CN104993453B - 一种机械传动故障检测保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械传动故障检测保护器，包括保护器外壳，安装在所述保护器外壳内部、且印刷有电子控制电路的PCB印刷电路板，安装在所述保护器外壳外壁底部的保护器底座，以及安装在所述保护器外壳外壁、且与电子控制电路配合连接的保护器控制组件。本发明所述机械传动故障检测保护器，可以克服现有技术中故障率高、维护难度大和安全性差等缺陷，以实现故障率低、维护难度小和安全性好的优点。

Description

一种机械传动故障检测保护器

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体地，涉及一种机械传动故障检测保护器。

背景技术

目前，在机械设备控制中，一般都是采用空气开关与热继电器来作为对电动机的过载保护，空气开关与热继电器因为有灵敏度低、延迟系数大、可靠性低等缺点，导致相当部分输送设备在发生输送带打滑、链条断裂、机械卡堵等故障时，因得不到及时保护而致电动机烧毁，输送带摩擦发热加剧甚至引发火灾，斗式提升机内输送带因摩擦发热所引发的粉尘爆炸等事故时有发生，给设备运行和生产人员带来极大的不安全因素。

其次，在工业控制实际应用中，传统和类似的一些保护装置由于缺乏状态保护锁定和明了的故障指示、报警功能，在发生保护时常常因为未能及时发现并采取措施而使故障范围扩大，给设备和生产造成一系列巨大的安全隐患和损失。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在故障率高、维护难度大和安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种机械传动故障检测保护器，以实现故障率低、维护难度小和安全性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机械传动故障检测保护器，包括保护器外壳，安装在所述保护器外壳内部、且印刷有电子控制电路的PCB印刷电路板，安装在所述保护器外壳外壁底部的保护器底座，以及安装在所述保护器外壳外壁、且与电子控制电路配合连接的保护器控制组件。

本发明各实施例的机械传动故障检测保护器，由于包括保护器外壳，安装在保护器外壳内部、且印刷有电子控制电路的PCB印刷电路板，安装在保护器外壳外壁底部的保护器底座，以及安装在保护器外壳外壁、且与电子控制电路配合连接的保护器控制组件；从而可以克服现有技术中故障率高、维护难度大和安全性差的缺陷，以实现故障率低、维护难度小和安全性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明机械传动故障检测保护器的电路原理示意图；

图2为本发明机械传动故障检测保护器的PCB印刷板顶、底层元件布局、布线合并图；

图3为本发明机械传动故障检测保护器的PCB顶层印刷板元件布局、布线图；

图4为本发明机械传动故障检测保护器的PCB底层印刷板元件布局、布线图；

图5为本发明机械传动故障检测保护器的电路工作流程方框图；

图6为本发明机械传动故障检测保护器中转速检测传感器与被保护设备从动轴承/座的俯视图。

图7为本发明机械传动故障检测保护器中转速检测传感器与被保护设备从动轴承/座的剖面图；

图8为本发明机械传动故障检测保护器中被保护机械设备电气控制电路与保护器的典型接线图；

图9为本发明机械传动故障检测保护器中保护器底座的俯视图；

图10为本发明机械传动故障检测保护器中保护器底座的侧视图；

图11为本发明机械传动故障检测保护器中保护器外壳的侧视图；

图12为本发明机械传动故障检测保护器中保护器控制面板的结构示意图。

在图2-图4中，D4、D5、D2、D3、D6晶体二极管符号处的字母表示晶体二极管的极性标识，A表示正极，C表示负极。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-转速检测偏心块；2-轴承座(即从动轮传动轴承座)；3-轴承座固定孔；4-轴承；5-转速检测传感器安装支架固定孔；6-转速检测传感器安装支架(即固定支架)；7-转速传感器输出引线孔；8-转速传感器固定螺母；9-转速检测传感器；10-传动轴(即从动轮传动轴)；11-被保护机械设备电气控制电路与保护器典型接线图；12-保护器底座；13-交流接触器KM常闭触点；14-复位按钮；15-故障指示灯；16-运行指示灯；17-转速设定旋钮(即面板转速设定旋钮)；18-保护器外壳(即绝缘塑料壳体)；19-控制面板(即保护器控制面板)；20-声音报警蜂鸣器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为克服现有的空气开关与热继电器因为有灵敏度低、延迟系数大和传统及类似的一些保护装置缺乏状态保护锁定和故障指示、报警功能，不能及时提示故障的发生等缺点，本发明提供一种在饲料、粮食、糖业、矿山等行业生产线设备上的斗式提升机、链式括板机、皮带输送机等设施从动轮的失速及物理性机械卡堵等故障检测与保护的新装置。在所属技术领域中的输送设备发生故障时，对机械设备和电动机提供瞬时保护，使设备操作人员能及时查找和判断到故障位置，便于及时采取措施恢复设备正常运行。

