Файл: Дубинский, И. М. Электроснабжение передвижного оборудования при открытой добыче угля [практ. пособие].pdf

Г л а в а V

КАБЕЛЬНЫЕ БАРАБАНЫ

§ 1. Особенности конструкции основных узлов

Кабельные барабаны передвижного горного оборудования представляют собой сложные машины, состоящие из различных узлов, основными из которых являются: емкость для кабеля, кабелеукладчпк с направляющим устройством, токосъемник, энергетическая установка, ходовая часть, рама, электрическое и другое вспомогательное оборудование.

Конструкция емкости для кабеля должна обеспечивать раз­ мещение всей длины кабеля без недопустимых перегибов, по­ вреждений изоляции и запутывания витков. Кабельные емкости могут иметь различные конфигурации. Известна конструкция, предусматривающая укладку кабеля в виде спирали на гори­ зонтально расположенной плоской тарелке. Причем в верти­ кальной плоскости одна над другой может быть навито две-три спирали. Бункерная укладка кабеля предусматривает наличие полой емкости в виде цилиндра или усеченного конуса. Возмо­ жен также вариант, при котором кабель размещается в виде бухты «восьмеркой».

Однако кабельные емкости этих конфигураций, обладая лишь некоторыми достоинствами, не нашли широкого примене­ ния. Наибольшее распространение получил цилиндр для на­ вивки кабеля — «барабан», название которого распространи­ лось и на весь агрегат в целом. Вал барабана устанавливают на подшипниках, и укрепленные на нем щеки являются жестким основанием для поверхности цилиндра, которая может быть выполнена в виде цельносварной обечайки или металлических (деревянных) планок и труб по типу беличьего колеса. Цельную оболочку для лучшего охлаждения кабеля перфорируют. Тре­ буемая жесткость решетчатого барабана при значительной мас­ се кабеля и большом расстоянии между щеками создается за счет дополнительных обручей и спиц, связывающих планки. Также со спицами выполняют боковые щеки (диски), что обес­ печивает лучшее охлаждение внутренней поверхности.

120

Полная длина кабеля, навитого на барабан, может быть оп­ ределена из формулы

диаметр барабана, м; dK— диаметр кабеля, м.

Диаметр барабана должен быть таким, чтобы изгиб кабеля не превышал допускаемой величины. Например, для кабеля КШВГ в соответствии с ГОСТ 9388—69 радиус изгиба ограни­ чен шестью диаметрами кабеля. Практически же размеры бара­ бана выбирают большими, что объясняется следующими при­ чинами.

Во-первых, снижение диаметра барабана неизбежно приво­ дит к повышению количества слоев навивки, а это отрицательно сказывается на охлаждении кабеля.

Во-вторых, при использовании кабельных барабанов срок эксплуатации кабеля составляет несколько лет (см. гл. IV, § 5), а в этом случае необходимо принимать во внимание старение кабельных резин, которое приводит к снижению относительного удлинения оболочки. За определенный срок шланг может на­ столько утратить эластичность, что при небольшом диаметре барабана резина начнет растрескиваться и вызовет различные повреждения кабеля.

Расчеты показывают, что оптимальной величиной диаметра барабана является размер, равный 20—30 диаметрам кабеля. На практике встречаются барабаны с диаметром от 1,5 до 5 м при длине от 1,5 до 7,5 м. Длина барабана должна находиться в определенном соотношении с его диаметром. На основании выполненных ИГД КазССР исследований длину рекомендуется принимать в пределах 1,2—2,5 диаметра, что обеспечивает оп­ тимальные динамические характеристики барабана.

При выборе габаритов барабанов руководствуются стремле­ нием создать наиболее компактную конструкцию, в то же время обеспечивающую размещение требуемого отрезка кабеля. При определенной его длине уменьшение диаметра и длины барабана неизбежно приводит к увеличению слоев навивки. В связи с ухудшающимися при этом условиями охлаждения требуется снижать плотность тока, а следовательно, увеличивать сечение кабеля и габариты кабельной емкости. Для выбора оптималь­ ных размеров барабана и сечения кабеля при заданной его длине и токовой нагрузке необходимо задаться основным пока­

зателем, значение которого позволит установить искомые па­ раметры.

