用于工程機械節能減排的跟蹤式供電系統研發與應用

摘要：簡述跟蹤式供電系統結構，闡述中心回轉機構、立柱、高度限位裝置、滑動機構以及隨車回轉機構等跟蹤式供電系統的主要部件及其功用，分析鋼絲繩和電纜的張力控制原理和電氣系統的安全控制原理，概括跟蹤式供電系統設計特點，展示了跟蹤式供電系統的應用范例。

關鍵詞：跟蹤式供電系統；工程機械；節能減排；張力控制；位置檢測

基金項目：江蘇省產學研合作項目（BY20231358）

0" "引言

現有移動式電力設備一般采用充電式動力電池或者地面拖帶電纜進行供電。采用充電式動力電池供電，存在電池的體積和質量大、容量有限、使用時間短，且對環境存在污染等缺陷。采用地面拖帶電纜供電雖然持續性好、功率大，但是電纜本身的抗拉抗扭能力較差，尤其是質量和功率較大、移動速度較快或移動不規律的電力設備，其工作范圍和靈活性受到限制，且容易出現安全隱患。針對現有移動式電力設備存在的供電問題，本文研發一種可為移動式電力設備提供半徑為50m范圍內任意位置供電、避免電纜受拉受扭、增加供電靈活性和安全性的跟蹤式供電系統。

1" "跟蹤式供電系統結構

跟蹤式供電系統主要由支腿1、中心回轉機構2、立柱3、導向滑軌4、配重5、滑動機構6、高度限位裝置7、鋼絲繩8、導向滑輪組9、隨車支架10、隨車回轉機構11、移動式電力設備12組成。跟蹤式供電系統主要結構示意如圖1所示。

2" "跟蹤式供電系統的主要部件及其功用

2.1" "中心回轉機構

使用移動式電力設備12時，將支腿1安裝在工作場地上，支腿1上面安裝中心回轉機構2。中心回轉機構2主要由八角底架、回轉支承、回轉平臺、電滑環等組成。中心回轉機構2能夠全方位回轉，可使移動式電力設備12圍繞立柱3全方位工作，由此增大了移動式電力設備的工作范圍。中心回轉機構2內部安裝了電滑環，在移動式電力設備12轉彎的時候，電滑環可保證電纜不發生扭轉，以保證移動式電力設備12各個方位的用電需要。

2.2" "立柱

立柱3安裝在中心回轉機構2上面，其主要由角鐵焊接而成。立柱3內部設有導向滑軌4，能夠保證滑動機構6按照導向滑軌4運動，同時防止立柱3在轉動狀態下使配重5產生擺動或碰撞。

2.3" "高度限位裝置

立柱3上部安裝了兩個高度限位裝置7，當移動式電力設備12即將移動出跟蹤式供電系統的工作范圍時，滑動機構6將會觸碰到第一個高度限位裝置7，此時會產生電信號傳遞給駕駛室，發出聲光報警，提示駕駛員減速或轉彎；若移動式電力設備12超出工作范圍時，滑動機構6將會觸碰到第二個高度限位裝置7，此時跟蹤式供電系統會將電信號傳遞給整機控制系統，自動切斷整機電源并自行制動，使移動式電力設備12停止工作，由此提高了移動式電力設備12工作的安全性。第二個高度限位裝置7上部還有一定的空間，用于彌補移動式電力設備12運動慣性所超出的距離。

2.4" "裝有配重的滑動機構

滑動機構6設置在立柱3內部，其主要由安裝板、動滑輪組、運行滑輪組、導向滑輪組、銷軸等組成，滑動機構6下面安裝了配重5。鋼絲繩8一端與滑動機構6的動滑輪組相連，另一端則與隨車回轉機構11連接。配重5可保證滑動機構6沿著導向滑軌4上下滑動，其質量可根據實際需要進行調整。動滑輪組能夠通過增減滑輪個數對工作幅度進行調節。

