双滚筒电缆卷筒工艺装置的研制

徐宏聚

（山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

目前，国内有许多厂家生产电缆卷筒设备，但这些设备都为单滚筒（只有一个滚筒），滚筒和集电环的内环部分作为一个整体转动，而集电环的内环和空心主轴作为一个整体固定不动，只能对滚筒引入端的电缆进行卷放，无法对引出端的电缆进行卷放，因而引出端电缆长度受限，不能太长且固定不变。这种滚筒大多都直接安装到设备上，一台设备配备一个电缆卷筒，要想将其作为一个工艺装置应用到履带式行走设备跑合调试中去，就有很大的局限性。首先矿用履带式行走设备其本身在井下工作时无需配备电缆卷筒，设计时也都不考虑加装电缆卷筒，但地面上跑试过程中需要为其连续供电，其次生产厂家也不可能为了跑合调试单独为每台设备上都配备一套电缆卷筒装置，成本不合算。为了很好的解决这一矛盾，笔者深入车间生产一线，了解生产现状，经过长期的探索和研究，设计了一种双滚筒电缆卷筒工艺装置，可以同时对两部分电缆进行卷放，付滚筒上也可以缠绕上足够多的电缆，根据需要收放适当长度满足各种设备在调试跑合过程中的需要，同时收放电缆也不再需要大量人员来搬运盘绕电缆，只需要转动付滚筒，将电缆自动规则盘绕即可。

1 问题提出

目前山西天地煤机装备有限公司自主研发的履带式行走设备，类型较多且市场占有率高，属于公司的拳头产品。但在每次地面调试、跑合、进出喷漆房及装车发货过程中都必须要依靠人工卷放、拖拽近200 米长1140伏高压电缆为设备供电。随着生产规模的不断扩大，解决设备的地面调试、跑合、进出喷漆房及装车发货时人员卷放电缆的安全性和工作效率等问题迫在眉睫。需要研制一种双滚筒卷缆装置，不但实现可以实现主筒部分电缆的卷放，还可实现附筒电缆的卷放，满足设备在跑合调试过程中的供电需求。

2 现有的电缆卷筒的结构形式及存在的问题

2.1 外形结构

图1 整体外形效果图

图2 滚筒剖视图

现有的大功率电缆卷筒大多如图1、图2 所示，主要由驱动电机、排缆机构、滚筒、集电环、空心轴等组成。驱动电机为滚筒机排缆机构提供动力；排缆机构主要使电缆规则排布到滚筒上；滚筒主要承载电缆；集电环主要是解决两部分电缆之间过渡衔接问题，由动环和静环两部分组成，动环和滚筒相连，随滚筒一起转动，静环和空心轴连接，固定不动，集电环是电缆卷筒的关键部分；空心轴即使滚筒的支撑载体，又是引出端电缆的护套。

2.2 作为工艺装置在使用中存在的问题

经调查，市场上现有的电缆卷筒均为单滚筒，一般直接安装到设备上，和其所配套的设备是一对一的关系，输出端部分的电缆相对设备不需要位移且不需要太长。如要将其作为一种工艺装置来使用，就有了局限性，引出端的电缆长度是固定不变的，当其作为一个独立的工艺装置跟随到设备后面为其供电时，不具有多样性和广泛的适应性，不能根据不同的设备来调整引出端电缆长度。

3 双滚筒电缆卷筒的设计

3.1 设计要求

作为一种工艺装置，设计出新的电缆卷筒既要满足实际工况的使用要求，又要具有可靠便捷的特性，因此在设计时应注意一下几点：

（1）引出端的电缆长度可已根据不同的机型进行调整，不能固定不变，要具有广泛的使用性。

（2）集电环承载功率要足够大，既要满足小功率机型的需要，又要兼顾到个别大功率的机型。

（3）引出端的电缆在收缆时操作要方便，尽可能减少工人的劳动强度，提高生产效率。

（4）由于此设备属于高压带电设备，对其安全性要求较高，集电环部分在原有成熟技术基础上加以借鉴和创新。

（5）滚筒结构尽可能简单，便于加工制造，降低成本。

3.2 结构特点和原理

结构特点：根据以上几点要求，通过反复的琢磨、推敲和修改设计方案，最终设计开发出如图3、图4 所示的双滚筒电缆卷筒。该产品相对于原先的单滚筒电缆卷筒，其结构有如下几个特点：

（1）主要技术参数：电压: 1140V；电流: 110A；电缆规格：φ45-3×35+1×10；主滚筒电缆长度：200m；付滚筒电缆长度：35m。

图3 整体外形效果图

图4 滚筒剖视图

（2）在空心主轴和支架之间新增两盘轴承，将原来的空心主轴和支架直接固定连接改为滚动铰接，空心主轴由原来的静止不动变为动轴，空心主轴可以实现旋转。

（3）将原集电环的内环部分安装到空心轴，这样集电环的两部分都可以实现旋转，互不干涉，两部都变成了动环。

（4）在空心主轴上加装一个付滚筒，付滚筒和空心主轴之间固定连接，滚筒、空心轴、集电环的内环三者实际上形成一个共同体，一起旋转。

（5）滚筒上引出端电缆由原先直接从空心主轴端引出，改为通过空心主轴，再从付滚筒上引出，付滚筒上可以根据需要盘绕较多的电缆，满足不同设备对电缆设备长度需求。

（6）在空心轴上加装一个定位机构，对付滚筒进行限位，当将付滚筒上的电缆调整合适后需要对付滚筒进行定位，保证在使用过程中付滚筒上的电缆不再随意放缩。

工作原理：主电缆的一端从集电环的外环引出到主滚筒桶壁上，并在主滚筒上缠绕一定数量的电缆，再将端头接到配电柜上；付滚筒上的电缆从集电环的内环引出经过空心轴从付滚筒的桶壁上引出，并在滚筒上预缠绕一定数量的电缆，使用时将电缆的另一端接到其配套设备上。

使用时，首先根据其配套的设备的工况，手动旋转付滚筒，此时主滚筒不会旋转，将付滚筒上的电缆放开并将另一端接到其所配套的设备上，所需电缆的长度根据工况确定，然后通过空心主轴上的定位机构将主轴锁死，防止付滚筒上的电缆随意方长，影响使用。闭合配电柜上的电源开关，电流经主滚筒电缆到集电环外环，再到内环，从内环再到付滚筒电缆，最后给设备供电。设备行走过程中滚筒上的电机通过传动链带动主滚筒旋转，付滚筒不在旋转，主滚筒旋转带动排缆机构实现主滚筒上电缆的卷放。使用结束后，断开配电柜上的电源开关，松开空心主轴上的定位机构，手动转动付滚筒，将放开的付滚筒上的电缆重新卷到电缆卷筒上。

4 结束语

通过双滚筒电缆卷筒工艺装置的研制，设计开发出一种新颖的电缆卷筒，丰富电缆卷筒的形式，使电缆卷筒的品种多样化，满足客户的多样性需求。更重要的是通过此次研制，笔者也受到了一定的启发，遇到问题，多换位思考，逆向思维，不要局限于原有的条条框框。普通电缆卷筒的空心主轴一般为静止不动，为了增加一个付滚筒，又要考虑结构最简单化，这就要换位思考，设想一下能否把空心主轴设计成一个动轴，问题一下子就解决了。

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