防爆型掌上电脑设计

2024-10-08

防爆型掌上电脑设计（共6篇）

防爆型掌上电脑设计篇1

引言

RFID的核心部分是一个带有天线的小型芯片,集成在极薄的标签中。这些标签通过射频调制将电子产品代码传输到RFID读写器中,就如同扫描条形码一样,但它不像条码那样受光线和位置的影响。在发达国家和地区,RFID在访问控制、人的识别系统、货物完整性、防盗以及军事上用途广泛。因此对此种标签操作的超高频读写器的设计也有很广泛的应用前景。

1 RFID原理介绍

RFID原理是读写器通过发送超高频载波来激活标签内部的芯片,即芯片通过天线感应能量将存储在自身中的信息发送给读写器。其载波通信频段根据各国划分的不同有所不同。调制方式都采用ASK方式,协议有ISO15693,ISO14443-A/-B等。主要介绍ISO15693协议下的标签手持式读写器设计。

2 硬件设计

2.1 射频模块。

读写器的射频模块主要是实现将读写器发往电子标签的命令调制到射频信号上,经由发射天线发送出去,同时实现将电子标签返回到读写器的信号进行必要的加工处理,并从中解调提取出电子标签回送的数据。其结构如图1所示。为了适应标签在金属表面读写的需要,本项目确定对射频模块的发射功率作加大调整,增加读写距离。2.2防爆模块设计。为满足进一步的防爆要求,将在读写器电路和结构设计上作如下设计:选用COB封装的LCD模块,避免高压电路电流的倒灌。电源模块的输入输出均采用双稳压措施,防止电源电流的过载、短路等故障而引起的打火或发热。在电路上对储能器件的总值进行限定,主要是电容和电感的总容量以限制关机后的放电电流。在电源输入端加装热熔断保险丝和限流电阻保证正常地工作电流。2.3微处理器。微处理器是电子标签读写设备的核心部件,根据嵌入式软件的指令完成各种应用功能,包括与计算机之间的通信、对电子标签内数据的处理、安全控制及对外围设备的控制等功能。2.4天线。读写器天线与射频模块之间必须满足阻抗匹配,在手持式读写器中,将模块与天线进行一体化设计,但在本项目中考虑到实际应用需要,必须延长天线的馈线,具体内容包括馈线延长以后的输入输出阻抗匹配设计;极化方向设计;高增益设计和功率容量设计。2.5输入输出模块。读写器的输入输出模块包括键盘和显示屏等,本项目将在原有产品结构上,对显示屏进行加固,提高可靠性;对键盘采用塑料薄膜加橡胶按键方式加以改进,以提高键盘使用寿命。2.6电源模块。在原电源稳压器的基础上加装过压过流保护装置,增加电压电流的检测装置,提高读写器的可靠性。2.7安全模块。置于读写器内部含安全模块,包含有通信接口、SAM卡驱动和操作系统等。为提高读写器的运算速度,将对SAM卡接口的通信速率进行调整,由原来的9600bps提升到38400bps。

3 软件设计

3.1 操作系统。

对读写器的核心系统进行改进,采用实时操作系统,支持标准汉字库、输入法、SAM卡操作系统系统等软件模块。3.2驱动程序。对原有驱动程序作出改写,满足操作系统多任务的需要,根据硬件设备的变化可方便地进行软件裁剪。3.3文件系统的建立和实现。现有的存储器结构为512K的NOR FLASH,其中后256K的容量用作字库的存储。因此只有256K容量用来记录平时的操作数据。而且此FLASH一共有128块(每块可以独立擦除),每块容量为4K。存储器结构如图2所示:FLASH存储器的特点是可以将数据从1写成0,但是要从0改变为1则必须执行块擦除才行,而且一块FLASH的擦除次数是有限的最多10万次。原来使用的存储方式是不管写入多少的字节都先将此块数据备份到最后一块(第63块),然后通过擦除指令,擦除这一块的信息,再将改写的数据写入到当前块上。这样操作使每写入一个数据就要擦除一块,特别是最后一块备份区很容易由于过多地擦除而减少其使用寿命。还有一个弊端就是每次存储都要对4K数据作整体的读写操作,使记录存储操作的时间变得很长。由于以上原因,对于记录的存储需要建立一个文件系统来统一管理。并且由于此FLASH所能提供的存储空间有限,因此只作静态的文件结构,而不是动态链接表的方式。作为静态文件系统,通过宏定义的方式确定每种记录的类型和给这种记录开辟的存储空间。由于系统需要记录一些如记录数量或是开机启动设置之类的数据,因此将系统文件独立存放在0块和1块这两个块中,并且这两个块作为相互备份。其他的块用作存储5种不同类型的记录结构。宏定义如下:

