專利名稱：寬厚板起重電磁鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及起重電磁鐵，特別指一種起吊寬厚板的起重電磁鐵。
背景技術(shù)：
寬厚鋼板在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中具有極為重要的地位，然而在寬厚板起重技術(shù)的研究和應(yīng)用方面，我國還處在起步階段。寬厚板的特點(diǎn)是大而重。如外形尺寸 13000mmX4900mmX50mm的鋼板，其重量達(dá)25t。一般的鋼材吊運(yùn)，通常采用一個(gè)或幾個(gè)電 磁鐵進(jìn)行起重。但對(duì)寬厚板而言，需要幾十個(gè)起重單元協(xié)同工作，而不是一堆電磁鐵的簡(jiǎn)單 組合，由此給電磁起重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來一系列特殊問題，如電磁鐵的布局合理性，成組電磁 鐵的選擇與協(xié)同工作，需滿足不同被吊物的磁力調(diào)節(jié)，系統(tǒng)安全防護(hù)與故障診斷等等。目前 還未有較理想的寬厚板起重電磁鐵。本實(shí)用新型的目的是針對(duì)背景技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問題加以改進(jìn)，提供一種可以 精確調(diào)磁、耐高溫、布局合理、安全可靠的寬厚板的起重電磁鐵。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)方案是構(gòu)造一種由勵(lì)磁線圈、導(dǎo)磁磁軛和電控系統(tǒng)組成的電磁 鐵，其特點(diǎn)是勵(lì)磁線圈和導(dǎo)磁磁軛組成獨(dú)立的導(dǎo)磁單元，且至少由兩個(gè)導(dǎo)磁單元組成電磁鐵；所述的電磁鐵外形為長方體結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈和導(dǎo)磁磁軛亦為長方形排列，周圍用 全密封鋼板焊接，底部為吸吊工作面。所述的電磁鐵系統(tǒng)有至少兩臺(tái)電磁鐵構(gòu)成吸吊組合，且每臺(tái)電磁鐵平行排列在被 吸鋼板上；所述的電控系統(tǒng)包括PLC主控單元、變壓器、可控整流模塊和接觸器，PLC主控單 元連接可控整流模塊實(shí)現(xiàn)電磁鐵調(diào)磁，PLC控制接觸器實(shí)現(xiàn)各吸盤通斷電。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果采用本方法設(shè)計(jì)的寬厚度起重電磁鐵系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)更加安全可靠，既保證厚而窄的鋼板的吸吊，又能保證寬而薄的鋼板吸吊；更加經(jīng)濟(jì)適用，采用這一技術(shù)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總重量可以減輕30%，因而可降低投資 成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；更加節(jié)能降耗，采用這一技術(shù)后，系統(tǒng)功率可降低25%，同時(shí)還可以降低起重設(shè)備 的容量，從而運(yùn)營成本可降低20%。

圖1是本實(shí)用新型主視圖圖2是圖1俯視圖圖3是本實(shí)用新型主體結(jié)構(gòu)圖圖4是本實(shí)用新型使用結(jié)構(gòu)參考圖圖5是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式由圖1至5可知，本實(shí)用新型由勵(lì)磁線圈、導(dǎo)磁磁軛和電控系統(tǒng)組成，其特點(diǎn)是勵(lì)磁線圈3和導(dǎo)磁磁軛4組成獨(dú)立的導(dǎo)磁單元，且至少由兩個(gè)導(dǎo)磁單元組成電磁 鐵；所述的電磁鐵外形為長方體結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈3和導(dǎo)磁磁軛4亦為長方形排列，周圍 用全密封鋼板焊接，底部為吸吊工作面。