電纜卷筒的選型

電纜卷筒的選型
　　喬敏　　　
電纜卷筒又稱電纜卷盤(pán)或電纜卷線器，以其安裝空間小、維護(hù)方便、使用可靠及成本低等特點(diǎn)取代滑觸線而成為移動(dòng)傳輸領(lǐng)域（動(dòng)力、數(shù)據(jù)及流體介質(zhì)）的主流解決方案。
一、卷筒的分類(lèi)
　　電纜卷筒根據(jù)驅(qū)動(dòng)形式分為非電動(dòng)式和電動(dòng)式兩大類(lèi)；按電纜排列方式分為軸向單排和軸向多排兩種；按集電滑環(huán)位置分為滑環(huán)內(nèi)裝式和滑環(huán)外裝式兩種形式；按卷繞材料分為電纜卷筒和軟管卷筒。其中非電動(dòng)式包括：彈力（TA）式、重錘（ZC）式、磁耦合式（JQC）；電動(dòng)式包括：磁耦合式（JQD）、力矩電機(jī)式（KDO）、磁滯式（CZ）和變頻控制式（BP）。
二、卷筒設(shè)計(jì)參數(shù)
　　電纜卷筒的技術(shù)難點(diǎn)是要保證卷繞速度與設(shè)備移動(dòng)速度的同步，同時(shí)還要保證卷繞過(guò)程中電纜所受拉力適中。因此，電纜卷筒設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因素：
1、電纜規(guī)格及種類(lèi)：
　　電纜截面積從1.0~240mm²，電纜外徑直接影響卷盤(pán)的軸向尺寸及動(dòng)力需求。電纜截面超過(guò)35 mm²時(shí)不應(yīng)選擇非電動(dòng)式卷筒（配重式可放寬至50
mm2），扁電纜只能選用軸向單排的卷盤(pán)。電纜應(yīng)選擇YCW型（動(dòng)力電纜）和CEFR型（控制信號(hào)電纜）等，較柔軟且有一定的抗拉強(qiáng)度。電纜的外徑和單重力求準(zhǔn)確。
2、卷繞長(zhǎng)度：
　　影響卷盤(pán)的徑向尺寸及動(dòng)力需求，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)動(dòng)力要求越高。非電動(dòng)式電纜卷筒難以完成大行程的卷繞。地面電源錨位也直接影響電纜卷筒的選型，常見(jiàn)的電源錨位有端部供電和中點(diǎn)供電兩種。中點(diǎn)供電不能選擇非電動(dòng)磁耦合式（JQC系列）。
3、設(shè)備移動(dòng)速度
　　影響電動(dòng)式電纜卷筒的電動(dòng)機(jī)功率和傳動(dòng)比。當(dāng)設(shè)備移動(dòng)速度超過(guò)60米/分時(shí)，應(yīng)選擇變頻控制式（BP系列）。
4、裝機(jī)高度
　　影響電動(dòng)式電纜卷筒的電動(dòng)機(jī)功率，安裝高度越高，對(duì)動(dòng)力需求越大。安裝時(shí)不能超過(guò)設(shè)計(jì)要求。
　　以上4個(gè)參數(shù)是電纜卷筒設(shè)計(jì)選型的依據(jù)，應(yīng)綜合考慮，還應(yīng)電纜卷筒的結(jié)構(gòu)與布置方式，以滿足實(shí)際工況需求。
三、卷筒原理、性能及應(yīng)用范圍
1、彈力式（TA系列）
a. 工作原理：
　　彈力式電纜卷筒的工作原理與鋼卷尺相似，利用蝸卷彈簧為動(dòng)力來(lái)收卷電纜。當(dāng)電纜被拉出時(shí)，收緊蝸卷彈簧而儲(chǔ)能，當(dāng)外力撤消時(shí)，彈簧釋能，卷筒將自動(dòng)收卷電纜。
b. 性能及特點(diǎn)：
　　安裝簡(jiǎn)單，同步性能好，電纜張力小，但彈簧易疲勞，使用壽命短。
c. 適用范圍：
　　適用電纜：截面積35mm²以下的動(dòng)力電纜和24芯以下的信號(hào)電纜；
　　卷繞長(zhǎng)度：不超過(guò)30m；
　　適用設(shè)備：如電磁吸盤(pán)、抓斗、電動(dòng)臺(tái)車(chē)等。
2、重錘式（ZC系列）
a. 工作原理：
