CN104393544B - 移动电缆的筒式固定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了移动电缆的筒式固定装置,包括主固定装置(5)和预固定装置(6),主固定装置(5)包括支架(501)以及固定安装在支架(501)上的电缆卷绕筒(502),预固定装置(6)包括两片间距可调节的压紧瓦(601)。本发明的有益效果是:将电缆缠绕在卷绕筒上,通过缠绕摩擦克服卷盘的拉力,因为该拉力分布到与卷绕筒接触的电缆表面上,所以电缆与卷绕筒之间的压力也被均匀,使得电缆收到的局部压迫力非常的小,保护了电缆绝缘。
Description
技术领域
本发明涉及轨道运行的门吊或桥吊的主电源电缆端部固定,特别是涉及到一种移动电缆的筒式固定装置。
背景技术
门吊或桥吊在起吊和转移物件中,都要不时在轨道上来回运行,其主电源电缆将随着门吊来回移动而不断改变长度。如图1,一般在门吊或桥吊的车架(1)上设置有能自动卷绕收放电缆(3)的卷盘(2),其卷绕收放力T基本为恒定的,同时在另一端,有一能承受该收放力的电缆固定装置。此固定装置还要适应因门吊与电缆固定端的距离变化所形成的电缆上下摆角α。
图1为目前一般门吊或桥吊电源的常用供电方式,其电缆端部的固定装置,或称电缆摆头4的具体构造见图2、图3。该电缆摆头4包括一个导向的摆头弯板402,摆头弯板402转动安装在底座403上,电缆3即摆放在该摆头弯板402上,并通过U型螺栓401固定,这种结构是通过U型螺栓401压迫电缆获得在电缆延伸方向上的摩擦力,从而平衡卷盘2的卷绕收放力T。
上述电缆的固定结构有以下缺点:1、电缆3的弯折半径r较小,弯曲应力大;2、压紧电缆的U型螺栓401压力集中和不均、局部压力较大(以较大压力获得大的摩檫平衡力),其最上一只U型螺栓401处电缆受力最大;3、电缆在摆头弯板402上的压紧断面、相对于地面或埋入地下的输入端静置电缆要不断发生扭转,产生一定的断面扭剪应力。因而,电缆在摆头弯折压紧处受力不均、并处于较大的复杂应力状态,复合应力很大。因此在该弯折处经常发生电缆绝缘损坏、线芯拉断、抽芯、甚至短路,给生产很大的损失。
发明内容
本发明的目的即在于克服现在技术的不足,提供移动电缆的筒式固定装置,解决现有门吊或桥吊的主电源电缆在其固定端经常发生电缆绝缘损坏、线芯拉断、抽芯、甚至短路的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的:移动电缆的筒式固定装置,包括主固定装置和预固定装置,主固定装置包括支架以及固定安装在支架上的电缆卷绕筒,预固定装置包括两片间距可调节的压紧瓦。
该装置中,电缆在电缆卷绕筒上缠绕几圈后,一端是连接到卷盘,另一端连接到预固定装置,预固定装置中的两片压紧瓦用于夹住电缆,压紧瓦距离可调节,则压力即可以调节。预固定装置对电缆预压力所产生的初拉力,及主固定装置上电缆与电缆卷绕筒筒面的摩擦力,这两个力即用于抵消卷盘的卷绕收放力。本装置即用于替代背景技术中的电缆摆头。
上述固定方式,在门吊运行中卷盘会收放电缆,产生较大的卷盘拉力,该卷盘拉力可对电缆卷绕筒的筒面形成连续分布的压力,从而产生足够大的卷绕摩擦力以固定该电缆端。当然,要形成摩擦力以平衡卷盘拉力、即固定该电缆端效果,必须在电缆另一端施加预压力,从而产生一相对卷盘拉力小得多的电缆初拉力,以便与卷盘拉力形成反作用拉力,拉紧卷绕筒上的已有电缆、形成对卷绕筒表面的分布压力。
进一步,上述的电缆绕卷筒的筒面上设置有螺旋状的弧凹槽,增大电缆绕卷筒与电缆之间的接触面,以增加摩擦力和降低压强、减小局部磨损。另外,设置了螺旋状的弧凹槽用于放置电缆,使电缆沿螺旋槽中排列平整,并使进、出电缆在筒底交汇处的位置错位,避免其在该处发生断面重叠。
