龙门与门座式起重机磁滞式电缆卷筒的改进

王敬刚，高立新，唐剑辉，贺宏兵

（大船集团山海关船舶重工有限公司，河北秦皇岛 066206）

1 现状

大船集团山海关船舶重工有限公司现有龙门/门座式起重机77 台，地面供电方式全部采用磁滞式电缆卷筒装置供电。装置由地面电闸箱、电缆锚定、电缆沟、导向架、动力调速系统、卷盘组成，其中动力调速系统由三相异步电机和磁滞联轴器组成（图1）。

起重机在驶向电缆锚位行走时，电机通电工作，通过磁滞驱动器进行差速调整在经过减速机驱动卷盘旋转收卷电缆，收缆过程与起重机大车运行同步（图2）。

驶离电缆锚位时，电机通电且相序不变，大车运行时拖拽电缆，使卷盘产生大于磁滞驱动器的扭矩，迫使卷盘释放电缆。电机与起重机行走机构同步起动，起重机停止时根据大车滑行情况，选择对卷筒电机延时断电（图3）。

2 存在的问题

图1 电缆卷筒装置

图2 驶向电缆锚位

图3 驶离电缆锚位

磁滞式电缆卷筒正、反向转动均为恒转矩输出，回收电缆时，电缆卷入层数不断增多，电缆旋入半径逐渐增加，电缆在卷盘的切向力不断减小，峰值为距离电缆锚定最近点；但在释放电缆时，电缆卷入层数不断减少，电缆旋入半径不断减小，电缆在卷盘的切向力反而不断增加。此时，由于电缆的释放是由于大车的拖拽，拖拽产生的扭矩大于磁滞驱动器的磁扭矩，因此，释放电缆相比回收电缆过程，电缆在卷筒产生的切向力更大，峰值为距离电缆锚定最远点。切向力即电缆拉力，电缆卷筒故障、电缆沟异物阻滞，卷盘异物阻滞均能使电缆拉力突然增加，较大的拉力会破坏电缆锚定、导向架、卷盘和电缆。而电缆锚定被破坏后，电缆连同电闸箱一起被破坏，造成线路端子短路，使上一级线路开关跳闸，导致大面积停电，后果颇为严重。

3 改进方案

为解决上述问题，通过采用检测电缆在导向轮内产生的压力和位移制定两种方案为起重机电缆卷筒加装电缆防拉伸装置，防止异常故障对供电系统造成破坏。

3.1 方案1：检测导向轮位移

工作原理：异常故障造成电缆拉力增加时，必然使导向架下部两侧导向轮压力增加，将此压力转换为位移，并经限位开关反馈至电气控制系统，完成大车动作停止、电缆卷筒动作停止、电缆卷筒超载异常报警等信号（图4、图5）。

适用范围：适用于普通设备。

图4 检测导向轮位移结构原理

图5 检测导向轮位移电气原理

3.2 方案2：检测导向轮压力

工作原理：电缆在导向架内运行时，对导向架下部两侧导向轮产生不同压力，将此压力经传感器转换为电信号，并经数显装置在司机操控室显示，因为电缆是在导向架两侧运行，可以为两侧传感器区分：回收、释放并独立显示数据（图6、图7）。

适用范围：适用于关键设备、重要设备，可实时检测电缆卷筒所处的回收、释放状态及此状态下电缆拉力数值，并设定预警拉力值、停止拉力值。

图6 检测导向轮压力结构原理

4 改进效果

大船集团山海关船舶重工有限公司为了保证起重设备安全运转，每班制由一名员工负责在电缆卷筒侧看护，遇异常情况后通知司机停车。改进后，系统能根据限位器或传感器感知异常情况提前自动停车，司机也可在操控室实时了解电缆卷筒运转情况及拉力状态。相比安装视频监控，更能准确掌握异常临界点，省去一名员工的看护。这样，大船集团山海关船舶重工有限公司共77 台龙门/门座式起重机，每班可节约77 名员工，不但节约成本，而且安全性也显著提高。目前两种方案正在并行推广实施。

图7 检测导向轮压力电气原理