记录文件存储结构如图3所示。

因为每块存储空间大小为4096个字节,所以将前96个字节用作文件的表头,来标示这个块是用来存储什么类型的文件(系统文件或记录文件),然后文件系统会根据表头中的文件大小和文件存储的数量,计算出空的存储位置用来存放新的记录或是更新了的系统文件。

文件的表头结构体如下:

其中free_File List数组是用来按位存放当前记录的存放状态,1表示空位置,0表示已经存放了记录。例如:该块已经存放了3条记录,则free_File List[0]为0xf8;存放了4条则为0xf0,依次类推。

由文件表头构成的块存储空间结构如图4所示:

参考文献

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[2]戴定一.RFID技术在中国发展的思考[J].RFID技术与应用,2006.

[3]罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

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[6][美]J.Labrosse著,邵贝贝.嵌入式实时操作系统μC/OS-I(I第2版).

防爆型掌上电脑设计篇2

泄漏量大小是正压型防爆电机的主要防爆性能之一,泄漏量大,正压型电机就可能出现无法启动或保不住机壳内部压力,直接威胁到正压电机的防爆性能,严重情况下可使正压型电机失去防爆性能,使电动机在启动和运行时存在发生爆炸的风险。

目前,由于在密封材料,制造工艺、工装模具等限制,往往导致正压型电机在轴贯通动密封处泄漏量较大,而现有密封材料往往不能长期有效密封,有些已到用户现场的电机,甚至出现泄漏量较大,保不住压的情况,直接威胁到正压型电机的防爆性能;另外,正压电机泄漏量大,需耗费用户较大的气源和后期维护量,直接关系到用户的使用成本。

2 正压通风型电机泄露量情况

卧龙电气南阳防爆集团公司已成功开发出系列化正压型防爆电机,部分电机泄漏量情况如下:

YZYKS500-2 1250kW 6kV泄漏量850NL(标升)/min(分钟);

YZYKS630-2WF1 3200kW 10kV电机泄漏量678NL/min;

YZYKS630-4 3550kW 10kV电机泄漏量1140NL/min;

YZYKS900-4 6000kW 10kV电机泄漏量2000NL/min;

YZYKK560-4WF1 1400kW 6kV电机泄漏量750N/min;

YZYKS710-4 5500kW 10kV电机泄漏量1590N/min。

从以上数据可以看出,不论大小电机,泄漏量均比较大,基本在700～2000NL/min之间,且主要泄露位置为轴贯通部分,即旋转部件(轴)和静止部件(轴承内盖)之间存在较大间隙,一动一静较难密封。

3 轴贯通部分密封设计

主要包括碳密封环选型、轴承内盖设计、碳密封环和轴之间间隙计算等。

3.1 碳密封环外形尺寸如下图所示:

碳密封环外形尺寸按下表选择:

3.2 根据碳密封环外形尺寸,进行轴承内盖结构设计,如下图所示:

3.3 安装好后的碳密封环和轴承内盖,如下图所示:

3.4 根据正压电机在热稳态运行下,轴承台、铁芯、轴等部件温升情况,计算探密封环和旋转轴在冷态及热态的间隙,并选择合适的轴公差,如下表所示:

已某2240kW-2P 10kV正压型电机为例,经计算,该型号正压电动机在热稳定运行状态下,碳密封环和旋转轴之间的设计间隙为0～0.1mm之间,冷态下间隙为0.105～0.217mm之间.

经过以上结构设计和计算,通过将该型号2240kW-2P 10kV正压电机额定运行4小时,电动机定子元件温度不再上升时,在机座内部压力1000Pa下,实测机壳内部泄露量为15.5m3(立方米)/h(小时),即,258NL(标升)/min(分钟),与正常电机泄漏量相比,漏气量减少42.2%～67.7%,泄漏量大大减小,较好的解决了轴贯通部分的密封问题,达到了预期目的。

4 结束语

正压电机在石油、石化、煤化工等防爆市场领域应用广泛,需求量大,小泄漏量正压型电机与常规电机相比,能够大大降低正压电机现场运行维护成本,减少用户投诉,已1台长期工作制正压电机为例,每年可为用户节约气源:

节约气源=(0.9-0.258)×60×24×365=337435.2m3=33.7435万m3(立方米)气源。小泄漏量正压通风型电机的开发对提高产品档次、差异化竞争等都具有重要的意义。

参考文献

[1]中国国家标准委员会.GB3836.3-2010爆炸型环境第3部分:由增安型“e”保护的设备.

