command to disable crane lifting mechanism. When warning signals appear, the crane operator lowers the load or activates mechanisms to reduce the load moment. The shutdown command is sent to the executive unit 5, while using the block 6, audio and visual signals are received, and the date and time values received from the timer 7 are recorded in the digital memory unit 4.

Claims

1. A method for limiting the carrying capacity of a bridge-type crane, according to which the dependence of the values of one of the parameters of the electric motor of the load lifting mechanism is determined on the mass values of the loads being lifted alternately, this dependence and the maximum permissible mass value of the lifted cargo are stored, and during the operation of the crane, the current value of the controlled parameter is continuously measured electric motor of the load lifting mechanism, compare it with a value corresponding to the stored maximum permissible mass value If the load is lifted and when it is exceeded, they generate warning signals and turn off the load lifting mechanism, characterized in that the consumed active power values are used as a controlled parameter of the load lifting electric motor, for this, the active power sensor, for example, a three-phase meter with an analog or digital output, is installed directly in the electric power switchboard of the crane and connect to the power supply network of the electric motor of the load lifting mechanism.

2. The method of limiting the carrying capacity according to claim 1, characterized in that the warning signals are generated visually and displayed on the screen or by means of a light alarm.

3. The method of limiting the carrying capacity according to claim 1, characterized in that the warning signals are generated by an audible alarm.

4. The method of limiting the carrying capacity according to claim 1, characterized in that both visual and audible warning signals are generated.

5. The method of limiting the carrying capacity according to claim 1, characterized in that when exceeding the current value of the consumed active power by the electric motor of the load lifting mechanism corresponding to the stored maximum permissible value of the mass of the load to be lifted, the load is lowered or mechanisms are included to reduce the load moment.

6. The method of limiting the carrying capacity according to claim 1, characterized in that during the operation of the crane register the date, time and value of the load to be lifted.