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高压电缆卷盘系统在起重机械上的应用

时间:2015-10-26 09:09:56
0弓i言 国内外高压电缆卷盘的形式主要有磁滞(见图u和变频(见图2)两种方式。随着世界贸易发展日益加速,各地码头不断扩建,吞吐量逐步图2变频式高压电缆卷盘图1磁滞式高

 高压电缆卷盘系统在起重机械上的应用高压电缆卷盘系统在起重机械上的应用高压电缆卷盘系统在起重机械上的应用高压电缆卷盘系统在起重机械上的应用0弓i言

    国内外高压电缆卷盘的形式主要有磁滞(见
图u和变频(见图2)两种方式。随着世界贸易
发展日益加速,各地码头不断扩建,吞吐量逐步
图2变频式高压电缆卷盘
图1磁滞式高压电缆卷盘
提升,用户对起重机设备的要求也越来越高,变
长变粗的供电电缆使原有的供电装置己经不能满
足起重设备快速反应的要求。如何在不对供电电
缆造成伤害的情况下,提高电缆卷盘的性能,以应对现有市场的要求,是港口机械领域研究的课
题。传统的磁滞式卷盘己不能满足设备的实际需
求,变频式控制越来越成为主流。
1磁滞式高压电缆卷盘的工作原理和实际
应用
1. 1磁滞式高压电缆卷盘的工作原理
    如图3所示,在一个由数块永久磁铁组成的
磁盘对面,放置一个由强磁材料制成的感应盘,
中间留有空气隙。磁盘上有一个多极交替的磁场。
当2个盘之间出现转速差时,磁盘将交替磁化对
面的感应盘,产生一个抗拒滑差的扭矩,实现了2
盘之间的磁连接,从而达到既能传递一个基本恒
定的扭矩,又能允许滑差的目的。每个型号的磁
滞联轴器输出扭矩基本恒定,也可根据实际需要
通过调节2盘间隙s值,输出扭矩也能得到小幅的
调整。
1. 3磁滞式高压电缆卷盘的优缺点分析
    磁滞式高压电缆卷盘控制方式简单,故障少,
近乎免维修,对电缆细、抗拉力强、速度慢的系
统运行稳定。电缆被异物钩住时,磁滞联轴器内2
磁盘会打滑而力矩不变,保护电缆不受过度的
张力。
    磁滞式高压电缆卷盘虽然通过凸轮能实现简
单分级控制,但对于运行距离长、电缆粗重的项
目就比较困难。因为磁滞联轴器的驱动头数不可
能无限制增多,而且受限于永磁铁的物理特性,
单个磁滞联轴器驱动头的力矩也不可能做得很大,
即使能做得很大,和分级控制又是一个矛盾,所
以,磁滞式高压电缆卷盘的应用有一定的局限性。
图3磁滞式高压电缆卷盘工作原理
2变频式高压电缆卷盘的工作原理和实际
应用
2. 1工作原理
    如图4所示,变频式高压电缆卷盘控制系统
是控制高压电缆跟随大车左右运动进行收放缆动
作,从主系统采集的是大车速度信号。变频式高
压电缆卷盘系统把卷盘绝对值编码器(或电位
计)数值转化为电缆在电缆卷盘上的圈数,进而
算出电缆卷盘的外径。根据大车的实际速度再结
合电缆卷盘的外径算出卷盘驱动电机所需的
速度。
电缆卷盘
1. 2磁滞式高压电缆卷盘的实际应用
    受限于磁滞式驱动的工作原理,磁滞式高压
电缆卷盘推荐使用的大车运行速度V}60 m/min
行程5  300 m,这类的起重机械主要是散货、门
式起重机,以及少数参数要求较低的桥式起重机。
    在实际应用中,磁滞高压电缆卷盘所需的动
力头数量和型号根据卷盘在满盘最大加速的工况
下计算。对于大车单向行程S}100 m,由于空盘
和满盘的电缆的缠绕半径相差较大,在相同的驱
动力矩下,空盘时电缆张力过大,极易造成电缆
麻花扭曲。因此,磁滞式电缆卷盘应尽可能采用
小扭矩的动力头,通过凸轮实行分段控制。即:
收缆时根据大车的位置(卷盘的电缆圈数)切换
电机的运行数量;放缆时根据大车的位置(卷盘
的电缆圈数)切换磁滞制动器的数量。
图4变频式高压电缆卷盘工作原理
    实际控制时,收缆方向的速度给定要比计算
出的电机所需速度大一些,放缆方向的速度给定
要比计算出的电机所需速度小一些,这样可以始
终保持电缆的张紧。另外,单纯的速度控制力矩
不受限,对电缆会产生损伤,所以,在采用速度
控制的同时,对力矩根据不同的工况进行动态限
制,确保电缆所受拉力始终处于许可值范围内,
从而不会对电缆产生损伤。
2. 2实际应用
    相比磁滞式高压电缆卷盘,变频式高压电缆
卷盘的应用领域更加广阔,可以满足不同的需求。
特别是高速轨道吊和超长运行距离的起重运输机
械。在实际使用中,采用较为先进的速度与力矩
结合的控制方式,主给定是速度,响应快,力矩
限幅能根据不同的工况动态变化,这种组合的方
式既解决了单纯速度控制模式的堵转,又解决了
单纯力矩控制方式的飞车,对于控制和保护好高
压电缆这样的设备非常适合。
    在实际项目中,有些高压电缆是没有电缆沟
直接敷设在地面,遇到个别项目在冬天高压电缆
和地面结冰粘连在一起,另外,由于气候因素或
外部机械因素的影响,整个高压电缆卷盘系统的
阻尼会发生变化。特别是气候因素导致齿轮油流
动不畅,高压电缆变得僵硬。在这种情况下,如采
用直接力矩控制,就有可能出现冬夏两季的力矩
不能兼顾的情况。采用速度控制加力矩限幅后,
系统会自动比较速度环的力矩和驱动器动态力矩
限幅值,取小值。这样,系统就可以自适应外部
因素对高压电缆卷盘机构的影响。
3结束语
    磁滞式和变频式高压电缆卷盘各有优缺点,
在一些场合磁滞式还是会有一定的市场,但随着
电气技术的不断进步,码头工程技术人员的水平
不断提升,变频式高压电缆卷盘将以其成熟的控
制理念越来越得到用户的青睐。
                    参考文献
孟宪源现代机构手册「M]北京:机械工业出版
社,2007
李广发,王岩电机与拖动基础[M]北京:清华大
学出版社,2005
王少杰,顾牧大学物理学[M」第3版上海:同
济大学出版社,2006
Abbas Emani一aeini } Gene F. Franklin }  J. David Powell
Feedback Control of Dynamic; Systems }M]北京:人民
邮电出版社,2007
收稿日期:
沈建新
上海市浦东新区东方路3261号A座713室
200125
2013一09一O1
者址编
作地邮
 

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