干熄焦提升机电缆拖链的相关计算

张帅

(济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250000)

0 引言

干熄焦提升机是干法熄焦系统中的关键设备，与干熄焦系统间有大量的逻辑控制及联系，主要负责提升和搬运焦罐［1］，具有全自动运行、精确定位的功能。其具体操作是将提升井架底部装满红焦(1 000 ℃±50 ℃)的焦罐垂直提升至提升井架顶部，再沿轨道水平横移至干熄炉侧，精准对位后，将焦罐下落到装入装置的料斗正上方，通过焦罐与装入装置的配合将红焦卸入干熄炉内，装焦完成后，沿水平轨道返回提升井架侧，在提升井架的高度上将空焦罐落座在焦罐台车上，然后进行下一个工作循环。在整个生产过程中，提升机PLC与其他设备联动，采用计算机程序实现自动控制。

因提升机的操作环境极其恶劣，设置于提升机上的实现生产自动化操作的许多电气设备极易受到环境腐蚀而被破坏，且维修更换较为困难。目前为简化现场电缆施工和减少电缆连接的工作量，众多提升机制造厂家在设备机械室内设置了PLC的远端I/O接口，将提升机所有控制信号集中采集后，通过现场总线与干熄焦主控室的PLC系统进行信号传输。

为了确保连续、安全、稳定生产，提升机自身设有完善的检测和连锁控制系统，而实现提升机安全控制及稳定运行的前提就是选择较可靠、较经济的提升机电缆导电形式［2］，并计算出提升机的走行距离及电缆长度，使得电缆能够稳定地为干熄焦的生产服务。

干熄焦提升机的生产工况及环境特点：

(1)运行工况差。提升机运行轨道通常安装在户外高空45～60 m的钢结构梁上，受温度、雨雪、风、光照、粉尘等外部自然环境条件影响较大，设备维护与检修相对困难。

(2)运行距离短、频繁。提升机的横移距离通常在12～20 m之间，运行速度在40～60 m/min之间，提升机一个工作周期为6～9 min，每个工作周期横移2次，每日工作时间约19.2 h，每年运行次数约10万次，运行频繁。

(3)电缆数量多、单位长度质量大。提升机的整机功率为600～1 500 kW左右，整机采用全自动控制，给设备供电及控制信号所使用的电缆数量和种类多，单位长度电缆质量大。

(4)电缆存在电磁干扰。提升机电缆数量和种类多、功能不一，相互之间存在干扰，特别是动力电缆对控制电缆存在电磁干扰。

电缆拖链这种电缆导电形式因其柔韧性好、耐腐蚀性优、屏蔽性能好、安全可靠、安装简单、能适用于室外恶劣环境、能适用于设备单元需要来回移动的场合、能保护电缆随拖链移动时不易受损坏等优点，近些年在干熄焦提升机电缆导电领域应用广泛，得到了市场和用户的认可。

1 概述

电缆拖链是位于机械室侧面的设备，安装在电缆拖链平台上，主要由拖链、柔性电缆、电缆夹和浮动头等组成。电缆由安装在提升机轨道平台的接线箱引出，沿拖链的浮动头送入机械室供电。拖链下部设置了便于拖链运行的卡槽，侧面设置了导向槽，以限制电缆拖链的扭曲和弯折。电缆固定在电缆拖链内部，封闭性好，能够对电缆进行妥善的支持和导向。当提升机横移时电缆拖链随之无损伤地移动，因其能够让电缆保持一定的弯曲半径，且弯曲位置不固定，所以达到了保护柔性电缆的目的。

拖链由高强度工程塑料材料制成(包含侧板和横杆)，采用RHD加强型轮式拖链，减小了拖链之间的摩擦力，延长了使用寿命；保证拖链的大部分处于导向槽内部，确保了导向槽对拖链轨迹的限制作用；使用浮动头对拖链进行纠偏，使得拖链始终在一条直线上，减少了拖链和导向槽之间的磨损；导向槽一般使用304不锈钢材质，拖链采取两片式结构，便于焦粉从导向槽中间漏下。