根据本发明实施例，如图1-图12所示，提供了一种机械传动故障检测保护器。该机械传动故障检测保护器，具体为应用于饲料、粮食、糖业、矿山及各行业等生产线设备中的斗式提升机、链式刮板机、皮带输送机从动轮位置的失速检测与机械卡堵等故障保护的新装置。

本发明的机械传动故障检测保护器，通过转速检测传感器与本保护器相配合，将被保护设备的转速转换为脉冲信号与本保护器内部电路参考脉冲振荡频率相比较，在被控设备转速低于额定转速5～10％及发生机械卡堵故障时，能瞬时有效的断开被保护设备电气控制回路，并使被保护设备电气控制回路锁定在保护状态和发出声光报警。提供了对机械设备、电动机安全运行有效保护的同时又便于操作人员和维修人员及时了解故障所在设备与位置，避免故障范围扩大、减少故障损失、缩短故障排除时间一套行之有效的技术解决方案。

本发明的机械传动故障检测保护器，额定工作电压220VAC，额定转速检测范围2.6～266转/分钟。

本发明的机械传动故障检测保护器，有一块双面PCB印刷板，含全部元件布局、布线方式，参见图2-图4；图5所阐明电路结构方框图中的全部模块。该机械传动故障检测保护器，有可根据不同设备需要进行转速检测设定的设定装置。该机械传动故障检测保护器，有故障状态保持功能和实质上的复位按钮。该机械传动故障检测保护器，发生机械故障时，发出声光报警和有实质上的LED发光二极管及蜂鸣器，由本图8中所述底座接线方式，面板图11、图12的布置设计方式。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明采用一个二线常开型电感式接近开关或是一个二线常开型霍尔接近开关作为转速检测传感器相配套，转速检测传感器工作电压范围6～12VDC，有效传输距离可达200米。

本发明由CMOS集成电路U1四与非门CD4011，U214级二进制串行计数/分频器CD4060，U3双D触发器CD4013(本例电路中设计为RS触发器)及图1中全部电子元件组成，共由电源、转速检测、光电隔离、RC直流电平隔离、反相器/脉冲门、待机控制、参考脉冲计数与分频器、参考脉冲振荡器、转速设定、RS触发器/状态保持、复位及保护解除、驱动电路、状态指示及声光报警、输出继电器几大部分搭建成为完整的控制流程，详见图5。其工作原理详见图1：由转速检测传感器发送来的转速脉冲经限流电阻、杂波干扰吸收电容C1、转速检测传感器漏电流分流电阻R2加到光电耦合器U4输入端进行光电转换，经光电转换后的转速脉冲通过光电耦合器U4输出端输出(高电平有效)，经由R3、C2、R4组成的RC直流电平隔离回路加到与非门U1A的1、2脚进行反相，反相后的脉冲经与非门U1A 3脚加到与非门U1B(脉冲门)的5脚，由于有由KM、R5、C3、U5、R6、C5构成的待机控制电路，当被控设备尚未开机时，交流接触器常闭辅助触点KM处于闭合状态，高电平经由KM加到光电耦合器U5输入端，光电耦合器U5输出对地导通，将与非门U1B 6脚拉至低电平，使由与非门U1B 5脚来的转速脉冲无法通过，同时与非门U1B 4脚输出端输出高电平给U2的R端使之复位，计数器清零且由与U2内部门电路相连的9、10、11脚与R7、R8、W1、C5组成的参考脉冲振荡器使用无效，从而使保护器处于待机锁定状态。

当被控设备开机时，交流接触器常闭辅助触点KM断开，光电耦合器U5输入端为低电平，输出端截止，与非门U1B 6脚因上拉电阻R6的作用被拉至高电平使脉冲门解除封锁，参考脉冲振荡器起振，U2开始脉冲计数。

