CN201567143U

CN201567143U - 宽厚板起重电磁铁

Info

Publication number: CN201567143U
Application number: CN2009203179802U
Authority: CN
Inventors: 雷国敖; 陈赐喜; 伍志湘
Original assignee: YUEYANG EAST THOR STANDARD ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: YUEYANG EAST THOR STANDARD ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-12-21

Abstract

本实用新型涉及起吊宽厚板的起重电磁铁。它由励磁线圈、导磁磁轭和电控系统组成的电磁铁，其特点是：励磁线圈和导磁磁轭组成独立的导磁单元，且至少由两个导磁单元组成电磁铁；所述的电磁铁外形为长方体结构，励磁线圈和导磁磁轭亦为长方形排列，周围用全密封钢板焊接，底部为吸吊工作面。本实用新型采用本方法设计的宽厚度起重电磁铁系统有如下优点：更加安全可靠，既保证厚而窄的钢板的吸吊，又能保证宽而薄的钢板吸吊；更加经济适用，采用这一技术设计出系统总重量可以减轻30％，因而可降低投资成本，具有一定的经济效益和社会效益；更加节能降耗，采用这一技术后，系统功率可降低25％，同时还可以降低起重设备的容量，从而运营成本可降低20％。

Description

宽厚板起重电磁铁

技术领域

本实用新型涉及起重电磁铁，特别指一种起吊宽厚板的起重电磁铁。

背景技术

宽厚钢板在国民经济和国防建设中具有极为重要的地位，然而在宽厚板起重技术的研究和应用方面，我国还处在起步阶段。宽厚板的特点是大而重。如外形尺寸13000mm×4900mm×50mm的钢板，其重量达25t。一般的钢材吊运，通常采用一个或几个电磁铁进行起重。但对宽厚板而言，需要几十个起重单元协同工作，而不是一堆电磁铁的简单组合，由此给电磁起重系统的设计带来一系列特殊问题，如电磁铁的布局合理性，成组电磁铁的选择与协同工作，需满足不同被吊物的磁力调节，系统安全防护与故障诊断等等。目前还未有较理想的宽厚板起重电磁铁。

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种可以精确调磁、耐高温、布局合理、安全可靠的宽厚板的起重电磁铁。

发明内容

本实用新型的技术方案是构造一种由励磁线圈、导磁磁轭和电控系统组成的电磁铁，其特点是：

励磁线圈和导磁磁轭组成独立的导磁单元，且至少由两个导磁单元组成电磁铁；

所述的电磁铁外形为长方体结构，励磁线圈和导磁磁轭亦为长方形排列，周围用全密封钢板焊接，底部为吸吊工作面。

所述的电磁铁系统有至少两台电磁铁构成吸吊组合，且每台电磁铁平行排列在被吸钢板上；

所述的电控系统包括PLC主控单元、变压器、可控整流模块和接触器，PLC主控单元连接可控整流模块实现电磁铁调磁，PLC控制接触器实现各吸盘通断电。

本实用新型的优点及有益效果：

采用本方法设计的宽厚度起重电磁铁系统有如下优点：

更加安全可靠，既保证厚而窄的钢板的吸吊，又能保证宽而薄的钢板吸吊；

更加经济适用，采用这一技术设计出系统总重量可以减轻30％，因而可降低投资成本，具有一定的经济效益和社会效益；

更加节能降耗，采用这一技术后，系统功率可降低25％，同时还可以降低起重设备的容量，从而运营成本可降低20％。

附图说明

图1是本实用新型主视图

图2是图1俯视图

图3是本实用新型主体结构图

图4是本实用新型使用结构参考图

图5是本实用新型的系统结构框图

具体实施方式

由图1至5可知，本实用新型由励磁线圈、导磁磁轭和电控系统组成，其特点是：

励磁线圈3和导磁磁轭4组成独立的导磁单元，且至少由两个导磁单元组成电磁铁；

所述的电磁铁外形为长方体结构，励磁线圈3和导磁磁轭4亦为长方形排列，周围用全密封钢板焊接，底部为吸吊工作面。

本实用新型所述的电磁铁分三个线圈3结构，中间线圈采用多的励磁安匝数，两边的线圈3采用少的励磁安匝数。本实用新型所述的电磁铁顶部设有出线装置2和吊挂链条1，且吊挂链条的吊耳上设有高度调节装置5。

本实用新型的工作原理和设计依据：

1、系统组成

起重电磁铁是以被吸物作为衔铁的一种直流电磁铁。将n台电磁铁通过电控系统有机地组合在一起，便形成了电磁起重系统。电磁起重系统的工作原理相对简单，工作时根据上层网络的指令，电控系统控制全部或部分电磁铁协同工作，达到吸放钢板的目的。

