卷筒電纜扭曲變形問(wèn)題分析與解決措施

范濤　崔海洋　宮傳播

摘 要：本文分析了斗輪機(jī)用電纜出現(xiàn)護(hù)套起皺、電纜扭曲變形的原因，通過(guò)對(duì)電纜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及設(shè)備自身的設(shè)計(jì)、調(diào)試、電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，卷筒電纜出現(xiàn)外皮起皺、扭曲變形的現(xiàn)象是可以避免的。

關(guān)鍵詞：起皺；扭曲變形；電纜變形；斗輪機(jī)電纜

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 筒電纜使用場(chǎng)合

目前卷筒電纜主要用于斗輪機(jī)、港機(jī)、鋼包車、電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)等設(shè)備，隨著設(shè)備來(lái)回運(yùn)行，卷筒進(jìn)行收線、放線運(yùn)動(dòng)。電纜在運(yùn)行過(guò)程中承受正拉力與彎曲變形。

2 纜外護(hù)起皺、電纜變形的原因

根據(jù)市場(chǎng)用戶反映，斗輪機(jī)、港機(jī)、鋼包車、電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)等場(chǎng)合使用的卷筒電纜都相應(yīng)出現(xiàn)了護(hù)套起皺、電纜扭曲變形的質(zhì)量問(wèn)題，造成了設(shè)備無(wú)法正常作業(yè)。

通過(guò)對(duì)斗輪機(jī)電纜使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，可能造成電纜出現(xiàn)護(hù)套起皺、電纜扭曲變形的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）電纜柔軟性及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不夠。柔軟性不夠，在移動(dòng)彎曲過(guò)程中，電纜變形抗力較大；電纜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在彎曲時(shí)，電纜結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，纜芯“拱起”，造成電纜彎曲變形。

（2）卷盤電纜受力分析：電纜卷筒的卷繞力用來(lái)克服電纜自重等引起的作用在電纜上的張力、卷筒支座軸承處的摩擦力、起-制動(dòng)引起的慣性阻力等。將電纜卷繞到卷筒上去，要十分精確的計(jì)算卷繞力矩比較困難，目前采用比較粗略的計(jì)算法。

設(shè)電纜卷筒中心安裝高度（離地面）為H（m），卷滿電纜的卷筒最外層直徑為D纜（m）。

則卷繞力矩：

M纜=D纜/2·（qH+S基）·9.8 （1）

其中：M纜—力矩（N·m）；D纜—卷筒最外層直徑（m）；q—電纜單位重量（kg/m）；S基=5kg～10kg—考慮克服除電纜自重以外的卷繞阻力折算到電纜上的基本張力。電纜截面大的取值大，截面小的取值小。

目前斗輪機(jī)所采用的電纜卷筒多為磁滯式。由于磁滯式電纜卷筒是恒力矩的，力矩M=F·L（M表示力矩；F表示力值；L表示從轉(zhuǎn)動(dòng)軸到著力點(diǎn)的距離）；當(dāng)力矩恒定時(shí)，外層電纜在收放過(guò)程中受力最小，內(nèi)層電纜在收放過(guò)程中受力最大。因此隨著電纜纏繞半徑的變化，電纜所受的張力也在變化。如圖3、圖4的受力分析。

同時(shí)F·cosθ=F0（由外向內(nèi)θ3<θ2<θ1，則F3>F2>F1），卷筒進(jìn)行電纜收放時(shí)，從卷盤外圈向內(nèi)圈，電纜與導(dǎo)纜架之間的夾角越來(lái)越小，根據(jù)力學(xué)正交分解分析得知，由外層向內(nèi)層電纜受力也逐漸增大。

通過(guò)電纜受力分析，得知卷盤內(nèi)層電纜受力與彎曲變形程度較外層要大。如果電纜卷筒的內(nèi)徑太小，再加上電纜卷筒的力矩也調(diào)的很大，那么內(nèi)圈的電纜張力將會(huì)大于電纜允許抗拉力，造成電纜受力過(guò)大、彎曲變形。

（3）電纜卷筒的調(diào)試?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員往往將電纜卷筒力矩調(diào)的很大，造成電纜張力過(guò)大。

綜合考慮上述影響因素，并對(duì)電纜發(fā)生彎曲變形的區(qū)域進(jìn)行認(rèn)真分析，得出以下結(jié)論：電纜的扭曲變形區(qū)域主要出現(xiàn)在卷盤的次內(nèi)層，通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行觀察，在設(shè)計(jì)時(shí)電纜米數(shù)留有余量，卷盤最內(nèi)層1～3圈電纜始終纏繞在卷盤上，不進(jìn)行卷繞運(yùn)動(dòng)，因此電纜沒(méi)有出現(xiàn)彎曲變形；次內(nèi)層變形嚴(yán)重，主要是因?yàn)榇蝺?nèi)層較外層受力與彎曲變形程度較大，所以出現(xiàn)了圖1中次內(nèi)層電纜嚴(yán)重扭曲變形的現(xiàn)象。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)以上原因，相應(yīng)的提出以下改進(jìn)措施及注意事項(xiàng)：

（1）卷筒電纜，導(dǎo)體采用GB/T 3956-2008標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的6類軟銅導(dǎo)體，成纜節(jié)徑比控制在10～12倍，護(hù)套采用TPU、氯化聚乙烯、彈性體等材料，來(lái)提高電纜的柔軟性；纜芯分組采用正規(guī)排列絞合結(jié)構(gòu)，纜芯外繞包一層涂膠棉布帶，護(hù)套采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外護(hù)套之間采用編織高強(qiáng)度纖維抗扭層，來(lái)保證電纜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）卷盤筒徑的設(shè)計(jì)

（3）導(dǎo)纜架安裝位置設(shè)計(jì)

卷盤由外向內(nèi)彎曲變形程度逐漸增大，為了減小電纜彎曲變形的程度，卷盤內(nèi)層電纜與導(dǎo)纜架之間形成的角度不小于60°。同時(shí)導(dǎo)纜架半徑不小于電纜彎曲半徑的12倍。

（4）卷盤力矩控制，卷盤力矩采用M1、M2兩個(gè)檔位（M1>M2），當(dāng)卷盤上電纜米數(shù)超過(guò)電纜總長(zhǎng)度的1/2，卷盤力矩為M1；當(dāng)卷盤上電纜米數(shù)小于1/2電纜總長(zhǎng)度，電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)將卷盤力矩切換為M2。

（5）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員可以根據(jù)圖5來(lái)確定調(diào)節(jié)電纜卷筒力矩大小。實(shí)際卷繞過(guò)程中，由于卷繞力矩作用，使電纜懸垂一段距離，懸垂線的水平投影l(fā)的長(zhǎng)短與卷繞力矩M纜大小有關(guān)。M纜大則電纜拉的越緊，l就長(zhǎng)。

（a）力矩太小，電纜過(guò)松；（b）力矩太大，電纜過(guò)緊；（c）力矩適中，電纜過(guò)度平穩(wěn)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電纜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及設(shè)備自身的設(shè)計(jì)、調(diào)試、電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)，卷筒電纜出現(xiàn)外皮起皺、扭曲變形的現(xiàn)象是可以避免的。

參考文獻(xiàn)

[1]吳建生.工程力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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