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4种电缆卷筒驱动步地的特色与选型判辨

时间:2019-11-05 09:02 来源:未知 编辑:admin

核心提示

[1]王金春.散料输送移动设备中电缆卷筒的应用及其电气控制[J].起重运输机械,2011(10):98-99. 电缆卷筒的选型和使用,最主要的是根据设备自身的行走距离、速度、负荷、检修维护等方...

  

4种电缆卷筒驱动步地的特色与选型判辨

  [1]王金春.散料输送移动设备中电缆卷筒的应用及其电气控制[J].起重运输机械,2011(10):98-99.

  电缆卷筒的选型和使用,最主要的是根据设备自身的行走距离、速度、负荷、检修维护等方面的技术要求,针对性选择合适的卷筒类型,达到最合理技术方案、最高性价比。

  磁滞式电缆卷筒的特点是:结构简单,备件简单;体积小,在主机上安装方便;免维护,而且无需润滑;输出转矩恒定,具备自制动功能,过载时耦合器内部可以打滑,既防止电缆松动又保证不被拉坏,能实现理想的卷取特性;输出力矩可通过调整磁滞耦合器的空气间隙来调整,简单方便;实现无接触的力矩传输,没有任何磨损,保护电机过载,起到力矩限制器的作用;无论收缆或者放缆,电动机始终以额定转速沿同一方向转动,电气控制方式简单;一般适用于低动态性能要求,设备行走速度为30m/s以下、行走距离不超过700m的工况;行走距离在700~1000m的工况需要根据实际情况核算方案。

  目前最常用的电缆卷筒驱动有磁滞式、力矩电机式、液力耦合式和变频驱动式等4种形式。根据现场的调试和使用经验,以及电缆卷筒厂家的介绍说明,本文对这4种电缆卷筒驱动控制形式进行分析,以便于对电缆卷筒的工作原理和技术性能有更好的了解和合理选型。

  力矩电机式电缆卷筒的特点是:结构简单,操作方便、性能稳定、可靠性强;最简单的力矩电机式电缆卷筒可以是单电机、单减速箱、单卷筒直接驱动,传动可靠,只需基本的机械维护,同时备件少,使用成本低;近似恒张力控制,但不是连续平滑输出力矩,更适合运行速度低、动态要求不高的场合;力矩电机堵转性能良好,允许较长时间的堵转工作状态;控制系统由接触器和相应的限位开关组成,控制相对简单,对维修人员的要求不是很高;设备运行距离小于300m且运行速度小于45m/s时,可以选用鼠笼式力矩电机;设备运行距离大于300m或者运行速度在45~80m/s时,选用绕线式力矩电机;力矩电机的堵转特性也会导致发生长时间堵转时电机表面温度非常高,可达100℃以上,需要保持良好的通风散热。

  当卷筒收揽时,感应盘以电机速度旋转,驱动永磁盘,使卷盘以匹配大车的速度卷取电缆。当电缆卷筒放缆时,感应盘仍以电机速度和方向运行,大车反向行走,电缆被拖拽,产生克服磁滞耦合器磁场力矩的拉力,使卷盘上的电缆松开,此时磁滞耦合器起制动作用,既保证电缆张紧,又保证电缆不被拉断。由此可见,磁滞式电缆卷筒的电机始终以一个方向运行,这是因为磁滞式耦合器内有一个单向轴承,使感应盘不能反转。当大车断电制动后,单向轴承可以防止电缆因为重力导致松缆,但是当放缆时施加拉力超过磁滞式耦合器的作用力时,单向轴承不起作用,因此,如果大车因为意外原因移动(如被大风吹走),电缆也会被保护。

  图1是磁滞耦合器的原理图,其核心部件由一个永磁材料制造的永磁盘和一个感应盘(接电机,又称输入盘)组成,二者相对布置并设置空气间隙。永磁盘产生一个交替多极的磁场,当电机驱动感应盘高速旋转时,通过磁耦合带动磁盘旋转

  液力耦合式电缆卷筒由电动机、液力耦合器、减速机、滑环箱体、电缆卷盘、凸轮开关等组成,其中电动机一般采用鼠笼电机,在采矿应用中,较多的使用液压或者气动电机。

  变频控制电缆卷筒由变频电动机、减速机、滑环箱体、电缆卷盘,变频器及其控制元件、凸轮开关、限位等组成。

  液力耦合式电缆卷筒的特点是:传动部件非机械连接,无磨损;电机输出与减速箱输出之间是软性连接,电缆在受力过大时通过打滑来保护电缆,避免硬性拖拽损伤电缆,对电缆保护较好;柔性力矩输出,输出扭矩通过液力耦合器可调;收缆时使电机通电工作,放缆时电机不工作,靠拉力把电缆拉出卷盘,控制简单;一般用于设备行走速度小于45m/s、最大行走距离600m以下的工况。

