起重設備高電壓安全保護裝置的製作方法

2023-06-02 01:58:31 1

專利名稱：起重設備高電壓安全保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於起重設備安全技術領域，特別涉及起重設備與高壓線路接觸導致的觸電事故的防治技術。
隨著我國國民經濟的快速發展，起重設備的使用也越來越頻繁，起重設備在國家的建設中起著重要作用，另一方面，起重設備的安全運行也越來越受到人們的重視，尤其是起重設備直接與高壓線路的接觸事故的防治更令人關注。因為此類事故可以危及有關人員的生命安全以及供電的可靠性，從而造成大面積的停電事故，給國家和人民的生活造成極大的損失。
目前有關起重設備的高壓安全保護裝置種類很多，因大多採用電磁波探頭，該探頭被置於起重臂的前端，當起重臂靠近高壓線時，電探頭接收高壓線發射的電磁波，從而實現報警等功能，這種產品有如下一些缺點(1)電磁兼容性差，一方面其它設備的電磁幹擾可能會引起誤報警，另一方面，這些保護裝置有可能干擾別的設備；(2)單一探頭不能做到起重設備的全方位保護，欲想多方位保護起重設備不與高電壓線路接觸，則需要多個探頭，增加了費用；(3)探頭置於起重臂前端，不便於供電，目前採用電池供電，這種供電方式存在事故隱患，當電池得不到及時更換時，會造成漏報或不報事故(4)探頭(內含電子電路)露天安裝，遭受日曬雨淋，會減低工作可靠性和使用壽命。
本實用新型的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種起重設備全方位的高電壓安全保護裝置，其主要特點是抗幹擾能力強，可靠性高LED顯示、直觀可見；整體結構簡單，安裝方便，無需對現有起重機進行任何改造。能在環境比較複雜、幹擾比較大的環境中使用，是一個真正安全可靠的監控裝置。
本實用新型提出一種起重設備高電壓安全保護裝置，其特徵在於，包括布置於起重設備吊臂及其它部位的傳感線，組裝在一盒體內與所說的傳感線相連的由放大、濾波電路，整流、濾波電路，比較報警電路，停機繼電保護電路，以及自檢電路和顯示器所組成的信號處理單元。其中，傳感線與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與整流、濾波電路的輸入端相連，整流、濾波電路的輸出端與比較報警電路、停機繼電保護電路相連。自檢電路連接於整流、濾波電路的輸出端與比較報警電路、停機繼電保護電路的輸入 端之間，顯示器的輸入端與整流、濾波電路的輸出端相連。
所說的傳感線可為一根或一根以上的細鋼線。
本實用新型的工作原理為高壓線與大地間有空間電容，當傳感線擱在電力線的附近，通過空間電容傳感應能得到原始信號Ui。設有一物體M放置在一條電力線附近，設電力線電壓為U1，則物體M的電荷與電位關係式為Q＝U1C0+(U1-U1)C1而物體對地來說可以認為是絕緣體Q＝0，所以
而C0＞＞C1則
式中，C1為高壓線到物體M的空間電容，C0為物體M與地之間的空間電容。
U1隨物體M離電力線距離而變，距離越近Ui越大，反之越小。當吊臂靠近高電壓線路時，傳感線上得到高壓線號和幹擾信號疊加後的原始信號Ui，通過放大器把原始信號幅值加大，通過濾波器把幹擾信號去掉，得到接近於工頻的交流信號；再通過整流、濾波得到直流信號再通過比較器來控制報警，通過繼電器來實行對起重設備控制停機，同時還可顯示直流信號的電壓值。
本實用新型的起重設備高電壓安全保護裝置綜合利用空間電容感應技術、濾波檢波技術和繼電保護技術，實現高電壓的檢測，準確地報警和停機，使得起重設備能夠安全運行。避免起重設備與高電壓線路的接觸而導致的觸電身亡及停電事故。防止起重臂碰撞高壓線造成的觸電傷亡事故的發生。其突出設計特點有(1)全方位保護傳感線遍布整個吊臂，能保護吊臂的任何一點，達到全方位的保護目的。吊車在工作時，吊臂上升過程會與高壓線靠近，另外，當吊車的吊臂水平運動時，吊臂也會靠近高壓線，本實用新型的傳感線均能給出信號。當吊臂上升及水平運動距離S≤規程規定距離時，則發出報警聲或控制停機。
