干熄焦提升機(jī)電纜拖鏈的相關(guān)計(jì)算

張帥

(濟(jì)鋼集團(tuán)國(guó)際工程技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

干熄焦提升機(jī)是干法熄焦系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，與干熄焦系統(tǒng)間有大量的邏輯控制及聯(lián)系，主要負(fù)責(zé)提升和搬運(yùn)焦罐［1］，具有全自動(dòng)運(yùn)行、精確定位的功能。其具體操作是將提升井架底部裝滿(mǎn)紅焦(1 000 ℃±50 ℃)的焦罐垂直提升至提升井架頂部，再沿軌道水平橫移至干熄爐側(cè)，精準(zhǔn)對(duì)位后，將焦罐下落到裝入裝置的料斗正上方，通過(guò)焦罐與裝入裝置的配合將紅焦卸入干熄爐內(nèi)，裝焦完成后，沿水平軌道返回提升井架側(cè)，在提升井架的高度上將空焦罐落座在焦罐臺(tái)車(chē)上，然后進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，提升機(jī)PLC與其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)，采用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。

因提升機(jī)的操作環(huán)境極其惡劣，設(shè)置于提升機(jī)上的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化操作的許多電氣設(shè)備極易受到環(huán)境腐蝕而被破壞，且維修更換較為困難。目前為簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)電纜施工和減少電纜連接的工作量，眾多提升機(jī)制造廠家在設(shè)備機(jī)械室內(nèi)設(shè)置了PLC的遠(yuǎn)端I/O接口，將提升機(jī)所有控制信號(hào)集中采集后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與干熄焦主控室的PLC系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸。

為了確保連續(xù)、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)，提升機(jī)自身設(shè)有完善的檢測(cè)和連鎖控制系統(tǒng)，而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)安全控制及穩(wěn)定運(yùn)行的前提就是選擇較可靠、較經(jīng)濟(jì)的提升機(jī)電纜導(dǎo)電形式［2］，并計(jì)算出提升機(jī)的走行距離及電纜長(zhǎng)度，使得電纜能夠穩(wěn)定地為干熄焦的生產(chǎn)服務(wù)。

干熄焦提升機(jī)的生產(chǎn)工況及環(huán)境特點(diǎn)：

(1)運(yùn)行工況差。提升機(jī)運(yùn)行軌道通常安裝在戶(hù)外高空45～60 m的鋼結(jié)構(gòu)梁上，受溫度、雨雪、風(fēng)、光照、粉塵等外部自然環(huán)境條件影響較大，設(shè)備維護(hù)與檢修相對(duì)困難。

(2)運(yùn)行距離短、頻繁。提升機(jī)的橫移距離通常在12～20 m之間，運(yùn)行速度在40～60 m/min之間，提升機(jī)一個(gè)工作周期為6～9 min，每個(gè)工作周期橫移2次，每日工作時(shí)間約19.2 h，每年運(yùn)行次數(shù)約10萬(wàn)次，運(yùn)行頻繁。

(3)電纜數(shù)量多、單位長(zhǎng)度質(zhì)量大。提升機(jī)的整機(jī)功率為600～1 500 kW左右，整機(jī)采用全自動(dòng)控制，給設(shè)備供電及控制信號(hào)所使用的電纜數(shù)量和種類(lèi)多，單位長(zhǎng)度電纜質(zhì)量大。

(4)電纜存在電磁干擾。提升機(jī)電纜數(shù)量和種類(lèi)多、功能不一，相互之間存在干擾，特別是動(dòng)力電纜對(duì)控制電纜存在電磁干擾。

電纜拖鏈這種電纜導(dǎo)電形式因其柔韌性好、耐腐蝕性?xún)?yōu)、屏蔽性能好、安全可靠、安裝簡(jiǎn)單、能適用于室外惡劣環(huán)境、能適用于設(shè)備單元需要來(lái)回移動(dòng)的場(chǎng)合、能保護(hù)電纜隨拖鏈移動(dòng)時(shí)不易受損壞等優(yōu)點(diǎn)，近些年在干熄焦提升機(jī)電纜導(dǎo)電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，得到了市場(chǎng)和用戶(hù)的認(rèn)可。

