安全滑接輸電裝置在橋式起重機(jī)小車上的應(yīng)用

陳宏躍 上海鐵路裝卸服務(wù)（集團(tuán)）有限公司合肥裝卸分公司

安全滑接輸電裝置近年來在門式、橋式起重機(jī)等軌型式起重機(jī)大車供電裝置上廣泛采用，代替原角鋼滑線、電纜盤繞線、鋼鋁裸露滑線等供電方式，具有接觸性好、電壓降小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但在起重機(jī)小車上的應(yīng)用情況，國內(nèi)文獻(xiàn)未有報(bào)道。合肥南站貨場(chǎng)QD 20/5t橋式起重機(jī)主要擔(dān)負(fù)笨重鋼材、玻璃貨物的裝卸車作業(yè)，對(duì)起重安全性能要求極高。我們采用DHG型滑接輸電裝置，對(duì)該機(jī)械小車原電纜滑車供電裝置進(jìn)行改造，以增強(qiáng)安全使用要求。

1 DHG型滑接輸電裝置基本構(gòu)造

DHG型滑接輸電裝置由導(dǎo)管、導(dǎo)電器（集電器）兩個(gè)主要部件和一些輔助件構(gòu)成。

圖1 導(dǎo)管

導(dǎo)管（見圖1）是一根半封閉的異形管狀部件，是安全滑觸線的主體部分。其內(nèi)部可根據(jù)需要嵌設(shè)3-16根裸體導(dǎo)軌作為供電導(dǎo)線，各導(dǎo)軌間相互絕緣，并與外殼絕緣，從而保證供電的安全性，并在帶電檢修時(shí)有效地防止檢修人員觸電事故。導(dǎo)管每條標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度4m，可以連接成任意需要長(zhǎng)度。導(dǎo)管制作成直線形，也可以按特殊需求制成圓弧形等。

導(dǎo)電器（集電器）是在導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)行的一組電刷殼架，由安置在用電機(jī)構(gòu)（行車、小車、電動(dòng)葫蘆等）上的拔叉（或牽引鏈條等）帶動(dòng)，使之與用電機(jī)構(gòu)成同步運(yùn)行，將通過導(dǎo)軌、電刷的電能傳輸?shù)诫妱?dòng)機(jī)或其它控制元件。導(dǎo)電器電刷的極數(shù)有3-16極，與導(dǎo)管中導(dǎo)軌數(shù)相對(duì)應(yīng)（見圖 2）。

圖2 導(dǎo)電器

2 DHG型滑接輸電裝置的優(yōu)點(diǎn)

2.1 安全性好

電纜必須拖行，須用電纜小車隨動(dòng)，電纜外皮易于折裂?；虞旊娧b置的外殼及支持部分都用工程塑料制成，絕緣與耐腐蝕性能好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。其導(dǎo)電部分采用銅導(dǎo)軌，既導(dǎo)電，又起導(dǎo)軌作用。多線集成于一根導(dǎo)管內(nèi)，由與導(dǎo)軌保持常壓接觸的滾動(dòng)小車動(dòng)態(tài)供電?；虞旊娧b置的絕緣電阻在1000MΩ以上，能承受6000V高壓，具有很高的安全性。此外，由于導(dǎo)管壓有凸槽，能保證電刷壓力不受小車移動(dòng)、震動(dòng)沖擊的影響。電刷是高含銅量的銅石墨混合物，具有自潤(rùn)滑性。在接觸中能形成導(dǎo)電的氫化亞銅薄膜，經(jīng)過冷壓加工的導(dǎo)軌表面光潔度高，與電刷呈面接觸，基本不出現(xiàn)電弧。結(jié)構(gòu)上還設(shè)有滅弧、隔弧裝置，在粉塵多的場(chǎng)所可提供安全可靠的移動(dòng)電源。該裝置可用于三相一地制供電，保證接地線或零線可單獨(dú)連接。

