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      淺談傳感器的原理及在吊斗鏟的應(yīng)用

      2020-06-30 02:26:28
      中國金屬通報(bào) 2020年2期
      關(guān)鍵詞:液位編碼器元件

      王 凱

      (國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能集團(tuán)黑岱溝露天煤礦,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

      吊斗鏟是迄今為止建造的最大單斗挖掘機(jī)。邁步式吊斗鏟是世界上許多露天礦場使用的最主要挖掘工具。這些高效設(shè)備可全天候不間斷地工作,8750-65吊斗鏟容積為90m3。吊斗鏟每噸(或每公噸)材料挖掘成本極低、平均使用壽命長達(dá)40年,是行業(yè)內(nèi)效率最高的通用型設(shè)備。拋擲爆破加吊斗鏟工藝是露天煤礦開采中一種科學(xué)含量大、技術(shù)程度高、經(jīng)濟(jì)性明顯的采掘工藝,適宜在大型特大型礦山開采中使用,目前僅在世界上少數(shù)幾個(gè)國家推廣。本世紀(jì)初,神華準(zhǔn)能公司黑岱溝露天煤礦引進(jìn)全球首次推出無齒輪傳動工藝的新產(chǎn)品8750-65型吊斗鏟[1]。

      8750-65吊斗鏟用于礦巖倒堆,其工作條件非常惡劣,經(jīng)常出現(xiàn)過大的沖擊載荷,甚至堵轉(zhuǎn)。因此,吊斗鏟對電氣傳動保護(hù)系統(tǒng)就有較高的要求,而傳感器是吊斗鏟電氣系統(tǒng)中重要的保護(hù)無件。

      傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

      傳感器的特點(diǎn)包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展,讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。

      1 傳感器的組成

      傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成,如圖1所示。

      圖1 傳感器組成框圖

      敏感元件直接感受被測量,并輸出與被測量有確定關(guān)系的某一物理量信號的元件;轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號;變換電路負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

      有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,沒有轉(zhuǎn)換電路。也有些傳感器的轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè),要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。

      2 傳感器的分類

      目前,傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。由此可見,傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用是十分明顯的。相信不久的將來,傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個(gè)飛躍,達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。

      傳感器種類繁多、功能各異。由于同一被測量可用不同轉(zhuǎn)換原理實(shí)現(xiàn)探測,利用同一種物理法則、化學(xué)反應(yīng)或生物效應(yīng)可設(shè)計(jì)制作出檢測不同被測量的傳感器,而功能大同小異的同一類傳感器可用于不同的技術(shù)領(lǐng)域,故傳感器有不同的分類方法。但常用的分類方法有兩種,一種是按被測物理量來分;另一種是按傳感器的工作原理來分。吊斗鏟中使用的傳感器主要有溫度傳感器、液位傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、氣隙傳感器、速度傳感器、角度傳感器。

      3 傳感器在吊斗鏟的工作原理及應(yīng)用

      (1)溫度傳感器,是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。吊斗鏟溫度傳感器采用了PT100熱電阻型傳感器,主要用于測量繞組溫度、水溫、油溫、及空氣溫度,傳感器的接線方式采用了二線制、三線制、四線制,實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度,傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)進(jìn)行分析控制。

      測量繞組溫度主要用于電機(jī)繞組及軸承和變壓器繞組,設(shè)定范圍值是-200~150,這類傳感器嵌入繞組中,終身免維護(hù)且不可更換。水溫、油溫、及空氣溫度是插入式結(jié)構(gòu),水溫傳感器用于冷卻泵站、IGBT水冷循環(huán)系統(tǒng),設(shè)定范圍值是-30~60,空氣溫度傳感器用于監(jiān)測提升、回拉電機(jī)進(jìn)出品溫度,設(shè)定范圍值是-30~50,油溫傳感器用于變壓器油溫、液壓泵站油溫、回轉(zhuǎn)減速箱油溫、設(shè)定范圍值是-200~90,其中回轉(zhuǎn)減速箱溫度是操作人員在運(yùn)行中重點(diǎn)監(jiān)測部位,監(jiān)測結(jié)果與WinCC結(jié)果是否一致,一旦出現(xiàn)異常,及時(shí)停止運(yùn)行。

      (2)液位傳感器,是一種測量液位的傳感器。吊斗鏟主要應(yīng)用了浮球式液位傳感器和靜壓式液位傳感器。①浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成,一般磁性浮球的比重小于0.5,可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動,導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件,它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號,并將電子單元轉(zhuǎn)換成4mA~20mA或其它標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。吊斗鏟變壓器油位傳感器及回轉(zhuǎn)減速箱油位傳感器采用了此類型傳感器,此類傳感器安裝到液體容器的頂部。②靜壓式液位傳感器。該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作,它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號,再經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償,最后以4mA~20mA或0mA~10mA電流方式輸出。吊斗鏟水冷系統(tǒng)及液壓泵站采用了這類型傳感器,此類型傳感器安裝到液體容器的底部。