1 概述

電纜拖鏈?zhǔn)俏挥跈C(jī)械室側(cè)面的設(shè)備，安裝在電纜拖鏈平臺(tái)上，主要由拖鏈、柔性電纜、電纜夾和浮動(dòng)頭等組成。電纜由安裝在提升機(jī)軌道平臺(tái)的接線箱引出，沿拖鏈的浮動(dòng)頭送入機(jī)械室供電。拖鏈下部設(shè)置了便于拖鏈運(yùn)行的卡槽，側(cè)面設(shè)置了導(dǎo)向槽，以限制電纜拖鏈的扭曲和彎折。電纜固定在電纜拖鏈內(nèi)部，封閉性好，能夠?qū)﹄娎|進(jìn)行妥善的支持和導(dǎo)向。當(dāng)提升機(jī)橫移時(shí)電纜拖鏈隨之無(wú)損傷地移動(dòng)，因其能夠讓電纜保持一定的彎曲半徑，且彎曲位置不固定，所以達(dá)到了保護(hù)柔性電纜的目的。

拖鏈由高強(qiáng)度工程塑料材料制成(包含側(cè)板和橫桿)，采用RHD加強(qiáng)型輪式拖鏈，減小了拖鏈之間的摩擦力，延長(zhǎng)了使用壽命；保證拖鏈的大部分處于導(dǎo)向槽內(nèi)部，確保了導(dǎo)向槽對(duì)拖鏈軌跡的限制作用；使用浮動(dòng)頭對(duì)拖鏈進(jìn)行糾偏，使得拖鏈?zhǔn)冀K在一條直線上，減少了拖鏈和導(dǎo)向槽之間的磨損；導(dǎo)向槽一般使用304不銹鋼材質(zhì)，拖鏈采取兩片式結(jié)構(gòu)，便于焦粉從導(dǎo)向槽中間漏下。

拖鏈內(nèi)部電纜采用耐磨抗UV的TPE外護(hù)套材質(zhì)拖鏈專(zhuān)用的柔性電纜，絕緣層也采用TPE材質(zhì)，增強(qiáng)了電纜的耐磨性和耐折彎性能，另外銅導(dǎo)體采用多股細(xì)銅絲編織而成。電纜主要包含供提升機(jī)傳動(dòng)使用的動(dòng)力電纜和供提升機(jī)傳輸信號(hào)使用的控制電纜。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

在某項(xiàng)目的調(diào)試階段，出現(xiàn)了因電纜進(jìn)線孔位置定位錯(cuò)誤、施工安裝偏差大、設(shè)備廠家指導(dǎo)安裝錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)余量不足等原因?qū)е碌碾娎|及拖鏈長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求、導(dǎo)向槽長(zhǎng)度不足以保護(hù)電纜拖鏈安全運(yùn)行等問(wèn)題。然而項(xiàng)目投產(chǎn)在即，柔性電纜已經(jīng)連接并截取完畢，拖鏈及電纜夾也已安裝結(jié)束，電纜拖鏈導(dǎo)向槽也已固定完成，這一問(wèn)題的發(fā)生對(duì)該項(xiàng)目的工程節(jié)點(diǎn)影響嚴(yán)重，而且該問(wèn)題的整改需要消耗巨大的人力物力。

因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中準(zhǔn)確計(jì)算提升機(jī)的走行距離、電纜拖鏈長(zhǎng)度及電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)是非常重要的。

(1)走行距離

走行距離是提升機(jī)在其軌道上可以水平移動(dòng)的最大距離，即提升井中心至干熄爐中心線距離與提升機(jī)緩沖器至軌道兩側(cè)車(chē)擋距離之和，用K表示，單位為m。

(2)電纜拖鏈長(zhǎng)度

提升機(jī)電纜拖鏈由拖鏈和固定在拖鏈上的柔性電纜組成，拖鏈從電纜進(jìn)線孔的一側(cè)固定端開(kāi)始向上環(huán)繞，經(jīng)過(guò)浮動(dòng)頭及牽引臂后向下環(huán)繞至電纜進(jìn)線孔的另一側(cè)固定端結(jié)束。柔性電纜從電纜進(jìn)線孔的一側(cè)固定端開(kāi)始，穿過(guò)拖鏈上的電纜夾，經(jīng)過(guò)浮動(dòng)頭后進(jìn)入機(jī)械室。拖鏈長(zhǎng)度是拖鏈從電纜開(kāi)孔固定端至另一個(gè)固定端的長(zhǎng)度，用X表示，單位為m。電纜長(zhǎng)度是電纜從電纜進(jìn)線孔固定端至提升機(jī)浮動(dòng)頭的長(zhǎng)度，不包含拖鏈平臺(tái)以下及進(jìn)入機(jī)械室的電纜長(zhǎng)度，用Y表示，單位為m。