所述的電磁鐵系統(tǒng)有至少兩臺(tái)電磁鐵構(gòu)成吸吊組合，且每臺(tái)電磁鐵平行排列在被 吸鋼板上；所述的電控系統(tǒng)包括PLC主控單元、變壓器、可控整流模塊和接觸器，PLC主控單 元連接可控整流模塊實(shí)現(xiàn)電磁鐵調(diào)磁，PLC控制接觸器實(shí)現(xiàn)各吸盤通斷電。本實(shí)用新型所述的電磁鐵分三個(gè)線圈3結(jié)構(gòu)，中間線圈采用多的勵(lì)磁安匝數(shù)，兩 邊的線圈3采用少的勵(lì)磁安匝數(shù)。本實(shí)用新型所述的電磁鐵頂部設(shè)有出線裝置2和吊掛鏈 條1，且吊掛鏈條的吊耳上設(shè)有高度調(diào)節(jié)裝置5。本實(shí)用新型的工作原理和設(shè)計(jì)依據(jù)1、系統(tǒng)組成起重電磁鐵是以被吸物作為銜鐵的一種直流電磁鐵。將η臺(tái)電磁鐵通過電控系統(tǒng) 有機(jī)地組合在一起，便形成了電磁起重系統(tǒng)。電磁起重系統(tǒng)的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，工作時(shí)根 據(jù)上層網(wǎng)絡(luò)的指令，電控系統(tǒng)控制全部或部分電磁鐵協(xié)同工作，達(dá)到吸放鋼板的目的。電磁起重系統(tǒng)由電磁鐵、電控子系統(tǒng)和機(jī)械組件構(gòu)成。如圖5所示，電控主電路由 PLC主控單元、變壓器、可控整流模塊和接觸器組成。PLC主控單元通過控制可控整流模塊 實(shí)現(xiàn)電磁鐵調(diào)磁，而各吸盤通斷電選擇由PLC控制接觸器實(shí)現(xiàn)。由這些主電路構(gòu)成調(diào)磁保 磁控制屏和自動(dòng)充電屏，加上免維護(hù)蓄電池組，構(gòu)成了三位一體的電控子系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自 動(dòng)切換、互為備用，能實(shí)現(xiàn)恒充、浮充、自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)調(diào)整。2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的約束條件電磁起重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括總體設(shè)計(jì)和單元設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)包括目標(biāo)分析與分解、 總體布局設(shè)計(jì)、電控原理確定等；單元設(shè)計(jì)包括機(jī)械子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電磁鐵的設(shè)計(jì)、電控單 元設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)電磁起重系統(tǒng)時(shí)，除了滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，應(yīng)重點(diǎn)考慮下述約束條件。1)被吊物方面①滿足最大載荷要求(即電磁鐵負(fù)載滿足要求)；②鋼板的最大、 最小外形尺寸長X寬X厚；③鋼板的材質(zhì)(不同的材質(zhì)，其導(dǎo)磁率和飽和磁密不同影響吸 力)；④鋼板的溫度(影響鋼材的導(dǎo)磁率及飽和磁密，鋼板的撓度增大)；⑤鋼板的撓度；⑥ 鋼板的表面質(zhì)量、氧化層厚度。2)起重系統(tǒng)本身①電磁鐵的自重；②安全系數(shù)>2;③通電持續(xù)率60% ；④系 統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間(吸放時(shí)間)< 3s ；⑤電磁鐵內(nèi)部溫升問題；⑥吊運(yùn)偏心問題(對(duì)正問題) < 10% ；⑦成組電磁鐵的共平面問題；⑧長短掛梁的共用電控問題；⑨與掛梁的接口 ；⑩電 控系統(tǒng)內(nèi)部干擾問題；@長掛梁的伸縮問題；(11)起吊加速度及擾度突出邊的動(dòng)態(tài)壓力問題。3)環(huán)境方面①環(huán)境溫度；②外界干擾等。4)其他方面①突然斷電、整流器故障；②某一個(gè)電磁鐵出現(xiàn)故障，等。