铁液输送系统移动供电方式选择

杨 鹏，邹金玉，曹 伟

（1.中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛 066200；2.中国汽车工业工程有限公司，天津 300113）

0 引言

过去冶金铸造生产行业中，电炉熔炼出的铁液运输至浇注位置多采用环形导轨高空运输、地面叉车运输、起重机吊运等，需要较多人力辅助，劳动强度大，危险性高。为此，以输送辊道、铁液转运车、升降设备、倒包设备等自动化装备为主的铁液输送系统得到了较为广泛的发展和应用。铁液输送系统通过电气系统对机械设备的合理控制，实现铁液转运包的自动输送，各装备的供电尤其是移动设备的稳定供电是实现系统高效安全运行以及连续生产的重要保障。随着电气自动化的控制要求和安全性能要求越来越高以及设备运行的往复性特点，其供电方式的安全可靠性显得愈加重要。

1 移动供电的主要类型

1.1 电缆拖链

电缆拖链是将设备所用电缆规整地放置在形似坦克链的链条内部，拖链一端连接在移动设备上（移动端），另一端连接在行程进线端处（固定端），整体置于特制的导轨或滑槽之上，拖链移动端随着设备的运行同步移动，对移动设备进行供电。拖链的固定端通常设置在靠近设备行程的中间位置，并留有一定长度的安全余量[1]。

电缆拖链通常包含拖链、导轨、滑槽、支架、浮动头等部件。拖链由多个单元链节组合而成，不同链节之间能够自由转动，每个链节的盖板都可打开，内部有分隔片隔开空间，便于电缆放入并归置。根据材质种类拖链可分为钢制拖链、塑料拖链，其结构形式通常有桥式、封闭以及半封闭式。

应用特点：

（1）对电缆断面样式没有严格要求，可多根排列；

（2）对内置电缆有保护作用；

（3）传输介质多样化，可放置不同电压等级的电线电缆以及气管、油管等管线；

（4）无需额外的驱动和控制系统；

（5）具有较高的强度、韧性、耐磨性以及耐腐蚀性；

（6）对移动设备的移动速度和距离适应性强；

（7）拖链的每一节都可打开，便于安装和维修；

（8）对安装运行场合要求高，运行轨道上不能够出现大的异物；

（9）对安装在里面的电缆及其他管线的尺寸与弯曲半径有一定要求；

（10）适用于运动距离较短的场合（通常＜20 m）；

（11）只适用于单方向运动的场合，可用于前后或上下运动。

1.2 滑触线

滑触线是沿着移动设备的运行轨道平行铺设若干条导体且接通电源，在移动的设备上安装可以从导体上取电的集电器，设备移动时，集电器随设备同步运行，随时从导体上取得电力输送给设备，实现对移动设备的供电[2]。

滑触线一般由护套、导轨、集电器以及其他辅助部件（固定夹、端头、支架、热膨胀补偿部件和绝缘部件等）组成。护套是一根半封闭的导管状部件，内部可铺设一定数量的导轨，护套材质一般为高绝缘性能的工程塑料；导轨的主材质为铜，根据截面积以及长度不同有多种型号；集电器是在护套管内圆形的电刷壳架，在移动过程中连通导轨与设备用电元件。

