干熄焦提升機電纜拖鏈的相關計算

張帥

(濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

干熄焦提升機是干法熄焦系統(tǒng)中的關鍵設備，與干熄焦系統(tǒng)間有大量的邏輯控制及聯(lián)系，主要負責提升和搬運焦罐［1］，具有全自動運行、精確定位的功能。其具體操作是將提升井架底部裝滿紅焦(1 000 ℃±50 ℃)的焦罐垂直提升至提升井架頂部，再沿軌道水平橫移至干熄爐側，精準對位后，將焦罐下落到裝入裝置的料斗正上方，通過焦罐與裝入裝置的配合將紅焦卸入干熄爐內，裝焦完成后，沿水平軌道返回提升井架側，在提升井架的高度上將空焦罐落座在焦罐臺車上，然后進行下一個工作循環(huán)。在整個生產過程中，提升機PLC與其他設備聯(lián)動，采用計算機程序實現(xiàn)自動控制。

因提升機的操作環(huán)境極其惡劣，設置于提升機上的實現(xiàn)生產自動化操作的許多電氣設備極易受到環(huán)境腐蝕而被破壞，且維修更換較為困難。目前為簡化現(xiàn)場電纜施工和減少電纜連接的工作量，眾多提升機制造廠家在設備機械室內設置了PLC的遠端I/O接口，將提升機所有控制信號集中采集后，通過現(xiàn)場總線與干熄焦主控室的PLC系統(tǒng)進行信號傳輸。

為了確保連續(xù)、安全、穩(wěn)定生產，提升機自身設有完善的檢測和連鎖控制系統(tǒng)，而實現(xiàn)提升機安全控制及穩(wěn)定運行的前提就是選擇較可靠、較經濟的提升機電纜導電形式［2］，并計算出提升機的走行距離及電纜長度，使得電纜能夠穩(wěn)定地為干熄焦的生產服務。

干熄焦提升機的生產工況及環(huán)境特點：

(1)運行工況差。提升機運行軌道通常安裝在戶外高空45～60 m的鋼結構梁上，受溫度、雨雪、風、光照、粉塵等外部自然環(huán)境條件影響較大，設備維護與檢修相對困難。

(2)運行距離短、頻繁。提升機的橫移距離通常在12～20 m之間，運行速度在40～60 m/min之間，提升機一個工作周期為6～9 min，每個工作周期橫移2次，每日工作時間約19.2 h，每年運行次數(shù)約10萬次，運行頻繁。

(3)電纜數(shù)量多、單位長度質量大。提升機的整機功率為600～1 500 kW左右，整機采用全自動控制，給設備供電及控制信號所使用的電纜數(shù)量和種類多，單位長度電纜質量大。

(4)電纜存在電磁干擾。提升機電纜數(shù)量和種類多、功能不一，相互之間存在干擾，特別是動力電纜對控制電纜存在電磁干擾。

電纜拖鏈這種電纜導電形式因其柔韌性好、耐腐蝕性優(yōu)、屏蔽性能好、安全可靠、安裝簡單、能適用于室外惡劣環(huán)境、能適用于設備單元需要來回移動的場合、能保護電纜隨拖鏈移動時不易受損壞等優(yōu)點，近些年在干熄焦提升機電纜導電領域應用廣泛，得到了市場和用戶的認可。

1 概述

電纜拖鏈是位于機械室側面的設備，安裝在電纜拖鏈平臺上，主要由拖鏈、柔性電纜、電纜夾和浮動頭等組成。電纜由安裝在提升機軌道平臺的接線箱引出，沿拖鏈的浮動頭送入機械室供電。拖鏈下部設置了便于拖鏈運行的卡槽，側面設置了導向槽，以限制電纜拖鏈的扭曲和彎折。電纜固定在電纜拖鏈內部，封閉性好，能夠對電纜進行妥善的支持和導向。當提升機橫移時電纜拖鏈隨之無損傷地移動，因其能夠讓電纜保持一定的彎曲半徑，且彎曲位置不固定，所以達到了保護柔性電纜的目的。

拖鏈由高強度工程塑料材料制成(包含側板和橫桿)，采用RHD加強型輪式拖鏈，減小了拖鏈之間的摩擦力，延長了使用壽命；保證拖鏈的大部分處于導向槽內部，確保了導向槽對拖鏈軌跡的限制作用；使用浮動頭對拖鏈進行糾偏，使得拖鏈始終在一條直線上，減少了拖鏈和導向槽之間的磨損；導向槽一般使用304不銹鋼材質，拖鏈采取兩片式結構，便于焦粉從導向槽中間漏下。

