螺旋卸船機回轉電纜敷設工藝設計優化

張 輝

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

隨著對環保的重視程度越來越高,各港口碼頭對全封閉高效連續螺旋卸船機出現了較大需求。目前大型環保螺旋卸船機技術主要被少數歐洲企業壟斷，國際市場占有量達80%以上。為打破國際壟斷，自主研發出了高效大型1 500 t/h的環保連續螺旋卸船機。

針對螺旋卸船機結構中門架筒體與轉柱塔之間進行±110°回轉的電纜連接敷設技術難點，通過優化電氣工藝設計，提出可行方案。

2 現有技術分析

2.1 回轉機構介紹

螺旋卸船機主要由門架、轉柱塔、水平臂架、垂直臂架等組成(見圖1)。其中門架結構最上部是筒體，它由高強度螺栓與回轉大軸承聯接。轉柱塔是卸船機的主要結構，為金屬結構焊接件，用來支承水平臂架、俯仰機構、司機室等上部回轉部分。轉柱塔中間安裝有卸料系統溜筒裝置[1]。在筒體和轉柱塔之間采用兩套驅動裝置進行驅動，組成回轉機構，使得筒體與轉柱塔之間能實現±110°回轉，回轉速度為0.15 r/min。

圖1 轉柱塔和門架結構圖

2.2 電纜布置走向

螺旋卸船機整機電纜布置主要分為上部電纜和下部電纜，其中上部電纜敷設路線是：從電氣房內部沿著電纜托架敷設至門架筒體處，通過回轉機構敷設至水平臂架螺旋驅動裝置、垂直螺旋臂架驅動裝置、喂料驅動裝置、俯仰機構、司機室等上部回轉的電氣設備。通過該回轉部分的電纜有60根左右，分別有動力、控制、通訊等電纜。技術難點在于通過可靠、合理的連接敷設方案，使得上部電纜經過±110°的回轉，確保螺旋卸船機的動力總成，半自動電氣控制系統以及監控系統正常工作。

2.3 現有敷設方案分析

2.3.1 中心集電器敷設方案

中心集電器又稱中心受電環，用于相對部件作圓周運動時的電氣動力傳輸和信號傳導。電纜連接中心集電器的上下接線柱，在回轉機構驅動下，該裝置中的滑環跟結構同步回轉，從而輸出穩定可靠的動力傳輸和信號傳導。目前該裝置市場價格在每臺5萬元左右。

但是中心集電器的安裝有一定的條件限制。首先，中心集電器應垂直安裝；第二，中心集電器中心旋轉軸線與設備的中心旋轉軸線必須重合；第三，允許偏差不大于中心集電器總高1/1 000。綜上所述，結合螺旋卸船機回轉部分的結構，在該部分的中心回轉軸線上安裝有卸料系統的溜筒裝置，會和中心集電器裝置相互干涉。

2.3.2 電纜拖鏈敷設方案

電纜拖鏈是一種束縛電纜或電線以方便其轉動及運動的裝置，電纜拖鏈能夠隨著設備在發生移動或者旋轉的時候通過導向裝置在導向槽中來回運行，發揮安全保護和導向的功能[2-3]。根據螺旋卸船機的作業工況，配合適用于拖鏈的高柔性電纜，可以用電纜拖鏈的方式來進行電纜敷設。

電纜拖鏈系統運行穩定、維護方便，但拖鏈以及需要配套的柔性電纜兩者相加成本較高。以本機型設計方案為例，不計算該系統安裝支架以及維護平臺的搭建成本，拖鏈系統和配套的柔性電纜采購價格在40萬元左右。

3 優化方案總體設計

通過分析螺旋卸船機回轉作業工況，得到各個結構發生回轉時的運動軌跡，設計出一套優化方案：電纜通過垂懸敷設，在該部分結構的筒體(固定端)和轉柱塔(移動端)上分別安裝2個電纜支架，用于固定垂懸電纜的兩端，利用電纜的柔性，使60多根電纜能夠跟隨回轉機構同步回轉，同時確保電纜不扭曲扯斷(見圖2)。

圖2 優化方案總體設計圖

4 優化方案關鍵技術

4.1 電纜支架的安裝

移動端的電纜支架安裝在轉柱塔結構下部，由于中心回轉軸線上安裝有卸料系統的溜筒裝置，所以首先要考慮移動端的電纜支架相對位置要大于溜筒裝置在中心線上的直徑，避免電纜跟隨轉柱塔同步回轉時碰擦以及拉扯到溜筒表面。移動端電纜支架的自由端制作時，要充分考慮電纜垂直向下時延展性以及自然的彎曲半徑，避免電纜受損(見圖3)。

圖3 移動端電纜支架

固定端的電纜支架安裝在門架筒體上，其安裝角度盡量與移動端電纜支架相同，使得垂懸電纜在最低點彎曲順滑自然，避免有任何絞頭。安裝高度低于移動端電纜支架1 m左右(根據不同項目的圓筒體高度調節)，同時要滿足電纜同步回轉時垂懸部分電纜的最大拉伸距離需求(見圖4)。

圖4 固定端電纜支架

電纜支架材料選用Q235B，為了防止腐蝕生銹，對整個支架作熱浸鋅處理；支架中間要用直徑20 mm的圓鋼分若干檔用作電纜的綁扎固定。

4.2 垂懸電纜長度的計算

電纜的移動端和固定端支架分別安裝完成后，要確定兩個點之間垂懸電纜的長度。通過分析轉柱塔分別在+110°和-110°兩個最大回轉角度時的位置，得到電纜的最大拉伸距離，作為電纜垂懸敷設時預留的理論長度。為避免電纜拉扯斷裂，加上一定的安全系數，計算出實際垂懸電纜預留長度=理論長度×1.2。

4.3 垂懸電纜的保護措施

要防止電纜同步回轉時，極端情況下回轉速度過快或者回轉動作急停急轉，造成垂懸的電纜大幅度擺動或者甩尾，使得電纜勾到圓筒體下部的溜筒結構上，造成電纜損傷甚至斷裂。在對應的溜筒結構處覆蓋圓弧型板材，保證該處溜筒結構表面光滑無毛刺。

4.4 施工工藝

在電纜敷設施工時，首先要求理齊拉直，排列整齊，無扭曲纏繞現象；其次，按照電纜直徑大小分2層在電纜支架上敷設，先敷設下層粗電纜，再敷設上層細電纜，避免電纜垂懸自重壓壞電纜；然后，在支架上固定采用金屬扎帶與尼龍扎帶交替綁扎電纜，每3道尼龍扎帶后加1道金屬扎帶，使用金屬扎帶時，需要另外配扎帶護套保護電纜，以免對電纜的絕緣層造成傷害。垂懸電纜最底部的電纜敷設時，彎曲半徑按電纜直徑的8倍計算，確保底部電纜彎曲自然柔順，不能有絞頭，滿足螺旋卸船機進行±110°回轉作業時同步扭動。通訊電纜要單獨穿金屬軟管敷設，而且金屬軟管兩端必須可靠接地，防止信號受到干擾。

考慮到敷設的垂懸電纜在后期的維護、保養、更換時方便作業，在垂懸電纜的兩個終端，分別安裝1個接線箱，作為垂懸電纜上下連接的過渡。

5 結語

該螺旋卸船機項目通過一系列的設計優化，單臺機制造費用相比國外同類產品降低了20%左右，為國內在高效連續螺旋卸船機的標準化設計、制造方面積累了寶貴經驗。