CN112374363B - 一种卸船机大车防撞系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种卸船机大车防撞系统，包括控制器、电磁防撞组件、掺有预设元素的超导线圈，预设元素为第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合；控制器用于当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令，发送启动指令至电磁防撞组件；电磁防撞组件用于提供超导线圈所需的直流电流和工作气体，以使超导线圈形成磁场。超导线圈中掺有预设元素，从而在超导线圈中引入电子或空穴，改变超导线圈的载流子性质，引入有效钉扎中心，提升超导线圈的临界电流密度，使超导线圈形成磁场更强，与相邻的磁场方向相反的卸船机大车间产生更强的排斥力，加快停车速度，使卸船机大车防撞系统的安全性更高。

Description

一种卸船机大车防撞系统
技术领域
本申请涉及电磁技术领域，特别是涉及一种卸船机大车防撞系统。
背景技术
卸船机是利用连续输送机械制成能提升散粒物料的机头，或兼有自行取料能力，或配以取料、喂料装置，将散粒物料提出船舱并卸载到臂架或机架的机械。卸船机驾驶室位于主梁/悬臂的轨道上，离地面高达30-40米，受到驾驶室的设计和现场工作环境的限制，司机在驾驶室中约有240°的视野盲区，再加上监控不到位、天气等因素，卸船机大车在行走时极易发生碰撞。
为了防止卸船机大车发生碰撞而产生事故停机，可以采用电磁防撞技术在卸船机大车距离较近时使卸船机大车减速停车。目前电磁防撞技术中应用的超导线圈是铜氧超导线圈和铁基超导线圈，铜氧超导线圈和铁基超导线圈由于原料成本高、工艺复杂等原因，难以实现大规模应用，且产生的电磁排斥力不够大，导致卸船机大车减速停车的速度慢，防撞系统的安全性不高。
因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。
发明内容
本申请的目的是提供一种卸船机大车防撞系统，以提升卸船机大车的停车速度。
为解决上述技术问题，本申请提供一种卸船机大车防撞系统，包括：
控制器、电磁防撞组件、掺有预设元素的超导线圈，所述预设元素为第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合；
所述控制器用于当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令，发送启动指令至所述电磁防撞组件；
所述电磁防撞组件用于提供所述超导线圈所需的直流电流和工作气体，以使所述超导线圈形成磁场。
可选的，还包括：
位于预设区域的第一GPS接收机；
位于每个卸船机大车平台下的第二GPS接收机；
其中，所述第一GPS接收机用于发送所述第一GPS接收机的第一坐标至所述第二GPS接收机；
所述第二GPS接收机用于接收所述第一坐标，计算所述第二GPS接收机的第二坐标；根据所述第二坐标确定与相邻的卸船机大车的距离，并发送所述距离至所述控制器。
可选的，所述计算所述第二GPS接收机的第二坐标包括：
所述第二GPS接收机获取转换参数、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标、所述第二GPS接收机在大地坐标系中的坐标；
所述第二GPS接收机根据所述第一坐标、所述坐标、所述转换参数、所述第一预设已知坐标、所述第二预设已知坐标，确定所述第二坐标。
可选的，所述超导线圈为二硼化镁超导线圈。
可选的，所述二硼化镁超导线圈的包套材料为铜。
可选的，所述二硼化镁超导线圈由先位粉末装管工艺制得。
可选的，所述预设元素为镓。
可选的，所述预设元素的掺杂体积比为10％～25％，包括端点值。
可选的，所述二硼化镁超导线圈包括硅钢芯、掺有所述预设元素的二硼化镁超导线材和套管，且所述二硼化镁超导线材和所述套管之间具有宽度均匀的空隙。
可选的，所述电磁防撞组件包括整流器、大电流发生器、制冷机，其中，所述制冷机包括压缩机和膨胀机。
本申请所提供的一种卸船机大车防撞系统，包括控制器、电磁防撞组件、掺有预设元素的超导线圈，所述预设元素为第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合；所述控制器用于当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令，发送启动指令至所述电磁防撞组件；所述电磁防撞组件用于提供所述超导线圈所需的直流电流和工作气体，以使所述超导线圈形成磁场。