2.5" "隨車回轉機構

隨車回轉機構11安裝在移動式電力設備12尾部，其主要由隨車回轉機構支架、電滑環、兩個深溝球軸承、一個推力球軸承組成。隨車回轉機構11上面設有隨車支架10，隨車支架10頂部設有導向滑輪組9，隨車回轉機構12與鋼絲繩8連接。隨車回轉機構11內部安裝了電滑環，在移動式電力設備12轉彎的時候，電滑環可保證電纜不發生扭轉，以滿足移動式電力設備12各個方位移動工況的用電需要。

3" "張力和安全控制原理

3.1" "鋼絲繩和電纜的張力控制原理

鋼絲繩8通過導向滑輪組9和滑動機構6帶動配重5上下運動，以保持鋼絲繩8的恒定張力，使鋼絲繩8始終保持繃緊狀態。電纜的長度大于鋼絲繩8的限位長度，以保證電纜不被拉壞。導向滑輪組9能夠通過增減滑輪個數調節移動式電力設備12的工作幅度，移動式電力設備12可在工作范圍拉動鋼絲繩8自由收放。

3.2" "電氣系統的安全控制原理

整個電氣系統控制的設計原則是簡單、方便、安全。為了防止移動式電力設備12超出工作半徑50m的范圍，在工作半徑42m、45m處均配置有配重位置檢測開關即高度限位開關。

當觸發42m處的配重位置檢測開關時，提示駕駛員減速或轉彎，移動式電力設備12減速或轉彎運行。如果移動式電力設備12速度過快，觸發到45m處的配重位置檢測開關時，電氣系統將立即切斷移動式電力設備12的電源并自行制動，以防止損壞電纜和隨車支架10。

4" "設計特點與應用范例

4.1" "跟蹤式供電系統設計特點

該跟蹤式供電系統設計特點主要是結構簡單、安裝和使用方便，具體特點如下：一是電纜通過鋼絲繩8懸掛在空中，不與地面接觸，不易受損，移動式電力設備12在50m超大跟蹤半徑內移動自如。二是中心回轉機構2和隨車回轉機構11內部均裝有電滑環，且電纜長度大于鋼絲繩限位長度，保證了電纜不承受外來拉力和扭力，大大增大了電纜的使用壽命。中心回轉機構2能夠全方位回轉，使移動式電力設備12能夠圍繞立柱3全方位工作，不但工作范圍增大，還可預防電纜產生拉、扭。三是導向滑輪組9能夠通過增減滑輪個數更改倍率，來調整最大工作范圍，還可通過調整配重5的質量來調整鋼絲繩8的張力，從而增大了跟蹤式供電系統的使用范圍。四是立柱3內設有導向滑軌4，能夠保證滑動機構6按照軌道運動，防止立柱3在轉動工況下使配重5產生擺動或碰撞。五是安裝了兩個限位裝置7，移動式電力設備12在即將移動出工作范圍時，駕駛室會發出聲光報警，提示駕駛員減速；若移動式電力設備12移出范圍，則自動切斷電源并自行制動，由此提高了安全性。

4.2" "應用范例

按照上述設計思路，在10t級裝載機的基礎上設計了電力吊運樣機。該電力吊運樣機具有電動機和柴油機兩種驅動動力，能夠很好地實現在50m范圍內自由移動。按照現在國內油價計算，采用電力驅動時，其工作成本平均下降50%左右。按照每個產品每天工作8h，一年工作300d計算，每年可節省動力費用10萬多元。

5" "結束語

電力驅動比內燃機環保、節能，是節能減排行之有效的動力源。該跟蹤式供電系統主要應用于移動工程機械的電力供應，在礦山、重點消防單位、特殊防爆場合等發揮著重要作用。利用該跟蹤式供電系統，可以將裝載機、挖掘機等工程機械車輛的內燃機驅動替換為電動機驅動，為節能減排發揮重要作用。

參考文獻

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