(2)較強的抗幹擾性能起重設備的工作環境是很複雜的，幹擾源很多，如高電壓放電，電焊機的電弧放電，無軌電車的接觸打火，電源中的脈衝波，還有像汽車啟動點火等都可能給起重設備安全保護裝置帶來幹擾。本實用新型採用了帶通濾波電路濾掉幹擾源對所需信號的影響。使得在工頻下電場感應的Ui滿足條件，在其他低頻和高頻下感應的電壓都不會使保護裝置報警、停機。
(3)報警和強行停機為了避免吊車觸電事故，當吊車與高壓線之間的距離比較接近安全規定距離時，應給吊車司機報警信號。因為吊車司機工作時，注意力幾乎都集中在被吊物件上，無法兼顧吊車臂周圍環境情況，因此當吊車臂與高壓線路接近時，本裝置能發出刺耳的警告聲以引起司機的注意。另外，如果吊車司機還抱有僥倖心理時，還能發出強行停機的信號，致使吊車自動停止運轉，以避免事故的發生。
(4)直觀性強為了讓吊車操作者能判斷裝置本身工作狀態和起重設備附近有無高電壓線路，引起注意，本裝置除隨時帶有報警、停機指示燈外，還有LED顯示，顯示的是直流比較信號電壓，每臺保護裝置都有固定報警、停機值，吊車操作者可根據電壓顯示值而判斷高處環境，具有直觀可見性。
(5)帶有自檢功能本實用新型的自檢電路可用來檢驗保護裝置的重要部分是否失效，避免保護裝置壞了，吊車操作者還以為是好的，從而發生事故。吊車操作者在使用前先按自檢按鈕，自檢一次，好的才用，避免因保護裝置失靈而發生的故事。
附圖簡要說明

圖1為本實用新型的實施例的外型結構示意圖。
圖2為本實用新型的實施例的電路原理示意圖。
以下結合附圖詳細說明本實用新型的一個實施例的組成及工作原理。
本實施例的外型結構為一長方形盒體，如圖1所示，其前面板安裝有電源開關1，自檢開關2，報警指示燈3，停機指示燈4，LED顯示器5，其後面板安裝有保險6及接線柱7。其中電源開關在保險(FUSE)的後面自檢開關K固定端與LM311的輸入端連接，一端與電位器W的中間抽頭連接，一端與整流電流的輸出端連接報警指示燈 一端並在電源塊DC-DC(12V)的一端，一端在三極體BG1的C極連接停機指示燈一端並在電源塊DC-DC(12V)的一端，一端與三極體BG2的C極連接；保險座 串接在電源開關K後。
本實施例包括布置於起重設備吊臂及其它部位的傳感線，組裝在一盒體內的與所說的傳感線相連的由放大、濾波電路，整流、濾波電路，比較報警電路，停機繼電保護電路，自檢電路及顯示器所組成的信號處理單元，如圖2所示。其中，傳感線與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與整流、濾波電路的輸入端相連，整流、濾波電路的輸出端通過自檢電路與比較報警電路、停機繼電保護電路相連，顯示器的輸入端與整流、濾波電路的輸出端相連。
該信號處理單元的工作過程為傳感信號從傳感線直接引入到放大電路的輸入端，經過放大後傳送給濾波電路的輸入端，濾波後再送到整流電路整流，整流後的直流信號通過開關K與比較電路進行比較，當直流信號大於預先設定的報警比較電壓時，報警電路就導通，報警當直流信號大於預先設定的停機比較電壓時，停機繼電保護電路起動，從而作為整流裝置的輸出控制。
信號單元的各部分組成詳細說明如下本實施例的傳感線(如圖中虛線框I所示)是安裝在吊臂上的，由於吊臂是可伸縮的，主要的用一個卷揚器把傳感線捲起來。卷揚器固定在固定臂的最前端，傳感線一頭與固定臂平行固定後再與信號處理單元的輸入端相連另一頭固定在伸縮臂的最前端，傳感線幾乎與吊臂平行，平行距離不能超過5釐米。當吊臂伸出時，傳感線也隨著拉長，當吊臂縮回時，卷揚器把傳感線捲起來，而不至於傳感線垂下來妨礙吊車正常工作。
吊車有不同的型號，吊臂的長短也不一，根據吊臂的長短來衡量傳感線的長短和卷揚器的個數。當吊臂太長時，可以分段來安裝卷揚器，一個可伸臂裝一個卷揚器，從而保證吊車的正常運行。
由於吊臂是經常來回伸縮，而傳感線也要跟隨伸縮，從耐磨、耐用的角度來考慮，本實施例用細鋼線來做傳感線，直徑為2毫米。鋼線是有回覆力的，把鋼線做成一個蛇盤形，拉長後，它自己已經帶來回卷力，加上卷揚器作用後，更能保證吊臂縮回時，傳感線也捲起來，不會妨礙吊車正常工作。
與固定臂平行的傳感線製成一根直線就可以了，全部傳感線必須與吊臂和吊車絕緣。
當傳感線擱在電力線的附近，通過空間電容傳感應能得到原始信號Ui。
因得到的輸入電壓Ui很小，故加一功放，把U1放大，放大電路是由晶片AD620及外圍電路構成(如圖虛線框II所示)。