[0037]3、電磁鐵總體布局的原則 根據(jù)被吊鋼板的參數(shù)確定電磁鐵的總體布局，基本原則是用最少的電磁鐵個(gè)數(shù)， 安全可靠地滿足起重要求，并確保板材的變形量最小。為此電磁鐵總體布局設(shè)計(jì)從下述3 方面展開①進(jìn)行力學(xué)分析。對(duì)薄板而言，電磁鐵的分布適宜布置在長板材的“愛里”點(diǎn)上； 對(duì)厚板而言，電磁鐵布置必須滿足在布置間隔內(nèi)對(duì)最重板的吸力要求。②分析國外同類產(chǎn) 品的參數(shù)，如意大利TECN0MAGNETE公司、德國WALKER公司和美國STANVER公司的寬厚板電 磁起重系統(tǒng)等。③用常規(guī)電磁鐵作板材吸吊實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)臉找出板材變形量與電磁鐵分布 間的規(guī)律。綜合上述3方面的結(jié)果，同時(shí)考慮到板材規(guī)格的變化，進(jìn)而確定了電磁鐵的總體 分布。例如，對(duì)鋼板(尺寸為厚度5-50mm、寬度1.3 4. 9m、長度6.0 45. Om)的起吊， 當(dāng)長短掛梁凈起重量均為26t，其電磁鐵的總體分布如圖2所示，共采用17個(gè)電磁鐵。4、電磁鐵的設(shè)計(jì)1)專用電磁鐵設(shè)計(jì)寬厚板的起重通常以單張進(jìn)行。由于常規(guī)電磁鐵的磁力特性是 強(qiáng)烈非線性的，要從一疊鋼板中可靠地吸吊起單張鋼板，采用常規(guī)電磁鐵是不適宜的，為此 需要設(shè)計(jì)專用電磁鐵。額定載荷P的確定<formula>formula see original document page 5</formula>式中=Wmax為被吊鋼板的最大重量；η為電磁鐵的個(gè)數(shù)。安全系數(shù)K的確定<formula>formula see original document page 5</formula>式中F為單個(gè)電磁鐵的電磁力。電磁力F的計(jì)算(3)<formula>formula see original document page 5</formula>式中F為電磁力(N) ；B為工作氣隙處的磁通密度⑴；A為有效吸附面積(m2)； μ 0為真空中的磁導(dǎo)率(4 π xlO_7H/m)。根據(jù)式(1)、(2)，安全系數(shù)取2. 5，就可以確定最大電磁力。根據(jù)式(3)，合理選擇 B值，就能確定A值，這樣就對(duì)應(yīng)確定了線圈芯的截面尺寸。為確保電磁鐵在高溫下能正常工作，對(duì)電磁鐵進(jìn)行了耐高溫設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于 既要把內(nèi)部線圈產(chǎn)生的電阻熱散發(fā)出去，又要阻止外部鋼板的熱量傳進(jìn)來。所采取的措施 有采用耐高溫的電磁線；增加導(dǎo)熱絕緣層和外部傳導(dǎo)熱阻斷層；采用防輻射隔熱層；加大 散熱面積并設(shè)計(jì)了外部散熱風(fēng)道。鑒于每次只吊運(yùn)單張鋼板，而鋼板規(guī)格的變化范圍很大，針對(duì)不同厚度的鋼板，電 磁鐵需要輸出不同的電磁力，因此需要對(duì)電磁鐵進(jìn)行無級(jí)調(diào)磁。為此，提出了“精確調(diào)磁”的 概念，并開發(fā)了相應(yīng)的技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)無級(jí)精確調(diào)磁，對(duì)電磁鐵而言，其關(guān)鍵是在保證足夠透 磁深度的情況下，電磁鐵的磁力曲線FII要有較寬的線性范圍[4]。對(duì)應(yīng)圖4所示鋼板，滿 足鋼板溫度t = 600°C條件下，所設(shè)計(jì)的專用電磁鐵采用多個(gè)線圈，全密封焊接式長方體鋼 板結(jié)構(gòu)，基本參數(shù)為外形尺寸2700mmx240mmx320mm、額定起重量6. 5t、安全系數(shù)1( > 2. 5、 工作電壓為直流DC220V、防護(hù)等級(jí)IP54。這種電磁鐵透磁深度相對(duì)較淺、線性好、重量輕、 功率小。[0054]2)電磁鐵性能一致性為確保精確調(diào)磁、準(zhǔn)確吸吊對(duì)應(yīng)的鋼板，要求成組電磁鐵之 間性能具有高度的一致性。