电磁起重系统由电磁铁、电控子系统和机械组件构成。如图5所示，电控主电路由PLC主控单元、变压器、可控整流模块和接触器组成。PLC主控单元通过控制可控整流模块实现电磁铁调磁，而各吸盘通断电选择由PLC控制接触器实现。由这些主电路构成调磁保磁控制屏和自动充电屏，加上免维护蓄电池组，构成了三位一体的电控子系统，该系统能自动切换、互为备用，能实现恒充、浮充、自动跟踪和自动调整。

2、系统设计的约束条件

电磁起重系统的设计包括总体设计和单元设计。总体设计包括目标分析与分解、总体布局设计、电控原理确定等；单元设计包括机械子系统的设计、电磁铁的设计、电控单元设计等。设计电磁起重系统时，除了满足技术指标的要求外，应重点考虑下述约束条件。

1)被吊物方面：①满足最大载荷要求(即电磁铁负载满足要求)；②钢板的最大、最小外形尺寸：长x宽x厚；③钢板的材质(不同的材质，其导磁率和饱和磁密不同影响吸力)；④钢板的温度(影响钢材的导磁率及饱和磁密，钢板的挠度增大)；⑤钢板的挠度；⑥钢板的表面质量、氧化层厚度。

2)起重系统本身：①电磁铁的自重；②安全系数＞2；③通电持续率60％；④系统的响应时间(吸放时间)＜3s；⑤电磁铁内部温升问题；⑥吊运偏心问题(对正问题)＜10％；⑦成组电磁铁的共平面问题；⑧长短挂梁的共用电控问题；⑨与挂梁的接口；⑩电控系统内部干扰问题；@长挂梁的伸缩问题；(11)起吊加速度及扰度突出边的动态压力问题。

3)环境方面：①环境温度；②外界干扰等。

4)其他方面：①突然断电、整流器故障；②某一个电磁铁出现故障，等。

3、电磁铁总体布局的原则

根据被吊钢板的参数确定电磁铁的总体布局，基本原则是：用最少的电磁铁个数，安全可靠地满足起重要求，并确保板材的变形量最小。为此电磁铁总体布局设计从下述3方面展开：①进行力学分析。对薄板而言，电磁铁的分布适宜布置在长板材的“爱里”点上；对厚板而言，电磁铁布置必须满足在布置间隔内对最重板的吸力要求。②分析国外同类产品的参数，如意大利TECNOMAGNETE公司、德国WALKER公司和美国STANVER公司的宽厚板电磁起重系统等。③用常规电磁铁作板材吸吊实验，通过实脸找出板材变形量与电磁铁分布间的规律。

综合上述3方面的结果，同时考虑到板材规格的变化，进而确定了电磁铁的总体分布。例如，对钢板(尺寸为：厚度5-50mm、宽度1.3～4.9m、长度6.0～45.0m)的起吊，当长短挂梁净起重量均为26t，其电磁铁的总体分布如图2所示，共采用17个电磁铁。

4、电磁铁的设计

1)专用电磁铁设计宽厚板的起重通常以单张进行。由于常规电磁铁的磁力特性是强烈非线性的，要从一叠钢板中可靠地吸吊起单张钢板，采用常规电磁铁是不适宜的，为此需要设计专用电磁铁。

额定载荷P的确定

P＝Wmax/n (1)

式中：Wmax为被吊钢板的最大重量；n为电磁铁的个数。

安全系数K的确定

K＝F/P (2)

式中F为单个电磁铁的电磁力。

电磁力F的计算(3)

F＝B²A/(2 μ 0) (3)

式中：F为电磁力(N)；B为工作气隙处的磁通密度(T)；A为有效吸附面积(m²)；μ0为真空中的磁导率(4πx10^-7H/m)。

根据式(1)、(2)，安全系数取2.5，就可以确定最大电磁力。根据式(3)，合理选择B值，就能确定A值，这样就对应确定了线圈芯的截面尺寸。

为确保电磁铁在高温下能正常工作，对电磁铁进行了耐高温设计。设计要点在于既要把内部线圈产生的电阻热散发出去，又要阻止外部钢板的热量传进来。所采取的措施有：采用耐高温的电磁线；增加导热绝缘层和外部传导热阻断层；采用防辐射隔热层；加大散热面积并设计了外部散热风道。

鉴于每次只吊运单张钢板，而钢板规格的变化范围很大，针对不同厚度的钢板，电磁铁需要输出不同的电磁力，因此需要对电磁铁进行无级调磁。为此，提出了“精确调磁”的概念，并开发了相应的技术。要实现无级精确调磁，对电磁铁而言，其关键是在保证足够透磁深度的情况下，电磁铁的磁力曲线FII要有较宽的线性范围[4]。对应图4所示钢板，满足钢板温度t＝600℃条件下，所设计的专用电磁铁采用多个线圈，全密封焊接式长方体钢板结构，基本参数为：外形尺寸2700mmx240mmx320mm、额定起重量6.5t、安全系数K＞2.5、工作电压为直流DC220V、防护等级IP54。这种电磁铁透磁深度相对较浅、线性好、重量轻、功率小。

