EM恒張力電纜卷筒在磁盤類天車的應(yīng)用及改進(jìn)

柯雄威

（天津鋼鐵有限公司煉鋼廠，天津300301）

0 引言

磁盤類天車廣泛應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)爐爐前廢鋼加入、爐后廢渣精撿，連鑄鋼坯運(yùn)輸、存放、精整等都需要利用天車進(jìn)行吊運(yùn)。磁盤類天車主要是利用磁盤吸力吸住金屬物質(zhì)進(jìn)行裝卸運(yùn)輸，而磁盤吸力是通過電纜卷筒上的電纜把直流電輸送到磁盤進(jìn)行工作，因此電纜卷筒的好壞直接影響了磁盤天車的工作效率。

本廠使用EM型恒張力電纜卷筒，以加料低跨磁盤天車的使用狀況為例，介紹其應(yīng)用情況與改進(jìn)方法。低跨的環(huán)境條件概括如下：絕對(duì)標(biāo)高：+8.5 m；最高氣溫：+43℃；最低氣溫：-20℃；廠房內(nèi)工作。

1 EM型恒張力電纜卷筒的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

EM型恒張力電纜卷筒由卷筒骨架、渦輪蝸桿減速箱、集電器、膜盤式聯(lián)軸器、電機(jī)及各種繼電器及交流接觸器等部件組成。

1.2 工作原理

1.2.1 膜盤式聯(lián)軸器的工作原理

膜盤式聯(lián)軸器與常見聯(lián)軸器形式不同，聯(lián)軸器結(jié)合部不是通過螺栓連接，而是靠摩擦力帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。聯(lián)軸器由渦輪膜盤、套筒膜盤、壓簧和調(diào)節(jié)鎖母組成。蝸輪齒輪兩側(cè)表面刻痕，形成膜盤，與之相對(duì)的是另兩張刻痕膜盤。聯(lián)軸器膜盤刻痕如圖1所示。

圖1 聯(lián)軸器膜盤刻痕圖

其中一個(gè)刻痕盤由鎖緊螺母通過彈簧推動(dòng)而與齒輪膜盤緊密連接。當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，由于刻痕的存在，摩擦力很大，齒輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)套筒膜盤轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒隨之運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)需要調(diào)節(jié)卷筒速度時(shí)，通過松緊調(diào)解螺母，進(jìn)而調(diào)節(jié)膜片與齒輪盤的間隙，增大或者減小摩擦力，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出扭矩的作用。

1.2.2 恒張力電纜卷筒的工作原理

電纜卷筒由電機(jī)將扭矩輸送至渦輪蝸桿齒輪箱，經(jīng)減速機(jī)減速后，扭矩由膜盤式聯(lián)軸器傳遞至卷筒，驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)而纏繞電纜。天車使用的磁盤是由起升電機(jī)帶動(dòng)升降，當(dāng)磁盤上升時(shí)卷筒電機(jī)得電，卷筒向收攬方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)磁盤下降時(shí)，電纜拖曳卷筒，膜盤聯(lián)軸器的兩盤打滑，卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)電纜放開。同時(shí)，由于膜盤聯(lián)軸器還處于接觸狀態(tài)，摩擦扭矩還在，因而電纜在下降過程中始終保持張緊狀態(tài)。

1.3 恒張力電纜卷筒的結(jié)構(gòu)

恒張力電纜卷筒如圖2所示。

圖2 恒張力電纜卷筒結(jié)構(gòu)圖

減速箱在中間，上面連接電機(jī)端，輸入動(dòng)力；左側(cè)為集電箱，將電源從直流柜引入后，由空心軸輸送至卷筒上的電纜；右側(cè)為卷筒骨架，與空心軸相連，從空心軸引出的電纜纏繞在卷筒表面，兩側(cè)有環(huán)形架防止電纜脫落。

減速箱內(nèi)部為渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)。渦輪膜盤居中，與齒輪連接的是蝸桿，蝸桿處在電機(jī)輸入端；右側(cè)是輸出端膜盤和支撐軸承，輸出端軸連接至卷筒；左側(cè)是另一膜盤輸出端，有膜盤、彈簧、調(diào)節(jié)鎖母。通過調(diào)節(jié)桿可以調(diào)節(jié)膜盤與齒輪盤的間隙，進(jìn)而調(diào)節(jié)扭矩的大小。