[2]中国国家标准委员会.GB3836.5-2010爆炸型环境第5部分:由正压型“D”保护的设备.

[3]中国国家标准委员会.GB3836.1-2010爆炸型环境第1部分:通用要求.

[4]GB755-2008旋转电机定额和性能.

防爆型掌上电脑设计篇3

无线传感器网络[1,2](Wireless Sensor Networks,WSN)是新一代的传感器网络,由大量无人值守、具有通信和计算能力的微小型节点构成的自主探测系统。无线传感器网络的可快速部署、可自组网、高容错性及低功耗、通讯效率高、网络生存能力强、可靠性好、成本低廉等特点,能满足信息获取的实时性、准确性和全面性等需求,非常适合军事、工业等领域的应用,尤其是适应于恶劣的环境及野外条件用[3],其在军事、农业、环境监测、医疗卫生、工业、智能交通、建筑物监测、空间探索等领域有着广阔的应用前景和巨大的应用价值,被认为是未来改变世界的十大技术之一、全球未来四大高技术产业之一。

随着信息技术的发展和现代管理理念的改变,作为储存、装卸、输转和供应油料基地的油库,也引入了无线传感器网络技术,其泵站、输油管线、油料装备和油库设施设备均可成为无线传感器网络的监测对象[3,4,5]。针对油库常见的流量、压力、温度、湿度、液位、油气浓度等现场仪表信息采集与处理存在的不便,构建了油库传感器网络系统,实现了油库各类传感器仪表信息的自动采集与处理。系统主要包括信息采集节点、无线网络、信息汇聚终端、上位机信息处理中心等几部分。

本文重点介绍了信息采集节点的软硬件设计。信息采集节点是油库传感器网络系统的前端设备,是构成无线传感器网络的基础,是承载无线传感器网络的信息感知、数据处理和网络功能的基本单元,所有与传感器网络相关的协议、机制、算法等都需要在节点上实现并优化,负责采集各类仪表传感器信号,并通过网络上传到信息汇聚终端。本文中的信息采集节点运用通用化、模块化设计思想,采用同一处理器、壳体,配套不同无线模块的方法进行设计,包括壳体设计、硬件电路设计及配套软件设计。

1 硬件设计

本文设计的信息采集节点具有接口多、应用环境特殊等特点,因此,节点在设计过程中,除满足应用功能要求外,还要满足环境适应性、性能稳定性、电磁兼容性、防爆性等技术要求。该节点主要由壳体、电器部件、Ex电缆引入装置等部件组成。下面从硬件电路设计和壳体结构设计两个方面进行介绍。

1.1 硬件电路设计

信息采集节点硬件层主要包括4个模块:电源模块、数据处理模块(包括存储器和微控制器)、无线通信模块以及数据采集模块(包括传感器及其驱动接口电路)。在各单元模块中,核心部分为数据处理模块以及无线通信模块。处理器作为传感器节点运转的“心脏”,在上面运行着嵌入式系统软件,从而对另外3个模块的工作进行控制;无线通信模块主要负责与其他节点通信,交换控制消息和收发采集数据。信息采集节点模块结构框图如1所示。

1.1.1 电路原理设计

与其他无线传感器网络信息采集节点相比,本文设计的信息采集节点需要采集处理不同类型传感器信号,包括流量、压力、温度、湿度、液位、油气浓度等仪表数据信息,各种仪表信息源输出大概有以下几种制式:数字脉冲信号、1~5 V、4~20 m A、RS 485、HART等;同时,还预留485总线,232串口,SPI接口,I2C接口和多路AD/DA接口,方便其他扩展功能应用,如连接显示屏、打印机、键盘、GPS等。主板设计的难点是解决主板电磁兼容性设计和高集成度多接口小尺寸电路主板设计难题。信息采集节点的主板电路原理框图如图2所示。

信息采集节点的微控制单元(MCU)采用TI公司低功耗单片机MSP系列中的MSP430FG4618型号,MSP430FG4618具有集成度高、外围设备丰富、超低功耗等优点,拥有五种节能模式,适合于不同应用场合。而且MSP430FG4618带有12位的高速AD模块,即MSP430FG4618可以接收数字量和模拟量,而且可以采用中断、定时方式测量流量脉冲信号,因此,MSP430FG4618的应用可以大大简化电路设计。