2.2 使用可靠

供電裝置的可靠性決定于電刷與導(dǎo)軌的接觸狀態(tài)、電刷與集電器的移動(dòng)性能以及克服移動(dòng)誤差、沖擊與震動(dòng)的性能。DHG型滑接輸電裝置的電刷與導(dǎo)軌間是平面柔性接觸,帶有導(dǎo)電薄膜層,移動(dòng)時(shí)電刷連續(xù)平移,移動(dòng)軌跡除由集電器保證外,輸電導(dǎo)管的塑料槽也有導(dǎo)向作用。電刷的接觸壓力由集電器滾輪與導(dǎo)管滾道間隙保證,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)誤差、沖擊與震動(dòng)均對(duì)電刷的接觸力不產(chǎn)生影響。

2.3 壽命長(zhǎng)

DHG型滑接輸電裝置的使用壽命決定于導(dǎo)軌的磨損量、工程塑料的老化期。DHG裝置摩擦面有較高的光浩度，采用石墨自潤(rùn)滑，摩擦系數(shù)小。電刷是銅、石墨混合物，硬度較低，可保護(hù)導(dǎo)軌的耐磨性。電刷與導(dǎo)軌間為銅-銅接觸，無電腐蝕。硬質(zhì)工程料塑的老化期為12年左右，比軟塑料橡膠更能抵抗熱老化與紫外線老化，接近機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命。電纜供電不是滑動(dòng)接觸，電纜須和移動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)移動(dòng)，因而纜線長(zhǎng)，還必須有電纜小車和移動(dòng)裝置，機(jī)構(gòu)復(fù)雜。而電纜的附油、耐腐蝕、耐老化能力差。

2.4 節(jié)能效果好

DHG型滑接輸電裝置采用了電線電纜用銅作為導(dǎo)電材料，導(dǎo)電率相當(dāng)于鋼滑線的8倍、鋁型材的2.5倍。DHG裝置是以塑料導(dǎo)管作為絕緣保護(hù)外殼，使用銅量減少到最小限度。供電安全滑觸線裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，許用電流密度高、電阻率低、電壓損耗低，可節(jié)電10%左右。

2.5 適用范圍廣，鋪設(shè)方便

DHG型滑接輸電裝置能用于室內(nèi)或室外，沒有裸露滑線，無露天、雨雪冰凍氣候的后顧之憂，在-30℃～+55℃條件下均可安全使用。它不但適用于直線往復(fù)移動(dòng)，而且可沿弧段移動(dòng)。DHG裝置由于將多股線集成于管內(nèi)，每米僅重約2kg～3kg，可高空懸掛，也可用于地溝埋設(shè)，不需埋設(shè)角鐵支架，在鋼軌壓板螺栓上便可安裝，安裝一條線僅需幾小時(shí)。

2.6 具有較好的經(jīng)濟(jì)性

從使用壽命期總成本比較，DHG型滑接輸電裝置平均壽命期為12年以上，是角鐵滑線的4倍，鋼鋁滑線的3倍，電纜的4倍。不需要進(jìn)行經(jīng)常性維護(hù)，有效節(jié)約成本支出。

3 產(chǎn)品應(yīng)用選型

（1）合肥南站貨場(chǎng)擔(dān)負(fù)合肥站整車、集裝箱、危險(xiǎn)品的裝卸車、進(jìn)出貨作業(yè)，年平均作業(yè)量400萬t。橋吊線架設(shè)QD20/5t橋式起重機(jī)1臺(tái)，為合肥南站貨場(chǎng)的主要作業(yè)線路。該機(jī)年平均作業(yè)量約30萬t，主要承擔(dān)笨重貨物、鋼材、玻璃等的裝卸車和進(jìn)出貨任務(wù)。因其單一機(jī)械、主要作業(yè)線路的特性，對(duì)鐵路運(yùn)輸效率、貨車周轉(zhuǎn)、貨物安全等有直接影響，對(duì)小車線路供電裝置的改造選型必須充分考慮各種因素，確保滿足使用要求。

（2）QD20/5t橋式起重機(jī)安裝DHG型滑接輸電裝置的客觀條件

QD20/5t橋式起重機(jī)為雙梁鋼結(jié)構(gòu)，跨度22.5m，主梁兩側(cè)各有約1.1m寬的維修平臺(tái)。起重小車安裝在主梁上平面的鋼軌上，主梁上平面距維修平臺(tái)高度為70cm，空間開闊，滿足DHG型滑接輸電裝置安裝要求，可以進(jìn)行改造施工。