拖鏈內部電纜采用耐磨抗UV的TPE外護套材質拖鏈專用的柔性電纜，絕緣層也采用TPE材質，增強了電纜的耐磨性和耐折彎性能，另外銅導體采用多股細銅絲編織而成。電纜主要包含供提升機傳動使用的動力電纜和供提升機傳輸信號使用的控制電纜。

2 設計參數(shù)

在某項目的調試階段，出現(xiàn)了因電纜進線孔位置定位錯誤、施工安裝偏差大、設備廠家指導安裝錯誤以及設計余量不足等原因導致的電纜及拖鏈長度不能滿足生產需求、導向槽長度不足以保護電纜拖鏈安全運行等問題。然而項目投產在即，柔性電纜已經連接并截取完畢，拖鏈及電纜夾也已安裝結束，電纜拖鏈導向槽也已固定完成，這一問題的發(fā)生對該項目的工程節(jié)點影響嚴重，而且該問題的整改需要消耗巨大的人力物力。

因此，在設計過程中準確計算提升機的走行距離、電纜拖鏈長度及電纜拖鏈導向槽長度等設計參數(shù)是非常重要的。

(1)走行距離

走行距離是提升機在其軌道上可以水平移動的最大距離，即提升井中心至干熄爐中心線距離與提升機緩沖器至軌道兩側車擋距離之和，用K表示，單位為m。

(2)電纜拖鏈長度

提升機電纜拖鏈由拖鏈和固定在拖鏈上的柔性電纜組成，拖鏈從電纜進線孔的一側固定端開始向上環(huán)繞，經過浮動頭及牽引臂后向下環(huán)繞至電纜進線孔的另一側固定端結束。柔性電纜從電纜進線孔的一側固定端開始，穿過拖鏈上的電纜夾，經過浮動頭后進入機械室。拖鏈長度是拖鏈從電纜開孔固定端至另一個固定端的長度，用X表示，單位為m。電纜長度是電纜從電纜進線孔固定端至提升機浮動頭的長度，不包含拖鏈平臺以下及進入機械室的電纜長度，用Y表示，單位為m。

(3)電纜拖鏈導向槽長度

電纜拖鏈導向槽是以固定在電纜拖鏈平臺上的槽鋼作為支撐，用來限制并防止電纜拖鏈在移動過程中發(fā)生過度扭曲和彎折的一種安全裝置，材質一般為304不銹鋼。電纜拖鏈導向槽長度是平行于電纜拖鏈運行區(qū)間兩側導向板的長度，用Z表示，單位為m。

3 計算方法

以下計算以180 t/h干熄焦工程為例。

180 t/h干熄焦工程參數(shù)如下：干熄爐柱列線16.500 m×15.500 m，提升井架柱列線11.000 m×15.500 m；干熄焦提升機軌距15.500 m；吊鉤中心至司機室側緩沖器距離5.540 m，吊鉤中心至走行電機側緩沖器距離5.710 m；干熄爐中心至一次除塵器側車擋距離7.140 m，吊鉤中心至走行電機側車擋距離7.310 m；提升機走行軌道長28.050 m，提升機軌頂標高50.000 m，提升機走行速度為40 m/min，干熄爐中心至提升井中心距離14.300 m。

根據(jù)上述干熄焦工程參數(shù)可以計算出走行距離、電纜拖鏈長度和電纜拖鏈導向槽長度。

(1)走行距離

提升機緩沖器至軌道兩側車擋的距離可根據(jù)需求進行設定，一般預留1.500～1.800 m?？紤]到提升機在干熄爐中心與提升井中心時，緩沖器至軌道兩側車擋的距離相等，均為1.600 m。因此提升機走行距離等于干熄爐中心至提升井中心距離與二倍提升機緩沖器至兩側車擋距離之和。

即提升機走行距離為：

因此，正常走行14.300 m，最大走行17.500 m。

(2)電纜拖鏈長度

提升機電纜拖鏈長度主要與電纜進線孔定位和提升機走行距離有關，在計算前需要對電纜進線孔進行定位，即安裝參考零點。參照同類180 t/h干熄焦工程參數(shù)可知，電纜拖鏈導向槽的擋板內距約0.420 m，因此本例計算的180 t/h干熄焦工程電纜進線孔寬度設定為0.500 m，電纜進線孔長度設定為0.700 m。電纜進線孔定位一般取提升機走行距離的中心，由于提升機緩沖器至兩側車擋的距離相等，因此電纜進線孔中心取干熄爐中心至提升井中心距離的中心，從電纜進線孔中心向干熄爐側或提升井側的極限運動距離均為8.750 m。