(3)電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度

電纜拖鏈導(dǎo)向槽是以固定在電纜拖鏈平臺(tái)上的槽鋼作為支撐，用來(lái)限制并防止電纜拖鏈在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生過(guò)度扭曲和彎折的一種安全裝置，材質(zhì)一般為304不銹鋼。電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度是平行于電纜拖鏈運(yùn)行區(qū)間兩側(cè)導(dǎo)向板的長(zhǎng)度，用Z表示，單位為m。

3 計(jì)算方法

以下計(jì)算以180 t/h干熄焦工程為例。

180 t/h干熄焦工程參數(shù)如下：干熄爐柱列線16.500 m×15.500 m，提升井架柱列線11.000 m×15.500 m；干熄焦提升機(jī)軌距15.500 m；吊鉤中心至司機(jī)室側(cè)緩沖器距離5.540 m，吊鉤中心至走行電機(jī)側(cè)緩沖器距離5.710 m；干熄爐中心至一次除塵器側(cè)車(chē)擋距離7.140 m，吊鉤中心至走行電機(jī)側(cè)車(chē)擋距離7.310 m；提升機(jī)走行軌道長(zhǎng)28.050 m，提升機(jī)軌頂標(biāo)高50.000 m，提升機(jī)走行速度為40 m/min，干熄爐中心至提升井中心距離14.300 m。

根據(jù)上述干熄焦工程參數(shù)可以計(jì)算出走行距離、電纜拖鏈長(zhǎng)度和電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度。

(1)走行距離

提升機(jī)緩沖器至軌道兩側(cè)車(chē)擋的距離可根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)定，一般預(yù)留1.500～1.800 m。考慮到提升機(jī)在干熄爐中心與提升井中心時(shí)，緩沖器至軌道兩側(cè)車(chē)擋的距離相等，均為1.600 m。因此提升機(jī)走行距離等于干熄爐中心至提升井中心距離與二倍提升機(jī)緩沖器至兩側(cè)車(chē)擋距離之和。

即提升機(jī)走行距離為：

因此，正常走行14.300 m，最大走行17.500 m。

(2)電纜拖鏈長(zhǎng)度

提升機(jī)電纜拖鏈長(zhǎng)度主要與電纜進(jìn)線孔定位和提升機(jī)走行距離有關(guān)，在計(jì)算前需要對(duì)電纜進(jìn)線孔進(jìn)行定位，即安裝參考零點(diǎn)。參照同類(lèi)180 t/h干熄焦工程參數(shù)可知，電纜拖鏈導(dǎo)向槽的擋板內(nèi)距約0.420 m，因此本例計(jì)算的180 t/h干熄焦工程電纜進(jìn)線孔寬度設(shè)定為0.500 m，電纜進(jìn)線孔長(zhǎng)度設(shè)定為0.700 m。電纜進(jìn)線孔定位一般取提升機(jī)走行距離的中心，由于提升機(jī)緩沖器至兩側(cè)車(chē)擋的距離相等，因此電纜進(jìn)線孔中心取干熄爐中心至提升井中心距離的中心，從電纜進(jìn)線孔中心向干熄爐側(cè)或提升井側(cè)的極限運(yùn)動(dòng)距離均為8.750 m。

參照同類(lèi)180 t/h干熄焦工程的參數(shù)可知，電纜拖鏈牽引臂長(zhǎng)度為1.000 m，牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離約為1.225 m±0.050 m，電纜拖鏈彎折半徑R=0.250 m。因此拖鏈長(zhǎng)度等于牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的二倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積，再加電纜進(jìn)線孔中心向干熄爐側(cè)的極限運(yùn)動(dòng)距離的二倍，再減去電纜進(jìn)線孔長(zhǎng)度，再加牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的2倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積。

即提升機(jī)拖鏈長(zhǎng)度為：

當(dāng)提升井中心與電纜進(jìn)線孔的位置重合時(shí)，拖鏈在電纜進(jìn)線孔和牽引臂的位置正好被等分為左拖鏈和右拖鏈，因此電纜長(zhǎng)度基本接近于左拖鏈或右拖鏈長(zhǎng)度。電纜從安裝參考零點(diǎn)沿著左拖鏈或右拖鏈至拖鏈牽引臂后進(jìn)入機(jī)械室向設(shè)備提供動(dòng)力電源和控制電源。

