储能式供电车的电缆卷筒设计

储能式供电车的电缆卷筒设计前言我公司设计生产的储能式供电车，用于电动工程机械的供电及控制，如：电动挖掘机、电动装卸机等，主要作业场地有隧道、矿山、废钢厂等。这些设备在使用时有一个共同的特点：需在一定平面范围内来回移动。为满足这一要求，我们设计的供电车上需要有一套方便、可靠及安全的供电装置，为这些电动工程机械供电。目前几种常用的移动设备的供电方法近年来随着我国经济的迅速发展，基础建设的投入不断扩大，各种移动用电设备不断出现，这些设备的供电方式常见的有以下几种。一）电缆拖链把电缆放入电缆拖链中,对电缆形成保护,电缆随拖链实现来回移动,避免电缆发生纠缠,磨损等现象。优点：可同时放置大量的不同的电缆，电缆受到保护。缺点：对安装运行场合要求高，要预先规划供电线路，运行距离不能太远，对电缆的弯曲半径有较高要求。二）电缆滑车电缆滑车主要由携缆滑车和滑车导轨组成，携缆滑车在滑车导轨运动，带动电缆移动。优点：结构简单，电缆没受外力拉扯和摩擦。缺点：要预先规划供电线路，设立滑车导轨，运行距离不能太远。三）滑触线滑触线由两部分组成，滑线导轨，固定部分，与电源相接。集电器，滑动部分，可在滑线轨道上滑动并接触良好，集电器用于与移动电机相连。优点：结构简单，没有电缆（滑线轨道代替）。缺点：要预先规划供电线路，设立滑线导轨，运行距离不能太远。另外滑触线内有积聚粉尘的可能，集电器碳刷有磨损。四）电缆卷筒电缆卷筒是为大型移动设备提供动力电源、控制电源或控制信号的电缆卷绕装置。移动设备运行时电缆卷筒自动将电缆卷取或放出。优点：结构较简单，无需预先规划供电线路，可向任意方向传输，输送距离较远，密封性较好，可在淋雨、溅水和无腐蚀性气体尘埃的场所工作。缺点：由于电缆直接连接在供电装置与设备之间，易妨碍人员、车辆通行；在一些环境较恶劣场合，如高温场合，会损伤供电电缆；且电缆本身受到拉、扯磨、弯、折等外力作用，易受到破坏。电缆卷筒的结构形式电缆卷筒种类较多，常用的一般可大致分为弹簧式与力矩电机式。一）弹簧式电缆卷筒顾名思义弹簧式电缆卷筒以弹簧（卷簧）作为驱动力，主要由弹簧、集电环卷盘及支架等组成，在用电设备向外移动时，拉出电缆同时将卷簧拉紧并蓄力，用电设备向内移动时，弹簧卸能而收取电缆。弹簧式电缆卷筒只能变力矩输出，电缆拉出越长受力越大，且不能人为控制。常用于小型电缆。二）力矩电机式电缆卷筒力矩电机式电缆卷筒以力矩电机作为驱动力，主要由力矩电机、减速箱、集电环、卷盘及支架等组成。力矩电机有以下特点：1较软机械特性；2较宽的调速调力范围；3可长时间堵转。力矩电机式电缆卷筒就是利用力矩电机的这些特性将力矩电机当做弹簧使用。力矩电机式电缆卷筒能定力矩输出，电缆拉出长度可不变化拉力，但能容易的进行人为控制拉力。常用于大中型电缆。四供电车用电缆卷筒的设计方案我公司设计生产的LCT-S90-45储能式移动供电装置用于为20t左右的电动挖掘机供电，控制挖掘机的运行，及其的调整。供电车技术参数如下：输出AC380V，频率20-75HZ,功率90kw，主要工作场地：隧道、废钢厂。见图一电动挖掘机工作示意图。图一：电动挖掘机工作示意图挖掘机2受电臂3电缆4出线口5电缆卷筒6供电车一）电缆卷筒使用要求的确立根据以上供电车的使用情况，电缆卷筒应满足以下要求：1.能提供AC380V,90kw的电源，故电缆应为5芯，其中3芯为50mm2导线，2芯为10mm2导线。2.挖掘机的活动范围越多越好，而电缆卷筒的收放线长度有限，综合考虑电缆卷筒的收放电缆长度取30m。3.挖掘机的运动有方向性，故电缆卷筒的出线方向应能即时调整，保持与挖机方向一致。4.由于工作场地有水和铁块锐物电缆应能悬于空中，不能落地。