  力矩电机式电缆卷筒由力矩电机、减速机、滑环箱体、电缆卷盘、凸轮开关等检测限位等组成。

  。当永磁盘与感应盘相对转动时,感应盘磁场的变化滞后于永磁盘磁场的变化,从而产生磁滞力矩以阻止它们之间的相对转动,即实现“磁联接”。磁滞耦合器传递的转矩即永磁盘与感应盘间的磁滞力矩,当磁滞力矩小于永磁盘和感应盘之间的转动力矩时,则产生滑差。电机输出力矩由磁滞式耦合器传递到齿轮减速器。磁盘间隙一定时磁滞力矩是恒定值,通过调整空气间隙,可以调整传输的力矩。

  当电缆卷筒收缆时,力矩电机磁场方向与卷盘旋转方向相同,输出力矩通过减速机放大后带动卷盘收取电缆。随着卷绕直径的增大,电机速度降低,增大输出转矩,从而保证收缆线速度与大车运行同步,并保持收缆张力恒定。当电缆卷筒放缆时,力矩电机磁场旋转方向不变,但与卷盘转动方向相反,卷盘在电缆的拖拽力作用下反转,其输出力矩通过减速器传递到卷盘上,形成电缆张力。在此张力的作用下,电缆从卷盘上平稳脱离,完成放缆作业。

  以上4种形式的电缆卷筒目前是斗堆取料机、装卸船机、岸桥等大型移动设备上最常用的供电装置。通过对这些驱动形式电缆卷筒的性能介绍与分析,可以很明显地看出,变频控制电缆卷筒的性能明显优于其它几种形式,但价格高,检修维护的技术要求也高。磁滞式、力矩电机式和液力耦合式电缆卷筒等3种形式价格接近,在性能和检修维护方面各有其优缺点。

  力矩电机全称长期堵转力矩电动机,机械特性较软,输出力矩可随输出转速变化而变化,负载增大时,能自动降低转速增加输出转矩,从而保持一定的线速度和张力。力矩电机堵转性能良好,可以满足在卷盘启动及停止时,需要在一段时间内保持静止力矩以使电缆张紧的工况。

  变频控制用于电缆卷筒时,通过电缆圈数传感器,计算出电缆在大车处于不同位置时电缆卷盘上的电缆重量以及卷绕直径。在长距离高速工况时,采用速度和力矩双闭环控制算法,变频器控制电机的输出速度实时匹配大车的运行速度,同时控制电机输出力矩精确匹配随电缆长度变化而变化的力;运行过程中,使用速度补偿算法保证电缆收放速度的跟随性,通过力矩限制来防止电缆受力过大,防止电缆损伤。

  变频电缆卷筒的变频电机与减速箱硬连接,在电缆卷盘末端的凸轮限位开关上安装高精度的电缆圈数传感器,用于实时检测卷盘上的电缆数量,并根据卷径转换计算卷筒需要的速度。目前变频电缆卷筒一般不带独立的卷筒控制PLC,控制程序写入变频器中,完全能满足技术要求。

  液力耦合器为流体动力传递装置,主要由泵轮、涡轮、导轮、摩擦盘、弹簧组件等组成。电机的输出扭矩就是通过与涡轮减速系统结合在一起的液力耦合器传送到键盘轴上的。电机带动泵轮旋转时,动能被传递到耦合器中的油液,油液经导轮调转方向后冲入涡轮,涡轮吸收动能并产生一个与输入力矩相等的力矩使输出轴旋转。卷盘的输出扭矩几乎不受电机选择速度和输出轴的影响。通过控制流入涡轮油液量,可以无级地调节电缆卷盘输出力矩;通过涡轮减速,可以实现自动刹车。

  电缆卷筒由驱动装置、滑环箱、卷盘、导缆架和保护限位等组成,其主要功能是随着移动设备的运行,确保电缆承受稳定的拉力,实现电缆在卷盘上平滑地收放的功能。电缆卷筒的性能主要取决于驱动装置的性能,大型设备的行走速度在零速到最高行走速度的范围内不断变化,电缆卷筒要保证电缆的收放速度完全满足设备移动需要

  变频电缆卷筒的特点是:由专用变频器和控制算法来控制电机的力矩和速度精确输出,保证电缆受力均匀,速度跟随准确,动态响应好,对电缆保护好,电缆使用寿命长;配备电缆圈数传感器,做到卷筒速度与大车速度的良好跟随,使用速度补偿算法,做到速度滞后的完全补偿;通过速度和力矩双闭环控制算法程序,动态响应好;变频器具备故障信息存储功能,故障查询和问题处理容易;变频控制系统最复杂,需编写专用程序,对使用和维护人员技术要求高;相同规格参数情况下价格最高,用于变频器的备件要求高;适用于所有工况,特别是在长距离、高速运行的工况,运行性能和经济性最好。在行走距离超过1000m,或者行走速度在80m/s以上甚至300m/s的工况,优势明显。

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