　　重錘式電纜卷線筒是利用重錘被提升而儲(chǔ)能的原理，自動(dòng)卷取電纜的機(jī)械裝置。當(dāng)拉出電纜時(shí)，帶動(dòng)電纜卷盤(pán)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)與電纜卷筒同軸相聯(lián)的鋼絲繩卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，提升重錘而儲(chǔ)存勢(shì)能。當(dāng)卷筒需卷取電纜時(shí)，重錘下降釋放勢(shì)能，在鋼絲繩張力作用下，帶動(dòng)與鋼絲繩卷筒同軸相聯(lián)的電纜卷盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，同步卷取電纜。
b. 性能及特點(diǎn)：
　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，安裝維護(hù)方便。
c. 適用范圍：
　　適用電纜：截面積25~50 mm²電纜；
　　卷繞長(zhǎng)度：小于50m；
　　適用設(shè)備：特別適用于惡劣工況，如各種鋼包車(chē)、鐵水車(chē)、渣盤(pán)車(chē)等冶金車(chē)輛和礦山車(chē)輛。
3、磁耦合式（JQC、JQD系列）
a. 工作原理：
　　永磁耦合器為差速調(diào)整機(jī)構(gòu)，向電纜卷盤(pán)輸出恒定轉(zhuǎn)矩。超出額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，耦合器打滑。當(dāng)設(shè)備駛向地面電纜錨位時(shí)，動(dòng)力經(jīng)永磁耦合器驅(qū)動(dòng)卷盤(pán)收卷電纜，耦合器向卷盤(pán)輸出的轉(zhuǎn)矩大小可調(diào)，從而保證收纜的線速度與大車(chē)運(yùn)行速度同步。
當(dāng)設(shè)備駛離地面電纜錨位時(shí)，由于卷筒上的單向離合鏈輪，動(dòng)力不能傳給電纜卷筒，大車(chē)運(yùn)行時(shí)拖拽電纜，使卷盤(pán)產(chǎn)生大于系統(tǒng)阻力（放纜磁滯器）的轉(zhuǎn)矩，同步釋放出電纜。
　　根據(jù)實(shí)際工況，可選擇選擇移動(dòng)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)中的行走輪軸（JQC系列）或電動(dòng)機(jī)（JQD系列）為動(dòng)力輸出，
b. 性能及特點(diǎn)：
　　永磁技術(shù)用于卷筒傳動(dòng)系統(tǒng)的末級(jí)，轉(zhuǎn)速低，無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象；電纜張力大小可調(diào)，保護(hù)電纜，但不宜采用軸向單排，以免出現(xiàn)燥音過(guò)大的現(xiàn)象。
c．適用范圍
JQC-I：
　　適用電纜：截面積25 mm2及以下動(dòng)力電纜及多芯信號(hào)電纜；
　　卷繞長(zhǎng)度：當(dāng)行程超過(guò)100m時(shí)，為了保證電纜排列效果，應(yīng)加裝同步排纜器。
　　適用設(shè)備：各種電動(dòng)平車(chē)，臺(tái)車(chē)、過(guò)跨車(chē)等各種電動(dòng)車(chē)輛，
JQC-II：
　　適用電纜：截面積10~35 mm²動(dòng)力電纜；
　　卷繞長(zhǎng)度：小于300米；
　　適用設(shè)備：小噸位的各種門(mén)式起重機(jī)、水電站壩頂門(mén)機(jī)等。
JQD：
　　適用電纜：多芯控制信號(hào)電纜（需配有鋼芯）；
　　卷繞長(zhǎng)度：垂直方向小于100米；
　　適用設(shè)備：特別適用于水電站壩頂門(mén)機(jī)的主副起升、液壓抓梁和清污機(jī)抓斗等。
　　電氣要求：收纜時(shí)電機(jī)工作，放纜時(shí)電機(jī)停電。

4、力矩電機(jī)式（KDO系列）
a. 工作原理