參照同類180 t/h干熄焦工程的參數(shù)可知，電纜拖鏈牽引臂長度為1.000 m，牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離約為1.225 m±0.050 m，電纜拖鏈彎折半徑R=0.250 m。因此拖鏈長度等于牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的二倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積，再加電纜進線孔中心向干熄爐側的極限運動距離的二倍，再減去電纜進線孔長度，再加牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的2倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積。

即提升機拖鏈長度為：

當提升井中心與電纜進線孔的位置重合時，拖鏈在電纜進線孔和牽引臂的位置正好被等分為左拖鏈和右拖鏈，因此電纜長度基本接近于左拖鏈或右拖鏈長度。電纜從安裝參考零點沿著左拖鏈或右拖鏈至拖鏈牽引臂后進入機械室向設備提供動力電源和控制電源。

故電纜長度等于牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離的2倍，再加π與電纜拖鏈彎折半徑的乘積，再加電纜進線孔中心向干熄爐側的極限運動距離，再減去電纜進線孔長度的1/2，再加的電纜拖鏈牽引臂長度的1/2。

(3)電纜拖鏈導向槽長度

電纜拖鏈導向槽長度主要取決于提升機走行距離及電纜拖鏈長度，導向槽長度需要滿足電纜拖鏈有足夠的安全運動空間。導向槽一般為2 m/段，從安裝參考零點中分，且導向槽長度一般為偶數(shù)米。根據(jù)以上計算，當提升機緩沖器觸碰到干熄爐側車擋時，拖鏈彎折末端至安裝參考零點的導向槽長度等于8.750 m加電纜拖鏈牽引臂長度的1/2，再加牽引臂至電纜拖鏈彎折處距離，再加電纜拖鏈彎折半徑R。

即電纜拖鏈導向槽長度為：

當提升機緩沖器觸碰到提升井側車擋時，拖鏈彎折末端至安裝參考零點的導向槽長度亦為10.775 m。

則電纜拖鏈導向槽總長度為：

從安裝參考零點中分，每側各5.387 5段。

4 結語

通過以上計算，可以較為準確地得到提升機電纜拖鏈的相關計算數(shù)據(jù)，然而該計算數(shù)據(jù)較為理想，設計院與設備廠家最終確認以上數(shù)據(jù)時，應當留有一定余量，以防止因安裝偏差及電纜進線孔位置定位錯誤而造成延誤工期以及因問題整改而引起的人力物力消耗。

(1)提升機走行距離是計算電纜拖鏈長度和導向槽長度的根本數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)根據(jù)實際需要得出，軌道兩側各預留1.600 m的余量，計算出走行距離K=17.500 m，可以滿足生產需求。

(2)根據(jù)設計經驗，電纜進線孔中心向干熄爐側或提升井側的極限運動距離、牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離以及電纜拖鏈彎折半徑R，都應當留有一定余量?？紤]到電纜進線孔中心向干熄爐側或提升井側的極限運動距離為9.750 m、牽引臂至電纜拖鏈彎折處的距離為1.500 m，因此拖鏈長度X＝26.371 m，圓整為27.000 m；電纜長度Y＝13.686 m，圓整為14.000 m。

(3)當提升機緩沖器觸碰到干熄爐側車擋時，拖鏈彎折末端至安裝參考零點的導向槽長度為12.000 m。當提升機緩沖器觸碰到提升井側車擋時，拖鏈彎折末端至安裝參考零點的導向槽長度亦為12.000 m。因此導向槽總長度Z＝24.000 m，并從安裝參考零點中分，每側各6段，共計12段。

綜上所述，向設備廠家提供的最終計算數(shù)據(jù)為：提升機走行距離K=17.500 m，拖鏈長度X=27.000 m，單側電纜長度Y=14.000 m，導向槽總長度Z=24.000 m。本例180 t/h干熄焦工程已于2023年4月順利完成提升機調試，電纜拖鏈相關數(shù)據(jù)計算準確，未出現(xiàn)因安裝偏差、電纜進線孔位置定位錯誤以及設計余量不足等原因而造成延誤工期和因完成整改消耗巨大人力物力的情況。