Предохранительное устройство для троса

(51)5 В 6 ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЭОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ ССС 1 Й КОМИТЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ ТЕНИ ПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(71) Ленинградское высшее инженерноеморское училище им,адм.С.О,Макарова(56) Кичкин И.И. Датчики судовым систем идистанционного контроля. М.; Транспорт,1964, с, 65.(54) ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРОСА(57) Изобретение касается судовожденияморских судов, в частности в условиях ледового плавания, и может быть использованов комплексных системах контроля и обеспеИзобретение относится к судовождению морских судов, в частногти, в условиях ледового плавания и может бь ть использовано в комплексных системах контроля и обеспечения безопасности плавания судов,Цель изобретения - повышение надежности устройства.На фиг.1 представлена блок-схема устройства для предупреждения аварии соединительного троса; на фиг.2 - структурная схема устройстваУстройство содержит датчик 1 натяжения троса, выход которого соединен с входом блока 2 управления и первым входом блока 3 индикации. Первый в .четвертый выходы блока 2 управления соединены с соответствующими входами блока 3 индикации. Пятый выход блока 2 управления включен в цепь управления гребным злектродвигатеЯО 1676919 А 1 чения безопасности плавания судов, Цель изобретения - повышение надежности устройства. Устройство содержит датчик 1 натяжения каната, выход которого соединен с входом блока 2 управления и первым входом блока 3 индикации, Вход датчика натяжения каната соединен с одним из выходов источника питания. Датчик 1 натяжения каната содержит фазовращатель 5 и последовательно соединенные магнитоупругий преобразователь 6, интегратор 7, суммирующий усилитель 8, первый фильтр 10 верхних частот и демодулятор 11. Блок управления содержит второй фильтр 12 нижних частот, дифференциатор 13, кляч 14, компаратор 15, сумматор 16, усилитсль 17 мощности, второй дифференциатор 18 второй ключ 19, 3 З.п. ф-лы, 2 ил. лем, а шестой и седьмой выходы - в цепь управления буксирной лебедки, Вход датчика натяжения троса соединен с одним из выходов источника 4 питания,Датчик натяжения троса содержит фазовращатель 5 и последовательно соединенные первичный магнитоупругий преобразователь 6, интегратор 7, суммирующий усилитель 8, первыйфильтр 9 ниних частот, фильтр 10 верхних частотдемодулятор 11. Входы фэзовращзтеля соединены и подключены к одному выходу ис 1 оника питания, Выход демодулятора является выходом датчика усилия.Блок 2 управления содержит второй фильтр 12 нижних частот, вход которого соединен с выходом датчика усилия и входом первого дифференциатора 13, своим выходом подключенного к второму входу перво 167691910 15 20 25 30 40 50 го ключа 14, Выход фильтра 12 нижних частот соединен с входом первого компаратора 15, выход которого через первый вход первого сумматора 16 соединен с входом первого усилителя 17 мощности. Выход первого усилителя 17 мощности включен в цепь управления гребным электродвигателем. Выход первого компаратора 15 также соединен с первым входом первого ключа 14. Выход второго дифференциатора 18 соединен с вторым входом второго ключа 19, Выход второго компаратора 20 через первый вход второго сумматора 21 соединен с вторым усилителем 22 мощности, выход которого включен в цепь управления буксирной лебедки, Выход второго компаратора 20 также соединен с первым входом второго ключа 19, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 21, Выход третьего дифференциатора 23 соединен с вторым входом третьего ключа 24. Выход третьего компаратора 25 через первый вход третьего сумматора 26 соединен с входом третьего усилителя 27 мощности, выход которого включен в цепь управления буксирной лебедки, Выход третьего компаратора 25 также соединен с первым входом третьего ключа 24, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора 26, Входы второго дифференциатора 18, второго компаратора 20, третьего дифференциатора 23 и третьего компаратора 25 соединены с входом второго фильтра 12 нижних частот. Блок 3 индикации содержит схему реле 28, входы которой соединены соответственно с выходами первого - третьего компараторов блока управления. Выходы схемы реле подключены к элементам световой и звуковой сигнализации, Вход первого функционального преобразователя 29 соединен с выходом второго фильтра 12 нижних частот, а выход - с измерительным прибором среднего значения. Вход второго функционального преобразователя 30 соединен с выходом датчика усилия, а выход - с регистрирующим прибором мгновенного значения.