卷筒電纜扭曲變形問題分析與解決措施

范濤　崔海洋　宮傳播

摘 要：本文分析了斗輪機用電纜出現護套起皺、電纜扭曲變形的原因，通過對電纜結構的優化設計，及設備自身的設計、調試、電氣控制系統的優化改進，卷筒電纜出現外皮起皺、扭曲變形的現象是可以避免的。

關鍵詞：起皺；扭曲變形；電纜變形；斗輪機電纜

中圖分類號：U45 文獻標識碼：A

1 筒電纜使用場合

目前卷筒電纜主要用于斗輪機、港機、鋼包車、電動鏟運機等設備，隨著設備來回運行，卷筒進行收線、放線運動。電纜在運行過程中承受正拉力與彎曲變形。

2 纜外護起皺、電纜變形的原因

根據市場用戶反映，斗輪機、港機、鋼包車、電動鏟運機等場合使用的卷筒電纜都相應出現了護套起皺、電纜扭曲變形的質量問題，造成了設備無法正常作業。

通過對斗輪機電纜使用現場進行勘察，可能造成電纜出現護套起皺、電纜扭曲變形的原因有以下幾點：

（1）電纜柔軟性及結構穩定不夠。柔軟性不夠，在移動彎曲過程中，電纜變形抗力較大；電纜結構不穩定，在彎曲時，電纜結構發生畸變，纜芯“拱起”，造成電纜彎曲變形。

（2）卷盤電纜受力分析：電纜卷筒的卷繞力用來克服電纜自重等引起的作用在電纜上的張力、卷筒支座軸承處的摩擦力、起-制動引起的慣性阻力等。將電纜卷繞到卷筒上去，要十分精確的計算卷繞力矩比較困難，目前采用比較粗略的計算法。

設電纜卷筒中心安裝高度（離地面）為H（m），卷滿電纜的卷筒最外層直徑為D纜（m）。

則卷繞力矩：

M纜=D纜/2·（qH+S基）·9.8 （1）

其中：M纜—力矩（N·m）；D纜—卷筒最外層直徑（m）；q—電纜單位重量（kg/m）；S基=5kg～10kg—考慮克服除電纜自重以外的卷繞阻力折算到電纜上的基本張力。電纜截面大的取值大，截面小的取值小。

目前斗輪機所采用的電纜卷筒多為磁滯式。由于磁滯式電纜卷筒是恒力矩的，力矩M=F·L（M表示力矩；F表示力值；L表示從轉動軸到著力點的距離）；當力矩恒定時，外層電纜在收放過程中受力最小，內層電纜在收放過程中受力最大。因此隨著電纜纏繞半徑的變化，電纜所受的張力也在變化。如圖3、圖4的受力分析。

同時F·cosθ=F0（由外向內θ3<θ2<θ1，則F3>F2>F1），卷筒進行電纜收放時，從卷盤外圈向內圈，電纜與導纜架之間的夾角越來越小，根據力學正交分解分析得知，由外層向內層電纜受力也逐漸增大。

通過電纜受力分析，得知卷盤內層電纜受力與彎曲變形程度較外層要大。如果電纜卷筒的內徑太小，再加上電纜卷筒的力矩也調的很大，那么內圈的電纜張力將會大于電纜允許抗拉力，造成電纜受力過大、彎曲變形。

（3）電纜卷筒的調試。現場調試人員往往將電纜卷筒力矩調的很大，造成電纜張力過大。

綜合考慮上述影響因素，并對電纜發生彎曲變形的區域進行認真分析，得出以下結論：電纜的扭曲變形區域主要出現在卷盤的次內層，通過對設備的運行觀察，在設計時電纜米數留有余量，卷盤最內層1～3圈電纜始終纏繞在卷盤上，不進行卷繞運動，因此電纜沒有出現彎曲變形；次內層變形嚴重，主要是因為次內層較外層受力與彎曲變形程度較大，所以出現了圖1中次內層電纜嚴重扭曲變形的現象。

3 改進措施

針對以上原因，相應的提出以下改進措施及注意事項：

（1）卷筒電纜，導體采用GB/T 3956-2008標準規定的6類軟銅導體，成纜節徑比控制在10～12倍，護套采用TPU、氯化聚乙烯、彈性體等材料，來提高電纜的柔軟性；纜芯分組采用正規排列絞合結構，纜芯外繞包一層涂膠棉布帶，護套采用雙層結構，內外護套之間采用編織高強度纖維抗扭層，來保證電纜結構的穩定性。

（2）卷盤筒徑的設計

（3）導纜架安裝位置設計

卷盤由外向內彎曲變形程度逐漸增大，為了減小電纜彎曲變形的程度，卷盤內層電纜與導纜架之間形成的角度不小于60°。同時導纜架半徑不小于電纜彎曲半徑的12倍。

（4）卷盤力矩控制，卷盤力矩采用M1、M2兩個檔位（M1>M2），當卷盤上電纜米數超過電纜總長度的1/2，卷盤力矩為M1；當卷盤上電纜米數小于1/2電纜總長度，電氣控制系統自動將卷盤力矩切換為M2。

（5）現場調試人員可以根據圖5來確定調節電纜卷筒力矩大小。實際卷繞過程中，由于卷繞力矩作用，使電纜懸垂一段距離，懸垂線的水平投影l的長短與卷繞力矩M纜大小有關。M纜大則電纜拉的越緊，l就長。

（a）力矩太小，電纜過松；（b）力矩太大，電纜過緊；（c）力矩適中，電纜過度平穩。

結語

通過對電纜結構的優化設計，及設備自身的設計、調試、電氣控制系統的優化改進，卷筒電纜出現外皮起皺、扭曲變形的現象是可以避免的。

參考文獻

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