龍門與門座式起重機磁滯式電纜卷筒的改進

王敬剛，高立新，唐劍輝，賀宏兵

（大船集團山海關(guān)船舶重工有限公司，河北秦皇島 066206）

1 現(xiàn)狀

大船集團山海關(guān)船舶重工有限公司現(xiàn)有龍門/門座式起重機77 臺，地面供電方式全部采用磁滯式電纜卷筒裝置供電。裝置由地面電閘箱、電纜錨定、電纜溝、導(dǎo)向架、動力調(diào)速系統(tǒng)、卷盤組成，其中動力調(diào)速系統(tǒng)由三相異步電機和磁滯聯(lián)軸器組成（圖1）。

起重機在駛向電纜錨位行走時，電機通電工作，通過磁滯驅(qū)動器進行差速調(diào)整在經(jīng)過減速機驅(qū)動卷盤旋轉(zhuǎn)收卷電纜，收纜過程與起重機大車運行同步（圖2）。

駛離電纜錨位時，電機通電且相序不變，大車運行時拖拽電纜，使卷盤產(chǎn)生大于磁滯驅(qū)動器的扭矩，迫使卷盤釋放電纜。電機與起重機行走機構(gòu)同步起動，起重機停止時根據(jù)大車滑行情況，選擇對卷筒電機延時斷電（圖3）。

2 存在的問題

圖1 電纜卷筒裝置

圖2 駛向電纜錨位

圖3 駛離電纜錨位

磁滯式電纜卷筒正、反向轉(zhuǎn)動均為恒轉(zhuǎn)矩輸出，回收電纜時，電纜卷入層數(shù)不斷增多，電纜旋入半徑逐漸增加，電纜在卷盤的切向力不斷減小，峰值為距離電纜錨定最近點；但在釋放電纜時，電纜卷入層數(shù)不斷減少，電纜旋入半徑不斷減小，電纜在卷盤的切向力反而不斷增加。此時，由于電纜的釋放是由于大車的拖拽，拖拽產(chǎn)生的扭矩大于磁滯驅(qū)動器的磁扭矩，因此，釋放電纜相比回收電纜過程，電纜在卷筒產(chǎn)生的切向力更大，峰值為距離電纜錨定最遠點。切向力即電纜拉力，電纜卷筒故障、電纜溝異物阻滯，卷盤異物阻滯均能使電纜拉力突然增加，較大的拉力會破壞電纜錨定、導(dǎo)向架、卷盤和電纜。而電纜錨定被破壞后，電纜連同電閘箱一起被破壞，造成線路端子短路，使上一級線路開關(guān)跳閘，導(dǎo)致大面積停電，后果頗為嚴重。

3 改進方案

為解決上述問題，通過采用檢測電纜在導(dǎo)向輪內(nèi)產(chǎn)生的壓力和位移制定兩種方案為起重機電纜卷筒加裝電纜防拉伸裝置，防止異常故障對供電系統(tǒng)造成破壞。

3.1 方案1：檢測導(dǎo)向輪位移

工作原理：異常故障造成電纜拉力增加時，必然使導(dǎo)向架下部兩側(cè)導(dǎo)向輪壓力增加，將此壓力轉(zhuǎn)換為位移，并經(jīng)限位開關(guān)反饋至電氣控制系統(tǒng)，完成大車動作停止、電纜卷筒動作停止、電纜卷筒超載異常報警等信號（圖4、圖5）。

適用范圍：適用于普通設(shè)備。

圖4 檢測導(dǎo)向輪位移結(jié)構(gòu)原理

圖5 檢測導(dǎo)向輪位移電氣原理

3.2 方案2：檢測導(dǎo)向輪壓力

工作原理：電纜在導(dǎo)向架內(nèi)運行時，對導(dǎo)向架下部兩側(cè)導(dǎo)向輪產(chǎn)生不同壓力，將此壓力經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)數(shù)顯裝置在司機操控室顯示，因為電纜是在導(dǎo)向架兩側(cè)運行，可以為兩側(cè)傳感器區(qū)分：回收、釋放并獨立顯示數(shù)據(jù)（圖6、圖7）。

適用范圍：適用于關(guān)鍵設(shè)備、重要設(shè)備，可實時檢測電纜卷筒所處的回收、釋放狀態(tài)及此狀態(tài)下電纜拉力數(shù)值，并設(shè)定預(yù)警拉力值、停止拉力值。

圖6 檢測導(dǎo)向輪壓力結(jié)構(gòu)原理

4 改進效果

大船集團山海關(guān)船舶重工有限公司為了保證起重設(shè)備安全運轉(zhuǎn)，每班制由一名員工負責在電纜卷筒側(cè)看護，遇異常情況后通知司機停車。改進后，系統(tǒng)能根據(jù)限位器或傳感器感知異常情況提前自動停車，司機也可在操控室實時了解電纜卷筒運轉(zhuǎn)情況及拉力狀態(tài)。相比安裝視頻監(jiān)控，更能準確掌握異常臨界點，省去一名員工的看護。這樣，大船集團山海關(guān)船舶重工有限公司共77 臺龍門/門座式起重機，每班可節(jié)約77 名員工，不但節(jié)約成本，而且安全性也顯著提高。目前兩種方案正在并行推廣實施。

圖7 檢測導(dǎo)向輪壓力電氣原理