进一步,上述的支架包括两个安装板,电缆卷绕筒即安装于两个安装板之间,两个安装板上都设置有一个卷筒安装槽,两个卷筒安装槽配合,卷筒安装槽贯通安装板,电缆卷绕筒的筒轴两端分别架在两个卷筒安装槽中,安装板上还设置有紧固孔,紧固孔中螺纹连接有紧固件,旋转紧固件,紧固件可抵到电缆卷绕筒的侧面,从而固定电缆卷绕筒。
该处介绍了电缆卷绕筒的安装方式,电缆卷绕筒肯定是筒状,即是圆柱状,两端有轴头,安装时可将卷绕筒从安装槽中取出,用就近的电缆段在筒上挽上一二圈,再直接卡入槽中即可,不必将很长的电缆端头在卷绕筒下和两个安装板之间进行反复地穿绕,安装极为方便。而设置紧固孔和紧固件则一是用于电缆卷绕筒的定位,使之不会跳出槽口,二是对电缆卷绕筒的止转。电缆卷绕筒卡入卷筒安装槽中后,在正常工作中,要产生卷绕筒对电缆的摩擦约束力,卷绕筒是不能转动的,这时即旋转紧固件,紧固件顶住卷绕筒的侧面,阻止了卷绕筒的转动和移动。
进一步,上述的紧固孔正对电缆卷绕筒的侧面靠近边沿的位置。当紧固孔越远离电缆卷绕筒的轴心,则力矩的就越大,就越省力,所以设置在边沿位置,只需要较小的压力就可以阻止电缆卷绕筒旋转。
进一步,两片压紧瓦之间设置有电缆通道,电缆通道的两侧设置有配合的螺栓,两片压紧瓦即通过螺栓连接以及调节间距。两片压紧瓦的中间都设置一个电缆槽,其组成一个抱箍,抱箍两侧通过螺栓连接,并可以调节间距,即可以调节对电缆的压力。
电缆通道的两侧设置配合的螺栓,其大头焊接固定于底板上,螺纹杆向上。因而下压紧瓦的两侧孔可直接穿在在螺纹杆上,完成其定位、固定安装。在压紧瓦中安装进入电缆时,只需揭开上瓦而不动下瓦。
进一步,上述的主固定装置和预固定装置都安装在底板上。电缆通道的延伸方向大致垂直于电缆卷绕筒的轴线和对正电缆的进槽口位置,且电缆通道的延伸与电缆卷绕筒的筒面基本相切。因而主固定装置和预固定装置之间的电缆是没有大的弯折,不仅方便安装,还保护电缆。安装时,电缆通道与电缆卷绕筒的位置应该合适,因为电缆从电缆卷绕筒一端进入开始缠绕,然后从另一端出来,所以电缆通道即设置正对电缆进入电缆卷绕筒的一端,保证电缆直线进入电缆绕卷筒。
进一步,上述的电缆卷绕筒的筒径与弧凹槽的直径比值为7-8,一般应为6-10,这是对橡胶护套软电缆的一般技术要求。太小会造成电缆的弯曲应力过大,太大则使装置的结构尺寸偏大。因该装置已对现有技术的电缆受力有极大缓解,综合试验应用情况和结构尺寸考虑,电缆卷绕筒的筒径与弧凹槽的直径比、取上述中间值为7-8。
本发明的有益效果是:
(1)将电缆缠绕在卷绕筒上,通过缠绕摩擦克服卷盘的拉力,因为该拉力分布到与卷绕筒接触的电缆表面上,所以电缆与卷绕筒之间的压力也较均匀,使得电缆受到的局部压迫力非常的小,保护了电缆绝缘。
(2)卷绕筒架在一个安装架上,通过紧固件将卷绕筒固定,不仅方便卷套筒的安装,也方便电缆在卷绕筒上的缠绕。
附图说明
图1 为现有技术的结构示意图;
图2 为电缆摆头的结构示意图;
图3 为图2的侧视图;
图4 为实施例1的结构示意图;
图5 为实施例1中预固定装置的剖视图;
图6 为实施例2中电缆卷绕筒的结构示意图;
图7 为实施例3的结构示意图;
图8 为实施例3中电缆卷绕筒的结构示意图;
图9 为电缆卷绕筒上压力分析示意图;
