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編碼器在工程機械行業的應用

--Hengstler重載編碼器

供稿:工控網 2012/10/31 16:34:57

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  • 關鍵詞: 編碼器 工程機械
  • 摘要:現代工程機械主要依靠液壓系統來控制和驅動,而電子和控制技術在許多應用中僅扮演次要角色。但其在安全相關和駕駛員輔助等方面已開始嶄露頭角:傳感器,如編碼器或電位器等已經越來越廣泛地為控制單元提供位置、角度及速度數據。

  現代工程機械主要依靠液壓系統來控制和驅動,而電子和控制技術在許多應用中僅扮演次要角色。但其在安全相關和駕駛員輔助等方面已開始嶄露頭角:傳感器,如編碼器或電位器等已經越來越廣泛地為控制單元提供位置、角度及速度數據。

  這一應用領域對傳感器的要求極其苛刻。戶外工作會碰到各種天氣條件,如極端的溫度波動和泥土、灰塵和液體的影響。這些都會對傳感器的堅固性和防護等級提出很高的要求,而Hengstler最新系列重載編碼器正是基于這些要求而設計的。
 


  編碼器在工程機械應用中起到定位、角度、速度及長度測量的作用。它們提高駕駛員工作的便捷性,承擔提高生產率的重任,例如起重設備負載直接到點定位或限制工作區域以防止碰撞。此外,它們也可實現安全相關的功能,在機器進入緊急狀況后向駕駛員發出警告信號。典型例子有導致起重設備(起重機、挖掘機)傾斜的過載報警。

  在農林機械應用中也是如此。從農業播種速度控制直到樹干自動化測量,編碼器通過自動化控制在很多應用過程中極大地減輕工作量。隨著衛星控制系統的使用,在農業中提高生產率的自動化過程變得越來越精密。最終各個領域都要用到特種型號的編碼器,例如鐵路維護、砂輪定位、采礦和鉆探技術(鉆探速度控制)以及大件物體運輸設備(決定每個輪子的轉向位置)。

  總之,工程機械編碼器可在極其苛刻的條件下提供位置、偏角及速度的可靠反饋。Hengstler制造的堅固編碼器系列產品以技術先進而著稱,完全無滑動接觸,確保了高可靠性和長壽命。最值得一提的是,其可編程絕對式編碼器與其他技術的產品相比無需反復調節。例如,電位計的正常功能及精度可能會受到溫度波動及磨損的不良影響。另外,編碼器可實現全360度掃描,這樣可以獲得單圈甚至多圈的精確反饋。多圈型產品能夠在任何時候,包括電壓下降甚至完全斷電后精確地讀出圈數。

移動起重設備中的編碼器,如液壓挖掘機和移動式起重機
   如前面提及,編碼器適用于各種各樣的工程設備。讓我們以現場提升機械(如起重機和液壓挖掘機)為例解釋一下它們的用途吧!首先,機械制造商有多個理由需要使用性能可靠的傳感器:符合安全生產或道路交通車輛注冊的法規要求是首要指標;另一個指標是提高日常工作的生產率。

導致起重設備底盤不穩的過載警告
  根據有關事故預防的德國規范(VBG40),起重機和液壓挖掘機都需要配有一個過載警告裝置。一旦發生過載就要給駕駛員一個警告信號。對于液壓挖掘機,這可通過使用一個測量元件來確定懸臂(挺桿)液壓缸內部工作壓力并在超過預定壓力時向駕駛員發送一個警告信號來實施。該功能可采用編碼器,甚至輔以向控制系統提供反饋。通過確定挖掘機臂各轉軸的偏角和上下車身之間的回轉環位置,即可計算出挖掘機鏟斗或起重機懸梁的最大允許負載。每個位置合適的負載力矩可通過軟件輸入,這樣便可通過警告信號或電機控制接口協助駕駛員工作。

 

