起重机械起升机构的安全保护装置设计

【摘 要】起重机是现代工业生产中不可缺少的设备,被广泛应用于各种物料的起重、装卸以及安装中,对工业生产具有重要的作用.然而,起重机在应用的过程中时常发生安全事故,严重影响工作人员的生命安全.为此,本文首先阐述安全保护装置的相关知识,重点探讨起重机械起升机构的安全保护装置的设计.

【关 键 词】起重机械；起升机构；安全保护装置；设计

随着现代工业的发展,起重机械在工业生产领域应用的范围越来越广.在生产过程中,被提升的重物以及作业人员的安全,均取决于起升机构的安全性以及可靠性,在起升机构中制动器装置是重要器件的重要组成部分.起重机在工作过程中偶然会发生安全事故,大多数情况可能是由于制动器的频繁使用,使得制动效果不良,进而出现安全事故.为此,应设计一种安全保护装置.通过安全保护装置,记录起重机械制动器的制动过程,分析记录数据,得出制动器的性能参数,进而指导实践.

一、安全保护装置的相关概述

所谓安全保护装置是指在非正常情况下,能够确保起重机安全运行并且防止安全事故的发生.到目前为止,起重机最为常用的安全防护装置有缓冲器、防偏斜指示装置、各类限位器、起重力矩限制器等.其中限位器是起重机装置中不可缺少的一种器件,才生产中有回转角度限位器、下降深度限位器以及起升高度限位器等.

制动器也是起重机起升机构的重要组成部分,对其运行机构具有重要的作用.若吊运熔断金属或者出现故障之后,其出现的危险也是比较多的.并且起重机的起升机构也会遭受到严重损伤,在每一套驱动系统中,必须存在两套独立工作的制动器,确保其安全.

二、安全保护装置的设计

起重机起升结构的安全保护装置系统由信号输入、信号输出以及微控制器主芯片等部分组成,信号输入部分主要用于检测起升结构的各种数据,由转速传感器以及信号调理电路等；信号输出则用于起升机构的各种数据的输出以及可编程的信号输出,显示制动时间、运行温度以及速度参数等.对于数据显示部分能够显示制动时间、运行速度参数以及电机温度等；对于通信部分则主要是无线通信,用于布线较为困难的条件下.通过计算机能够将保护装置的保护极限参数以及其他相关参数通过图表的形式展现出来,最终对制动器进行全面的诊断,该设计具有模块化的特点.

1.软件设计

安全保护装置软件的设计主要包括系统主程序、转速测子程序、无线通信驱动子程序、开关量检测子程序以及模拟量检测子程序等.其中模拟量检测是通过程序设置微控器内置的AD转换器以及UAIT来实现的；转速测子程序也是通过程序设置微控制器的定时器来实现的.在该设计方案中采用RTU,计算机只需要通过RTU以及ASCII与安全保护装置进行通信,负责设置工作的安全保护极限参数,将记录到安全保护极限参数上传到计算机中,然后对数据进行整理以及分析,得出准确的结论.

2.硬件设计

安全保护装置的硬件设计分为制动器的设计、微控制器的设计、转速传感器电路的设计以及其他设计等.

1）制动器的设计

制动器作为起重机械动力驱动的起升机构重要组成部分,每套驱动系统中,必须存在i一套完整的工作制动器,加上电动葫芦是起升机吊运熔断金属起重机的重要方式.制动器的设计上需要满足一下几方面要求：一方面,当起重机额定起重量不超过5吨时,电动葫芦不仅要将制动器设置出来,同时还应在低速级上也设置全制动器；另一方面,若起重机额定起重超过5吨时,电动葫芦在此基础上,需要将工作制动器单独设置；当工作制动器不能正常运转,额定载荷能够得到设计要求,使其具备较高的可靠性以及合理性.

2）微控制器的设计

对于安全保护装置的微控制器的设计,本次微控制器的主芯片采用美国德州仪器公司生产的微控制器,该主芯片有32位的C28x内核,具有指令长度更短,执行更有效的特点.同时能够在单个时钟周期内完成32位数据乘法.超快速的中断结构以及相应,最终使系统保护以及功能效更为有效.由于具有32位的定时器,定时范围能够从1微秒到几十分钟,在不计算计时变量的前提下,能够实现安全保护装置要求的时间计数.该主芯片在芯片的扩展以及通信方面下具有三个模块功能,分别为：SPI、I2CSCI,同时阻止代码的读出.最后,该芯片能够很好的支持C编程,C编程的程序执行效率以及完成该功能的程序效率之比为1.1：1,由此表明,该程序具有较高的可维护性以及可读性,兼具开发以及维护速度快的优点.

3）转速传感器电路的设计

一般情况下,转速传感器电路的设计采用光电编码器,它是集光、机与电技术于一体的数字化传感器,该编码器的输出信号为A、B以及Z三种信号,其信号图如下图1所示.在该图中,A、B相位的差呈现九十度的方波信号,Z为过零脉冲信号.当光电编码每旋转一周时,A、B相位所输出的脉冲量相同,通过计算Z相所输出的脉冲,能够得出电机在实际运行中的速度,通过该速度进而计算出脉冲的个数,最终得出制动距离.最后,为了提高该转速传感器的定位精度,采用四倍频方法对收集到的信号进行处理,通过计算以及判断,得出相应的转速以及起重机起升结构的制动距离.

4）其他设计

对于通信部分电路的设计则利用微控制器的主芯片,向外提供UART以及SCT通信接口,通过各种装置实现数据以及参数的传输,实现较好的扩展性.对于电动机温度传感器经过信号调理电路将微弱的电信号转变为标准的5-20mA电流,通过该电流信号达到保护的目的.

三、结束语

综上所述,起重机起升机构的安全保护装置的设计关系到工作人员的生命安全,通过该保护装置实现起升电机温度、起升机构运行速度的监测等功能,最终提高起重机械在运行过程中的安全性以及可靠性,在今后的工业生产中,应不断进行研究,探索可靠以及安全保护装置.