滑触线通常选用安全滑触线，其防护等级和绝缘性能较好，安全性高。

应用特点：

（1）架线简单，受移动轨迹影响小，能够沿着设备运行路线（直线或弯曲）铺设；

（2）可支持高速运动，运行速度可高达340 m/min；

（3）每段可以单独更换，安装检修维护方便，费用低；

（4）安全滑触线安装空间内会对其他设备运行或人员通行造成限制；

（5）滑触线内积聚粉尘过多可能造成接触不良，出现电闪击或者欠相现象；

（6）集电器碳刷磨损至一定程度会存在虚触，产生火花、电灼伤等现象，需频繁更换；

（7）供电距离受空间与压降限制，不适于传送较高等级的电压。

1.3 电缆卷筒

电缆卷筒是将电缆一端连接在固定于设备上的卷筒上（移动端），一端连接地面供电处（固定端），电缆主体缠绕在卷筒槽内，随设备的移动进行同步收紧或放松，实现对设备的移动电力供给。电缆卷筒由驱动装置、卷盘、动力及控制卷筒控制柜、中心集电器、防电缆拉断的拉力保护装置及相应的限位、铺设电机及限位用的动力和控制电缆等组成。根据驱动形式，电缆卷筒通常划分为两大类：弹簧式和电动式。弹簧式电缆卷筒多采用发条式卷缆器技术，以蜗卷弹簧作为动力，凭借其可储能性自动卷取电缆，主要有滑环内装式、滑环外装式、悬臂式三种结构。电动式电缆卷筒则以电机为驱动源，匹配设备移动速度自动卷取电缆，有力矩式、磁滞式、半液力半摩擦式等型式[3]。

应用特点：

（1）弹簧式电缆卷筒适用于截面积较小、距离较短电缆卷取（一般不超过120 m）；

（2）电动式电缆卷筒适用于截面积较大、距离较长电缆卷取（一般大于100 m）；

（3）可采用高压电缆，能实现远距离、大负荷供电；

（4）对电缆抗拉强度、抗弯性能要求高，电缆造价较高；

（5）传输低压信号存在明显的衰减效应，需增加必要的信号处理措施；

（6）每个卷筒一般只安装一根电缆，不适合于电缆连接多的场合；

（7）适用于单线往复运动场合；

（8）电缆通常放置于地上，存在人踩车压、折断磨损的可能；

（9）电动式较弹簧式价格更高。

1.4 电缆滑车

电缆滑车是将轨道沿工作路径悬吊安装，扁平电缆一端连接在导轨的始端固定器上（固定端），另一端连接在台车上（移动端），电缆主体中间根据需要设置若干自由小车，移动端台车移动带动电缆、电缆拖动中间各台车（若距离超过20 m 需要考虑采用牵引绳），实现供电时与设备的同步移动。

电缆滑车通常包括轨道、携缆台车、扁平电缆以及悬吊、固定等部件。轨道一般采用冷轧钢板一次冷拉成型，由多个单元轨道组合可满足不同长度需要；台车数量一般设置为轨道总长度的1/2，依据电缆允许下垂量调整台车个数；扁平电缆多采用非延展性材料制成，弯曲半径较圆电缆更小，耐用性更强[4]。

应用特点：

（1）结构简单，导轨安装方便，基本无需调试；

（2）供电方式为无触点供电，稳定性好；

（3）可接触油污，具有耐气候性能，寿命周期较长；

（4）行走时通过滑车之间依次牵引，不适合长距离供电；

（5）受空间限制，电缆悬垂长度会影响台车数目，如台车数量太多，可能出现电缆间摩擦以及卡阻情况；

（6）适用于少量电缆的连接。

1.5 低压导轨供电

低压导轨供电是对设备行走导轨通电处理，将380 V 电源电压通过降压变压器降压到安全电压36 V（或24 V）接至导轨上，通过设备行走车轮以及取电装置把低压电输送到车上的升压变压器（或整流处理模块），将低压电升压至380 V（或直流36 V 等）用于电动机工作电压，实现对设备运行的移动供电。

低压导轨供电通常包括地面控制降压系统、导轨、取电压块、车载升压系统（或其他整流调压模块）等。380V 电源电压多为单相电或者三相电，轨道低压供电分为两相低压供电或三相低压供电，其中三相低压电需要引入导电柱；取电压块安装位置可以在车轮上或者轨道上，不同安装位置的供电效果不同，对设备安装的要求也有不同。

应用特点：

（1）安全性高，不怕触电、烫伤、不怕砸坏；

（2）无需电缆，不会妨碍交叉运输；

（3）不受运动轨迹限制，可以直道、弯道以及环形道上运行；

（4）不受移动距离限制，可以适当调整降压变压器的数量；

（5）对设备绝缘性能要求比较高，避免短路；

（6）在车轮上取电对设备安装精度要求较高，在轨道上取电对轨道清洁度要求较高；

（7）适用于运行速度较低设备（不超过25 m/min）；

（8）可适用供电电机功率不高的情况（通常不超过8 kW）。

1.6 无线供电

无线供电是借助于电磁场或者电磁波进行能量传递的一种技术，称为无线电能传输（WPT）。无线电能传输又称为无线电力传输、非接触电能传输，是指通过发射器将电能转换为其他形式的中继能量（如电磁场能、激光、微波及机械波等），隔空传输一段距离后，再通过安装在移动设备上的接收器将中继能量转换为电能，实现无线电能传输。