5.电缆应能承受较大的拉力，电缆表面应耐磨。二）电缆卷筒的受力分析从图一我们可以看出，挖掘机和供电车之间的电缆的受力状况类似架空输电线路的电线受力状况，参考架空输电线路的受力分析，我们将挖掘机和供电车之间的电缆的受力状况简化如图二。图二：电缆受力简图如图二，沿电缆荷载均匀分布，比载（即单位长度（lm），单位截面（1mm2），电缆上的负荷（kg））为&的电缆，悬挂于AB两点之间，形成的曲线（悬链线）。其方程式用双曲线函数来表达：TOC\o"1-5"\h\zY=h0ch（x/hO） ⑴L1=h0sh（x/hO） （2）电缆上每点拉力不同，其任意点的拉力为T1=y1gS ⑶其中端点B处的拉力为：TB=yBgS式中：hO—电缆最低点到X轴的距离；Ch－为双曲余弦函数符号；Sh—为双曲正弦函数符号；L—为电缆跨距；g－为电缆比载；S－为电缆截面积；F－为电缆弧垂。从以上公式可以看出，电缆的拉力与上列各参数有关，计算起来很复杂，很难进行精确计算。但我们可以看出其趋势，进行定性分析。端点B处电缆的拉力参数主要是用于选取电缆卷筒用力矩电机（扭矩弹簧）的扭矩，及电缆本身承受拉力的能力，按以前的实际经验我们按电缆重量的2倍进行计算。根据前面的分析电缆为5芯，其中3芯为50mm2导线，2芯为10mm2导线，则电缆单重3.1kg/m，电缆收放长度30m，即则电缆总重93kg，电缆拉力T1按1860N计算。力矩电机的扭矩值J的计算：电缆卷筒卷盘张直径取D=500mm,减速箱减速比取i=31.5贝V：力矩电机的扭矩值J=（T1*D/2）/i=14.8Nm三）电缆卷筒的设计图三力矩电机电缆卷筒结构图1力矩电机2集电箱3支架4减速箱5卷盘6卷轴7出线口安装座8出线口9电缆力矩电机电缆卷筒的结构如图三，由力矩电机、集电箱、减速箱、卷盘、出线口、支架等组成，力矩电机为Y系列B5安装结构，与减速箱输入端直接相连，减速箱输出卷轴一端与卷盘相连，另一端与集电箱中集电环上端相连，减速箱与集电箱固定在支架上。力矩电机通电，带动卷盘旋转，收（放）电缆，力矩电机输入电压采用可调输入，由供电车控制系统确定电压的大小（即输出力矩的大小）。出线口安装座安装在卷轴上的卷盘两侧，可绕卷轴转动，在电缆的拉动下以保证出线口方向自动朝向挖掘机。集电环下端转轴处安装有双向计数器探头可探测卷盘转动的方向及圈数信息，将此信息反馈给供电车控制系统，在电缆快放完时用于报警或保护。力矩电机卷筒有4种工作模式：运行、停止、收线、放线，由四挡旋转开关操作控制。四挡开关旋转到运行挡时，力矩电机卷筒处于运行模式，力矩电机正转，卷盘处于收线状态，挖机与供电车之间的电缆受卷筒拉力保证电缆处于悬空状态而不掉地。当挖机远离供电车时，拉动电缆使卷盘产生大于力矩电机正向力矩的反向力矩，释放电缆，当挖机靠近供电车时，电缆拉力减小，卷盘在力矩电机正向力矩的作用下，收取电缆。此模式为最主要的工作模式，有下列两个特点：1.充分利用了力矩电机可长时间堵转的特性，2.在得到挖机远离或靠近供电车的信息后，供电车控制系统可即时调整力矩电机的输出力矩，通常是挖机远离时力矩电机的输出力矩大，挖机靠近时力矩电机的输出力矩小。四挡开关旋转到停止挡时，力矩电机卷筒处于停止模式，力矩电机断电，并制动，电缆不下滑。四挡开关旋转到收线挡时，力矩电机卷筒处于收线模式，力矩电机正转，卷盘收线。此档用于需人工收取电缆的时候。四挡开关旋转到放线挡时，力矩电机卷筒处于放线模式，力矩电机反转，卷盘放线。此档用于需人工放出电缆的时候。力矩电机电缆卷筒电气原理图见图四：>■■1fLFR£图四力矩电机电缆卷筒电气原理图>■■1fLFR£图四力矩电机电