图中,1-车架,2-卷盘,3- 电缆,4-电缆摆头,5-主固定装置,6-预固定装置,7-底板,401-U型螺栓,402-摆头弯板,403-底座,501-支架,502-电缆卷绕筒,503-弧凹槽,504-安装板,505-卷筒安装槽,506-紧固孔,507-紧固件,508-侧面,601-压紧瓦,602-螺栓,603-电缆通道。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明的结构不仅限于以下实施例:
实施例1:
如图4、图5所示,移动电缆的筒式固定装置,包括主固定装置5和预固定装置6,主固定装置5包括支架501以及固定安装在支架501上的电缆卷绕筒502,为光面筒,预固定装置6包括两片间距可调节的压紧瓦601。
两片压紧瓦601之间设置有电缆通道603,电缆通道603的两侧设置有配合的螺栓602,两片压紧瓦601即通过螺栓602连接以及调节间距。两片压紧瓦601的中间都设置一个电缆槽,其组成一个抱箍,抱箍两侧通过螺栓连接,并可以调节间距,即可以调节对电缆3的压力。
主固定装置5和预固定装置6都安装在底板7上,电缆通道603的延伸方向大致垂直于电缆卷绕筒502的轴线,且电缆通道603的延伸与电缆卷绕筒502的筒面基本相切。因而主固定装置5和预固定装置6之间的电缆3是没有大的弯折,不仅方便安装,还保护电缆3。
该装置中,电缆在电缆卷绕筒502上缠绕几圈后,一端是连接到卷盘2,另一端连接到预固定装置6,预固定装置6中的两片压紧瓦601用于夹住电缆3,距离可调节,则压力即可以调节。预固定装置6对电缆3的预压力所产生的初拉力,及主固定装置5上电缆3与电缆卷绕筒502筒面的摩擦力,这两个力即用于抵消卷盘2的卷绕收放力。本装置即用于替代背景技术中的电缆摆头4。
上述固定方式,在门吊运行中卷盘2会收放电缆3,产生较大的卷盘拉力,该卷盘拉力可对电缆卷绕筒502的筒面形成连续分布的压力,从而产生足够大的卷绕摩擦力以固定该电缆端。当然,要形成摩擦力以平衡卷盘拉力、即固定该电缆端效果,必须在电缆3另一端施加预压力,从而产生一相对卷盘拉力小得多的电缆初拉力,以便与卷盘拉力形成反作用拉力,拉紧卷绕筒上的已有电缆、形成对卷绕筒表面的分布压力。
实施例2:
如图6,本实施例的结构与实施例1基本一致,不同之处在于电缆绕卷筒502的筒面上设置有螺旋状的弧凹槽503,增大电缆绕卷筒502与电缆之间的接触面。以增加摩擦力和降低压强、减小局部磨损。另外,设置了螺旋状的弧凹槽503用于放置电缆,使电缆沿螺旋槽中排列平整,并使进、出电缆在筒底交汇处的位置错位,避免其在该处发生断面重叠。
实施例3:
如图7、图8,本实施例的结构与实施例2基本一致,不同之处在于支架501包括两个安装板504,电缆卷绕筒502即安装于两个安装板504之间,两个安装板504上都设置有一个卷筒安装槽505,两个卷筒安装槽505配合,卷筒安装槽505倾斜30°朝上、并贯通安装板504,倾斜30°朝上可平衡卷绕筒轴的向上拉力而不易脱出,电缆卷绕筒502的筒轴两端分别架在两个卷筒安装槽505中,安装板504上还设置有紧固孔506,紧固孔506中螺纹连接有紧固件507,旋转紧固件507,紧固件507可抵到电缆卷绕筒502的侧面508,从而固定电缆卷绕筒502。
该处介绍了电缆卷绕筒的安装方式,电缆卷绕筒肯定是筒状,即是圆柱状,两端有轴头,安装时可将卷绕筒从安装槽中取出,用就近的电缆段在筒上挽上一二圈,再直接卡入槽中即可,不必将很长的电缆端头在卷绕筒下和两个安装板之间进行反复地穿绕,安装极为方便。而设置紧固孔和紧固件则一是用于电缆卷绕筒的定位,使之不会跳出槽口,二是对电缆卷绕筒的止转。电缆卷绕筒卡入卷筒安装槽中后,在正常工作中,要产生卷绕筒对电缆的摩擦约束力,卷绕筒是不能转动的,这时即旋转紧固件,紧固件顶住卷绕筒的侧面,阻止了卷绕筒的转动和移动。
