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   电缆卷筒的选型 

  乔 敏   

(未经著作权人书面许可不可转载和使用本稿件)

 

    电缆卷筒又称电缆卷盘或电缆卷线器,以其安装空间小、维护方便、使用可靠及成本低等特点取代滑触线而成为移动传输领域(动力、数据及流体介质)的主流解决方案。
一、卷筒的分类
  电缆卷筒根据驱动形式分为非电动式和电动式两大类;按电缆排列方式分为轴向单排和轴向多排两种;按集电滑环位置分为滑环内装式和滑环外装式两种形式;按卷绕材料分为电缆卷筒和软管卷筒。其中非电动式包括:弹力(TA)式、重锤(ZC)式、磁耦合式(JQC);电动式包括:磁耦合式(JQD)、力矩电机式(KDO)、磁滞式(CZ)和变频控制式(BP)。
二、卷筒设计参数
  电缆卷筒的技术难点是要保证卷绕速度与设备移动速度的同步,同时还要保证卷绕过程中电缆所受拉力适中。因此,电缆卷筒设计时应综合考虑以下因素:
1、 电缆规格及种类:
  电缆截面积从1.0~240mm2,电缆外径直接影响卷盘的轴向尺寸及动力需求。电缆截面超过35 mm2时不应选择非电动式卷筒(配重式可放宽至50 
mm2),扁电缆只能选用轴向单排的卷盘。电缆应选择YCW型(动力电缆)和CEFR型(控制信号电缆)等,较柔软且有一定的抗拉强度。电缆的外径和单重力求准确。
2、 卷绕长度:
  影响卷盘的径向尺寸及动力需求,长度越长,对动力要求越高。非电动式电缆卷筒难以完成大行程的卷绕。地面电源锚位也直接影响电缆卷筒的选型,常见的电源锚位有端部供电和中点供电两种。中点供电不能选择非电动磁耦合式(JQC系列)。
3、设备移动速度
  影响电动式电缆卷筒的电动机功率和传动比。当设备移动速度超过60米/分时,应选择变频控制式(BP系列)。
4、 装机高度
  影响电动式电缆卷筒的电动机功率,安装高度越高,对动力需求越大。安装时不能超过设计要求。
  以上4个参数是电缆卷筒设计选型的依据,应综合考虑,还应电缆卷筒的结构与布置方式,以满足实际工况需求。
三、卷筒原理、性能及应用范围
1、弹力式(TA系列)
a. 工作原理:
  弹力式电缆卷筒的工作原理与钢卷尺相似,利用蜗卷弹簧为动力来收卷电缆。当电缆被拉出时,收紧蜗卷弹簧而储能,当外力撤消时,弹簧释能,卷筒将自动收卷电缆。
b. 性能及特点:
  安装简单,同步性能好,电缆张力小,但弹簧易疲劳,使用寿命短。
c. 适用范围:
  适用电缆:截面积35mm2以下的动力电缆和24芯以下的信号电缆;
  卷绕长度:不超过30m;
  适用设备:如电磁吸盘、抓斗、电动台车等。
2、重锤式(ZC系列)
a. 工作原理:
  重锤式电缆卷线筒是利用重锤被提升而储能的原理,自动卷取电缆的机械装置。当拉出电缆时,带动电缆卷盘旋转,从而带动与电缆卷筒同轴相联的钢丝绳卷筒转动,提升重锤而储存势能。当卷筒需卷取电缆时,重锤下降释放势能,在钢丝绳张力作用下,带动与钢丝绳卷筒同轴相联的电缆卷盘转动,同步卷取电缆。
b. 性能及特点:
  结构简单,性能稳定可靠,安装维护方便。
c. 适用范围:
  适用电缆:截面积25~50 mm2电缆;
  卷绕长度:小于50m;
  适用设备:特别适用于恶劣工况,如各种钢包车、铁水车、渣盘车等冶金车辆和矿山车辆。
3、磁耦合式(JQC、JQD系列)
a. 工作原理:
  永磁耦合器为差速调整机构,向电缆卷盘输出恒定转矩。超出额定转矩时,耦合器打滑。当设备驶向地面电缆锚位时,动力经永磁耦合器驱动卷盘收卷电缆,耦合器向卷盘输出的转矩大小可调,从而保证收缆的线速度与大车运行速度同步。 
当设备驶离地面电缆锚位时,由于卷筒上的单向离合链轮,动力不能传给电缆卷筒,大车运行时拖拽电缆,使卷盘产生大于系统阻力(放缆磁滞器)的转矩,同步释放出电缆。
  根据实际工况,可选择选择移动设备传动系统中的行走轮轴(JQC系列)或电动机(JQD系列)为动力输出, 
b. 性能及特点:
  永磁技术用于卷筒传动系统的末级,转速低,无发热现象;电缆张力大小可调,保护电缆,但不宜采用轴向单排,以免出现燥音过大的现象。
c.适用范围
JQC-I:
  适用电缆:截面积25 mm2及以下动力电缆及多芯信号电缆;
  卷绕长度:当行程超过100m时,为了保证电缆排列效果,应加装同步排缆器。
  适用设备:各种电动平车,台车、过跨车等各种电动车辆,
JQC-II:
  适用电缆:截面积10~35 mm2动力电缆;
  卷绕长度:小于300米;
  适用设备:小吨位的各种门式起重机、水电站坝顶门机等。
JQD:
  适用电缆:多芯控制信号电缆(需配有钢芯);
  卷绕长度:垂直方向小于100米;
  适用设备:特别适用于水电站坝顶门机的主副起升、液压抓梁和清污机抓斗等。
  电气要求:收缆时电机工作,放缆时电机停电。