　　從力矩電機(jī)的機(jī)械特性曲線可以看出，力矩電機(jī)為變轉(zhuǎn)矩輸出。在低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出大轉(zhuǎn)矩；高轉(zhuǎn)速時(shí)輸出小轉(zhuǎn)矩，此特性非常合電纜卷筒的機(jī)械性能要求。
　　設(shè)備駛向地面電纜錨位時(shí)，力矩電機(jī)通電工作，經(jīng)減速機(jī)放大轉(zhuǎn)矩后帶動(dòng)卷盤(pán)旋轉(zhuǎn)收卷電纜。隨著卷繞直徑的增大,
　　力矩電機(jī)自動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，并增大輸出轉(zhuǎn)矩，從而保證收纜的線速度與大車(chē)運(yùn)行速度同步，并保持收纜張力恒定。

　設(shè)備駛離地面電纜錨位時(shí)，力矩電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)方向不變，大車(chē)運(yùn)行時(shí)拖拽電纜，使產(chǎn)生大于電機(jī)正向轉(zhuǎn)矩的反向轉(zhuǎn)矩，同步釋放出電纜。
b.控制方式及特點(diǎn)
　　力轉(zhuǎn)電機(jī)具有長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)的特性，與大車(chē)控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，只需從設(shè)備總電源開(kāi)關(guān)（或總接觸器）引出電源即可。電氣控制簡(jiǎn)單、可靠。
　　大車(chē)上電后，卷筒電機(jī)通電，卷盤(pán)工作，無(wú)論大車(chē)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)還是停車(chē)，力矩電機(jī)始終通電且相序不變；大車(chē)斷電后，電機(jī)斷電，卷盤(pán)制動(dòng)。
c、適用范圍
適用電纜：截面積從10~185mm²電纜；
卷繞長(zhǎng)度：800米以下；
適用設(shè)備：門(mén)式、橋式、門(mén)座式起重機(jī)、堵取料機(jī)、壩頂門(mén)機(jī)、集裝箱岸橋、場(chǎng)橋、裝卸船機(jī)、冶金機(jī)械、水工機(jī)械和礦山機(jī)械等大型軌行設(shè)備。
5、磁滯式（CZ系列）
a.工作原理

由三相異步電動(dòng)機(jī)和磁滯聯(lián)軸器組成電纜卷筒的動(dòng)力調(diào)速系統(tǒng)。設(shè)備駛向電纜錨位時(shí)，電動(dòng)機(jī)通電工作，通過(guò)減速機(jī)放大力矩后驅(qū)動(dòng)卷盤(pán)旋轉(zhuǎn)收卷電纜。此過(guò)程中由磁滯驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行差速調(diào)整，保證收纜過(guò)程與大車(chē)運(yùn)行同步；設(shè)備駛離電纜錨位時(shí)，電動(dòng)機(jī)通電且相序不變，大車(chē)運(yùn)行時(shí)拖拽電纜，使卷盤(pán)產(chǎn)生大于磁滯驅(qū)動(dòng)器的磁扭矩，同步釋放出電纜。
b.控制方式及特點(diǎn)
磁滯式電纜卷筒為恒轉(zhuǎn)矩輸出，電機(jī)必須與主機(jī)行走機(jī)構(gòu)同步起動(dòng)，而主機(jī)停止時(shí)可根據(jù)大車(chē)滑行情況，選擇對(duì)卷筒電機(jī)延時(shí)斷電。如果使用多臺(tái)磁滯驅(qū)動(dòng)器時(shí)必須保證電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向一致，并符合訂貨要求。即：大車(chē)行走，卷筒電機(jī)通電，無(wú)論正車(chē)還是反車(chē)，卷筒電機(jī)相序不變；大車(chē)停，卷筒電機(jī)延時(shí)斷電。
c、適用范圍
適用電纜：截面積從10~240mm²電纜；
