電動葫蘆的改進設計

易定秋　趙小林

摘 要：現有的電動葫蘆在使用過程中，貨物超載不能自動報警，為了更安全使用電動葫蘆，安裝霍爾傳感器，貨物超重自動報警，卸載超重貨物，保證安全。

關鍵詞：電動葫蘆;傳感器;超載;報警;安全

目前市場上有著各種各相的電動葫蘆，它們都是用來提升重物的機械，隨著社會的不斷發展和進步，人們對自身社會安全保障的要求越來越高，為了安全使用電動葫蘆，對電動葫蘆進行改進設計，設計主要用到了傳感器知識，霍爾電流傳感器是一種可以用來測量電路電流的一種裝置。當電動葫蘆在吊運重物的時候，可以用霍爾電流傳感器來檢測起升電動機中的電流，當電動葫蘆超載時，電動機中的電流會有明顯的增大，同時傳感器會及時的檢測到這種現象，并通過電鈴裝置發出報警聲，提醒操作人員應及時的放下重物，減輕其重量后再吊運。

一、電動葫蘆使用現狀與生產

目前使用、生產的電動葫蘆絕大多數是1963年聯合設計的CD/MD型，使用面廣的輕小型起重設備。此外還少量生產、使用AS型和TV型電動葫蘆。電動葫蘆是一種產量大，電動葫蘆更新換代慢，通用化水平不高、開發周期長，投產上市速度慢，生產準備工作量大。

設計手段上的落后和設計主導思想上的影響，使設計的電動葫蘆沒有充分發揮其產品性能，電動葫蘆是一種技術并不復雜，采用常規方法設計的起重設備。而設計中的失誤又造成極為嚴重的損失。一般說來，產品使用不當或制造中的質量問題具有局部性和偶然性，通常可以通過一定措施補救、修復或避免。而設計本身就存在問題的話，將是根本的、全面的，常常在使用一定時間后才發現，因而造成了相當大的損失，并難以采取補救措施。

二、電動葫蘆起升機構的設計

起升機構的確定。電動葫蘆起升機構的卷筒裝置三個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。目前國外多家公司用下圖c的排列方式。還有馬達、減速器，電動機輸出軸端是齒輪，它與減速器齒輪嚙合。減速器輸出軸花鍵直接與卷筒連接，但各種起升機構各有各的優缺點。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計。（2）減少了零部件。（3）減速器用斜齒輪傳動，在載荷方向不變、齒輪傳動屬脈動循環的情況下，對電動機除產生一個彈簧制動的軸向力以外，還有一個載荷產生制動的軸向力。它可以減小制動彈簧的軸向力，對制動瞬間的沖擊減小，電動機軸受扭轉的沖擊也將減小，尤其表現在起吊輕載荷時，提高了電機軸的安全性。（4）用戶可以選擇任意起升高度的電動葫蘆，它不再受連接傳動的中間軸的限制。

在國內使用的電動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構使得電動葫蘆的結構更加緊湊。

三、霍爾電流傳感器的應用

（一）電流傳感器的工作原理

其所依據的工作原理主要是霍爾效應原理。霍爾電流傳感器可以測量從直流電到幾十千赫茲的交流電，各種類型的電流。

（1）測量范圍IPmax。測量范圍指電流傳感器可測量的最大電流值，測量范圍一般高于標準額定值IPN。

（2）電流傳感器的輸出信號。當原邊導線經過電流傳感器時，原邊電流IP會產生磁力線，原邊磁力線集中在磁芯氣隙周圍，內置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產生和原邊磁力線成正比的，大小僅為幾毫伏的感應電壓，通過后續電子電路可把這個微小的信號轉變成副邊電流IS，電流傳感器的輸出信號是副邊電流IS，它與輸入信號（原邊電流IP）成正比，IS一般很小，只有10～400mA。如果輸出電流經過測量電阻RM，則可以得到一個與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號。

（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定的范圍內。超過此范圍，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

（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算放大器工作狀態不穩造成的。電流傳感器在生產時，在25℃，IP=0時的情況下，偏移電流已調至最小，但傳感器在離開生產線時，都會產生一定大小的偏移電流。產品技術文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。

（2）標準額定值IPN和額定輸出電流ISN。IPN指電流傳感器所能測試的標準額定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小與傳感器產品的型號有關。ISN指電流傳感器額定輸出電流，一般為10～400mA，當然根據某些型號具體可能會有所不同。

（三）傳感器的安裝方法和型號、結構

霍爾效應傳感器產品標簽一般由“傳感器產品型號”和“生產日期”兩部分構成。“傳感器生產日期”則是由8位數字構成，表明傳感器的生產年月份、批次（一月中的第幾批產品）。“傳感器產品型號”用于標明傳感器的型號、工作電源及接線指示、額定測量值，霍爾效應傳感器產品很多，每種傳感器的尺寸大小、外形結構等都有所不同。下面為幾種典型的外形結構及安裝接線方法。

1.帶線電流傳感器

帶線電流傳感器則沒有一般傳感器都有正極（+）、負極（-）、測量端（M）及地（0）四個管腳，而是有紅、黑、黃、綠四根引線，分別對應于正極、負極、測量端及大地。同時在大多傳感器中有一內孔，測量原邊電流時要將導線穿過該內孔。孔徑大小與測量電流大小、產品型號有關系。不管是什么型號的電流傳感器，安裝時管腳的接線應根據說明書所注情況進行相應連線。

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

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

另外，安裝時必須全面考慮產品的安裝環境、量程范圍、型號、用途等。比如傳感器應盡量安裝在利于散熱的場合。

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，利用了原邊導線的電磁場原理。下列因素直接影響傳感器是否受外部電磁場干擾：

（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磁性;

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

（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的干擾，最好按上述要求安裝傳感器。

（五）傳感器標定

（1）保護性測試。①電源意外倒置測試。②測量電路短路。③測量電路開路。（2）偏移電流ISO。（3）精度。

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作者簡介：易定秋（1966-），湖南新寧人，研究員級高級工程師，研究方向：從事機電一體化教學與科研。