当每个转速脉冲上升沿到来时与非门U1B 4脚输出的高电平均能使U2R端复位一次，参考脉冲振荡器重新工作并被计数，如此反复。

例如，当转速脉冲频率高于参考脉冲频率时，由于转速脉冲的复位作用使U2未能达到1024次计数即被复位，因此Q10端无输出，电路处于运行监控状态中。

当每分钟转速脉冲频率低于每分钟参考脉冲频率时，由于参考脉冲在每分钟转速脉冲尚未到来之前已达到1024次分频计数，则U2Q10端输出高电平，将U3S端置“1”，RS触发器翻转，U3Q端输出高电平并保持，晶体管Q1、Q2导通分别使继电器吸合和蜂鸣器发出声音报警，切断被保护设备电气控制回路使之释放，电路工作于保护状态。由与非门U1C 8、9、10脚和R9、C6构成上电复位电路，S1为手动复位按钮，按下S1可以使U3R端置“1”解除保护。

本发明中参考脉冲振荡频率由公式2.2(W1+R8)C5决定，对参考脉冲的频率按设置可采用2的10分频或2的12分频，对应的分频系数分别等于1024或4096，用一个3脚排针切换。例如本实施例中3脚排针J9的跳线帽插到2、3时，对应的参考脉冲计数为2的10分频。当W1＝1MΩ,R8＝10KΩ,C5＝0.01μ时，震荡频率为45Hz，经1024次分频后的频率＝0.044Hz，0.044*60＝2.64，即得到每分钟最低转速，当W1＝1MΩ,R8＝10KΩ,C5＝0.01μ时，震荡频率为4551.2Hz，经1024次分频后的频率＝4.44Hz，4.44*60＝266，即得到每分钟最高转速，由此相应得到的转速保护范围≈2.6～266转/分钟。调节转速设定电位器W1和改变C5容量、3脚插针帽1、2或2、3的位置均可以根据不同被保护设备要求来改变转速范围的设定。

本发明的有益效果是：

⑴本发明在被保护的设备发生堵机、输送带打滑、断裂等故障或低于额定转速5～10％时能瞬时提供保护。

⑵本发明具有状态保持和声光报警功能，便于操作和维修人员及时了解故障所在设备，及时采取抢救措施。在避免故障程度进一步恶化方面取得了最佳实施效果。

⑶本发明的实验样品在本请求书递交前，已在本公司生产设备上进行一个多月的实验性运行并至今，从整个试运行使用过程来看，具有在工业强干扰环境下运行稳定可靠，保护动作灵敏，完全达到设计效果。

⑷本发明具有电路结构简单、造价低廉、安装维护方便及易于推广等特点。

⑸本发明并不仅限于上述实施方式，也可广泛应用于任何场合下电动机堵、停转保护。

具体地，本实施例提供的一种机械设备传动故障检测保护器，其包括一套电子控制电路，参见图1。1块PCB印刷电路板，参见图2-图4，及所有元件布局、布线方式，安装于绝缘塑料壳体18内，与保护器底座12相配合为本保护器整体。

参见图6、图7，转速检测偏心块1视转速检测传感器类型的不同可选用金属材料或磁性材料，如电感式接近开关可采用金属材料，如霍尔式接近开关则采用磁性材料，固定于从动轮传动轴10图示位置上。转速检测传感器9安装于从动轮传动轴承座2旁的固定支架6上，转速检测传感器9与转速检测偏心块1之间距离调整为6～8mm。参见图8-图10，保护器底座12用宽度为35mm的导轨安装于被保护设备电气控制回路的交流接触器KM旁。转速检测传感器输出引线7用2芯导线或屏蔽线线按+、-极性分别连接至保护器底座12的J2+、J1-接线端子上。交流接触器KM常闭触点13接线至保护器底座12的J2、J3接线端子上。断开被保护设备电气控制回路中FR与QF之间的连线，从保护器底座12的J4、J6接线端子引线分别串联至上述FR与QF之间连线断开处。参见图12，保护器控制面板19采用背面为不干胶的PVC薄膜制作，于各相应位置印刷相应字体和刻度，运行指示灯16为绿色φ3mmLED发光二极管，故障指示灯15为红色φ3mmLED发光二极管，PVC薄膜面板19在运行、故障指示灯相应位置上开透明窗，其余部位底色为浅灰色，复位按钮14位置处开φ3.5mm孔，报警声蜂鸣器位置处开φ3mm孔。

调试步骤：本发明使用时，先启动被保护设备电气控制回路，顺时针调节面板转速设定旋钮17直至本保护器发生保护动作，此处为保护临界点，再逆时针调节面板转速设定旋钮17至控制面板19刻度上大约1个刻度位置，按下控制面板19上复位按钮14解除保护，再次启动被保护设备即可正常使用。