信息采集节点的无线通信模块根据具体实际应用,选用夏瑞(RENEX)公司的CORE1无线模块或Chipcon公司的CC2420无线模块。其中,CORE1无线模块用于动态移动装备的通信,CC2420无线模块用于固定设备的通信。

信息采集节点电能由固定设备仪表连接电源或装备上自身车载电源提供。采用军品级的DC-DC电源直流调制模块,在9~18 V的宽电压输入范围内输出稳定的12 V直流电,在12 V基础上采用降压IC进一步调制成其他稳定电压输出为MCU、无线通信模块等供电。电源原理电路如图3所示。

为保护信息采集节点,防止被烧坏或不能正常工作,本品使用了变压器型电源隔离电路,抑制或消除了电源输入可能造成的干扰。

1.1.2 元器件选择

(1)所有元件尽可能选用表面贴装元件。表面贴装元件不仅体积小,可有效降低电路板面积占用面积,便于PCB设计,更重要的是其引脚小,发射和接收的电磁能量小,可以显著提高电磁兼容性能。

(2)所有集成电路尽可能选用CMOS电路。CMOS电路具有的功耗低、抗干扰能力强和宽工作稳定范围等特点,特别适用于设计要求,其中小规模集成电路无需特别要求均可适应军品的环境适应性要求。仅需对大规模集成电路选用军品级电路。但CMOS电路的瞬间功率设计要求高,为此对每个集成电路均加装了去耦合电容。

(3)所有储能元件均尽可能选择低容量值,并在电压和电流上加一定的限制。

1.1.3 印制电路板布线

主板采用双层印制电路板(PCB)。电路板布线遵循器件排列分布相关规定,其层压、走线和预浸处理等工艺均按国际工艺标准进行。双层的顶层用于信号路由,空白处和位于芯片下面的空间一样,采用金属箔填充,通过若干孔牢靠接地。在印制电路板设计过程中要特别注意无线收发器部分的布线和PCB天线的设计,这也是传感器节点设计的难点和重点。例如退耦电容器应尽可能靠近供电引脚,并且通过单独的过孔连接到印制电路板的接地面;芯片的接地引脚距离使用单独过孔的封装引脚越近越好;外部元件越小越好,必须使用表面贴装器件。印制电路板设计完成之后将印制板文件送至印制板制作厂家生产。

1.1.4 电路板生产

()印刷版制作

激光照排,激光制版,2层铜基复合板。

(2)焊接

(1)在具有ISO 9001:2000质量管理体系的专业的SMT的加工厂进行生产,生产符合IPC-A-610C国际工艺标准,产品均符合IPC二级标准;

(2)在高速自动SMT生产线上采用流水线方式批量生产;

(3)焊接方式为回流焊,生产工艺采用无铅焊接技术,峰值温度范围为230~250℃;

(4)对MCU采用BGA焊接。

(3)喷漆

(1)对电路板喷涂防锈漆两遍;

(2)24~48 h阴干后成品。

1.2 壳体设计

样机壳体设计一方面要突出作业实用要求,还要考虑作业场所爆炸危险环境的防爆等级,严格遵循《GB3836.1-2010爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和《GB 3836.2-2000爆炸性环境第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备》标准要求。根据硬件电路板、天线大小及组装需要,使用AUTOCAD软件进行图纸设计,并送专业生产制造厂加工生产。

壳体颜色采用军绿色,材质为铝合金(ZL104),厚9 mm;空腔内安装有电器部件;壳体上下部分采用平面结构配合。

2 软件设计

验证硬件设计没有问题之后,可进行应用程序的开发,包括协议栈的实现、应用层程序的编写等工作。信息采集节点由于外设较多,为了不过多占用单片机运行时间,提高数据处理效率,降低单片机功耗,单片机与外设交换信息的方式都是通过中断来完成。单片机程序用C语言编写,编译环境为IAR 4.21。主程序软件流程图如图4所示。

其他外接模块主要是通过中断方式与单片机交互信息。中断程序分别包含有无线模块中断子程序;流量仪表中断子程序;压力仪表中断子程序;温度仪表中断子程序;湿度仪表中断子程序;液位仪表中断子程序;油气浓度仪表中断子程序。