又因空氣中含有各種幹擾電磁波，尤其是高頻電磁波，故在工頻電場下感應的正弦波有很多高、低頻成份，並有很多毛刺，這樣將會淹沒待提取後的輸入信號，造成系統無法獲得被測信號，因而要設計一個可靠的濾波電路，由OP07晶片及其外圍電路構成(如圖虛線框III所示)。在設計過程中，採用了較為理想的帶通濾波電路，中心頻率是工頻50Hz，頻率可取在30Hz～115Hz之間，這樣就達到了本實用新型的要求。
濾波後再將出來的平滑正弦波經整流濾波後，濾成一穩定平滑的直流電壓，整流濾波器電路由W005整流橋和電解電容構成(如圖中虛線框圖IV所示)。
通過晶片LM311、蜂鳴器F及外圍電路構成一個比較報警電路(如圖中虛線框圖V所示)，利用分壓原理得到一個LM311的基準電壓，當LM311的輸入電壓高於基準電壓時，保護裝置就自動報警，從而達到了自動發出警告聲的示危險。
本裝置還帶有停機繼電保護電路，由晶片LM311、繼電器J及外圍電路構成(如圖中虛線框圖VI所示)，起到一個自動強行停機的作用，避免發生事故。
由於本裝置是一個安全保護裝置，事關重大，故帶有一個自檢電路，能對後面的重要電路(比較報警電路和停機繼電保護電路)進行檢測，由一個電位器W及開關K組成(如圖中虛線框圖VII所示)。自檢電路通過電位器分壓原理從中間抽頭引出通過開關K與比較器的輸入端連接，此電壓值均比設定的比較電壓大，當開關K接通時，開關K自動斷開整流電路輸出端與LM311的連接，比較報警電路，停機繼電保護電路起動。
晶片及其其它外圍電路都需要電源，故本實施例直接用DC-DC轉換把汽車電源24V轉換成所需的±12V和5V，5V電源用來供給數碼顯示器，±12V電源供給每個晶片及其外圍電路(如圖中虛線框圖VIII所示)。數碼管是用3位半的，量程為10.0V，工作電壓為5V。
本實施例的安裝方法為本裝置盒體安裝在操作室內任意便於操作人員觀察的位置，用螺釘緊固。根據所標的連線，傳感線連接到輸入端的「+」接線柱，輸入端的「-」接線柱接地或懸空；輸出端串聯到汽車熄火的電磁閥。
傳感器裡的傳感線一頭與保護裝置的輸入端連接，一頭固定在吊臂的最前端，傳感線與吊臂平行。保護裝置的電源端直接與汽車的電源並聯。
本實施例基本性能參數根據吊車作業的國家安全標準GB6067-85調節裝置的報警距離、停機距離如下表所示
工作電壓24v可直接從汽車電瓶得到。
使用環境溫度-20～+50。
報警停機響應時間小於0.8秒。
權利要求1.一種起重設備高電壓安全保護裝置，其特徵在於，包括布置於起重設備吊臂及其它部位的傳感線，組裝在一盒體內與所說的傳感線相連的由放大、濾波電路，整流、濾波電路，比較報警電路，停機繼電保護電路所組成的信號處理單元其中，傳感線與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連，濾波電路的輸出端與整流、濾波電路的輸入端相連，整流、濾波電路的輸出端與比較報警電路、停機繼電保護電路相連。
2.如權利要求1所述的起重設備高電壓安全保護裝置，其特徵在於，所說的信號處理單元還包括自檢電路及顯示器，其中，自檢電路連接於整流、濾波電路的輸出端與比較報警電路、停機繼電保護電路的輸入 端之間，顯示器的輸入端與整流、濾波電路的輸出端相連。
3.如權利要求1所述的起重設備高電壓安全保護裝置，其特徵在於，所說的傳感線為一根或一根以上的細鋼線。
專利摘要本實用新型屬於起重設備安全技術領域,包括布置於起重設備吊臂及其它部位的傳感線,組裝在一盒體內與傳感線相連的信號處理單元。其中,傳感線與放大電路的輸入端相連,放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端相連,濾波電路的輸出端與整流、濾波電路的輸入端相連,整流、濾波電路的輸出端與比較報警電路、停機繼電保護電路相連。本裝置抗幹擾能力強,可靠性高;結構簡單,安裝方便,是一個安全可靠的監控裝置。
文檔編號B66C15/00GK2387090SQ9920062
公開日2000年7月12日 申請日期1999年1月15日 優先權日1999年1月15日
發明者肖如泉, 宗竹芝, 盛新富, 閻興旺, 李偉光 申請人:清華大學, 北京市常青市政工程公司安達分公司