在轴承座2的四周，开设有4个轴承座固定孔3，轴承4安装在轴承座2上。在转速检测传感器安装支架6的顶部中心位置、以及底部左右两侧，分别设有一个转速检测传感器安装支架固定孔5。转速检测传感器9通过转速传感器固定螺母，固定安装在转速检测传感器安装支架6上。在保护器控制面板19上，还设有声音报警蜂鸣器。

在上述实施例中，利用电容C2两端的电压不能突变的原理，在被控设备正常运行时，电容C2随转速脉冲高低电平的转换而不断进行着充放电过程，在被保护设备发生故障停转时，由于电容C2的充放电停止，电容C2无电流流过，即保证了转速脉冲的正常输出又能保证被控设备发生故障时的低电平输出。

在上述实施例中，本发明电路中U1D空闲不用，U3B空闲不用。

在上述实施例中，本发明控制面板所标示刻度不代表实际转速，仅作为转速设定时的定位参考用途，实际转速的设定以实施例中所述调试步骤为准。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机械传动故障检测保护器，其特征在于，包括保护器外壳，安装在所述保护器外壳内部、且印刷有电子控制电路的PCB印刷电路板，安装在所述保护器外壳外壁底部的保护器底座，以及安装在所述保护器外壳外壁、且与电子控制电路配合连接的保护器控制组件；所述电子控制电路，包括电源，分别与所述电源连接、且依次连接的转速检测传感器、隔离模块、脉冲模块、驱动电路和继电器，以及与所述驱动电路连接的状态声光报警模块；所述脉冲模块，包括依次连接在隔离模块与驱动电路之间的反相器脉冲门、参考脉冲计数分频器和触发器状态保持，以及依次连接至所述参考脉冲计数分频器的转速设定和参考脉冲振荡器；

所述隔离模块，包括依次连接在转速检测传感器与脉冲模块之间的光电隔离器和RC直流电平隔离器；

所述脉冲模块，还包括与所述反相器脉冲门连接的待机控制电路；

由转速检测传感器发送来的转速脉冲经限流电阻、杂波干扰吸收电容C1、转速检测传感器漏电流分流电阻R2加到光电耦合器U4输入端进行光电转换，经光电转换后的转速脉冲通过光电耦合器U4输出端输出，输出端高电平有效，经由电阻R3、电容C2、电阻R4组成的RC直流电平隔离器加到与非门U1A的1、2脚进行反相，反相后的脉冲经与非门U1A 3脚加到与非门U1B的5脚，由于有交流接触器常闭辅助触点KM、电阻R5、电容C3、光电耦合器U5、电阻R6、电容C4构成的待机控制电路，当被控设备尚未开机时，交流接触器常闭辅助触点KM处于闭合状态，高电平经由交流接触器常闭辅助触点KM加到光电耦合器U5输入端，光电耦合器U5输出对地导通，将与非门U1B 6脚拉至低电平，使由与非门U1B 5脚来的转速脉冲无法通过，同时与非门U1B 4脚输出端输出高电平给串行计数/分频器U2的R端使之复位，计数器清零且由与串行计数/分频器U2内部门电路相连的9、10、11脚与电阻R7、电阻R8、调节转速设定电位器W1、电容C5组成的参考脉冲振荡器使用无效，从而使保护器处于待机锁定状态；

当被控设备开机时，交流接触器常闭辅助触点KM断开，光电耦合器U5输入端为低电平，输出端截止，与非门U1B 6脚因上拉电阻R6的作用被拉至高电平使反相器脉冲门解除封锁，参考脉冲振荡器起振，串行计数/分频器U2开始脉冲计数；

当每个转速脉冲上升沿到来时与非门U1B 4脚输出的高电平均能使串行计数/分频器U2R端复位一次，参考脉冲振荡器重新工作并被计数，如此反复。

2.根据权利要求1所述的机械传动故障检测保护器，其特征在于，所述脉冲模块，还包括与所述触发器状态保持连接的复位保护解除电路。

3.根据权利要求1所述的机械传动故障检测保护器，其特征在于，所述保护器控制组件，包括控制面板，以及分别安装在所述控制面板的外表面、且与电子控制电路配合连接的复位按钮、故障指示灯、运行指示灯、转速设定旋钮和声音报警蜂鸣器。

4.根据权利要求1所述的机械传动故障检测保护器，其特征在于，所述保护器底座，至少包括对称式固定安装在保护器壳体外壁底部的多个支腿。