對(duì)同一臺(tái)吊車所用的電磁鐵，經(jīng)分析其電磁性能一致性要求為 98%。3)由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況厚度較厚時(shí)，板寬較窄，因?yàn)閷⑵鹬仉姶盆F分三個(gè)線包設(shè) 計(jì)，中間線圈采用更強(qiáng)的勵(lì)磁安匝數(shù)，兩邊線圈采用較少的勵(lì)磁安匝數(shù)，這樣既保證起重電 磁鐵重量較輕，又保證起重電磁鐵吸吊寬而薄鋼板和厚而窄的鋼板。5、電控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)1)工作原理系統(tǒng)的程序控制采用西門子S7-200 PLC主控單元(CPU226)。CPU226 通過DP接口模塊EM277接到Profibus總線，與行車主PLC通訊。人機(jī)界面采用254mm觸 摸屏，采用SIMATICProTool組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，各控制功能在觸摸屏上顯示為菜單，只需 簡(jiǎn)單觸摸，即可完成控制；觸摸屏通過通訊電纜聯(lián)接到CPU226的MPI接口。為確保控制系 統(tǒng)在掉電時(shí)保持正常工作，系統(tǒng)的程序控制部分采用UPS不間斷電源供電。調(diào)磁系統(tǒng)采用智能三相全控整流模塊，將主電路與觸發(fā)電路集成為一體。系統(tǒng)設(shè) 有電壓傳感器和電流傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊輸出電壓、電流，電壓傳感器和電流傳感器輸出 通過A/D模塊讀人PLC。PLC將整流模塊輸出電流值與給定電流值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果 調(diào)整D/A輸出。整個(gè)系統(tǒng)對(duì)工作電流閉環(huán)控制，控制精度高，確保電磁鐵的吸力穩(wěn)定，從而 保證按設(shè)定方式吊運(yùn)。調(diào)磁系統(tǒng)為邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)，充磁時(shí)正組可控硅導(dǎo)通，電能正向 饋人電磁鐵；退磁時(shí)PLC首先控制正組整流模塊移相至逆變狀態(tài)，將電磁鐵能量大部份回 饋到電網(wǎng)；PLC檢測(cè)電流值為O時(shí)，確認(rèn)正組整流模塊關(guān)斷，再觸發(fā)導(dǎo)通反組整流模塊，對(duì)電 磁鐵反向去磁。系統(tǒng)取消了外接電阻器強(qiáng)制去磁的方式，充磁退磁快，退磁效果好，實(shí)現(xiàn)了 無觸點(diǎn)控制。2)電磁鐵選擇控制PLC的輸出通過接觸器控制各電磁鐵通斷電，每個(gè)電磁鐵分3 段控制，并對(duì)各電磁鐵的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)故障立即報(bào)警。由于調(diào)流模塊僅在吊運(yùn)時(shí) 輸出電流，所有接觸器都可以在主電路無電時(shí)由PLC控制其通斷，接觸器觸點(diǎn)不易損壞，使 用壽命長。3)停電保磁系統(tǒng)采用免維護(hù)蓄電池作為備用電源，由自動(dòng)充電屏對(duì)電池自動(dòng)恒 充、浮充，也可通過按鈕手動(dòng)控制主充、浮充。自動(dòng)充電屏對(duì)電池欠電壓、過電壓自動(dòng)檢測(cè)、 報(bào)警，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)浮充主充自動(dòng)切換，并對(duì)電池定期活化放電。自動(dòng)充電屏能自動(dòng)限 制充電電流，防止電流過大損壞蓄電池。系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤主電源狀態(tài)，保證在主電源斷電時(shí)蓄 電池自動(dòng)投人使用。 4)系統(tǒng)保護(hù)電路電源進(jìn)線采用過壓自動(dòng)脫扣斷路器保護(hù)，變壓器次級(jí)采用快速熔 斷器限流保護(hù)，吊運(yùn)時(shí)若斷路器脫扣或熔斷器熔斷，蓄電池自動(dòng)投人工作，確保安全吊運(yùn)， 同時(shí)發(fā)出警報(bào)。