2 恒張力電纜卷筒的工作特性

從上述工作原理及結(jié)構(gòu)形式可以看出，其有下列幾項(xiàng)特性：

（1）體積小，便于其在天車起升機(jī)構(gòu)有限空間內(nèi)的布置；結(jié)構(gòu)緊湊，方便安裝和保養(yǎng)維護(hù)；功能齊，能夠滿足生產(chǎn)變化需要。

（2）膜盤式聯(lián)軸器能保證傳遞的力矩不隨負(fù)載變化，保護(hù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)不過載，保持電纜承受恒張力，并且根據(jù)需要可以隨時(shí)調(diào)節(jié)張力，張力調(diào)節(jié)范圍也大。

（3）同步性能優(yōu)異。由于膜盤聯(lián)軸器良好的打滑性能，卷筒收放纜速度能夠同步于磁盤的升降速度。

（4）自鎖性強(qiáng)。電纜卷筒的電機(jī)在工作時(shí)有可能因?yàn)樽陨砘蚱渌驅(qū)е聰嚯姡藭r(shí)渦輪蝸桿副機(jī)構(gòu)自動(dòng)自鎖，這樣纏繞在卷筒上的電纜就不會(huì)滑落。

（5）電纜卷筒電機(jī)在使用過程中有可能因?yàn)槟撤N原因產(chǎn)生反轉(zhuǎn)趨勢(shì)，這樣卷筒上的電纜就會(huì)瞬間送脫，發(fā)生故障。為杜絕此類隱患，在電機(jī)軸上安裝有單向軸承，可以防止卷筒反轉(zhuǎn)。

3 恒張力電纜卷筒的安裝、使用與維護(hù)重點(diǎn)

（1）因?yàn)殡娎|在包裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，所以卷筒更換電纜時(shí)要將其釋放，即將電纜完全松開后再纏入卷筒。同時(shí)電纜應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的規(guī)格使用，不能替換。

（2）電纜卷筒安裝時(shí)，應(yīng)用螺栓固定在小車底座上，如果原設(shè)計(jì)中沒有基座，也可以采用焊接方法安裝在合適位置。另外，為保證電纜在卷筒上有序纏繞，卷筒須放水平，其軸心線與磁盤升降方向垂直，同時(shí)卷筒探出磁盤外側(cè)。

（3）恒張力電纜卷筒接線圖如圖3所示。

圖3 恒張力電纜卷筒接線圖

在集電箱接入電源時(shí)，電纜引線連在A（黃）、B（綠）、C（紅）、O（黑）4個(gè)滑環(huán)的電刷上，為防止虛燒，務(wù)必連接牢靠，連接后的電纜即通過空心軸將動(dòng)力傳遞至磁盤。

（4）由于操作室聯(lián)動(dòng)臺(tái)同時(shí)控制電纜卷筒和起升電機(jī)，因此兩者同步啟動(dòng)。但是后者停止時(shí)，電纜卷筒必須延遲幾秒斷電，以防止扯斷電纜。

（5）膜盤聯(lián)軸器的力矩調(diào)整應(yīng)大小合適。如果過大，容易造成卷筒結(jié)構(gòu)和電纜負(fù)載增加，使用壽命降低。如果過小，電纜容易松脫。

（6）調(diào)整力矩應(yīng)使用卷筒自帶的透氣塞。調(diào)節(jié)方法是：將透氣塞擰出，倒裝入原孔內(nèi)，面對(duì)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)卷筒。如果想增大卷取力矩，則順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)卷筒。如果想減小卷取力矩，則反向調(diào)整卷筒。調(diào)整過程中，采取措施防止異物帶入或掉入箱體內(nèi)。調(diào)整完后，恢復(fù)透氣塞至原位。

（7）電纜卷筒的潤滑。新卷筒安裝時(shí)，減速箱內(nèi)加入220#中極壓齒輪油潤滑。使用滿3個(gè)月后，排凈全部污油，然后用煤油或柴油潔凈內(nèi)箱后再次注入新油，油量達(dá)到油標(biāo)中部即可。以后定期檢查更換潤滑油。