本申请中的卸船机大车防撞系统包括控制器、电磁防撞组件、掺有预设元素的超导线圈，当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令时，控制器发送启动指令至电磁防撞组件，使电磁防撞组件给超导线圈所需的直流电流和工作气体，进而使超导线圈形成磁场，由于超导线圈中掺有第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合的预设元素，预设元素的掺杂在超导线圈中引入电子或者空穴，改变超导线圈的载流子性质，引入有效钉扎中心，提升超导线圈的临界电流密度，从而使超导线圈形成的磁场更强，与相邻的磁场方向相反的卸船机大车之间产生更强的排斥力，提升卸船机大车的停车速度，使卸船机大车防撞系统的安全性更高。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种卸船机大车防撞系统的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的二硼化镁超导线圈的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
正如背景技术部分所述，目前电磁防撞技术中应用的超导线圈是铜氧超导线圈和铁基超导线圈由于原料成本高、工艺复杂等原因，难以实现大规模应用，且产生的电磁排斥力不够大，导致卸船机大车减速停车的速度慢，防撞系统的安全性不高。
有鉴于此，本申请提供一种卸船机大车防撞系统，请参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种卸船机大车防撞系统的结构示意图，该系统包括：
控制器1、电磁防撞组件2、掺有预设元素的超导线圈3，所述预设元素为第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合；
所述控制器1用于当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令，发送启动指令至所述电磁防撞组件2；
所述电磁防撞组件2用于提供所述超导线圈3所需的直流电流和工作气体，以使所述超导线圈3形成磁场。
第三主族金属元素有铝、镓、铟等，第四主族元素有碳、铅等，第一副族金属元素由银、铜等，预设元素可以为任一种或者任意组合。
所述电磁防撞组件2包括整流器、大电流发生器、制冷机，其中，所述制冷机包括压缩机和膨胀机。制冷机为G-M制冷机，是一种小型低温回热式气体制冷机，以氦气作为工作气，膨胀机的工作电源来自于压缩机，两者以金属软管相连并交换热量，通过绝热膨胀为超导线圈3持续提供稳定的冷源。
控制器1可以具体为可编程逻辑控制器1(Programmable Log ic Control ler，简称PLC)，PLC通过工业总线将启动指令发送至电磁防撞组件2。电磁防撞组件2通电，大电流发生器将电流升至6000A，经整流器后形成强直流电进入超导线圈3中，此时制冷机启动，氦气进入超导线圈3的氦气通路中形成低温超导环境，超导线圈3通电后形成强磁场。相邻卸船机大车的超导线圈3产生的磁场方向相反。
可以理解的是，防撞指令可以由卸船机司机或者其他操作人员输入。
需要说明的是，本申请中对预设距离阈值不做具体限定，视情况而定，例如1米、2米等。
本申请中的卸船机大车防撞系统包括控制器1、电磁防撞组件2、掺有预设元素的超导线圈3，当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令时，控制器1发送启动指令至电磁防撞组件2，使电磁防撞组件2给超导线圈3所需的直流电流和工作气体，进而使超导线圈3形成磁场，由于超导线圈3中掺有第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合的预设元素，预设元素的掺杂在超导线圈3中引入电子或者空穴，改变超导线圈3的载流子性质，引入有效钉扎中心，提升超导线圈3的临界电流密度，从而使超导线圈3形成的磁场更强，与相邻的磁场方向相反的卸船机大车之间产生更强的排斥力，提升卸船机大车的停车速度，使卸船机大车防撞系统的安全性更高。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，卸船机大车防撞系统还包括：
位于预设区域的第一GPS接收机；
