门式起重机电缆卷筒的改进

门式起重机电缆卷筒的改进
摘要：公司基地4台MH20-24门式起重机的电缆卷筒在放电缆时均会出现电缆卡死现象，从而导致电缆被拉断。

经过改进，重新选择电缆卷筒，更改电缆供电位置，消除了存在的隐患，减少了电缆更换的次数。

关键词：门式起重机；电缆卷筒；电缆卡死；改进
公司基地4台MH20-24门式起重机长期承担着物资、设备进出库的装卸工作，使用频率高、任务大。

由于场地的宽广，门式起重机大车行走的距离较大，最大距离为200 m。

原先安装的4个电缆卷筒在工作的过程中，由于电缆的排列不规则，在放电缆时常常出现电缆卡死现象，这是导致电缆被拉断的主要原因。

每一台门式起重机的电缆都出现多处拉断，缩短了电缆的使用寿命，带来很多的安全隐患。

因此很有必要对卷筒进行全方位的改进。

1 卷筒结构的改进
4台门式起重机所用的电缆卷筒均为轴向多排电缆卷筒，经分析此类卷筒在卷电缆的过程中很难将电缆整齐排列。

由于电缆较长，当卷筒所卷的电缆层数越多时，经常导致电缆在卷筒上卡死；每当放电缆时，卷筒无法自然转动，这是电缆常被拉断的主要原因。

根据实际经验在尽可能的条件下，可以优先选用轴向单排电缆卷筒，这样电缆就不易被卡死，减小了安全隐患。

两者的区别如图1所示。

2 供电方式的重新选择
由于选用了轴向单排电缆卷筒，且所需用的电缆较长，可以重新考虑从大车行走的最大距离中间点向门式起重机供电缆。

这样可以尽可能地满足卷筒容量和电机承载力，同时又节约一半的电缆用量，可谓一举两得。

2.1 系统电路的改造
选用中间供电不免产生了一个新问题，就是电缆卷筒在大车行走至中间点位置时如何自动改变转向，即如何自动调节电机的正反转。

一般可以考虑在主电路中增加两个控制电机正反转的接触器，在控制电路中增加一行程开关用来控制接触器，所增加的电气原理图如图2所示。

电路中的两接触器直接接在卷筒电机接线端，要求接触器能够自锁。

这时当电缆卷筒随着门式起重机大车行至中间点位置时，由原来的卷电缆自动切换为放电缆。

亦即可控制电缆卷筒的转向在中间点一侧与大车走行轮的转向相同，而在另一侧则与大车走行轮的转向相反；且不会影响卷筒原本根据大车的走向收放电缆。

2.2 行程开关的安装
行程开关选用滚轮式组合行程开关，行程开关的作用如同两个控制正反转的按钮。

对于行程开关的控制可以考虑在地面上安装一挡板，通过挡板对行程开关
的拨动，实行通断电路，控制电机正反转。

行程开关的安装如图3所示，需注意的问题是安装位置要偏离轨道一定的距离，保证挡板的安装位置不影响大车行走；且应当在安全线内侧，安全线内静止堆放杂物。

如果门式起重机的大车桥架离地面的高度过大，可在其偏下方焊一槽钢，将行程开关固定到槽钢上，确保安全可靠。

挡板安装如图4所示，挡板与地面可用合页连接，使其能够来回摆动。

在挡板的两侧各安装一个弹力一致的弹簧（弹簧的弹力能够拨动行程开关），这样挡板就始终停留在中间位置。

挡板的最高点在安装初应控制好，最高点应当超出滚轮中心点一定的高度，确保能够来回拨动开关。

挡板安装在地面上的位置与电缆的起点水平距离应该等于行程开关与中间换向电缆导轮的水平距离，见图3。

3 卷筒、电机的选用
3.1 卷筒直径的确定
原先电缆卷筒的内径为0.6 m，记为d；使用电缆的直径为0.03 m，记为d0；电缆被卷一圈后，直径增加2倍的d0。

因此当卷过n圈电缆后，电缆的外围的直径为dn=d+2nd0。

此为等差数列，其求和公式为Sn=nd+nd0+n2d0。

电缆总长度为L=πSn根据要求大车行走的最大距离为200 m，选用中间供电，因此电缆的总长度约为100 m。

带上数据，即100/π=0.6 n+0.03 n+0.03 n2，求解取整得n=24。

则电缆的外围的直径为d24=0.6+2×24×0.03=2.04。

为考虑卷筒在卷电缆时难以紧密，因此卷筒的外径定为2.5 m。

3.2 选用合适的卷筒
根据经验公式计算驱动力矩T=Km（h+rmax）grmax。

式中，K为系数，m 为每米电缆的质量，h为卷筒安装中心高度，rmax为卷筒最大半径。

取K=1.5，m=4 kg/m，h=1.5 m，rmax=1.25 m，g=9.8 m/s2。

求得T=202 Nm。

根据以上综合计算，同时考虑卷筒自重对驱动力矩的影响，可选T1D-Ⅳ型电缆卷筒。

其基本参数如表1所示。

3.3 选用合适的电机
目前，大多数电缆卷筒均采用力矩电机驱动。

卷筒卷电缆时要求恒张力恒线速度传动，即拉力F恒定，且线速度v恒定，因此驱动的功率p=Fv为定值；又因驱动功率为转速与转矩之积，则p=nT为定值，由此得出此负载的机械特性为一双曲线。

如图5所示，力矩电机的机械特性其中一部分（图中阴影部分）较适用于此条件。

考虑一部分扭矩的储备，选用堵转力矩为4 Nm的YLT型堵转三相
力矩电机。

因根据转速要求，卷筒所配的减速器减速比为55，折算到卷筒上的转矩为4×55=220 Nm>202 Nm，满足使用要求。

4 安装和调试
①电缆卷筒必须水平安装。

找正水平，保证卷筒的轴心线与门式起重机方向垂直，用螺栓固定或焊接在门式起重机适当的地方。

②试机前，检查电源电压及载荷电流与卷筒的相应参数是否匹配，所有固件是否紧固。

③试机时必须先调整好卷取力矩，力矩不宜调得过大，力矩过大不但会影响电缆的使用寿命，而且极易导致卷筒电机过载烧毁。

④试机时，如果卷筒反转，可将卷筒电机电源线反接即可。

5 结语
改进后，电缆卷筒再未出现电缆卡死现象，电缆也再未拉断，延长了电缆的使用寿命，消除了因电缆破裂而导致的漏电隐患，为工作的安全提高了保障。

当然这样的改进仍然有一些不足之处；例如，选用选用轴向单排电缆卷筒，必然会增加卷筒的直径，卷筒的力矩也跟着增大，对电机的选择要求也就更高，生产的用电量也将增大。

参考文献：
[1] 戴明宏，张君霞.电气控制与PLC应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.。