无线电能传输根据传输原理主要分为电磁场感应耦合式、磁谐振耦合式、微波辐射式三类，目前电磁场感应耦合式更加成熟，应用比较广泛。电磁场耦合感应式无线供电系统一般包括轨道电源模块、初级线圈轨道、整流器、集电器、DAT 组件、逻辑控制器等。无线供电技术目前在电动汽车、轨道交通、物流运输等行业已得到了较好的应用。

应用特点：

（1）非接触式供电，避免接触不良，安全性高；（2）支持设备高速度运行；

（3）维修和操作费用低，没有磨损机械零部件；

（4）不受设备运行轨迹影响；

（5）造价昂贵，投入成本较高；

（6）系统复杂，需要配置供电控制系统。

2 铁液输送系统移动供电选用原则

铁液输送系统装备的负载大、工作环境比较恶劣（温度高、烟尘量大），炉前设备常有铁液飞溅（甚至铁液洒落）。在选择移动供电方式时首先要满足对于供电参数的要求，其次要求工作时尽量匹配设备运行状态，可靠性高，减少故障率，确保设备安全、稳定运行。对移动供电方式的选用原则（或考虑因素）通常包括：

（1）满足设备正常运行的电力（也可能包括液压、气动）需要；

（2）满足设备的运行距离以及速度需要；

（3）满足设备的运行轨迹（直线或者弯曲）需要；

（4）满足移动设备上的允许安装方式及空间限制；

（5）考虑是否可能存在重物掉落砸损的风险；

（6）考虑是否可能出现铁液溅落烫损的风险；

（7）考虑是否可能出现灰渣堵塞卡死的情况；

（8）考虑恶劣环境情况下是否容易存在虚接、短路的情况；

（9）考虑是否便于设置防护措施；

（10）对于坑中空间，是否会存在积水、积尘的情况；

（11）对于地面空间，是否可能阻碍人员、叉车或其他设备通行；

（12）对于空中空间，是否会阻碍起重机吊装工作；

（13）考虑供电设备能够正常工作条件下的故障率以及生命周期；

（14）考虑是否便于正常维护维修；

（15）考虑造价成本以及维护成本是否满足预期；

（16）备品备件购买周期是否合适。

3 铁液输送设备的常用移动供电方式

3.1 地面转运设备

用于在地面转运铁液包，可分为炉前转运车和中间转运车两种。

炉前转运车通常位于电炉前面，将满包转送至其他设备或空包转运到炉前，主要是直线往复运动，运行距离随电炉数量和间距而定（一般大于20 m），小车运行时经常有铁液飞溅，容易对设备电气元件造成堵塞或者烫伤。一般可考虑采用电缆卷筒（优选）或者滑触线，尤其注意需要做好防护措施。

中间转运车用于在不同路线设备之间转运铁液包，主要为直线往复运动，受炉前铁渣飞溅影响较小。一般优先电缆拖链，如距离太大可根据情况选用电缆卷筒或滑触线。

3.2 垂直升降设备

用于提升铁液包至一定高度转运或倒包，主要为较短距离的上下往复运动，一般考虑选用电缆拖链。

3.3 高平面移动设备

用于移动铁液包至指定位置倒包，主要为直线往复运动，一般考虑选用电缆拖链，也可根据情况选择用电缆滑车。

4 结语

铁液输送系统的工作环境较为恶劣，设备安全性要求较高，因此选择合适的供电方式确保移动设备可以正常稳定运行极其重要。选择供电方式时应当结合安全性、适用性、工作参数、工况环境以及成本等各个方面综合考虑。本文通过对常用移动供电方式的介绍以及在铁液输送系统中的应用分析，为工程项目的设计以及设备供电方式的更好选择提供一定参考。