故電纜長(zhǎng)度等于牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的2倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積，再加電纜進(jìn)線孔中心向干熄爐側(cè)的極限運(yùn)動(dòng)距離，再減去電纜進(jìn)線孔長(zhǎng)度的1/2，再加的電纜拖鏈牽引臂長(zhǎng)度的1/2。

(3)電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度

電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度主要取決于提升機(jī)走行距離及電纜拖鏈長(zhǎng)度，導(dǎo)向槽長(zhǎng)度需要滿(mǎn)足電纜拖鏈有足夠的安全運(yùn)動(dòng)空間。導(dǎo)向槽一般為2 m/段，從安裝參考零點(diǎn)中分，且導(dǎo)向槽長(zhǎng)度一般為偶數(shù)米。根據(jù)以上計(jì)算，當(dāng)提升機(jī)緩沖器觸碰到干熄爐側(cè)車(chē)擋時(shí)，拖鏈彎折末端至安裝參考零點(diǎn)的導(dǎo)向槽長(zhǎng)度等于8.750 m加電纜拖鏈牽引臂長(zhǎng)度的1/2，再加牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離，再加電纜拖鏈彎折半徑R。

即電纜拖鏈導(dǎo)向槽長(zhǎng)度為：

當(dāng)提升機(jī)緩沖器觸碰到提升井側(cè)車(chē)擋時(shí)，拖鏈彎折末端至安裝參考零點(diǎn)的導(dǎo)向槽長(zhǎng)度亦為10.775 m。

則電纜拖鏈導(dǎo)向槽總長(zhǎng)度為：

從安裝參考零點(diǎn)中分，每側(cè)各5.387 5段。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上計(jì)算，可以較為準(zhǔn)確地得到提升機(jī)電纜拖鏈的相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)，然而該計(jì)算數(shù)據(jù)較為理想，設(shè)計(jì)院與設(shè)備廠家最終確認(rèn)以上數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)留有一定余量，以防止因安裝偏差及電纜進(jìn)線孔位置定位錯(cuò)誤而造成延誤工期以及因問(wèn)題整改而引起的人力物力消耗。

(1)提升機(jī)走行距離是計(jì)算電纜拖鏈長(zhǎng)度和導(dǎo)向槽長(zhǎng)度的根本數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際需要得出，軌道兩側(cè)各預(yù)留1.600 m的余量，計(jì)算出走行距離K=17.500 m，可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，電纜進(jìn)線孔中心向干熄爐側(cè)或提升井側(cè)的極限運(yùn)動(dòng)距離、牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離以及電纜拖鏈彎折半徑R，都應(yīng)當(dāng)留有一定余量。考慮到電纜進(jìn)線孔中心向干熄爐側(cè)或提升井側(cè)的極限運(yùn)動(dòng)距離為9.750 m、牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離為1.500 m，因此拖鏈長(zhǎng)度X＝26.371 m，圓整為27.000 m；電纜長(zhǎng)度Y＝13.686 m，圓整為14.000 m。

(3)當(dāng)提升機(jī)緩沖器觸碰到干熄爐側(cè)車(chē)擋時(shí)，拖鏈彎折末端至安裝參考零點(diǎn)的導(dǎo)向槽長(zhǎng)度為12.000 m。當(dāng)提升機(jī)緩沖器觸碰到提升井側(cè)車(chē)擋時(shí)，拖鏈彎折末端至安裝參考零點(diǎn)的導(dǎo)向槽長(zhǎng)度亦為12.000 m。因此導(dǎo)向槽總長(zhǎng)度Z＝24.000 m，并從安裝參考零點(diǎn)中分，每側(cè)各6段，共計(jì)12段。

綜上所述，向設(shè)備廠家提供的最終計(jì)算數(shù)據(jù)為：提升機(jī)走行距離K=17.500 m，拖鏈長(zhǎng)度X=27.000 m，單側(cè)電纜長(zhǎng)度Y=14.000 m，導(dǎo)向槽總長(zhǎng)度Z=24.000 m。本例180 t/h干熄焦工程已于2023年4月順利完成提升機(jī)調(diào)試，電纜拖鏈相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算準(zhǔn)確，未出現(xiàn)因安裝偏差、電纜進(jìn)線孔位置定位錯(cuò)誤以及設(shè)計(jì)余量不足等原因而造成延誤工期和因完成整改消耗巨大人力物力的情況。