无线模块的中断子程序是无线传感器网络应用的关键,下面重点介绍下无线模块的中断子程序设计。

无线模块采用Ad-Hoc或Zigbee无线网络协议,是可自组网,多跳路由的传感器网络。本系统信息采集节点上的无线节点都是Slave模式,它们可以同在监控室与PC机相连的Master节点实时通信。

此外,网络中的每个Slave节点都具有路由器的功能,可向邻节点转发数据。利用这些中间节点的中继功能,在前端信息采集节点与监控室直接通讯受阻的情况下,数据可以自动由其他节点进行一次或多次路由传送到目标节点,提高了系统的实时性可靠性。无线通信模块软件流程图如图5所示。

3 结语

节点设计试制后,在国家防爆电气产品质量监督检验中心完成了机械检查、冲击试验、温度试验、外壳耐压试验、内部点燃不传爆试验、外壳防护性能试验等检验项目,并取得了防爆合格证。另外,节点通过了其他相关性能测试与试验,达到了预期效果,满足油库现场使用的要求。该节点可实现油库所用流量、压力、温度、湿度、液位、油气浓度等现场仪表信息的采集、处理及传送,节省了大量人力、物力、财力、时间,提高油库设施设备及装备的信息化水平,提升油库的业务管理能力。

摘要：无线传感器网络技术以其独特的优越性越来越多地应用于各种领域。在此将无线传感器网络技术应用到油库这一特殊领域,重点介绍了多接口、防爆型无线传感器网络信息采集节点的设计,包括其软硬件设计。节点通过了各种测试与试验,达到了预期效果,满足了油库现场使用要求,实现了油库设施设备及装备所用流量、压力、温度、液位等现场仪表信息的采集、传输、处理,提高了油库信息化水平和管控能力。

关键词：防爆,无线传感器网络,信息采集节点,油库

参考文献

[1]岳彬.基于无线传感器网络的油车信息采集终端研究[J].现代电子技术,2011,34(z1):110-112.

[2]AKYILDIZ I F,SU Wei lian,SANKARASUBRAMANIAM Y,et al.A survey on sensor networks[J].IEEE CommunicationsMagazine,2002,40(8):102-114.

[3]岳彬.无线传感器网络技术应用概述及其故障诊断技术研究[J].现代电子技术,2012,35(9):125-127,130.

[4]岳彬.浅谈无线传感器网络技术在油料保障的中应用[J].军用航油,2012,158(4):33-35.

[5]岳彬,余向明,王晖.无线传感器网络用于油库信息化建设的设想[J].石油库与加油站,2013,22(1):6-9.

防爆型掌上电脑设计篇4

防爆特殊型蓄电池随车起重运输车 (简称矿用随车吊) 的设计受随车起重机启发, 在不影响CTL12/6防爆特殊型蓄电池电机车正常工作的基础上, 加装起吊装置, 通过液压传动装置起吊重物, 为煤矿提供一种特殊的起吊装卸设备, 可实现自行装卸货物、煤矿运输、货物吊装移位, 自身带动力源, 无需其他设备帮助就能完成作业[5]。

1 整机设计

矿用随车吊主要由电机车和起吊装置2部分构成, 其结构如图1所示, 其主要技术参数见表1。

2 主要功能部件设计

2.1 防爆特殊型蓄电池电机车

采用目前煤矿井下主流的防爆特殊型蓄电池电机车, 型号为CTL12/6。CTL12/6防爆特殊型蓄电池电机车主要技术参数见表2。

2.2 起吊装置总成

起吊装置主要由旋转底盘、支撑臂、伸缩吊臂、支撑千斤顶、起升机构、支腿、液压系统和电控系统8部分组成。

(1) 旋转底盘。旋转底盘为起吊装置的回转机构, 保证起吊装置有确定的回转运动, 并承受起重机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。旋转底盘通过焊接方式固定在电机车车体上, 主要由圆柱齿轮、旋转轴承、摆线液压马达3部分组成, 摆线液压马达带动圆柱齿轮转动, 圆柱齿轮通过啮合齿轮带动旋转轴承转动, 从而带动起吊物体的旋转。

(2) 支撑臂。支撑臂为伸缩臂的支撑机构, 连接旋转底盘和伸缩臂, 一端通过焊接方式固定在旋转底盘上, 另一端通过销轴与伸缩臂相连。支撑臂由4块钢板焊制而成, 其内部安装有绞车、液压摆线马达。