Если за критерий выбирать затраты в денежном выражении, то можно убедиться, что с уменьшением габаритов барабана его стоимость снижается, а затраты на приобретение кабеля растут.

121

Выполненные на ЭВМ расчеты с учетом изменения сопутствую­ щих факторов и во всем возможном па практике диапазонедлим кабелей п токовых нагрузок показывают, что суммарная кривая затрат всегда имеет вид кривой, показанной на рис. 43, с явно выраженным минимумом, соответствующим оптимально­

стральная часть кабеля от передвижника до приключательного пункта навивается на больший барабан.

Расположение оси барабана относительно общей рамы аг­ регата может быть вертикальным или горизонтальным (поперек направления движения или вдоль его). При двух барабанах относительное взаиморасположение их может быть также раз­ личным. Схема с поперечным по отношению к движению ма­ шины расположением барабана свойственна почти всем навес­ ным конструкциям и часто применяется у прицепных и самоход­ ных машин. Раскладка и подборка кабеля при этом проста и не требует дополнительных отклоняющих устройств. Продольное расположение барабана, позволяющее иметь минимальные по­ перечные размеры, характерно для прицепных агрегатов на железнодорожном ходу, обслуживающих транспортно-отваль­ ные мосты.

Кабелеукладчик, служащий для упорядоченной укладки ка­ беля на барабане, представляет собой тележку, перемещаю­ щуюся вдоль образующей барабана, которая за один его обо­

122

рот проходит путь, равный шагу намотки, как правило, прини­ маемому равным диаметру кабеля. При навивке на барабан полного слоя кабелеукладчик реверсируется и происходит ук­ ладка следующего слоя. Каретка кабелеукладчнка кинемати­ чески связана с приводом барабана. Различные варианты сое­ динения обеспечивают возвратно-поступательное перемещение

каретки.

Большое распространение получила конструкция, в которой движение каретки кабелеукладчика обеспечивается поводком на бесконечной цепи, механически связанной с приводом барабана. Вначале поводок движется в одну сторону и тянет за собой каретку, затем, обогнув концевую звездочку, поводок переме­ щается на другую ветвь и движется вместе с кареткой в проти­ воположную сторону. Недостатком этой конструкции является то, что она рассчитана на равномерную укладку кабеля посто­ янного диаметра. Однако шланговые кабели имеют отклонения по толщине (по ГОСТ 9388—69 допускается +10%, минимум не нормирован) и завулкаиизированные части в местах ремонта. Это приводит к погрешности при намотке: образуются проме­ жутки между витками, в которые вжимается кабель следующего слоя, или происходит накладка витков друг на друга.

Этого недостатка лишены кабелеукладчики, конструкции ко­ торых показаны на рис. 44. Кабелеукладчик с корректировкой подачи витками укладываемого кабеля (рис. 44, а) выполнен следующим образом. Каретка 1 перемещается на роликах 2 по расположенному вдоль образующей барабана 3 направляюще­ му рельсу 4, который установлен в подшипниках 5 на стойке кабельного барабана. Штанга 6, жестко прикрепленная к ка­ ретке, грузом 7 прижимается к корпусу барабана или виткам кабеля. При вращении барабана в зависимости от направления намотки штанга отжимается влево или вправо и увлекает за собой каретку, благодаря чему проходящий через нее кабель укладывается равномерно. При подходе к крайнему положению, так как ребордой дальнейшее продвижение штанги ограничено, она приподнимается последним витком и происходит сдвиг ка­ ретки в обратном направлении. Расположенные на концах на­

правляющей балки пружины 8 помогают реверсированию хола.

Равномерная укладка кабеля кабелеукладчиком другого ти­ па (рис. 44,6) достигается благодаря применению индивидуаль­ ного электродвигателя 1 и дифференциала, с конусными колеса­ ми которого соединен промежуточный вал 2 и вал 3 каретки 4. На каретке установлен рычаг 5, который может качаться около двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в горизонталь­ ной плоскости. На одном конце рычага установлен скользящий по кабелю ролик 6', а на другом — лапка 7, воздействующая на переключатели 8 электродвигателя дифференциала и выключа­ тели 9 и 10 привода барабана.