（3）QD20/5t橋式起重機(jī)小車電氣主要技術(shù)參數(shù)：

主鉤：JZR2-52-8型三相異步繞線電動(dòng)機(jī)，功率30kW。

副鉤：JZR2-42-8型三相異步繞線電動(dòng)機(jī)，功率16kW。

小車走行：JZR2-12-6型三相異步繞線電動(dòng)機(jī)，功率3.5kW。

（4）DHG型滑接輸電裝置實(shí)際選型方案

根據(jù)適用功率和實(shí)際安裝條件，我們?cè)O(shè)計(jì)采用三根DHG型滑接輸電裝置對(duì)主鉤、副鉤、小車走行分別供電，具體選型如下：

①采用DHG-7-35型滑接輸電裝置一根，長(zhǎng)度20m，截面積為35mm2。在40℃時(shí)額定連續(xù)電流140A，電級(jí)數(shù)為7級(jí)，分別為主鉤電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子和主鉤起升限位提供電源，主鉤制動(dòng)器三相電源與電機(jī)轉(zhuǎn)子并接。該裝置配用JS-7-80型集電器。

②采用DHG-7-25型滑接輸電裝置一根，長(zhǎng)度20m，截面積為25mm2。在40℃時(shí)額定連續(xù)電流100A，電級(jí)數(shù)為7級(jí)，分別為副鉤電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子和副鉤起升限位提供電源，副鉤制動(dòng)器三相電源與電機(jī)轉(zhuǎn)子并接。該裝置配用JS-7-50型集電器。

③采用DHG-7-16型滑接輸電裝置一根，長(zhǎng)度20m，截面積為16mm2。在40℃時(shí)額定連續(xù)電流80A，電級(jí)數(shù)為7級(jí)，分別為起重機(jī)小車電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子和小車走行限位提供電源。該裝置配用JS-7-50型集電器。

4 安全性能校核

4.1 連續(xù)電流校核

采用三相制供電，相間電壓U=380V，電機(jī)功率因數(shù)COSФ取0.75和0.7。

主鉤電機(jī)額定電流：I1=P/（31/2×U×COSФ）

=30kW/（1.732×380×0.75）

≈60A<140A

副鉤電機(jī)額定電流：I2=P/（31/2×U×COSФ）

=16kW/（1.732×380×0.75）

≈33A<100A

小車走行電機(jī)額定電流：I3=P/（31/2×U×COSФ）

=3.5kW/（1.732×380×0.7）

≈10A<80A

上述計(jì)算結(jié)果表明均能夠滿足安全使用要求，校核通過。

4.2 電壓降校核

QD20/5t橋式起重機(jī)工作等級(jí)為M5級(jí)，電壓降要求小于5%：

△U=[(173×Imax×L×COSФ)/

(δ×S×Un)]%

其中：Imax-最大負(fù)荷電流

L-供電滑觸線裝置計(jì)算長(zhǎng)度m

δ-導(dǎo)電率，銅取 50m/Ωmm2

S-導(dǎo)軌截面積mm2

Un-額定工作電壓

COSФ-功率因數(shù)，和前取值相同

DHG-7-35型滑接輸電裝置電壓降：

△U1=[(173×140×20×0.75)/

(50×35×380)]%=0.55%<5%

DHG-7-25型滑接輸電裝置電壓降：

△U2=[(173×100×20×0.75)/(50×25×380)]%=0.55%<5%

DHG-7-16型滑接輸電裝置電壓降：

△U3=[(173×80×20×0.7)/

(50×16×380)]%=0.64%<5%

均能夠滿足安全使用要求，校核通過。

通過查閱相關(guān)資料和參考文獻(xiàn)，上述所應(yīng)用的集電器在導(dǎo)管中移動(dòng)的牽引力約為20N，遠(yuǎn)小于國標(biāo)規(guī)定的80N標(biāo)準(zhǔn)，通過。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)用和維護(hù)