圖1:帶有過載警告的液壓挖掘機

限制工作區域以防止碰撞

  施工作業通常需在限定的區域內執行,比如靠近高架輸電線、幾臺起重機可能相互妨礙的工地或位于行人區域內。起重設備如液壓挖掘機可能會受建筑物天花板高度限制,而移動式起重機在鐵路裝運站內則可能受高架輸電線限制。在這類場合,起重系統使用“電子安全工作范圍”(德國:ABB)。

  當起重機過于靠近障礙物時,電子控制系統將使其減速,從而防止碰撞。防碰撞系統也用于有著多臺起重機的大型工地,監控每個起重機的位置并可靠地阻止它們過于靠近。根據前面所述的原理,編碼器能確定設備的準確位置和偏角并傳送給控制電子設備。
 

圖2:有著多個起重機的大型工地。防碰撞系統可助其避免事故發生。

直接到點定位:
  若負載能直接送至目標位置,則起重機操作員的工作將大為減輕。為了實現這一點,編碼器連續不斷地將起重機的位置和速度反饋至控制單元,因此可以微調設定點并通過適當的相對運動來補償風力或負載條件所引起的偏差。

機動車注冊認證:
  液壓輪式挖掘機只有配備傳感器確保上部車身與行駛方向對齊,才允許在道路上行駛。電感式傳感器常用于這種場合。而現在,上述功能及其他新功能可通過在上下車身的車圈上提供一個編碼器來實現。

產品要求
  工程機械傳感器的基本技術要求包括:高防護等級、寬工作溫度范圍、抗高沖擊及振動、防潮防濕、軸承載能力好。編碼器的防護等級應達到IP67,甚至IP69。工作溫度在-40°C至100°C之間,確保編碼器在陽光直曬和溫度波動等嚴苛條件下正常運行。為了防止內部溫度升降導致水分凝結,編碼器必須要有良好的包裝密封。抗沖擊性視不同場合而異,但至少應達到1,000m/s2;而抗振性至少應達到100m/s2。因為建筑設備通常由蒸汽-噴射清潔器來清洗,故對于抗高壓沖洗性能也很重要。
  Hengstler提供“重載型”的編碼器(HSDxx、HDxx、ARxx)以滿足甚至超過所有這些要求。產品內置最尖端的OptoASIC技術并使用塑料碼盤取代普通的玻璃碼盤,即使在極端重載條件下也不會斷裂,因此有著極高的機械堅固性。它們還擁有符合NEMA 4x及6P標準的不銹鋼雙密封外殼,耐高壓蒸汽清潔器或腐蝕性化學物質,可確保工作可靠。HSDxx和HDxx系列編碼器屬于本安型,配合適當的隔離安全柵使用時可符合ATEX EEx ia IIB T4認證。因此它們非常適合存在腐蝕性大氣或防潑濺及沖水的場合。

  Hengstler還提供另一種超堅固的產品系列,即AR-XX系列磁性編碼器。它們不但外殼特別堅固,而且還獨具不可分離型滾珠軸承,可承受較高的機械應力和非常大的軸向及徑向力。單圈分辨率高達12位,多圈計數12位,可實現極高的加速度并可潛水工作。與標準編碼器電氣兼容,并提供通用接口型(SSI、BiSS、CANopen、模擬量或并行輸出)。如需了解更多,請見www.hengstler.com.cn

  堅固的技術使電子元件更易于進入工程機械領域并脫穎而出。它們還能滿足高安全性、高生產效率、高操作舒適度的要求。或許電氣元件替代液壓件仍需時日,但現在傳感器技術已明顯展示出其越來越重要的地位。

關于亨士樂HENGSTLER
  Hengstler(亨士樂)公司是全球編碼器和安全繼電器的領先供應商。1846年創立于德國Aldingen的Hengstler公司是安全繼電器的發明者和行業標準制定者。憑借多年產品創新和制造經驗,推出編碼器、計數器、指示器、繼電器、打印機和切紙器等全系列產品。我們不僅為客戶提供優質的部件,并可按客戶需求定制產品和提供解決方案。

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