(3) 伸缩吊臂。随车起重机的关键部位在于吊臂, 吊臂作为主要承载构件, 是随车起重机的重要组成部分[6]。伸缩吊臂为起吊装置的臂架伸缩机构, 采用液压伸缩机构, 可实现无级伸缩和带载伸缩。吊臂由内臂、外臂、立柱3部分组成, 立柱一端通过销轴固定在支撑臂上, 另一端固定在内臂上, 立柱的伸缩推动内臂伸缩, 从而实现起吊物体的水平移动。

(4) 支撑千斤顶。支撑千斤顶为起吊装置的变幅机构, 主要组成部件为1个双伸缩立柱, 立柱一端固定在旋转底盘上, 一端固定在伸缩臂外臂的中部。通过双伸缩立柱幅度的改变, 使伸缩臂仰角发生变化, 从而实现起吊物体在垂直方向上的移动。为控制支撑千斤顶的下降速度, 油路系统中装有平衡阀, 保证起吊物品的平稳下降。

(5) 起升机构。起升机构由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、吊具等组成。起升机构由直流电动机、柱塞泵、液压马达和卷筒4部分组成。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。起升机构的驱动方式为液压驱动, 由直流电动机带动柱塞泵, 将液压油输入液压马达, 使卷筒动作, 改变钢丝绳的长度, 从而实现物品的起吊, 通过控制输入液压马达的液体流量实现对起吊速度的调节。

(6) 支腿。支腿的作用是增大起重机的支撑基底, 提高起重能力。矿用随车吊安装有4个支腿, 前后左右两侧分置。为了补偿工作场地地面的倾斜和不平, 增大起重机的抗倾覆稳定性, 支腿可以单独调节高度。

(7) 液压系统。液压系统为起吊装置的动力源, 它由直流电动机驱动柱塞泵, 液压油由液压油箱进入柱塞泵建立压力, 按工作需要由控制阀组将压力油分配给相应的机构, 或在待命状态时使液压油流回液压油箱, 减少功率消耗[7]。它主要由油箱、直流电动机、柱塞泵、多路换向阀和各个液压回路分支组成。柱塞泵对各执行元件的供油油路为并联或串联, 并联油路中各执行元件的进油口与液压泵供油压力相等, 管路损失小, 但复合动作时流入各执行元件的流量会受负载变化影响。串联油路中各执行元件的动作速度不受负载影响, 但管路损失大, 效率低;复合动作时各动作执行元件进出口的油压差之和等于供油的总压力。综合考虑并联油路和串联油路的优缺点, 液压系统采用并联和串联相结合的方式。除起升机构液压系统外, 其他液压系统均为并联结构。由柱塞泵泵出的液压油先经过起升机构液压系统, 然后再进入并联的其他液压系统。

(8) 电控系统。起吊装置唯一的电气元件是直流电动机, 它为液压系统提供动力, 直流电动机的电源直接从电机车电源箱引出。

3 结语

防爆特殊型蓄电池随车起重运输车是将电机车和起重机的功能相结合而开发的一种适合煤矿的随车起重机, 主要具备以下功能: (1) 作为轨道车辆的牵引设备; (2) 替代传统的人工搬运, 适用煤矿地面装卸物资; (3) 可及时将脱轨车拖入轨道, 减少了处理脱轨矿车时间。该矿用随车吊对降低煤矿工人劳动强度、提高煤矿生产安全具有极其重要的意义。该产品已申请发明专利 (专利号:201110266986) , 属全国首创, 具有极大的市场潜力。

参考文献

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[3]李斌, 邢健, 贾阔.基于APDL的塔式起重机臂架参数化建模方法[J].建筑机械, 2009 (5) :88-89

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[5]谢文牧.随车起重机支撑油缸翻转机构设计[J].创新科技, 2013 (6) :79

[6]孙川.基于ANSYS的随车起重机吊臂结构的优化原理与方法研究[D].武汉:武汉理工大学, 2010.