DHG型滑接輸電裝置安裝位置要求盡可能避開高溫?zé)嵩?、?qiáng)光照射及其紅、紫外線輻射。因此，我們選擇安裝在起重機(jī)主梁北側(cè)立面，位于維修走臺(tái)邊，既無物體撞擊又便于日后維修。

5.1 安裝方案

根據(jù)產(chǎn)品選型方案，我們選擇3根輸電裝置分別供電，因此必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況進(jìn)行空間合理利用，確定采取上下兩層的安裝方式。DHG-7-35型滑接輸電裝置安裝在上層，DHG-7-25型和DHG-7-16型滑接輸電裝置安裝在下層平行排列，分別采用專用支架裝配，支架直接焊接在起重機(jī)主梁北側(cè)立面（見圖3）。在起重機(jī)小車北側(cè)面焊接H型支架（撥叉），相匹配的3只集電器分上下兩層與DHG裝置對(duì)應(yīng)，分別固定在H型支架上。集電器所有輸出線路使用軟電纜，通過一根焊接在小車上的鋼制穿線管，接入起重機(jī)小車上的電氣接線盒。直線導(dǎo)管每根長(zhǎng)4m，支架的懸吊間距按圖4進(jìn)行安裝，支架必須牢固且排列整齊美觀。

圖3 裝置安裝示意圖

圖4 安裝支架的懸吊間距

5.2 日常維護(hù)保養(yǎng)

DHG型滑接輸電裝置供電滑觸線在正常使用階段，也應(yīng)該進(jìn)行必要的檢查維護(hù)，為此我們制訂日常檢查維護(hù)制度，每月檢查一次以下部件：

(1)檢查導(dǎo)管內(nèi)導(dǎo)電器的電刷磨損情況，如已超過正常磨損長(zhǎng)度要及時(shí)更換；

(2)檢查導(dǎo)管（軌）接頭，有無松動(dòng)。各固定裝置、撥叉等是否松動(dòng)；

(3)檢查導(dǎo)管是否彎曲變形；

(4)清除導(dǎo)管上積累的灰塵，清掃時(shí)不可用力過大，以防損壞塑料導(dǎo)管；

(5)檢查導(dǎo)電器中電刷磨情況，當(dāng)電刷磨損到距離其極限伸出位置小于2mm時(shí)應(yīng)立即更換新的電刷；

(6)檢查集電器滾輪磨損狀況，滾輪能確保電刷在導(dǎo)管上下左右的正確位置，滾輪磨損過度，亦會(huì)造成電刷磨損或繼續(xù)失電現(xiàn)象發(fā)生。

6 使用效果

（1）2005年1月對(duì)QD 20/5t橋式起重機(jī)小車供電裝置進(jìn)行改造以來，至今已安全使用5年，裝卸作業(yè)量超過150萬t，裝卸車數(shù)達(dá)到2500車，其中包括玻璃易碎貨物3000車，鋼材、機(jī)器等笨重貨物8000車，未發(fā)生一起安全隱患，起重機(jī)安全可靠性能顯著提高。

（2）為裝卸部門節(jié)約大量成本支出。使用期間更換集電器3只，維修成本僅1500元。而電纜供電至少需更換電纜及其配套設(shè)施一次，原材料成本至少需2萬元，日常檢查、維修耗費(fèi)大量人力。DHG型滑接輸電裝置電壓降小，日常使用平均節(jié)電10%，每月可節(jié)約電費(fèi)支出500元，5年至少節(jié)約電費(fèi)支出3萬元。

7 結(jié)束語

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，可見對(duì)起重機(jī)小車供電實(shí)施安全滑接輸電裝置改造可以有效提高起重機(jī)的安全可靠性能，降低使用、維修成本，提高裝卸經(jīng)濟(jì)效益。鐵路裝卸部門應(yīng)積極運(yùn)用新技術(shù)、新工藝對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝卸機(jī)械設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，研究增強(qiáng)現(xiàn)有裝卸機(jī)械使用安全和經(jīng)濟(jì)性能的新方法。