   设备驶离地面电缆锚位时,力矩电机的电动势方向不变,大车运行时拖拽电缆,使产生大于电机正向转矩的反向转矩,同步释放出电缆。
b.控制方式及特点
  力转电机具有长期堵转的特性,与大车控制系统相对独立,只需从设备总电源开关(或总接触器)引出电源即可。电气控制简单、可靠。
  大车上电后,卷筒电机通电,卷盘工作,无论大车正转、反转还是停车,力矩电机始终通电且相序不变;大车断电后,电机断电,卷盘制动。
c、适用范围
适用电缆:截面积从10~185mm2电缆;
卷绕长度:800米以下;
适用设备:门式、桥式、门座式起重机、堵取料机、坝顶门机、集装箱岸桥、场桥、装卸船机、冶金机械、水工机械和矿山机械等大型轨行设备。
5、磁滞式(CZ系列)
a.工作原理

由三相异步电动机和磁滞联轴器组成电缆卷筒的动力调速系统。设备驶向电缆锚位时,电动机通电工作,通过减速机放大力矩后驱动卷盘旋转收卷电缆。此过程中由磁滞驱动器进行差速调整,保证收缆过程与大车运行同步;设备驶离电缆锚位时,电动机通电且相序不变,大车运行时拖拽电缆,使卷盘产生大于磁滞驱动器的磁扭矩,同步释放出电缆。
b.控制方式及特点
磁滞式电缆卷筒为恒转矩输出,电机必须与主机行走机构同步起动,而主机停止时可根据大车滑行情况,选择对卷筒电机延时断电。如果使用多台磁滞驱动器时必须保证电动机转向一致,并符合订货要求。即:大车行走,卷筒电机通电,无论正车还是反车,卷筒电机相序不变;大车停,卷筒电机延时断电。
c、适用范围
适用电缆:截面积从10~240mm2电缆;
卷绕长度:1000米以下;
适用设备:门式、桥式、门座式起重机、堵取料机、坝顶门机、集装箱岸桥、场桥、装卸船机、冶金机械、水工机械和矿山机械等大型轨行设备。
6、 变频控制式(BP系列)
a.工作原理
BP系列变频控制电机式电缆卷筒是目前国际上最先进的移动传输的解决方案,可满足任何复杂工况的需求。根据公式F=T/R可看出(其中F为电缆张力,T为卷筒收卷转矩,R为卷筒的收卷 
半径),如果能根据卷径变化调整卷筒收卷转矩,即可实现电缆张力恒定。

  BP系列电缆卷筒的变频器在闭环矢量(有速度传感器矢量控制)下,选择开环转矩控制模式,并通过厚度积分计算电缆卷盘的实际卷径,准确控制电机的输出转矩,从而保证电缆在卷盘上卷绕时,根据卷绕半径变化而自动进行转矩调整(线性变化),保证电缆张力恒定,最大程度上保护电缆。
b. 性能特点
1、高集成、高智能化,响应速度快,与设备同步性能精确、灵敏。
2、无论在收缆、放缆,无论设备运行在轨道的任何位置,作用在电缆上的张力始终恒定,并且可通过变频器参数输入及控制柜面版旋钮操作,任意进行调整,最大限度地保护电缆,有效降低用户的使用维护成本。
3、突破了磁滞式、力矩电机式等传统电缆卷筒设计上的瓶颈,不受电缆规格、卷绕长度、设备速度及安装高度等超常规格的限制,任何复杂工况的电缆卷筒均由一台功率不同的变频电动机驱动。
4、适应性强,可在高负载下全日制下连续工作,性能稳定;
5、卷筒与设备为运行连动保护,有效防止电缆被拉断等意外发生。
c.控制方式
  BP系列电缆卷筒与设备的控制系统相对独立,控制柜可根据现场实际安装在任何位置(室内或室外),只需从设备总电源开关或总交流接触器输出端引出电源接于控制箱空开即可。
d.适用范围
    可满足任何复杂的移动供电要求,适用于门式、桥式、门座式起重机、堆取料机、坝顶门机、集装箱岸桥、场桥、装卸船机、冶金机械、水工机械和矿山机械等大型轨行设备的移动供电和数据传输。
7、 手动卷筒(SD系列)
常用于移动设备检修时,临时供电。
8、 软管卷筒 (RG系列)
  卷取金属软管、高压胶管等,可实现水、汽、油等介质的传输,只是由旋转接头替代集电滑环,常用于炼钢车间的的钢包底吹氩气、堆取料机的喷水降尘等。      

作者:乔敏   

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