防爆型掌上电脑设计篇5

关键词：本安,防爆,无线,手持式,终端

现代科技的发展使得手持式数据终端在物流、电力抄表、移动公务及数据采集等领域都有个更加广泛的应用,同时在石油、化工、电力及采矿等特殊领域的需求也越来越大,由于涉及相关行业及特殊使用环境(有易燃易爆气体或粉尘的危险环境),对于数据终端的防爆性能上提出了特殊的需求。

本文即针对此特殊需求,设计了一种符合本安防爆要求的无线手持式数据终端。该设备可以与对应协议的检测设备组合,实现特殊防爆领域的数据检测、采集与处理。

1系统总体设计

为了实现上述功能,系统总体设计如图1所示。数据终端主要有核心处理器、电源管理模块、存储模块、人机交互模块、环境参数以及通信模块等几部分构成。

2硬件电路设计

本安型设备以降低点火爆炸的能量为根本目的,其电路设计可以从降低系统工作电压,减少整机电容电感值、控制器件表面温度以及印制板设计等多方便来满足本安电路设计安全可靠的要求。

■2.1核心处理器

系统的核心处理器采用了STM32F103VET6, 该处理器基于ARM Cortex-M3内核,主频可达72MHz,外设组件包含512KB的flash、64KB的RAM、UART、SPI、IIC等多种数字通信接口。可用于要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。

■2.2供电及电源管理

对于本安防爆设备其供电是设计的关键,本设计中使用了2节18650型锂离子电芯并联组成的额定电压为3.7V的带有保护控制电路的锂电池组,并针对防爆设计要求,对电池进行了防爆保护输出控制限制电池的最大输出电流为3A, 已满足《由本质安全型“i”保护的设备》中要求的:在12.1V电压下,对于IIC类设备,系数1.5的条件下,允许的最大电流为3.33A。

根据系统硬件需要,系统工作电压为 +3.3V,而锂电池组的电压范围为3.0V~4.2V,系统采用了可以升压和降压的最高转换效率为96% 的开关型稳压芯片TPS63001。其输入电压范围1.8V~5.5V,输出电压为3.3V可达1200m A的输出电流。系统设计中尽量使用小容值的电容,已满足《由本质安全型“i”保护的设备》要求的在6V电压下,对于IIB类设备,系数1.5的条件下,允许的最大电容为1000u F。电路如图2。

■2.3实时时钟及环境参数模块

数据终端除了采集特定的检测数据外,通常需要对检测的时间以及检测当时的环境参数(气压、温度、湿度等)进行相应的保存。本设计中核心处理器本身自带实时时钟模块,只需要增加外部独立纽扣电池供电即可。

环境参数方面采用高度集成的BMP180气压传感器和SHT15温湿度传感器。两款传感器均具有高精度、小体积、超低能耗等特点。电路如图3所示。

■2.4数据存储及无线通信模块

对于手持数据终端来说需要存储的信息比较多,所以大容量的存储是必须的。系统采用了FAT文件系统管理的Micro SD卡实现海量存储。同时为了数据的安全以及设备的可靠性,系统增加了容量为8KB的非易失性铁电存储器FM24C64。

图 3 环境参数气压、温湿度传感器电路

无线通信采用了JZ831数传模块,该模块是高集成度的微功率半双工的433MHz无线数传模块,传输中采用透明传输的方式以大大降低用户的操作要求。

3系统软件设计

本系统的软件设计采用了u C/OS-II实时操作系统。u C/OS-II是专为嵌入式硬件设计的实时多任务内核 , 其内核精简 , 多任务管理功能相对完善 , 实时性能好 , 能满足本系统对实时性、稳定性和可靠性的要求。

■3.1软件总体设计

数据终端要实现实时数据采集、数据显示、数据计算与处理等功能 , 根据u C/OS-II操作系统多任务特点 , 应仔细考虑任务划分 ,既要保证每个任务相对独立 , 又要避免任务划分过细导致任务调度频繁致使系统效率下降。本系统任务间的通信采用了三种方式 , 即全局变量方式 , 消息邮箱方式和消息队列方式。

■3.2通信协议设计

系统为设备间的通信设计了专用的通信协议。因通信模块为半双工通信,所以通信模式采用一主一从或一主多从通信模式,所有的通信都是由主机发起,之后由要求的从机做出响应。所有设备均具有一个2字节整数的唯一地址进行识别。

■3.3电源节能管理

数据终端为了实现本安防爆功能,对于电池容量的选择上做了一定限制,为了满足用户更长时间的工作需要,电源节能管理的重要性就更加突出了。系统在满足用户需要的情况下采取了尽量减少处理器外部设备的工作时间,在部件不使用时关闭部件电源。并且系统工作模式多采用中断式响应,系统空闲时采用休眠模式降低功耗,来达到延长工作时间的目的。