卷繞長(zhǎng)度：1000米以下；
適用設(shè)備：門(mén)式、橋式、門(mén)座式起重機(jī)、堵取料機(jī)、壩頂門(mén)機(jī)、集裝箱岸橋、場(chǎng)橋、裝卸船機(jī)、冶金機(jī)械、水工機(jī)械和礦山機(jī)械等大型軌行設(shè)備。
6、變頻控制式（BP系列）
a.工作原理
BP系列變頻控制電機(jī)式電纜卷筒是目前國(guó)際上最先進(jìn)的移動(dòng)傳輸?shù)慕鉀Q方案，可滿足任何復(fù)雜工況的需求。根據(jù)公式F=T/R可看出（其中F為電纜張力，T為卷筒收卷轉(zhuǎn)矩，R為卷筒的收卷
半徑），如果能根據(jù)卷徑變化調(diào)整卷筒收卷轉(zhuǎn)矩，即可實(shí)現(xiàn)電纜張力恒定。

　　BP系列電纜卷筒的變頻器在閉環(huán)矢量（有速度傳感器矢量控制）下，選擇開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式，并通過(guò)厚度積分計(jì)算電纜卷盤(pán)的實(shí)際卷徑，準(zhǔn)確控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而保證電纜在卷盤(pán)上卷繞時(shí)，根據(jù)卷繞半徑變化而自動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)整（線性變化），保證電纜張力恒定，最大程度上保護(hù)電纜。
b. 性能特點(diǎn)
1、高集成、高智能化，響應(yīng)速度快，與設(shè)備同步性能精確、靈敏。
2、無(wú)論在收纜、放纜，無(wú)論設(shè)備運(yùn)行在軌道的任何位置，作用在電纜上的張力始終恒定，并且可通過(guò)變頻器參數(shù)輸入及控制柜面版旋鈕操作，任意進(jìn)行調(diào)整，最大限度地保護(hù)電纜，有效降低用戶的使用維護(hù)成本。
3、突破了磁滯式、力矩電機(jī)式等傳統(tǒng)電纜卷筒設(shè)計(jì)上的瓶頸，不受電纜規(guī)格、卷繞長(zhǎng)度、設(shè)備速度及安裝高度等超常規(guī)格的限制，任何復(fù)雜工況的電纜卷筒均由一臺(tái)功率不同的變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
4、適應(yīng)性強(qiáng)，可在高負(fù)載下全日制下連續(xù)工作，性能穩(wěn)定；
5、卷筒與設(shè)備為運(yùn)行連動(dòng)保護(hù)，有效防止電纜被拉斷等意外發(fā)生。
c.控制方式
　　BP系列電纜卷筒與設(shè)備的控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，控制柜可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝在任何位置（室內(nèi)或室外），只需從設(shè)備總電源開(kāi)關(guān)或總交流接觸器輸出端引出電源接于控制箱空開(kāi)即可。
d.適用范圍
可滿足任何復(fù)雜的移動(dòng)供電要求，適用于門(mén)式、橋式、門(mén)座式起重機(jī)、堆取料機(jī)、壩頂門(mén)機(jī)、集裝箱岸橋、場(chǎng)橋、裝卸船機(jī)、冶金機(jī)械、水工機(jī)械和礦山機(jī)械等大型軌行設(shè)備的移動(dòng)供電和數(shù)據(jù)傳輸。
7、手動(dòng)卷筒（SD系列）
常用于移動(dòng)設(shè)備檢修時(shí)，臨時(shí)供電。
8、軟管卷筒（RG系列）
　　卷取金屬軟管、高壓膠管等，可實(shí)現(xiàn)水、汽、油等介質(zhì)的傳輸，只是由旋轉(zhuǎn)接頭替代集電滑環(huán)，常用于煉鋼車(chē)間的的鋼包底吹氬氣、堆取料機(jī)的噴水降塵等。　　　　　　
作者：?jiǎn)堂?nbsp;　
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