电动葫芦的改进设计

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电动葫芦的改进设计
作者:易定秋赵小林
来源:《科技风》2019年第32期
摘要:现有的电动葫芦在使用过程中,货物超载不能自动报警,为了更安全使用电动葫芦,安装霍尔传感器,货物超重自动报警,卸載超重货物,保证安全。

关键词:电动葫芦;传感器;超载;报警;安全
目前市场上有着各种各相的电动葫芦,它们都是用来提升重物的机械,随着社会的不断发展和进步,人们对自身社会安全保障的要求越来越高,为了安全使用电动葫芦,对电动葫芦进行改进设计,设计主要用到了传感器知识,霍尔电流传感器是一种可以用来测量电路电流的一种装置。

当电动葫芦在吊运重物的时候,可以用霍尔电流传感器来检测起升电动机中的电流,当电动葫芦超载时,电动机中的电流会有明显的增大,同时传感器会及时的检测到这种现象,并通过电铃装置发出报警声,提醒操作人员应及时的放下重物,减轻其重量后再吊运。

一、电动葫芦使用现状与生产
目前使用、生产的电动葫芦绝大多数是1963年联合设计的CD/MD型,使用面广的轻小型起重设备。

此外还少量生产、使用AS型和TV型电动葫芦。

电动葫芦是一种产量大,电动葫芦更新换代慢,通用化水平不高、开发周期长,投产上市速度慢,生产准备工作量大。

设计手段上的落后和设计主导思想上的影响,使设计的电动葫芦没有充分发挥其产品性能,电动葫芦是一种技术并不复杂,采用常规方法设计的起重设备。

而设计中的失误又造成极为严重的损失。

一般说来,产品使用不当或制造中的质量问题具有局部性和偶然性,通常可以通过一定措施补救、修复或避免。

而设计本身就存在问题的话,将是根本的、全面的,常常在使用一定时间后才发现,因而造成了相当大的损失,并难以采取补救措施。

二、电动葫芦起升机构的设计
起升机构的确定。

电动葫芦起升机构的卷筒装置三个部件的排列有平行轴(下图a)和同轴两种排列方式。

同轴又分为b,c两种排列。

目前国外多家公司用下图c的排列方式。

还有马达、减速器,电动机输出轴端是齿轮,它与减速器齿轮啮合。

减速器输出轴花键直接与卷筒连接,但各种起升机构各有各的优缺点。

如下图b的排列方式。

(1)上图b的排列方式有利于模块化设计。

(2)减少了零部件。

(3)减速器用斜齿轮传动,在载荷方向不变、齿轮传动属脉动循环的情况下,对电动机除产生一个弹簧制动的轴向力以外,还有一个载荷产生制动的轴向力。

它可以减小制动弹簧的轴向力,对制动瞬间的冲击减小,电动机轴受扭转的冲击也将减小,尤其表现在起吊轻载荷时,提高了电机轴的安全性。

(4)用户可以选择任意起升高度的电动葫芦,它不再受连接传动的中间轴的限制。

在国内使用的电动葫芦一般都采用了上图b所示的排列方式。

此种方式排列的起升机构使得电动葫芦的结构更加紧凑。

三、霍尔电流传感器的应用
(一)电流传感器的工作原理
其所依据的工作原理主要是霍尔效应原理。

霍尔电流传感器可以测量从直流电到几十千赫兹的交流电,各种类型的电流。

(1)测量范围IPmax。

测量范围指电流传感器可测量的最大电流值,测量范围一般高于标准额定值IPN。

(2)电流传感器的输出信号。

当原边导线经过电流传感器时,原边电流IP会产生磁力线,原边磁力线集中在磁芯气隙周围,内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的,大小仅为几毫伏的感应电压,通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS,电流传感器的输出信号是副边电流IS,它与输入信号(原边电流IP)成正比,IS一般很小,只有10~400mA。