紧固孔506正对电缆卷绕筒502的侧面508靠近边沿的位置。当紧固孔506越远离电缆卷绕筒502的轴心,则力矩的就越大,就越省力,所以设置在边沿位置,只需要较小的压力就可以阻止电缆卷绕筒502旋转。
如上即可很好实施本发明。
下面讲解整个装置的受力情况:
如图7-9,一般门吊主电缆卷盘2对电缆卷绕筒502的拉力T不超过200Kg,此固定装置产生的卷绕摩擦力、即与之相等平衡力T的大小,可根据电缆预压初拉力T0和其在卷绕筒上的卷绕角或圈数n求出,其方法见图9推导。由图中可见,电缆在卷绕筒上的总卷绕摩擦力T,是由电缆各微段CD上的微拉力dT积分而成,而微拉力dT即微段CD上的微压力dN与卷绕摩擦系数f c的乘积
即dT= fc × dN (1)
其中,微压力dN为任一卷绕角θ处微段CD两端初拉力Tθ的合力。在微段上除原有拉力Tθ外,因微压力dN存在,而新增一微摩擦拉力dT。因此该处断面的实际拉力应为Tθ+ dT,这点可由图中微段CD上端的力三角形方便地观察到。
同时,从力三角形关系也可看出,以弧度计算
dN=Tθ× dθ (2)
由(1)、(2)式可得
dT=Tθ×f c× dθ (3)
设电缆起始卷绕点角θ=0、起始初拉力Tθ=T0,因而卷绕摩擦衡力可对(3)式的定积分求得
T=T0 fc dθ=T0 fc dθ
其中f c=eμs·θ为一有关推导或试验数据,μs为电缆与卷绕固定筒的摩擦系数,于是上式可写为
T=T0eμs·θdθ=T0×eμs·θ
对于卷绕终点角θ=ω
T=T0×eμs·ω (4)
式中:T0为电缆初始拉力,e为自然常数2.72,μs取电缆橡套与钢静摩擦系数、约0.4左右。ω为弧度制,对应圈数n、ω=2πn
由上式可见,T/ T0的值随卷绕圈数n的变化、相差很大,以极小的压力及初始拉力便能平衡门吊电缆对卷绕固定筒很大的工作拉力。同时电缆受力相对简单合理,减少了损坏,大大提高电缆的使用寿命。
电缆固定筒的其他结构要求:
固定筒卷绕凹槽3的园弧半径基本按电缆的外径d,考虑电缆拉伸压缩时的断面微椭园变形,凹槽的园弧半径可取
r ≥ d / 2 (5)
电缆固定筒卷绕凹槽3一般按螺旋形加工,以适应电缆绕固定筒时进、出端交汇处的横向错位。同时也可调整转动固定筒,以整定电缆引出摆动端与固定筒边缘挡板的间隙,避免造成电缆摆动时和侧面板的不断摩擦与磨损。
对于固定筒螺旋凹槽的螺距为t,应考虑电缆在固定筒上卷排时有适当间隙δ,根据经验和试验数据,δ取3~4mm为宜,即
t = d+δ (6)
电缆卷绕固定筒的底径D,可按电缆外径d倍数的试验应用据数选取,即
D ≥ 7~8 d (7)
对于固定筒的筒底总宽度W,除考虑电缆在固定筒上卷排n=1~2圈所占宽度外,还须留出1/2 t 的间隙或调整位置,以避免出固定筒的电缆在摆动时摩擦固定筒侧面板。并且如电缆卷绕1圈,其在下部进出交汇处,为避免重叠须错位、应共占据2 d断面,即2 t位置,计算要多加1圈,因此总宽度应为
W =(n+1)t+1/2 t = (n+1.5 )t (8)
下面为装置的具体应用:根据门吊实际使用电功率,选用标称截面为35mm2的三芯橡套电缆,电缆外径d=31.8 mm。
门吊主电缆卷盘的拉力 T = 200Kg时,设电缆在固定筒上卷绕圈数n =2,电缆橡胶护套与钢静摩擦系数μs = 0.4,于是可设计计算出电缆预压初拉力T0
由上面公式
T=T0×eμs·ω (4)
得
T0 = T/ eμs·ω
其中以弧度计算,并代入n
ω=2πn = 4π= 12.56 (rad)
则代入e及μs值后得
T0 = T/ eμs·ω= 200 / 2.72 0.4·12.56= 200 / 2.72 5