Предлагаемое устройство работает следующим образом,Усилие Г создает пропорциональный вращающий момент М, который вызывает скручивание вала, Механические напряжения 0, возникающее, в частности, в повеохностных слоях вала при его скручивании, пропорциональны величине момента М, т.е, 0 пропорционально М. Магнитоупругий преобразователь 6, установленный на валу лебедки, преобразует изменяющиеся во времени под действием усилия Р (т) механические напряжения о(т) в электрический сигнал ц (т), Однако в отсутствие буксировки, когда Е(т) =0 и 0(т) = О, на выходе магнитоупорного преобразователя 6 действует электрическое напряжение 00 (т) - нулевой сигнал, который необходимо устранить из канала датчика усилия, Сигнал на выходе преобразователя 6 представляет собой сумму Ь(1, о(1,д о(О 1) + 00 и является результатом дифференцирования в магнитоупорном преобразователе амплитудно- модулированного механическими напряжениями о(т) магнитного потока магнитоупорного преобразователя, Поэтому Щт) зависит не только от 0, но и от с 10 (е)/с 11, Для получения электрического сигнала О (, сгЩ, пропорционально зависящего только от о, сигнал 0 с выхода магнитоупорного преобразователя 6 подают на вход интегратора 7, С выхода интегратора 7 сигнал 0= О(т, д(с + 0 о (т) подают на один из входов суммирующего усилителя 8. На другой вход усилителя 8 с выхода фазовращателя 5 подают напряжение О 0(т). При настройке устройства, когда о = О, регулировкой параметров фазовращателя 5 устанавливают фазу напряжения 0(1) такой, чтобы она отличалась от фазы напрямсения 0 (с) на 180, а амплитуду равной амплитуде Щт). Тогда на выходе усилителя 8 в отсутствие нагрузки на вал лебедки (усилие Е = О,ст =О) нулевой сигнал отсутствует О 0(1) = О. При Г0 (у Ф 0) на выходе усилителя 5 действует только напряжение О,(1,сг(т. Для исключения погрешности компенсации, связанной с изменением фазы напряжения питания, вход фазовращателя 5 соеДиняют с тем выходом источника питания, к которому подключен вход магнитоупорного преобразователя 6. Напряжение 0(т, 0(т подают на вход первого . фильтра 9 нижних частот, где полезный сигнал освобождают от высших гармонических составляющих. С выхода первого фильтра 9 нижних частот сигнал поступает на вход фильтра 10 высоких частот, служащий для подавления постоянной составляющей с выхода первого фильтра 9 низких частот, которая может появляться при регулировке схемы датчика, Очищенный от искажений сигнал 0(1, (т(1 с выхода фильтра 10 высоких частот подают на вход демодулятора 11, на выходе которого выделяют огибающую О (О (т сигнала Ц(т, сг(т. Величина Щ п(с), изменяется пропорционально механическим напряжениям сг(т), линейно связанным с усилием Г (т) в тросе, т.е. О Щ). Сигнал О (Г(т является выходным сигналом датчика 1 тягового усилия.На входы второго фильтра 12 нижних частот, первого дифференциатора 13, второго дифференциатора 18, второго компаратора 20, третьего дифференциатора 23 и третьего компаратора 25 подают полезный сигнал О (ЕНа выходе второго фильтра 12 низких частот выделяют постоянную составляющую Ос, величина которой пропорциональная среднему значению усилия Е(1). Напряжение Ос подают на вход первого компаратора 15, на другой вхор которого подают опорное напряжение 01, Величину 01. устанавливают пропорциональной предельно допустимому значению средней величины тягового усилия Ед 1,Напряжение 01 на выходе компаратора 15 появляется в том случае, когда Ос01, Для Ос01 напряжение на выходе компаратора 15 отсутствует. Выходное напряжение 01 компаратора 15 подают на первый вход первого сумматора 16 и первый вход первого ключа 14, Напряжение 01 открывает первый ключ 14, и через его контакты напряжение 011 = бО(Е(т/й с выхода первого дифференциатора 13 поступает на второй вход первого сумматора 16. Выходное напряжение сумматора 16, пропорциональное сумме 01+ 01, поступает на вход первого усилителя 17 мощности, с выхода которого усиленное напряжение подают в цепь управления гребным электродвигателем для изменения числа его оборотов (например, для уменьшения скорости хоца ледокола), Чем больше б 0(Е(е/б 1. тем больше выходной сигнал усилителя и тем эффективнее реагирует гребной электродвигатель на превышение среднего значения Еф и набросы нагрузки на трос в этих условиях. Управляющий сигнал с выхода усилителя 17 мощности поступает в цепь управления гребного электродвигателя до тех поо, пока Ос= 01 (Еср . Ед,), Когда в результате изменения хода ледокола Еср станет меньше Ед (О01), напряжение 01 на выходе компаратора 15 (первом входе сумматора 16) исчезает, Ключ 14 закрывается и напряжение 01 на втором входе сумматора 16 также исчезает, Таким образом, при Ос 01 напряжение на входах первого сумматора 16 отсутствует и управляющий сигнал в цепь управления гребного электродвигателя не поступает. Электрическое напряжение 02 на выходе второго компаратора 20 возникает в том случае, когда мгновенно значение