2)电磁铁性能一致性为确保精确调磁、准确吸吊对应的钢板，要求成组电磁铁之间性能具有高度的一致性。对同一台吊车所用的电磁铁，经分析其电磁性能一致性要求为98％。

3)由于现场实际情况：厚度较厚时，板宽较窄，因为将起重电磁铁分三个线包设计，中间线圈采用更强的励磁安匝数，两边线圈采用较少的励磁安匝数，这样既保证起重电磁铁重量较轻，又保证起重电磁铁吸吊宽而薄钢板和厚而窄的钢板。

5、电控子系统设计

1)工作原理系统的程序控制采用西门子S7-200 PLC主控单元(CPU226)。CPU226通过DP接口模块EM277接到Profibus总线，与行车主PLC通讯。人机界面采用254mm触摸屏，采用SIMATICProTool组态软件进行组态，各控制功能在触摸屏上显示为菜单，只需简单触摸，即可完成控制；触摸屏通过通讯电缆联接到CPU226的MPI接口。为确保控制系统在掉电时保持正常工作，系统的程序控制部分采用UPS不间断电源供电。

调磁系统采用智能三相全控整流模块，将主电路与触发电路集成为一体。系统设有电压传感器和电流传感器，实时检测模块输出电压、电流，电压传感器和电流传感器输出通过A/D模块读人PLC。PLC将整流模块输出电流值与给定电流值进行比较，根据比较结果调整D/A输出。整个系统对工作电流闭环控制，控制精度高，确保电磁铁的吸力稳定，从而保证按设定方式吊运。调磁系统为逻辑无环流可逆系统，充磁时正组可控硅导通，电能正向馈人电磁铁；退磁时PLC首先控制正组整流模块移相至逆变状态，将电磁铁能量大部份回馈到电网；PLC检测电流值为0时，确认正组整流模块关断，再触发导通反组整流模块，对电磁铁反向去磁。系统取消了外接电阻器强制去磁的方式，充磁退磁快，退磁效果好，实现了无触点控制。

2)电磁铁选择控制PLC的输出通过接触器控制各电磁铁通断电，每个电磁铁分3段控制，并对各电磁铁的工作状态进行检测，发现故障立即报警。由于调流模块仅在吊运时输出电流，所有接触器都可以在主电路无电时由PLC控制其通断，接触器触点不易损坏，使用寿命长。

3)停电保磁系统采用免维护蓄电池作为备用电源，由自动充电屏对电池自动恒充、浮充，也可通过按钮手动控制主充、浮充。自动充电屏对电池欠电压、过电压自动检测、报警，根据检测结果实现浮充主充自动切换，并对电池定期活化放电。自动充电屏能自动限制充电电流，防止电流过大损坏蓄电池。系统自动跟踪主电源状态，保证在主电源断电时蓄电池自动投人使用。

4)系统保护电路电源进线采用过压自动脱扣断路器保护，变压器次级采用快速熔断器限流保护，吊运时若断路器脱扣或熔断器熔断，蓄电池自动投人工作，确保安全吊运，同时发出警报。

PLC通过电压传感器和电流传感器实时监测直流输出电压、电流，并与给定值进行比较，当偏离限定值过大时(过压或欠压)，PLC自动关断整流模块输出，并控制蓄电池自动投人工作。多个吸盘联用时，当某个电磁铁发生故障导致其电流异常上升时，断路器自动切断这个电磁铁的电源，避免连锁反应而影响其余电磁铁的工作，同时发出警报。整流模块有完善的阻容保护和防雷击防浪涌电压冲击的压敏电阻保护。

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种宽厚板起重电磁铁系统，由励磁线圈、导磁磁轭和电控系统组成，其特征在于：

励磁线圈(3)和导磁磁轭(4)组成独立的导磁单元，且至少由两个导磁单元组成电磁铁；

所述的电磁铁外形为长方体结构，励磁线圈(3)和导磁磁轭(4)亦为长方形排列，周围用全密封钢板焊接，底部为吸吊工作面。

2.根据权利要求1所述的宽厚板起重电磁铁，其特征在于所述的电磁铁分三个线圈(3)结构，中间线圈采用多的励磁安匝数，两边的线圈(3)采用少的励磁安匝数。

3.根据权利要求1所述的宽厚板起重电磁铁，其特征在于所述的电磁铁顶部设有出线装置(2)和吊挂链条(1)，且吊挂链条的吊耳上设有高度调节装置(5)。