電動(dòng)葫蘆的改進(jìn)設(shè)計(jì)

易定秋　趙小林

摘 要：現(xiàn)有的電動(dòng)葫蘆在使用過(guò)程中，貨物超載不能自動(dòng)報(bào)警，為了更安全使用電動(dòng)葫蘆，安裝霍爾傳感器，貨物超重自動(dòng)報(bào)警，卸載超重貨物，保證安全。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)葫蘆;傳感器;超載;報(bào)警;安全

目前市場(chǎng)上有著各種各相的電動(dòng)葫蘆，它們都是用來(lái)提升重物的機(jī)械，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)自身社會(huì)安全保障的要求越來(lái)越高，為了安全使用電動(dòng)葫蘆，對(duì)電動(dòng)葫蘆進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要用到了傳感器知識(shí)，霍爾電流傳感器是一種可以用來(lái)測(cè)量電路電流的一種裝置。當(dāng)電動(dòng)葫蘆在吊運(yùn)重物的時(shí)候，可以用霍爾電流傳感器來(lái)檢測(cè)起升電動(dòng)機(jī)中的電流，當(dāng)電動(dòng)葫蘆超載時(shí)，電動(dòng)機(jī)中的電流會(huì)有明顯的增大，同時(shí)傳感器會(huì)及時(shí)的檢測(cè)到這種現(xiàn)象，并通過(guò)電鈴裝置發(fā)出報(bào)警聲，提醒操作人員應(yīng)及時(shí)的放下重物，減輕其重量后再吊運(yùn)。

一、電動(dòng)葫蘆使用現(xiàn)狀與生產(chǎn)

目前使用、生產(chǎn)的電動(dòng)葫蘆絕大多數(shù)是1963年聯(lián)合設(shè)計(jì)的CD/MD型，使用面廣的輕小型起重設(shè)備。此外還少量生產(chǎn)、使用AS型和TV型電動(dòng)葫蘆。電動(dòng)葫蘆是一種產(chǎn)量大，電動(dòng)葫蘆更新?lián)Q代慢，通用化水平不高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，投產(chǎn)上市速度慢，生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大。

設(shè)計(jì)手段上的落后和設(shè)計(jì)主導(dǎo)思想上的影響，使設(shè)計(jì)的電動(dòng)葫蘆沒(méi)有充分發(fā)揮其產(chǎn)品性能，電動(dòng)葫蘆是一種技術(shù)并不復(fù)雜，采用常規(guī)方法設(shè)計(jì)的起重設(shè)備。而設(shè)計(jì)中的失誤又造成極為嚴(yán)重的損失。一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品使用不當(dāng)或制造中的質(zhì)量問(wèn)題具有局部性和偶然性，通?？梢酝ㄟ^(guò)一定措施補(bǔ)救、修復(fù)或避免。而設(shè)計(jì)本身就存在問(wèn)題的話，將是根本的、全面的，常常在使用一定時(shí)間后才發(fā)現(xiàn)，因而造成了相當(dāng)大的損失，并難以采取補(bǔ)救措施。

二、電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

起升機(jī)構(gòu)的確定。電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)的卷筒裝置三個(gè)部件的排列有平行軸（下圖a）和同軸兩種排列方式。同軸又分為b，c兩種排列。目前國(guó)外多家公司用下圖c的排列方式。還有馬達(dá)、減速器，電動(dòng)機(jī)輸出軸端是齒輪，它與減速器齒輪嚙合。減速器輸出軸花鍵直接與卷筒連接，但各種起升機(jī)構(gòu)各有各的優(yōu)缺點(diǎn)。如下圖b的排列方式。

（1）上圖b的排列方式有利于模塊化設(shè)計(jì)。（2）減少了零部件。（3）減速器用斜齒輪傳動(dòng)，在載荷方向不變、齒輪傳動(dòng)屬脈動(dòng)循環(huán)的情況下，對(duì)電動(dòng)機(jī)除產(chǎn)生一個(gè)彈簧制動(dòng)的軸向力以外，還有一個(gè)載荷產(chǎn)生制動(dòng)的軸向力。它可以減小制動(dòng)彈簧的軸向力，對(duì)制動(dòng)瞬間的沖擊減小，電動(dòng)機(jī)軸受扭轉(zhuǎn)的沖擊也將減小，尤其表現(xiàn)在起吊輕載荷時(shí)，提高了電機(jī)軸的安全性。（4）用戶可以選擇任意起升高度的電動(dòng)葫蘆，它不再受連接傳動(dòng)的中間軸的限制。

在國(guó)內(nèi)使用的電動(dòng)葫蘆一般都采用了上圖b所示的排列方式。此種方式排列的起升機(jī)構(gòu)使得電動(dòng)葫蘆的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

三、霍爾電流傳感器的應(yīng)用

（一）電流傳感器的工作原理

其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理?；魻栯娏鱾鞲衅骺梢詼y(cè)量從直流電到幾十千赫茲的交流電，各種類型的電流。

（1）測(cè)量范圍IPmax。測(cè)量范圍指電流傳感器可測(cè)量的最大電流值，測(cè)量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN。