ОЩ) 02, где 02 опорное напряжение (уставка) второго компаратора. Напряжение устанавливают пропорциональным максимальной допустимой величине динамического усилия Ед 2. Для О(Е(т02 напряжение на выходе компаратора 20 отсутствует. Напряжение У 2 подают на первый вход второго сумматора 21 и первыйвход второго ключа 19. Напряжение 02 от 5 крывает второй ключ 19 и через его контакты напряжение 02- оО(Е(т/01 с выходавторого дифференциатора 18 поступает нэвторой вход сумматора 21, Выходное напряжение сумматооа 21, пропорциональное10 сумме 02+02, поступает на вход второгоусилителя 22 мощности, с выхода которогоусиленное напряжение подают в цепь управления буксирной лебедки для ее включения и приведения барабана во вращение в15 направлении увеличения длины (стравливания) буксирного троса. Чем большес 3 н(Е(т/й, тем больше выходной сигнал усилителя 22 и тем эффективнее реагирует буксирная лебедка на недопустимое20 превышение мгновенным значением Е(1) допустимого Едг. Управляющий сигнал действует в цепи управления буксирной лебедкидо тех пор пока О(Е(102 (Е(т)Ед 2). Когда в результате стравливания троса Е(т) ста 25 нет меньше Ед 2(О(Е(т 02 ), напряжение 02на выходе компаратора 20 исчезает. Ключ 19закрывается и напряжение 0 на второмвходе сумматора 21 также исчезает, Такимобразом, при О(Е(е 2 напряжение на входах30 старого сумматора 21 отсутствуют и управляющий сигнал в цепь управления бук:ирной лебедкой не поступает,Электрическое напряжение Оз на выходе третьего компаратора 25 возникает в том35 случае, когда мгновенное значение О(Е(Оз, где Оз - опорное напряжение третьегокомпаратора, Напряжение Оз устанавливают пропорциональным минимальной допустимой величине динамического усилия Едз.40 Для О(Е(с Оз напряжение на выходе компаратора 25 отсутствует, Напряжение Озподают на первый вход третьего сумматора26 и первый вход третьео ключа 25. Напряжение Оз открывает третий ключ 24 и через45 его контакты напряжение Оз = бч(Е(с/бт свыхода третьего.дифференциатора 23 поступает на второй вход сумматора 26. Выходное напряжение сумматора 26,пропорциональное сумме Оз+ Оз, цоступает на вход третьего усилителя 27 мощности, с выхода которого усиленное напряжение подают в цепь управления буксирной лебедки для ее включения и приведения барабана во вращение в направление уменьшениядлины (выбирания) буксирного троса, Чем больше Оч(Е(ф/й, тем больше выходной сигнал усилителя 27 и тем эффективнее реагирует буксирная лебедка на снижение мгновенного значения Е(1) по сравнению с минимальным допустимым значением Едз.Управляющий сигнал действует в цепи управления буксирной лебедки до тех пор, пока О(Е(т) Оз+ (Е(т) Едз. Когда в результате выбирания троса Е(1) станет больше Едз (О(Е(т Оз), напряжение Оз на выходе ком паратора 25 (первом входе сумматора 26) исчезает. Ключ 24 закрывается, и напряжение Оз на втором входе сумматора 26 также исчезает, Таким образом, приО(Е(т) Оз+ напряжения на входах третьего сумматора 10 26 отсутствуют и управляющий сигнал в цепь управления буксирной лебедки не поступает.В нормальном состоянии реле 28 схемы включены. При срабатывании компарато ров 15, 20 и 25 блока управления с их выходов на соответствующие входы реле 28 поступают электрические сигналы, которые выключают питание соответствующих реле.Контакты реле воздействуют на цепи управ ления элементов световой и звуковой сигнализации, предупреждающей судоводителя об опасности, Ка вход первого функционального преобразователя 29 поступает с выхода второго фильтра низких частот бло ка управления электрическое напряжение Чс, пропорциональное Ер которое индицируется соответствующим измерительным прибором среднего значения. На вход второго функционального преобразователя 30 30 поступает с выхода датчика 1 усилия электрическое напряжение Ч(Е(т, которое регистрируется соответствующим прибором, Функциональные преобразователи обеспечивают заданную нелинейность шквал из мерительного и регистрирующего приборов, В предлагаемом устройстве цепь управления гребного двигателя регулируют по сигналу, пропорциональному среднему значению тягового усилия в тросе. Это вы звано большой инерцией ледокола и его системы электродвижения, ввиду которой кратковременное изменение параметров цепи управления гребного электродвигателя практически не изменит скорости движе ния ледокола. Поэтому этот канал автоматического регулирования натяжения троса.