      (3)壓力傳感器,是能感受壓力信號,并能按照一定的規(guī)律將壓力信號轉(zhuǎn)換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。吊斗鏟壓力傳感器主要用于測量氣壓、水壓及油壓,控制各類泵的運(yùn)行及停止。

      水壓傳感器用于液壓泵站,液壓泵站冷卻泵啟動后監(jiān)測泵前壓力和泵后壓力,泵前壓力是0PSI~10PSI,泵后壓力是60PSI~70PSI,如果壓力超出此范圍,系統(tǒng)將會出現(xiàn)立即停機(jī)。

      油壓傳感器主要用潤滑系統(tǒng),潤滑系統(tǒng)是由PLC程序或手動控制,當(dāng)林肯泵啟動后,油管未端壓力在規(guī)定時(shí)間達(dá)到2500PSI,如果在規(guī)定時(shí)間未達(dá)到2500PSI或達(dá)到2500PSI林肯泵未停止,潤滑系統(tǒng)報(bào)警。

      (4)流量傳感器,是一種用于檢測液體、氣體等介質(zhì)的流量參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為其他形式的信號進(jìn)行輸出的一種檢測用儀器儀表。

      流量傳感器是主要用于變壓器油冷循環(huán)系統(tǒng),監(jiān)測變壓器油的循環(huán)的流量。除此之外,流量傳感器還可以監(jiān)測循環(huán)油泵的正反轉(zhuǎn),循環(huán)油泵是密封的,無法直接檢查正反轉(zhuǎn),可以將流量傳感器調(diào)整到最大位置時(shí),如果流量傳感器報(bào)故障,說明油冷循環(huán)泵接反。

      (5)氣隙傳感器,氣隙傳感器主要監(jiān)測高精度,高線性,高穩(wěn)定性非接觸式的電容測量傳感器系統(tǒng)。因其小巧的外形設(shè)計(jì),傳感器可以安裝在發(fā)電機(jī)或電動機(jī)的定子壁上,氣隙的范圍為5mm~50mm。這種非接觸式電容性傳感器采用容性測量原理,測量傳感器表面到目標(biāo)物體的距離。吊斗鏟氣隙傳感器是監(jiān)測提升、回拉電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的間隙。每臺電機(jī)安裝了8個(gè)氣隙,傳感器固定在電機(jī)定子內(nèi)側(cè),將信號傳送一傳感器的變送器,由變送器傳送到PLC系統(tǒng),提升、回拉電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的最小間隙為7mm,當(dāng)傳感器的數(shù)值小于7mm時(shí),系統(tǒng)將控制電機(jī)停止運(yùn)行,以保護(hù)電機(jī)。

      (6)速度傳感器,速度傳感器采用了測速編碼器,測速編碼器一般與軸相聯(lián),測速編碼器的脈沖量是固定的,在軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候,測速編碼器就會輸出脈沖,PLC或計(jì)數(shù)器收到脈沖,根據(jù)軸轉(zhuǎn)的速度不同時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)收到的脈沖總量是不一樣的,速度就表現(xiàn)在這里了,根據(jù)脈沖量與實(shí)際轉(zhuǎn)的長度就可以算了真實(shí)的速度m/min。

      測速編碼器用于提升、回拉、回轉(zhuǎn)、行走電機(jī),測量電機(jī)的實(shí)時(shí)速度,作為速度反饋的重要組成部分,測速電機(jī)監(jiān)測的速度反饋到SIBAS系統(tǒng),將反饋回的速度與給定的速度進(jìn)行比較,如果反饋速度與給定速度不一致時(shí),SIBAS給定電流增加,容易導(dǎo)致電機(jī)高溫或電機(jī)抖動。電機(jī)抖動現(xiàn)象是操作人員明顯感覺到一種現(xiàn)象,為維修人員提供故障處理的重要依據(jù)。

      (7)角度編碼器,是通過把機(jī)械角度物理量的轉(zhuǎn)變成電信號的一種裝置。

      吊斗鏟角度編碼器主用于提升、回拉系統(tǒng)和行走系統(tǒng)。提升、回拉系統(tǒng)測量角度轉(zhuǎn)化為直線距離,通過確定兩點(diǎn)之間的距離,主要用于提升、回拉限位的設(shè)定。行走系統(tǒng)測量行走靴的角度,通過一點(diǎn)確定,確定行走靴的位置,左右行走靴單獨(dú)測量,當(dāng)兩只行走靴的測量角度大于15度時(shí),行走系統(tǒng)停止工作。

      4 結(jié)語

      傳感器,在吊斗鏟這種大型設(shè)備中雖然是一個(gè)微小的元件,但它在吊斗鏟中的作用尤為重要,分布極其廣泛,吊斗鏟的正常運(yùn)行離不開傳感器的使用。為了確保吊斗鏟可以穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,必須嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程工作,制定詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃,定期檢查和維護(hù)各部傳感器的接線情況,清潔傳感器等,確保傳感器的正常工作。

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