≈ 200 / 150 = 1.3(Kg)
可见,电缆在该固定筒上仅绕2圈,对该电缆输入预压端只需要1.3 Kg初拉力T0,便能平衡门吊卷盘产生的200Kg工作拉力T,两者相差150倍。对于产生1.3 Kg初拉力,电缆所受压紧瓦上的预压力F也很小。并且,卷绕筒固定对电缆摆角α弯折点的非固定优化,及弯折半径大,受力非常合理且小,可大大减小电缆损伤事故率,延长电缆的使用寿命。
卷绕固定筒的结构尺寸:
电绕固定筒卷绕凹槽3的园弧半径,按上(5)式计算
r ≥ d / 2≈32 / 2 = 16(mm)
电缆卷绕固定筒的底径D,按上(6)式计算,为减小体积可取较小值7d
D ≥7d = 7×32 = 224(mm)
固定筒螺旋凹槽的螺距为t,按上(7)式计算,考虑实际电缆外径d不是很大,取较小间隙δ= 3 mm为宜
即
t = d+δ = 32 +3 = 35(mm)
固定筒的筒底总宽度W,按上(8)式计算,其中取 n = 2,并代入已求t值
W =(n+1.5 )t =(2+1.5)35 = 123(mm)。
如上所述,则能很好地实现本发明。
Claims (6)
1.移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:包括主固定装置(5)和预固定装置(6),主固定装置(5)包括支架(501)以及固定安装在支架(501)上的电缆卷绕筒(502),预固定装置(6)包括两片间距可调节的压紧瓦(601);
所述的支架(501)包括两个安装板(504),电缆卷绕筒(502)即安装于两个安装板(504)之间,两个安装板(504)上都设置有一个卷筒安装槽(505),两个卷筒安装槽(505)配合,卷筒安装槽(505)朝上贯通安装板(504),电缆卷绕筒(502)的筒轴两端分别架在两个卷筒安装槽(505)中,安装板(504)上还设置有紧固孔(506),紧固孔(506)中螺纹连接有紧固件(507),旋转紧固件(507),紧固件(507)可抵到电缆卷绕筒(502)的侧面(508),从而固定电缆卷绕筒(502)。
2.根据权利要求1所述的移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:所述的电缆绕卷筒(502)的筒面上设置有螺旋状的弧凹槽(503),增大电缆绕卷筒(502)与电缆之间的接触面。
3.根据权利要求1所述的移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:所述的紧固孔(506)正对电缆卷绕筒(502)的侧面(508)靠近边沿的位置。
4.根据权利要求1所述的移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:两片压紧瓦(601)之间设置有电缆通道(603),电缆通道(603)的两侧设置有配合的螺栓(602),两片压紧瓦(601)即通过螺栓(602)连接以及调节间距。
5.根据权利要求4所述的移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:所述的主固定装置(5)和预固定装置(6)都安装在底板(7)上,电缆通道(603)的延伸方向垂直于电缆卷绕筒(502)的轴线,且电缆通道(603)的延伸与电缆卷绕筒(502)的筒面相切。
6.根据权利要求2所述的移动电缆的筒式固定装置,其特征在于:所述的电缆绕卷筒(502)的筒径与弧凹槽(503)的直径比值为7-8。
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