(канал первого компаратора 15) включается и эффективно работает, например, в тех случаях, когда буксируемое судноумень шает ход ввиду наличия мешающих движению льдин, а ледокол сохраняет свою скорость движения, В этой ситуации повышенное натяжение троса может сохраняться сравнительно долго, и ограниченным 55 увеличением длины буксировочного троса не удается снизить напряжение в тросе до допустимой величины, а соответствующее уменьшение хода ледокола может устранить опасность аварии, Цепь управления буксирной лебедкой в связи со сравнительно небольшой ее инерцией регулируют по сигналу, пропорциональному мгновенному значению тягового усилия, Канал второго компаратора вырабатывает управляющий сигнал в том случае, когда мгновенное значение тягового усилия превосходит максимально допустимую величину динамического усилия в тросе. Такое динамическое нагружение троса часто происходит, например, при соскальзывании ледокола с льдины в воду. При динамическом перенапряжении, троса электрический сигналканала второго компаратора включает лебедку на стравливание троса, При этом увеличивается длина троса между ледоколом и судном, что уменьшает усилие в тросе, Когда усилие станет меньше максимально допустимого, лебедка выключается. После этого в результате маневров ледокола и судна может возникнуть нежелательное провисание троса, которое может быть устранено следующим включением лебедки на выбирание троса по управляющему сигналу, вырабатываемому каналом третьего компаратора, Таким образом, каналы второго и третьего компаратора включаются поочередно, а каналы первого и второго компараторов могут работать одновременно, Дифференциаторы введены в устройство для форсирования, управления по основному сигналу. В качестве первичного преобразователя тягового усилия в предлагаемом устройстве использован кольцевой магнитоупругий преобразователь момента,Формула изобретения 1. Предохранительное устройство для троса, содержащего судно с буксиром, на котором установлены электродвигатель гребного винта и лебедка с цепью управления,. содержащее источник питания с подключенным к нему датчиком натяжения троса, элементы сигнализации и измерительное приспособления, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно снабжено блоком управления и блоком индикации, при этом выход датчика натяжения троса соединенс входом блока управления и первым входом блока индикации, выходы которого соединены соответственно с элементами сигнализации и измерительными приспособлениями, а первый, второй, третий и четвертый выходы блока управления соединены с соответствующими входами блока индикации, пятый выход блока управления включен в цепь управления гребным электродвигателем, шестой и седьмой выходы блока управлениявключены в цепь управления буксирной лебедкой.2. Устройство по п,1, отл ича ю щеес я тем, что датчик натяжения троса включает в себя фазовращатель и последова тельно соединенные первичный магнитоупорный преобразователь, интегратор, суммирующий усилитель, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и демодулятор, при этом вход магнитоупор ного преобразователя и вход фазовращателя соединены с одним выходом источника питания, а выход фазовращателя соединен с одним из входов суммирующего усилителя, 153. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления содержит три компаратора, три сумматора, три усилителя мощности, три дифференциатора, три ключа и второй фильтр нижних частот, вход ко торого соединен с выходом датчика натяжения троса и входами дифференциаторов второго и третьего компараторов, а выход соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с первым 25 входом первого ключа и первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления гребным электродвигателем, выход первого 30 дифференциатора через второй вход первого ключа соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго компаратора соединен с первым входом второго ключа и35 первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления буксирной лебедкой, выход второго дифференциатора через второй вход второго ключа соединен с вторым входом второго сумматора, выход третьего компаратора соединен с первым входом третьего ключа и первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом третьего усилителя мощности, своим выходом включенного в цепь управления буксирной лебедкой, выход третьего дифференциатора через второй вход третьего ключа соединен с вторым входом третьего сумматора, выход фильтра нижних частот и выходы компаратора являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления,4, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок индикации, содержит реле и два функциональных преобразователя, при этом входы реле соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, а выходы соединены с элементами сигнализации, вход первого функционального преобразователя соединен с первым выходом блока управления, а выход соединен с одним из измерительных приспособлений, вход второго функционального преобразователя соединен с выходом датчика усилия, а выход соединен с другим измерительным приспособлением.1676919 Заказ 3076 Тираж , Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5