位于每个卸船机大车平台下的第二GPS接收机；
其中，所述第一GPS接收机用于发送所述第一GPS接收机的第一坐标至所述第二GPS接收机；
所述第二GPS接收机用于接收所述第一坐标，计算所述第二GPS接收机的第二坐标；根据所述第二坐标确定与相邻的卸船机大车的距离，并发送所述距离至所述控制器1。
进一步地，所述计算所述第二GPS接收机的第二坐标包括：
所述第二GPS接收机获取转换参数、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标、所述第二GPS接收机在大地坐标系中的坐标；
所述第二GPS接收机根据所述第一坐标、所述坐标、所述转换参数、所述第一预设已知坐标、所述第二预设已知坐标，确定所述第二坐标。
需要说明的是，本申请中对预设区域不做具体限定，一般选择港口码头的开阔的区域。第一GPS接收机发送第一坐标至第二GPS接收机的作用是使第二GPS接收机计算自身的第二坐标，其中，第一GPS接收机将第一坐标以载波相位的方式发送给第二GPS接收机。
转换参数包括X平移量、Y平移量、Z平移量、X旋转量、Y旋转量、Z旋转量、尺度变化量K。第一坐标和第二坐标均为北京54坐标系中的坐标。本申请不对第一预设已知坐标、第二预设已知坐标进行具体限定，可自行选择坐标点。
第二GPS接收机在大地坐标系中的坐标由第二GPS接收机自己实时采集得到，当需要将大地坐标系中的坐标转换为北京54坐标系中的第二坐标时，根据转换参数、大地坐标系中的坐标、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标采用布尔沙模型进行转换即可得到。
需要指出的是，第一GPS接收机计算自身的第一坐标的过程与第二GPS接收机计算自己的第二坐标的过程相同，即，第一GPS接收机获取转换参数、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标、第一GPS接收机在大地坐标系中的坐标；第一GPS接收机根据第一GPS接收机在大地坐标系中的坐标、转换参数、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标，确定第一坐标。计算第一坐标和第二坐标时利用的第一预设已知坐标、第二预设已知坐标相同。
当第二GPS接收机计算到自身的第二坐标后，将自己的第二坐标发送至相邻的卸船机大车的第二GPS接收机，根据两个第二坐标即可计算相邻的卸船机大车的距离。例如，对于相邻的卸船机大车A和卸船机大车B，卸船机大车A上的第二GPS接收机计算出自己的第二坐标为(X1,Y1,Z1)，卸船机大车B上的第二GPS接收机计算出自己的第二坐标为(X2,Y2,Z2)，卸船机大车A上的第二GPS接收机和卸船机大车B上的第二GPS接收机将各自的第二坐标发给对方后，卸船机大车A上的第二GPS接收机和卸船机大车B上的第二GPS接收机利用D＝((X1-X2)2+(Y1-Y2)2+(Z1-Z2)2)1/2，计算出距离D，然后卸船机大车A上的第二GPS接收机和卸船机大车B上的第二GPS接收机将计算出的距离D发送给控制器1。不出差错时，控制器1接收到的卸船机大车A上的第二GPS接收机和卸船机大车B上的第二GPS接收机发送的距离是相等的，一旦出现相邻两个第二GPS接收机发送的距离不相等时，则请求人为干预。
本实施例中，卸船机大车防撞系统还包括位于预设区域的第一GPS接收机和位于每个卸船机大车平台下的第二GPS接收机，通过GPS差分定位技术和载波相位差分技术(RTK)确定两个相邻卸船机大车之间距离，相较于传统的激光测距、红外测距、雷达测距等方式，测距精度更高，可以达到厘米级，而且抗干扰能力强。
在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述超导线圈3为二硼化镁超导线圈3，所述二硼化镁超导线圈3包括硅钢芯4、掺有所述预设元素的二硼化镁超导线材5和套管6，且所述二硼化镁超导线材5和所述套管6之间具有宽度均匀的空隙，空隙用于注入液氮形成低温环境。二硼化镁超导线圈3的结构示意图如图2所示。
优选地，所述套管为聚乙烯套管，聚乙烯套管的绝热性能好。
二硼化镁超导线圈3采用二硼化镁为原材料，相比于传统的铜氧超导线圈3和铁基超导线圈的超导材料，来源广泛，制备工艺简单，临界温度更高，仅需要电制冷即可，成本更低。
优选地，所述二硼化镁超导线圈3的包套材料为铜，相较于铁和铌，铜的热导率高，具有良好的热导性和稳定性，可以很好地保护二硼化镁，且易于加工，成本更低。