如果输出电流经过测量电阻RM,则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。

(3)电流传感器供电电压VA。

VA指电流传感器的供电电压,它必须在传感器所规定的范围内。

超过此范围,传感器不能正常工作或可靠性降低。

另外,传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。

要注意单相供电的传感器,其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍,所以其测量范围要高于双相供电的传感器。

(二)电流传感器的主要特性参数
(1)偏移电流ISO。

偏移电流也叫残余电流或剩余电流,它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。

电流传感器在生产时,在25℃,IP=0时的情况下,偏移电流已调至最小,但传感器在离开生产线时,都会产生一定大小的偏移电流。

产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

(2)标准额定值IPN和额定输出电流ISN。

IPN指电流传感器所能测试的标准额定值,用有效值表示(A.r.m.s),IPN的大小与传感器产品的型号有关。

ISN指电流传感器额定输出电流,一般为10~400mA,当然根据某些型号具体可能会有所不同。

(三)传感器的安装方法和型号、结构
霍尔效应传感器产品标签一般由“传感器产品型号”和“生产日期”两部分构成。

“传感器生产日期”则是由8位数字构成,表明传感器的生产年月份、批次(一月中的第几批产品)。

“传感器产品型号”用于标明传感器的型号、工作电源及接线指示、额定测量值,霍尔效应传感器产品很多,每种传感器的尺寸大小、外形结构等都有所不同。

下面为几种典型的外形结构及安装接线方法。

1.带线电流传感器
带线电流传感器则没有一般传感器都有正极(+)、负极(-)、测量端(M)及地(0)四个管脚,而是有红、黑、黄、绿四根引线,分别对应于正极、负极、测量端及大地。

同时在大多传感器中有一内孔,测量原边电流时要将导线穿过该内孔。

孔径大小与测量电流大小、产品型号有关系。

不管是什么型号的电流传感器,安装时管脚的接线应根据说明书所注情况进行相应连线。

(1)在测量直流电流时,可使用单极性或单相供电电源,即将正极或负极与“0V”端短接,从而形成只有一个电极相接的情况。

(2)在测量交流电时,必须强制使用双极性供电电源。

即传感器的正极(+)接供电电源“+VA”端,负极接电源的“-VA”端,这种接法叫双极性供电电源。

同时测量端(M)通过电阻接电源“0 V”端(单指零磁通式)。

另外,安装时必须全面考虑产品的安装环境、量程范围、型号、用途等。

比如传感器应尽量安装在利于散热的场合。

2.HNC-025A电流传感器
HNC-025A电流传感器是一种量程很小的传感器,所能测量的额定电流为5、6、8、12、25A。

(四)传感器的抗干扰性
霍尔电流传感器,利用了原边导线的电磁场原理。

下列因素直接影响传感器是否受外部电磁场干扰:
(1)所使用的电流传感器是否屏蔽;
(2)安装传感器所使用的材料有无磁性;
(3)外部导线与传感器的距离、外部导线的形状、位置和傳感器内霍尔电极的位置;
(4)传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化。

为了尽量减小外部电磁场的干扰,最好按上述要求安装传感器。

(五)传感器标定
(1)保护性测试。

①电源意外倒置测试。

②测量电路短路。

③测量电路开路。

(2)偏移电流ISO。

(3)精度。

参考文献:
[1]彭军.传感器与检测技术.西安:西安电子科技大学出版社,2003.11.
[2]刘爱国,安振木.起重机械安装与维修实用技术.郑州:河南科学技术出版社,2003.8.
[3]胡晓明.电气控制及PLC.北京:机械工业出版社,2005.11.
[4]陈艾.敏感材料与传感器.北京:化学工业出版社,2004.10.
[5]浅谈霍尔传感器.互联网文档资源,2017.
[6]陈登云,付维恭.电动葫芦起升机构模块化设计.机械设计与制造工程,1999-09-30.
[7]鲁光辉.霍尔电流传感器的性能及应用.四川文理学院学报,2007-03-10.
作者简介:易定秋(1966-),湖南新宁人,研究员级高级工程师,研究方向:从事机电一体化教学与科研。

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