一種電纜盤收放功能失效模式分析及解決方案

喬慧琳 鄭俊濤

摘 要

電纜盤主要功能是存放主體設備與外部設備連接的電纜，具有手動和電動兩種操作模式。大型設備電纜盤電動收放功能直接影響用戶的使用體驗，本文提供一種解決電纜盤收放功能失效模式分析的思路，給出電纜盤收放功能失效模式的一種解決方案。

關鍵詞

電纜盤;收放功能;失效模式;解決方案

中圖分類號： TM75 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 27

0 引言

本文所指的電纜盤主要功能是存放主體設備與外部設備連接的電纜，具有手動和電動兩種操作模式，其中電動操作模式采用直流供電和蓄電池供電兩種供電模式。在不供電的情況下，可利用手動操作進行收放電纜工作。

由于大型設備所采用的電纜規(guī)格較大，重量相對較重，電纜盤的電動收放功能使用頻率極高，直接影響用戶的使用體驗。一旦失效，雖然手動操作也能夠完成電纜收放的任務，但仍然會給客戶帶來極大的不便，造成不良的影響。因此，電纜盤的收放功能在電纜盤設計中顯得至關重要。

1 電纜盤結構形式簡介

1.1 電纜盤結構及工作機理簡介

電纜盤主要由電動電機、電纜盤盤體、電磁離合器、開關控制、電纜盤支架等組成，電動電機、電磁離合器通過傳動鍵連接在電纜盤盤體中，電機通過支架安裝在電纜盤盤體一端，其輸出軸與電磁離合器一端通過傳動鍵連接（見圖1），電磁離合器另一端則與電纜盤盤體連接。

電纜盤通過開關控制通電后，電磁離合器吸合，電動電機通過電磁離合器帶動電纜盤盤體轉動，實現(xiàn)電動收放電纜功能。

電纜盤斷開電源后，電磁離合器自動分離，電動電機停止工作，電纜盤停止電動收放電纜模式，進入手動收放電纜模式。

1.2 失效模式分析

結合電纜盤結構和工作機理，分別從以下五個方面分析導致電纜盤電動功能失效模式產(chǎn)生的根本原因。

a）電動電機出現(xiàn)功能性故障。

當電動電機出現(xiàn)功能性故障時，電動電機根本無法啟動。電動電機出現(xiàn)功能性故障可能有兩種情況，一電機本身質量問題;二是連接線路出現(xiàn)故障。

b）電纜盤開關控制線路出現(xiàn)故障。

當開關控制失效時，無法啟動電纜收放功能。開關控制線路老化或連接錯誤、或線路質量問題，都是可能導致開關控制不能工作的原因。

c）電磁離合器故障。

作為電纜盤整體的一個組成部分，電磁離合器是主要的傳動部件，其失效模式基本同電動電機的失效模式類同，電磁離合器的質量問題和連接問題是導致其故障的主要原因。

d）傳動機構失效。

傳動機構是保證整個電纜盤正常工作的重要環(huán)節(jié)，電纜盤傳動機構是電動電機、電磁離合器聯(lián)合工作的紐帶，非獨立存在，卻擔負著整體運作的重要功能。因此，傳動軸與傳動鍵的設計及材料的選擇至關重要，也是影響電纜盤電動收放功能的重要因素。

e）電纜盤變形故障。

電纜盤作為電纜盤整體運作的外部結構，一方面負載電纜的重量，另一方面也是傳動的最后環(huán)節(jié)，其結構設計合理性和材料的性能，不但影響電纜盤電動收放功能，也同樣影響電纜盤手動收放功能。

通過以上分析，可建立失效模式分析圖，見下圖2。

根據(jù)以上分析所得的導致電纜盤電動收放功能失效的因素，按零部件進行分解，分為電機、電磁離合器、電纜盤、傳動機構以及開關控制五項，細分原因要素，分別從嚴重度、探測度、頻度三個維度，結合實際產(chǎn)品在設計、生產(chǎn)及應用情況，根據(jù)發(fā)生以上各種可能的故障的嚴重度、探測度以及發(fā)生頻度，進行綜合評估，假設以每項10分為最高分，評出得分值，列于下表1中，按照公式：

