用于工程機(jī)械節(jié)能減排的跟蹤式供電系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

摘要：簡述跟蹤式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，闡述中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、立柱、高度限位裝置、滑動機(jī)構(gòu)以及隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等跟蹤式供電系統(tǒng)的主要部件及其功用，分析鋼絲繩和電纜的張力控制原理和電氣系統(tǒng)的安全控制原理，概括跟蹤式供電系統(tǒng)設(shè)計特點，展示了跟蹤式供電系統(tǒng)的應(yīng)用范例。

關(guān)鍵詞：跟蹤式供電系統(tǒng)；工程機(jī)械；節(jié)能減排；張力控制；位置檢測

基金項目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研合作項目（BY20231358）

0" "引言

現(xiàn)有移動式電力設(shè)備一般采用充電式動力電池或者地面拖帶電纜進(jìn)行供電。采用充電式動力電池供電，存在電池的體積和質(zhì)量大、容量有限、使用時間短，且對環(huán)境存在污染等缺陷。采用地面拖帶電纜供電雖然持續(xù)性好、功率大，但是電纜本身的抗拉抗扭能力較差，尤其是質(zhì)量和功率較大、移動速度較快或移動不規(guī)律的電力設(shè)備，其工作范圍和靈活性受到限制，且容易出現(xiàn)安全隱患。針對現(xiàn)有移動式電力設(shè)備存在的供電問題，本文研發(fā)一種可為移動式電力設(shè)備提供半徑為50m范圍內(nèi)任意位置供電、避免電纜受拉受扭、增加供電靈活性和安全性的跟蹤式供電系統(tǒng)。

1" "跟蹤式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

跟蹤式供電系統(tǒng)主要由支腿1、中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2、立柱3、導(dǎo)向滑軌4、配重5、滑動機(jī)構(gòu)6、高度限位裝置7、鋼絲繩8、導(dǎo)向滑輪組9、隨車支架10、隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11、移動式電力設(shè)備12組成。跟蹤式供電系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

2" "跟蹤式供電系統(tǒng)的主要部件及其功用

2.1" "中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

使用移動式電力設(shè)備12時，將支腿1安裝在工作場地上，支腿1上面安裝中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2。中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2主要由八角底架、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)平臺、電滑環(huán)等組成。中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2能夠全方位回轉(zhuǎn)，可使移動式電力設(shè)備12圍繞立柱3全方位工作，由此增大了移動式電力設(shè)備的工作范圍。中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2內(nèi)部安裝了電滑環(huán)，在移動式電力設(shè)備12轉(zhuǎn)彎的時候，電滑環(huán)可保證電纜不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以保證移動式電力設(shè)備12各個方位的用電需要。

2.2" "立柱

立柱3安裝在中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2上面，其主要由角鐵焊接而成。立柱3內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)向滑軌4，能夠保證滑動機(jī)構(gòu)6按照導(dǎo)向滑軌4運動，同時防止立柱3在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下使配重5產(chǎn)生擺動或碰撞。

2.3" "高度限位裝置

立柱3上部安裝了兩個高度限位裝置7，當(dāng)移動式電力設(shè)備12即將移動出跟蹤式供電系統(tǒng)的工作范圍時，滑動機(jī)構(gòu)6將會觸碰到第一個高度限位裝置7，此時會產(chǎn)生電信號傳遞給駕駛室，發(fā)出聲光報警，提示駕駛員減速或轉(zhuǎn)彎；若移動式電力設(shè)備12超出工作范圍時，滑動機(jī)構(gòu)6將會觸碰到第二個高度限位裝置7，此時跟蹤式供電系統(tǒng)會將電信號傳遞給整機(jī)控制系統(tǒng)，自動切斷整機(jī)電源并自行制動，使移動式電力設(shè)備12停止工作，由此提高了移動式電力設(shè)備12工作的安全性。第二個高度限位裝置7上部還有一定的空間，用于彌補(bǔ)移動式電力設(shè)備12運動慣性所超出的距離。

2.4" "裝有配重的滑動機(jī)構(gòu)

滑動機(jī)構(gòu)6設(shè)置在立柱3內(nèi)部，其主要由安裝板、動滑輪組、運行滑輪組、導(dǎo)向滑輪組、銷軸等組成，滑動機(jī)構(gòu)6下面安裝了配重5。鋼絲繩8一端與滑動機(jī)構(gòu)6的動滑輪組相連，另一端則與隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11連接。配重5可保證滑動機(jī)構(gòu)6沿著導(dǎo)向滑軌4上下滑動，其質(zhì)量可根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整。動滑輪組能夠通過增減滑輪個數(shù)對工作幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.5" "隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11安裝在移動式電力設(shè)備12尾部，其主要由隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)支架、電滑環(huán)、兩個深溝球軸承、一個推力球軸承組成。隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11上面設(shè)有隨車支架10，隨車支架10頂部設(shè)有導(dǎo)向滑輪組9，隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)12與鋼絲繩8連接。隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11內(nèi)部安裝了電滑環(huán)，在移動式電力設(shè)備12轉(zhuǎn)彎的時候，電滑環(huán)可保證電纜不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，以滿足移動式電力設(shè)備12各個方位移動工況的用電需要。