拖链内部电缆采用耐磨抗UV的TPE外护套材质拖链专用的柔性电缆，绝缘层也采用TPE材质，增强了电缆的耐磨性和耐折弯性能，另外铜导体采用多股细铜丝编织而成。电缆主要包含供提升机传动使用的动力电缆和供提升机传输信号使用的控制电缆。

2 设计参数

在某项目的调试阶段，出现了因电缆进线孔位置定位错误、施工安装偏差大、设备厂家指导安装错误以及设计余量不足等原因导致的电缆及拖链长度不能满足生产需求、导向槽长度不足以保护电缆拖链安全运行等问题。然而项目投产在即，柔性电缆已经连接并截取完毕，拖链及电缆夹也已安装结束，电缆拖链导向槽也已固定完成，这一问题的发生对该项目的工程节点影响严重，而且该问题的整改需要消耗巨大的人力物力。

因此，在设计过程中准确计算提升机的走行距离、电缆拖链长度及电缆拖链导向槽长度等设计参数是非常重要的。

(1)走行距离

走行距离是提升机在其轨道上可以水平移动的最大距离，即提升井中心至干熄炉中心线距离与提升机缓冲器至轨道两侧车挡距离之和，用K表示，单位为m。

(2)电缆拖链长度

提升机电缆拖链由拖链和固定在拖链上的柔性电缆组成，拖链从电缆进线孔的一侧固定端开始向上环绕，经过浮动头及牵引臂后向下环绕至电缆进线孔的另一侧固定端结束。柔性电缆从电缆进线孔的一侧固定端开始，穿过拖链上的电缆夹，经过浮动头后进入机械室。拖链长度是拖链从电缆开孔固定端至另一个固定端的长度，用X表示，单位为m。电缆长度是电缆从电缆进线孔固定端至提升机浮动头的长度，不包含拖链平台以下及进入机械室的电缆长度，用Y表示，单位为m。

(3)电缆拖链导向槽长度

电缆拖链导向槽是以固定在电缆拖链平台上的槽钢作为支撑，用来限制并防止电缆拖链在移动过程中发生过度扭曲和弯折的一种安全装置，材质一般为304不锈钢。电缆拖链导向槽长度是平行于电缆拖链运行区间两侧导向板的长度，用Z表示，单位为m。

3 计算方法

以下计算以180 t/h干熄焦工程为例。

180 t/h干熄焦工程参数如下：干熄炉柱列线16.500 m×15.500 m，提升井架柱列线11.000 m×15.500 m；干熄焦提升机轨距15.500 m；吊钩中心至司机室侧缓冲器距离5.540 m，吊钩中心至走行电机侧缓冲器距离5.710 m；干熄炉中心至一次除尘器侧车挡距离7.140 m，吊钩中心至走行电机侧车挡距离7.310 m；提升机走行轨道长28.050 m，提升机轨顶标高50.000 m，提升机走行速度为40 m/min，干熄炉中心至提升井中心距离14.300 m。

根据上述干熄焦工程参数可以计算出走行距离、电缆拖链长度和电缆拖链导向槽长度。

(1)走行距离

提升机缓冲器至轨道两侧车挡的距离可根据需求进行设定，一般预留1.500～1.800 m。考虑到提升机在干熄炉中心与提升井中心时，缓冲器至轨道两侧车挡的距离相等，均为1.600 m。因此提升机走行距离等于干熄炉中心至提升井中心距离与二倍提升机缓冲器至两侧车挡距离之和。

即提升机走行距离为：

因此，正常走行14.300 m，最大走行17.500 m。

(2)电缆拖链长度

提升机电缆拖链长度主要与电缆进线孔定位和提升机走行距离有关，在计算前需要对电缆进线孔进行定位，即安装参考零点。参照同类180 t/h干熄焦工程参数可知，电缆拖链导向槽的挡板内距约0.420 m，因此本例计算的180 t/h干熄焦工程电缆进线孔宽度设定为0.500 m，电缆进线孔长度设定为0.700 m。电缆进线孔定位一般取提升机走行距离的中心，由于提升机缓冲器至两侧车挡的距离相等，因此电缆进线孔中心取干熄炉中心至提升井中心距离的中心，从电缆进线孔中心向干熄炉侧或提升井侧的极限运动距离均为8.750 m。