總分值=嚴重度*探測度*頻度

進行計算得分。得分情況見表1。

隨著現(xiàn)代管理水平的提高，企業(yè)對于外購件功能選擇以及外購件廠家的選擇都進行了嚴格的質量管控，而且也具備較為完善的檢測手段和控制手段，因此，盡管電動電機、電磁離合器等它們的功能性失效對于整個電纜盤電動收放功能的失效起著關鍵性作用，一旦電動電機、電磁離合器等功能性失效，停止運轉，對整個電纜盤功能的嚴重度而言可評估為最高，但其探測度、頻度則相對并不高。因此其總分值顯示，一旦發(fā)生電磁離合器、電動電機的功能性失效，對于電纜盤整體系統(tǒng)而言，其修復難度不大。（當然，如果細分電動電機、電磁離合器功能性失效模式，就個體修復而言其難度則應另當別論，本文僅將電動電機、電磁離合器的總功能性失效作為考察點）

同樣，由于聯(lián)接失效導致的整體電纜盤電動收放功能失效，其嚴重度也是相對較高，但探測度、頻度仍然在可查、可控的范圍內，因此，其探測度、頻度的評估得分不高。

而電磁離合器、電動電機一般情況下屬于選型設計，一旦選定后，考慮經(jīng)濟性、通用性、維修性，二次設計空間一般并不大，因此，在電纜盤整體設計過程中，其電纜盤盤體設計以及其內部安裝布局設計非常重要。

由于大型設備所用的電纜較重，對電纜盤盤體承載能力要求也較高。而電纜盤結構合理性與材料選擇合理性相互影響。設計合理的電纜盤結構，有助于提高整體的強度，能夠在材料選擇上給予更大的選擇空間;而性能較高的材料，也能夠為結構的局限性提供有利的支撐。

設計人員綜合考慮各種因素，匹配出設計方案。

如果不是明顯的設計缺陷，一般在產(chǎn)品剛開始試運行期間，其結構合理性對整體功能失效的影響并不易被發(fā)現(xiàn)，且嚴重度也并不算高，很容易被忽視。

隨著運行周期加長，各個零部件在運行過程中因為結構性問題，會漸漸出現(xiàn)磨損、噪聲等不良情況，結構性的問題則會越來越明顯地被暴露出來。當在單邊收放過程或兩邊收放不同步的情況下，極易造成電纜盤變形，導致整體電纜盤電動收放功能失效，檢測難度也相對較高，需要拆解逐項排查，問題頻度也會相對較高。

電纜盤一旦出現(xiàn)變形，存在電動電機和電磁離合器連接處不同軸的風險，從而導致離合器間隙發(fā)生變化，當變化量大于離合器嚙合間隙時，離合器不能有效分離，傳動鍵和電磁離合器磨損，造成電磁離合器不能與電動電機有效的結合，電機軸卡住，電動、手動收放功能失效。

2 一種優(yōu)化的電纜盤結構安裝方案

為解決電纜盤盤體承載過重，而造成在電磁離合器與電動電機不同軸的問題，優(yōu)化后的電纜盤結構形式，將電動電機由電纜盤盤體內調整至盤體外側，增加底部框架及兩端支撐，優(yōu)化前后結構對比見圖3、圖4。

同時，可根據(jù)結構調整情況，適當調整電纜盤材料性能，以達到優(yōu)化效果，提升電纜盤承載能力。

另外，充分考慮適宜性和經(jīng)濟性，適當調整傳動機構的結構，增加傳動截面的面積或材料性能，也不失是一種可行的局部優(yōu)化的解決方案。

3 結束語

通過對電纜盤電動收放功能的可能失效模式的分析，找到導致電纜盤電動收放功能失效的問題點，并逐一進行分解，通過問題解決難度的難易程度，深入分析，提供了一種電纜盤結構優(yōu)化方案。

本文為解決電纜盤收放功能失效問題提供一個可行的解決問題方案，也為在產(chǎn)品設計過程中遇到零部件失效問題時，提供了一種解決問題的思路和方法。