門式起重機電纜卷筒的改進

摘 要：公司基地4臺MH20-24門式起重機的電纜卷筒在放電纜時均會出現電纜卡死現象，從而導致電纜被拉斷。經過改進，重新選擇電纜卷筒，更改電纜供電位置，消除了存在的隱患，減少了電纜更換的次數。

關鍵詞：門式起重機；電纜卷筒；電纜卡死；改進

中圖分類號：TH213.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）35-0142-02

公司基地4臺MH20-24門式起重機長期承擔著物資、設備進出庫的裝卸工作，使用頻率高、任務大。由于場地的寬廣，門式起重機大車行走的距離較大，最大距離為200 m。原先安裝的4個電纜卷筒在工作的過程中，由于電纜的排列不規則，在放電纜時常常出現電纜卡死現象，這是導致電纜被拉斷的主要原因。每一臺門式起重機的電纜都出現多處拉斷，縮短了電纜的使用壽命，帶來很多的安全隱患。因此很有必要對卷筒進行全方位的改進。

1 卷筒結構的改進

4臺門式起重機所用的電纜卷筒均為軸向多排電纜卷筒，經分析此類卷筒在卷電纜的過程中很難將電纜整齊排列。由于電纜較長，當卷筒所卷的電纜層數越多時，經常導致電纜在卷筒上卡死；每當放電纜時，卷筒無法自然轉動，這是電纜常被拉斷的主要原因。根據實際經驗在盡可能的條件下，可以優先選用軸向單排電纜卷筒，這樣電纜就不易被卡死，減小了安全隱患。兩者的區別如圖1所示。

2 供電方式的重新選擇

由于選用了軸向單排電纜卷筒，且所需用的電纜較長，可以重新考慮從大車行走的最大距離中間點向門式起重機供電纜。這樣可以盡可能地滿足卷筒容量和電機承載力，同時又節約一半的電纜用量，可謂一舉兩得。

2.1 系統電路的改造

選用中間供電不免產生了一個新問題，就是電纜卷筒在大車行走至中間點位置時如何自動改變轉向，即如何自動調節電機的正反轉。一般可以考慮在主電路中增加兩個控制電機正反轉的接觸器，在控制電路中增加一行程開關用來控制接觸器，所增加的電氣原理圖如圖2所示。電路中的兩接觸器直接接在卷筒電機接線端，要求接觸器能夠自鎖。這時當電纜卷筒隨著門式起重機大車行至中間點位置時，由原來的卷電纜自動切換為放電纜。亦即可控制電纜卷筒的轉向在中間點一側與大車走行輪的轉向相同，而在另一側則與大車走行輪的轉向相反；且不會影響卷筒原本根據大車的走向收放電纜。

2.2 行程開關的安裝

行程開關選用滾輪式組合行程開關，行程開關的作用如同兩個控制正反轉的按鈕。對于行程開關的控制可以考慮在地面上安裝一擋板，通過擋板對行程開關的撥動，實行通斷電路，控制電機正反轉。行程開關的安裝如圖3所示，需注意的問題是安裝位置要偏離軌道一定的距離，保證擋板的安裝位置不影響大車行走；且應當在安全線內側，安全線內靜止堆放雜物。如果門式起重機的大車橋架離地面的高度過大，可在其偏下方焊一槽鋼，將行程開關固定到槽鋼上，確保安全可靠。

擋板安裝如圖4所示，擋板與地面可用合頁連接，使其能夠來回擺動。在擋板的兩側各安裝一個彈力一致的彈簧（彈簧的彈力能夠撥動行程開關），這樣擋板就始終停留在中間位置。擋板的最高點在安裝初應控制好，最高點應當超出滾輪中心點一定的高度，確保能夠來回撥動開關。擋板安裝在地面上的位置與電纜的起點水平距離應該等于行程開關與中間換向電纜導輪的水平距離，見圖3。

3 卷筒、電機的選用

3.1 卷筒直徑的確定

原先電纜卷筒的內徑為0.6 m，記為d；使用電纜的直徑為0.03 m，記為d0；電纜被卷一圈后，直徑增加2倍的d0。因此當卷過n圈電纜后，電纜的外圍的直徑為dn=d+2nd0。此為等差數列，其求和公式為Sn=nd+nd0+n2d0。

電纜總長度為L=πSn根據要求大車行走的最大距離為200 m，選用中間供電，因此電纜的總長度約為100 m。帶上數據，即100/π=0.6 n+0.03 n+0.03 n2，求解取整得n=24。則電纜的外圍的直徑為d24=0.6+2×24×0.03=2.04。為考慮卷筒在卷電纜時難以緊密，因此卷筒的外徑定為2.5 m。

3.2 選用合適的卷筒

根據經驗公式計算驅動力矩T=Km（h+rmax）grmax。式中，K為系數，m為每米電纜的質量，h為卷筒安裝中心高度，rmax為卷筒最大半徑。

取K=1.5，m=4 kg/m，h=1.5 m，rmax=1.25 m，g=9.8 m/s2。

求得T=202 Nm。

根據以上綜合計算，同時考慮卷筒自重對驅動力矩的影響，可選T1D-Ⅳ型電纜卷筒。其基本參數如表1所示。

3.3 選用合適的電機

目前，大多數電纜卷筒均采用力矩電機驅動。卷筒卷電纜時要求恒張力恒線速度傳動，即拉力F恒定，且線速度v恒定，因此驅動的功率p=Fv為定值；又因驅動功率為轉速與轉矩之積，則p=nT為定值，由此得出此負載的機械特性為一雙曲線。如圖5所示，力矩電機的機械特性其中一部分（圖中陰影部分）較適用于此條件。考慮一部分扭矩的儲備，選用堵轉力矩為4 Nm的YLT型堵轉三相力矩電機。因根據轉速要求，卷筒所配的減速器減速比為55，折算到卷筒上的轉矩為4×55=220 Nm>202 Nm，滿足使用要求。

4 安裝和調試

①電纜卷筒必須水平安裝。找正水平，保證卷筒的軸心線與門式起重機方向垂直，用螺栓固定或焊接在門式起重機適當的地方。

②試機前，檢查電源電壓及載荷電流與卷筒的相應參數是否匹配，所有固件是否緊固。

③試機時必須先調整好卷取力矩，力矩不宜調得過大，力矩過大不但會影響電纜的使用壽命，而且極易導致卷筒電機過載燒毀。

④試機時，如果卷筒反轉，可將卷筒電機電源線反接即可。

5 結 語

改進后，電纜卷筒再未出現電纜卡死現象，電纜也再未拉斷，延長了電纜的使用壽命，消除了因電纜破裂而導致的漏電隱患，為工作的安全提高了保障。

當然這樣的改進仍然有一些不足之處；例如，選用選用軸向單排電纜卷筒，必然會增加卷筒的直徑，卷筒的力矩也跟著增大，對電機的選擇要求也就更高，生產的用電量也將增大。

參考文獻：

[1] 戴明宏，張君霞.電氣控制與PLC應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007.