4结束语

防爆型掌上电脑设计篇6

为了适应神东集团薄煤层低矮巷道的运输要求,煤炭科学研究总院太原研究院在WC5防爆柴油机无轨胶轮车这一成熟产品的基础上,结合薄煤层巷道行驶的特点[1,2],对该胶轮车前机架局部超过规定高度的部分进行改动,重新设计后客厢,并增加安全性方面的考虑,研制出WC5矮型防爆柴油机无轨胶轮车。本文主要介绍该胶轮车的设计过程。

1 矮型胶轮车主要技术参数与结构特点

1.1 主要技术参数

车型: 前后机架铰接油气悬挂式;

驱动形式: 4×2前轮驱动;

驾驶操纵: 双向驾驶;

外形尺寸(长×宽×高): 7 280 mm×2 145 mm×1 600 mm;

轴距: 3 760 mm;

额定承载: 14人;

最小离地间隙: 250 mm;

最小转弯半径: 6 200 mm;

最大爬坡坡度: 12°;

满载车速(Ⅰ档/Ⅱ档/Ⅲ档):8/18/30 km/h;

柴油机额定功率: 65 kW;

解体后最大尺寸: 前车体不大于3 822 mm。

1.2 结构特点

WC5矮型防爆柴油机无轨胶轮车采用低矮型车厢,前后设有油气悬挂系统,乘坐舒适性好;具有工作、紧急和驻车制动功能,制动性能可靠,其总体结构如图1所示。

1-前机架;2-发动机及排气防爆总成;3-气动系统;4-液压系统; 5-传动系统;6-后机架及铰接转盘总成;7-后客厢

2 矮型胶轮车的设计[3,4]

2.1 设计原则

由于WC5矮型防爆柴油机无轨胶轮车主要采用成熟的WC5防爆柴油机无轨胶轮车系统技术,故其设计重点主要为以下2个方面:

(1) 适合薄煤层低矮巷道使用的运人车厢的研制;

(2) 在保持原有车辆整体性能并满足薄煤层特殊地质条件要求的前提下,对结构和布局进行重新调整和优化。

2.2 主要改进部件的设计

为了满足车辆在井下薄煤层低矮巷道运输性能的要求,将整车高度由原车的1 685 mm改为驾驶室局部最高为1 600 mm,其余部分低于1 500 mm。同时为了使驾驶员及乘员能有一个舒适、安全的工作空间,对驾驶室和后客厢进行了专门设计。

2.2.1 驾驶室的设计

为了不影响驾驶员的观察视线,降低了右侧围高度,同时向外凸出100 mm,将整车宽度由2 045 mm改为2 145 mm,增加了驾驶工作空间,以便于驾驶员倒车时向后观察情况。同时降低了座椅(新型高度可调式)的高度,便于布置双向油门和刹车踏板,另外为便于驾驶员驾驶车辆,将方向盘高度下移。为了提高驾驶人员的安全性,驾驶室专门增加了车门和高度可调节的驾驶室防护车顶(最高可调为1 600 mm)。

2.2.2 矮型后客厢的设计

由于神东集团的薄煤层开采区距离井口大约有5 km,再加上薄煤层巷道高度的限制,一般的运人车辆无法进入。所以WC5矮型防爆柴油机无轨胶轮车的主要任务是运送人员到工作区域,为此专门设计了适合这种工况的后客厢(乘坐14~16人),内置了半卧式座椅,便于人员的进入和乘坐。

2.3 矮型车的特殊设计

由于薄煤层巷道高度的限制(只允许低于1 800 mm的车辆进入),所以就必须对WC5防爆柴油机无轨胶轮车的超高部分进行改进和重新布置。

(1) 为了保持WC5防爆柴油机无轨胶轮车减震性能好,乘坐舒适的特点,结合薄煤层巷道的条件,该胶轮车在适当调整离地间隙后对前后油气悬挂装置进行了重新设计和安装;

(2) 安装了便于拆卸的前机架上盖板铰链,维修时可以不用翻转就可直接打开上盖板;

(3) 去除左右护栏;

(4) 降低液压油箱与补水箱的高度,同时增加一定的宽度,满足了容积需要,保证了发动机防爆工作的正常运转;

(5) 重新设计和布置膨胀箱,解决在长距离、大坡度的路面行驶时,发动机水循环不畅导致的发动机高温保护问题。

2.4 关键系统的应用

关键系统包括发动机及进排气防爆系统、传动系统、液压系统、气动安全系统和电气系统等5个系统,这些系统基本上采用已经过实践检验的成熟的系统,根据总体布局的需要,局部做了适当变动。

3 结语