PLC通過電壓傳感器和電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流輸出電壓、電流，并與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)偏離限定值過大時(shí)(過壓或欠壓)，PLC自動(dòng)關(guān)斷整流模塊輸出，并控制蓄電池自動(dòng) 投人工作。多個(gè)吸盤聯(lián)用時(shí)，當(dāng)某個(gè)電磁鐵發(fā)生故障導(dǎo)致其電流異常上升時(shí)，斷路器自動(dòng)切 斷這個(gè)電磁鐵的電源，避免連鎖反應(yīng)而影響其余電磁鐵的工作，同時(shí)發(fā)出警報(bào)。整流模塊有 完善的阻容保護(hù)和防雷擊防浪涌電壓沖擊的壓敏電阻保護(hù)。本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求一種寬厚板起重電磁鐵系統(tǒng)，由勵(lì)磁線圈、導(dǎo)磁磁軛和電控系統(tǒng)組成，其特征在于勵(lì)磁線圈(3)和導(dǎo)磁磁軛(4)組成獨(dú)立的導(dǎo)磁單元，且至少由兩個(gè)導(dǎo)磁單元組成電磁鐵；所述的電磁鐵外形為長方體結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈(3)和導(dǎo)磁磁軛(4)亦為長方形排列，周圍用全密封鋼板焊接，底部為吸吊工作面。所述的電磁鐵系統(tǒng)有至少兩臺(tái)電磁鐵構(gòu)成吸吊組合，且每臺(tái)電磁鐵平行排列在被吸鋼板上；所述的電控系統(tǒng)包括PLC主控單元、變壓器、可控整流模塊和接觸器，PLC主控單元連接可控整流模塊實(shí)現(xiàn)電磁鐵調(diào)磁，PLC控制接觸器實(shí)現(xiàn)各吸盤通斷電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬厚板起重電磁鐵，其特征在于所述的電磁鐵分三個(gè)線圈 (3)結(jié)構(gòu)，中間線圈采用多的勵(lì)磁安匝數(shù)，兩邊的線圈(3)采用少的勵(lì)磁安匝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬厚板起重電磁鐵，其特征在于所述的電磁鐵頂部設(shè)有出線 裝置(2)和吊掛鏈條(1)，且吊掛鏈條的吊耳上設(shè)有高度調(diào)節(jié)裝置(5)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及起吊寬厚板的起重電磁鐵。它由勵(lì)磁線圈、導(dǎo)磁磁軛和電控系統(tǒng)組成的電磁鐵，其特點(diǎn)是勵(lì)磁線圈和導(dǎo)磁磁軛組成獨(dú)立的導(dǎo)磁單元，且至少由兩個(gè)導(dǎo)磁單元組成電磁鐵；所述的電磁鐵外形為長方體結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈和導(dǎo)磁磁軛亦為長方形排列，周圍用全密封鋼板焊接，底部為吸吊工作面。本實(shí)用新型采用本方法設(shè)計(jì)的寬厚度起重電磁鐵系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)更加安全可靠，既保證厚而窄的鋼板的吸吊，又能保證寬而薄的鋼板吸吊；更加經(jīng)濟(jì)適用，采用這一技術(shù)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總重量可以減輕30％，因而可降低投資成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；更加節(jié)能降耗，采用這一技術(shù)后，系統(tǒng)功率可降低25％，同時(shí)還可以降低起重設(shè)備的容量，從而運(yùn)營成本可降低20％。
文檔編號(hào)B66C1/06GK201567143SQ200920317980
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者伍志湘, 陳賜喜, 雷國敖 申請(qǐng)人:岳陽東方雷神標(biāo)準(zhǔn)電器有限公司