所述二硼化镁超导线圈3由先位粉末装管工艺制得，先位粉末装管工艺采用冷加工，无需加热退火，工艺更为简单，降低了成本。同时也避免了高温条件下包套材料与二硼化镁MgB2反应，从而影响临界电流密度。因为MgB2是一种具有类似于陶瓷性质的硬脆材料，在制备成线带材的过程中，必须利用金属管作为外包套层，即包套，但是由于MgB2体系中各相的化学性质较为活泼，中间退火或最终成相热处理烧结时，体系中的Mg、B或MgB2，可能与金属包套层发生化学反应，在超导芯丝与包套材料间形成中间反应层，该反应层不仅减小超导线带材的有效横截面积，而且还使MgB2超导线带材的热稳定性问题更加突出，从而影响到其最终的临界电流密度。
具体以预设元素为镓为例进行说明，首先，将纯度为99.9％，粒度为350目的二硼化镁粉末在氩气氛围中过筛，筛子选用450目不锈钢筛，其次，在二硼化镁粉末中加入将纯度99.999％的液体镓，在行星式球磨机中进行研磨，以氩气作为保护气体，转速为500rpm，研磨时间为2h；最后将混合均匀的复合粉末装入铜管包套(650℃预先热处理1h，外径9.5mm，内径6.3mm)中，然后通过液压拉伸至直径为1mm。
优选地，所述预设元素为镓，掺入镓可以在超导线圈3引入更加有效的钉扎中心，显著提升超导线圈3的临界电流密度。
可选的，所述预设元素的掺杂体积比为10％～25％，包括端点值，优选地，掺杂体积比为20％。当在二硼化镁超导线圈3中掺入20％的镓时，超导线圈3的临界电流浓密度可达105A/cm2，为相同情况下掺银时的50倍。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本申请所提供的卸船机大车防撞系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种卸船机大车防撞系统，其特征在于，包括：
控制器、电磁防撞组件、掺有预设元素的超导线圈，所述预设元素为第三主族金属元素、第四主族元素、第一副族金属元素中的任一种或任意组合；
所述控制器用于当相邻卸船机大车的距离小于预设距离阈值时或者接收防撞指令，发送启动指令至所述电磁防撞组件；
所述电磁防撞组件用于提供所述超导线圈所需的直流电流和工作气体，以使所述超导线圈形成磁场；
其中，所述超导线圈为二硼化镁超导线圈，所述二硼化镁超导线圈包括硅钢芯、掺有所述预设元素的二硼化镁超导线材和套管，且所述二硼化镁超导线材和所述套管之间具有宽度均匀的空隙。
2.如权利要求1所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，还包括：
位于预设区域的第一GPS接收机；
位于每个卸船机大车平台下的第二GPS接收机；
其中，所述第一GPS接收机用于发送所述第一GPS接收机的第一坐标至所述第二GPS接收机；
所述第二GPS接收机用于接收所述第一坐标，计算所述第二GPS接收机的第二坐标；根据所述第二坐标确定与相邻的卸船机大车的距离，并发送所述距离至所述控制器。
3.如权利要求2所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述计算所述第二GPS接收机的第二坐标包括：
所述第二GPS接收机获取转换参数、第一预设已知坐标、第二预设已知坐标、所述第二GPS接收机在大地坐标系中的坐标；
所述第二GPS接收机根据所述第一坐标、所述坐标、所述转换参数、所述第一预设已知坐标、所述第二预设已知坐标，确定所述第二坐标。
4.如权利要求1所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述二硼化镁超导线圈的包套材料为铜。
5.如权利要求4所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述二硼化镁超导线圈由先位粉末装管工艺制得。
6.如权利要求5所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述预设元素为镓。
7.如权利要求6所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述预设元素的掺杂体积比为10％～25％，包括端点值。
8.如权利要求7所述的卸船机大车防撞系统，其特征在于，所述电磁防撞组件包括整流器、大电流发生器、制冷机，其中，所述制冷机包括压缩机和膨胀机。
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