（2）電流傳感器的輸出信號(hào)。當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過(guò)電流傳感器時(shí)，原邊電流IP會(huì)產(chǎn)生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓，通過(guò)后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電流IS，電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流IS，它與輸入信號(hào)（原邊電流IP）成正比，IS一般很小，只有10～400mA。如果輸出電流經(jīng)過(guò)測(cè)量電阻RM，則可以得到一個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。

（3）電流傳感器供電電壓VA。VA指電流傳感器的供電電壓，它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過(guò)此范圍，傳感器不能正常工作或可靠性降低。另外，傳感器的供電電壓VA又分為正極供電電壓VA+和負(fù)極供電電壓VA-。要注意單相供電的傳感器，其供電電壓VAmin是雙相供電電壓VAmin的2倍，所以其測(cè)量范圍要高于雙相供電的傳感器。

（二）電流傳感器的主要特性參數(shù)

（1）偏移電流ISO。偏移電流也叫殘余電流或剩余電流，它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)，在25℃，IP=0時(shí)的情況下，偏移電流已調(diào)至最小，但傳感器在離開(kāi)生產(chǎn)線時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。產(chǎn)品技術(shù)文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。

（2）標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN和額定輸出電流ISN。IPN指電流傳感器所能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)額定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10～400mA，當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)具體可能會(huì)有所不同。

（三）傳感器的安裝方法和型號(hào)、結(jié)構(gòu)

霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)品標(biāo)簽一般由“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”和“生產(chǎn)日期”兩部分構(gòu)成?！皞鞲衅魃a(chǎn)日期”則是由8位數(shù)字構(gòu)成，表明傳感器的生產(chǎn)年月份、批次（一月中的第幾批產(chǎn)品）。“傳感器產(chǎn)品型號(hào)”用于標(biāo)明傳感器的型號(hào)、工作電源及接線指示、額定測(cè)量值，霍爾效應(yīng)傳感器產(chǎn)品很多，每種傳感器的尺寸大小、外形結(jié)構(gòu)等都有所不同。下面為幾種典型的外形結(jié)構(gòu)及安裝接線方法。

1.帶線電流傳感器

帶線電流傳感器則沒(méi)有一般傳感器都有正極（+）、負(fù)極（-）、測(cè)量端（M）及地（0）四個(gè)管腳，而是有紅、黑、黃、綠四根引線，分別對(duì)應(yīng)于正極、負(fù)極、測(cè)量端及大地。同時(shí)在大多傳感器中有一內(nèi)孔，測(cè)量原邊電流時(shí)要將導(dǎo)線穿過(guò)該內(nèi)孔?？讖酱笮∨c測(cè)量電流大小、產(chǎn)品型號(hào)有關(guān)系。不管是什么型號(hào)的電流傳感器，安裝時(shí)管腳的接線應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書(shū)所注情況進(jìn)行相應(yīng)連線。

（1）在測(cè)量直流電流時(shí)，可使用單極性或單相供電電源，即將正極或負(fù)極與“0V”端短接，從而形成只有一個(gè)電極相接的情況。

（2）在測(cè)量交流電時(shí)，必須強(qiáng)制使用雙極性供電電源。即傳感器的正極（+）接供電電源“+VA”端，負(fù)極接電源的“-VA”端，這種接法叫雙極性供電電源。同時(shí)測(cè)量端（M）通過(guò)電阻接電源“0 V”端（單指零磁通式）。

另外，安裝時(shí)必須全面考慮產(chǎn)品的安裝環(huán)境、量程范圍、型號(hào)、用途等。比如傳感器應(yīng)盡量安裝在利于散熱的場(chǎng)合。

2.HNC-025A電流傳感器

HNC-025A電流傳感器是一種量程很小的傳感器，所能測(cè)量的額定電流為5、6、8、12、25A。

（四）傳感器的抗干擾性

霍爾電流傳感器，利用了原邊導(dǎo)線的電磁場(chǎng)原理。下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場(chǎng)干擾：

（1）所使用的電流傳感器是否屏蔽;

（2）安裝傳感器所使用的材料有無(wú)磁性;

（3）外部導(dǎo)線與傳感器的距離、外部導(dǎo)線的形狀、位置和傳感器內(nèi)霍爾電極的位置;

（4）傳感器附近的外部電流大小及電流頻率是否變化。

為了盡量減小外部電磁場(chǎng)的干擾，最好按上述要求安裝傳感器。

（五）傳感器標(biāo)定

（1）保護(hù)性測(cè)試。①電源意外倒置測(cè)試。②測(cè)量電路短路。③測(cè)量電路開(kāi)路。（2）偏移電流ISO。（3）精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.11.

[2]劉愛(ài)國(guó)，安振木.起重機(jī)械安裝與維修實(shí)用技術(shù).鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2003.8.

[3]胡曉明.電氣控制及PLC.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.11.

[4]陳艾.敏感材料與傳感器.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.10.

[5]淺談霍爾傳感器.互聯(lián)網(wǎng)文檔資源，2017.

[6]陳登云，付維恭.電動(dòng)葫蘆起升機(jī)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì).機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，1999-09-30.

[7]魯光輝.霍爾電流傳感器的性能及應(yīng)用.四川文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2007-03-10.

作者簡(jiǎn)介：易定秋（1966-），湖南新寧人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：從事機(jī)電一體化教學(xué)與科研。