参照同类180 t/h干熄焦工程的参数可知，电缆拖链牵引臂长度为1.000 m，牵引臂至电缆拖链弯折处的距离约为1.225 m±0.050 m，电缆拖链弯折半径R=0.250 m。因此拖链长度等于牵引臂至电缆拖链弯折处距离的二倍，再加π与电缆拖链弯折半径的乘积，再加电缆进线孔中心向干熄炉侧的极限运动距离的二倍，再减去电缆进线孔长度，再加牵引臂至电缆拖链弯折处距离的2倍，再加π与电缆拖链弯折半径的乘积。

即提升机拖链长度为：

当提升井中心与电缆进线孔的位置重合时，拖链在电缆进线孔和牵引臂的位置正好被等分为左拖链和右拖链，因此电缆长度基本接近于左拖链或右拖链长度。电缆从安装参考零点沿着左拖链或右拖链至拖链牵引臂后进入机械室向设备提供动力电源和控制电源。

故电缆长度等于牵引臂至电缆拖链弯折处距离的2倍，再加π与电缆拖链弯折半径的乘积，再加电缆进线孔中心向干熄炉侧的极限运动距离，再减去电缆进线孔长度的1/2，再加的电缆拖链牵引臂长度的1/2。

(3)电缆拖链导向槽长度

电缆拖链导向槽长度主要取决于提升机走行距离及电缆拖链长度，导向槽长度需要满足电缆拖链有足够的安全运动空间。导向槽一般为2 m/段，从安装参考零点中分，且导向槽长度一般为偶数米。根据以上计算，当提升机缓冲器触碰到干熄炉侧车挡时，拖链弯折末端至安装参考零点的导向槽长度等于8.750 m加电缆拖链牵引臂长度的1/2，再加牵引臂至电缆拖链弯折处距离，再加电缆拖链弯折半径R。

即电缆拖链导向槽长度为：

当提升机缓冲器触碰到提升井侧车挡时，拖链弯折末端至安装参考零点的导向槽长度亦为10.775 m。

则电缆拖链导向槽总长度为：

从安装参考零点中分，每侧各5.387 5段。

4 结语

通过以上计算，可以较为准确地得到提升机电缆拖链的相关计算数据，然而该计算数据较为理想，设计院与设备厂家最终确认以上数据时，应当留有一定余量，以防止因安装偏差及电缆进线孔位置定位错误而造成延误工期以及因问题整改而引起的人力物力消耗。

(1)提升机走行距离是计算电缆拖链长度和导向槽长度的根本数据，该数据根据实际需要得出，轨道两侧各预留1.600 m的余量，计算出走行距离K=17.500 m，可以满足生产需求。

(2)根据设计经验，电缆进线孔中心向干熄炉侧或提升井侧的极限运动距离、牵引臂至电缆拖链弯折处的距离以及电缆拖链弯折半径R，都应当留有一定余量。考虑到电缆进线孔中心向干熄炉侧或提升井侧的极限运动距离为9.750 m、牵引臂至电缆拖链弯折处的距离为1.500 m，因此拖链长度X＝26.371 m，圆整为27.000 m；电缆长度Y＝13.686 m，圆整为14.000 m。

(3)当提升机缓冲器触碰到干熄炉侧车挡时，拖链弯折末端至安装参考零点的导向槽长度为12.000 m。当提升机缓冲器触碰到提升井侧车挡时，拖链弯折末端至安装参考零点的导向槽长度亦为12.000 m。因此导向槽总长度Z＝24.000 m，并从安装参考零点中分，每侧各6段，共计12段。

综上所述，向设备厂家提供的最终计算数据为：提升机走行距离K=17.500 m，拖链长度X=27.000 m，单侧电缆长度Y=14.000 m，导向槽总长度Z=24.000 m。本例180 t/h干熄焦工程已于2023年4月顺利完成提升机调试，电缆拖链相关数据计算准确，未出现因安装偏差、电缆进线孔位置定位错误以及设计余量不足等原因而造成延误工期和因完成整改消耗巨大人力物力的情况。