电动葫芦的改进设计

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。