（8）電刷和滑環(huán)檢查。電刷和滑環(huán)屬于易損部位，如滑環(huán)出現(xiàn)電蝕或燒傷，應(yīng)用細(xì)砂布磨光或機(jī)加工拋光，以保證電刷能緊密接觸滑環(huán)。當(dāng)檢查發(fā)現(xiàn)電刷磨損達(dá)原高度的一半時(shí)，立即更換。

4 電纜卷筒在使用過程中存在的問題及改進(jìn)

4.1 日常使用中發(fā)生的故障及原因

從實(shí)際使用看，電纜卷筒發(fā)生過的故障有：電纜拉斷、接觸器故障、滑環(huán)磨損快、電機(jī)損壞、膜盤刻痕磨損嚴(yán)重等等。較常見的是前3種故障，較嚴(yán)重的是后2種故障。

故障產(chǎn)生的客觀原因是生產(chǎn)節(jié)奏緊張，天車磁盤使用頻繁。以低跨兩部磁盤天車為例，每爐鋼需要兩斗廢鋼，每斗廢鋼使用磁盤數(shù)平均在20次，每天出鋼數(shù)大約在110爐左右，每天每個(gè)電纜卷筒工作頻次在2200次左右，這樣電氣元件頻繁的動(dòng)作，使電纜一直處于被拉扯狀態(tài)，使用壽命大大降低；另外，電機(jī)啟動(dòng)頻繁，加速?zèng)_擊較大，長期處于工作狀態(tài)，極易造成電機(jī)短路、開路等故障。

發(fā)生故障后，需要進(jìn)行緊急處理。電氣元件更換簡單，時(shí)間短，不會(huì)影響生產(chǎn)節(jié)奏。膜盤刻痕磨損問題不具備在線處理?xiàng)l件，且發(fā)生頻次少，不具有緊迫性，可以利用生產(chǎn)間隙下線處理。但是電機(jī)故障檢修困難，處理時(shí)間長，對(duì)生產(chǎn)影響較大，且電機(jī)成本較高，不能多備。因此選擇降低電機(jī)故障率，延長電機(jī)使用壽命作為改進(jìn)方向。

4.2 改進(jìn)方案

電纜卷筒原電氣設(shè)計(jì)工作原理如圖4所示（電磁吊型）。

圖4 電氣工作原理圖

改進(jìn)后的電氣工作圖如圖5所示。

對(duì)比圖4及圖5可知，在電氣控制線路中引入了變頻器，變頻器獨(dú)立于電纜卷筒布置，體積小，功能實(shí)用，國產(chǎn)化，價(jià)格較電機(jī)便宜。在原設(shè)計(jì)中，電纜卷筒直接使用工頻電源驅(qū)動(dòng)。工頻電源驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是：輸出電壓和頻率同時(shí)全部加在電機(jī)上，造成電機(jī)的啟動(dòng)電流過大，產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械沖擊，降低了電機(jī)及附屬設(shè)備的使用壽命。而使用變頻器后，在啟動(dòng)時(shí)，變頻器能夠?qū)⑤斎腚姍C(jī)的電壓和頻率逐漸加入，減小了起動(dòng)電流和沖擊；在使用過程中，變頻器能夠隨時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)相關(guān)參數(shù)以匹配工況的變化，將這種變化對(duì)電機(jī)的影響降到最低。

圖5 改進(jìn)后的電氣工作圖

4.3 改進(jìn)后效果

改進(jìn)后，采用變頻器對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)速度、工作狀態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化處理，降低了電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，減小沖擊，實(shí)現(xiàn)了精確控制和保護(hù)，達(dá)到了延長電機(jī)使用壽命的目的。

同時(shí)，改進(jìn)后延長了電機(jī)的加減速時(shí)間，峰值電流降低，對(duì)系統(tǒng)中的電器元件，如各種繼電器、接觸器、集電器內(nèi)的電刷等較為有益。在變頻器容許過載時(shí)間內(nèi)，減少了對(duì)膜盤聯(lián)軸器的沖擊，延長了膜盤使用壽命，降低了電纜卷筒的維護(hù)成本。

5 結(jié)語

由于磁盤天車在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要作用，對(duì)于電纜卷筒的可靠性必須予以重視。只有加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，才能降低電氣元件和機(jī)械部件的損壞頻率，延長電纜卷筒的整體壽命，發(fā)揮磁盤天車的系統(tǒng)性能，滿足生產(chǎn)需要。