3" "張力和安全控制原理

3.1" "鋼絲繩和電纜的張力控制原理

鋼絲繩8通過導(dǎo)向滑輪組9和滑動機(jī)構(gòu)6帶動配重5上下運動，以保持鋼絲繩8的恒定張力，使鋼絲繩8始終保持繃緊狀態(tài)。電纜的長度大于鋼絲繩8的限位長度，以保證電纜不被拉壞。導(dǎo)向滑輪組9能夠通過增減滑輪個數(shù)調(diào)節(jié)移動式電力設(shè)備12的工作幅度，移動式電力設(shè)備12可在工作范圍拉動鋼絲繩8自由收放。

3.2" "電氣系統(tǒng)的安全控制原理

整個電氣系統(tǒng)控制的設(shè)計原則是簡單、方便、安全。為了防止移動式電力設(shè)備12超出工作半徑50m的范圍，在工作半徑42m、45m處均配置有配重位置檢測開關(guān)即高度限位開關(guān)。

當(dāng)觸發(fā)42m處的配重位置檢測開關(guān)時，提示駕駛員減速或轉(zhuǎn)彎，移動式電力設(shè)備12減速或轉(zhuǎn)彎運行。如果移動式電力設(shè)備12速度過快，觸發(fā)到45m處的配重位置檢測開關(guān)時，電氣系統(tǒng)將立即切斷移動式電力設(shè)備12的電源并自行制動，以防止損壞電纜和隨車支架10。

4" "設(shè)計特點與應(yīng)用范例

4.1" "跟蹤式供電系統(tǒng)設(shè)計特點

該跟蹤式供電系統(tǒng)設(shè)計特點主要是結(jié)構(gòu)簡單、安裝和使用方便，具體特點如下：一是電纜通過鋼絲繩8懸掛在空中，不與地面接觸，不易受損，移動式電力設(shè)備12在50m超大跟蹤半徑內(nèi)移動自如。二是中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2和隨車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)11內(nèi)部均裝有電滑環(huán)，且電纜長度大于鋼絲繩限位長度，保證了電纜不承受外來拉力和扭力，大大增大了電纜的使用壽命。中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2能夠全方位回轉(zhuǎn)，使移動式電力設(shè)備12能夠圍繞立柱3全方位工作，不但工作范圍增大，還可預(yù)防電纜產(chǎn)生拉、扭。三是導(dǎo)向滑輪組9能夠通過增減滑輪個數(shù)更改倍率，來調(diào)整最大工作范圍，還可通過調(diào)整配重5的質(zhì)量來調(diào)整鋼絲繩8的張力，從而增大了跟蹤式供電系統(tǒng)的使用范圍。四是立柱3內(nèi)設(shè)有導(dǎo)向滑軌4，能夠保證滑動機(jī)構(gòu)6按照軌道運動，防止立柱3在轉(zhuǎn)動工況下使配重5產(chǎn)生擺動或碰撞。五是安裝了兩個限位裝置7，移動式電力設(shè)備12在即將移動出工作范圍時，駕駛室會發(fā)出聲光報警，提示駕駛員減速；若移動式電力設(shè)備12移出范圍，則自動切斷電源并自行制動，由此提高了安全性。

4.2" "應(yīng)用范例

按照上述設(shè)計思路，在10t級裝載機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計了電力吊運樣機(jī)。該電力吊運樣機(jī)具有電動機(jī)和柴油機(jī)兩種驅(qū)動動力，能夠很好地實現(xiàn)在50m范圍內(nèi)自由移動。按照現(xiàn)在國內(nèi)油價計算，采用電力驅(qū)動時，其工作成本平均下降50%左右。按照每個產(chǎn)品每天工作8h，一年工作300d計算，每年可節(jié)省動力費用10萬多元。

5" "結(jié)束語

電力驅(qū)動比內(nèi)燃機(jī)環(huán)保、節(jié)能，是節(jié)能減排行之有效的動力源。該跟蹤式供電系統(tǒng)主要應(yīng)用于移動工程機(jī)械的電力供應(yīng)，在礦山、重點消防單位、特殊防爆場合等發(fā)揮著重要作用。利用該跟蹤式供電系統(tǒng)，可以將裝載機(jī)、挖掘機(jī)等工程機(jī)械車輛的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動替換為電動機(jī)驅(qū)動，為節(jié)能減排發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

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