123

Переключателем 8 включается электродвигатель в зависи­ мости от того, в какую сторону отклонится рычаг под воздей­ ствием ролика. Если ролик соскочит с кабеля пли кабель будет укладываться с большим числом рядов, чем предусмотрено,, электродвигатель барабана будет остановлен предназначенными

Рис. 44. Конструкции кабелеукладчиков:

а— с корректировкой подачи витками укладываемого кабеля: б— с индивидуальным приводом и дифференциалом

для этого выключателями 9 и 10. При каждом изменении на­ правления движения кабеля изменяется направление вращения электродвигателя установленными иа каретке выключателями 11, что необходимо для сохранения воздействия дифференциала при любом из направлений движения каретки.

Для укладки кабеля на почву и подборки с нее применяют устройства в виде свисающей с барабана гирлянды роликов, между которыми перемещается гибкий кабель. При поперечном расположении барабана на раме гирлянду крепят на консоли, что обеспечивает укладку кабеля в стороне от колеи движения горной машины.

124

При намотке кабеля на барабан не должно быть чрезмер­ ного натяжения, а при укладке на почву — ослабления. Для поддержания натяжения кабеля в заданных пределах сущест­ вуют различные конструкции механизмов и системы приводов. Конструкции механического типа непосредственно реагируют на

w

усилия, возникающие в кабеле, и корректируют их. Устройства других типов являются датчиками отклонения от нормального режима натяжения кабеля, воздействующими на схему управ­ ления привода барабана.

Примером устройств механического типа (первой группы) может служить система, используемая на прицепном барабане западногерманской фирмы (рис. 45,а). От ходовых колес через зубчатую передачу 1, обгонные муфты 2, цепную передачу со

125

звездочками 3 и фрикционную муфту 4 движение передается полому валу, который соединен с барабаном 5 упругой связьк> (пружина 6).

При 'наматывании кабеля на барабан в работе находится обгонная муфта звездочки с большим диаметром и линейная скорость барабана превышает скорость передвижения тележки.

онной муфты. Когда же тележка движется, раскладывая кабель, в работу вступает обгонная муфта звездочки с меньшим диа­ метром. Скорость барабана при этом будет ниже скорости те­ лежки, что также создает натяжение кабеля. Предохранение кабеля от недопустимых натяжений осуществляют регулировкой фрикционной муфты на максимально допустимое усилие.

От ходового колеса экскаватора приводится в движение так­ же барабан, имеющий несколько иную конструкцию для под­ держания натяжения кабеля (рис. 45,6). К фланцу барабана / на болтах крепится наружная полумуфта 2 фрикционной муфты скольжения. Внутренняя полумуфта 3, жестко соединенная с приводной звездочкой 4, свободно установлена на валу 5. На­ ружная поверхность полумуфты 3 охватывается фрикционной лентой 6 с заходящими в прорезь полумуфты 2 выступами на концах. Муфты регулируют болтом 7 с пружиной, стягивающей концы ленты. Вращение от ходового колеса 8 экскаватора пере­ дается через приводную звездочку 9 цепью 10 на натяжную звездочку 4. На ступице звездочки 9, свободно установленной на промежуточном валу 11, имеются зубья храпового колеса 12, зацепляющиеся с собачкой 13, которая установлена на пальце рычага 14. Таким образом, храповое колесо, собачка и рычаг представляют собой муфту свободного хода, передающую вра­ щение к кабельному барабану только в сторону намотки кабе­ ля. Сматывание кабеля производится за счет его натяжения. Скорость вращения храпового колеса 12 при этом будет больше или равна скорости вращения вала, что вызывает проскальзы­ вание собачки по храповому колесу. С увеличением диаметра навивки на каждом новом слое скорость намотки остается все время постоянной, что обусловливается проскальзыванием фрик­ ционной ленты 6 по внутренней полумуфте 3.

Натяжение кабеля поддерживают также с помощью грузов и дифференциала, в таких системах на вал барабана насажи­ вают редуктор с дифференциалом и подпружиненным хвостови­ ком. Вал дифференциала при нормальной работе удерживается в неподвижном состоянии тормозным шкивом. Величину тормоз­ ного момента регулируют грузом, передвигаемым по рычагу. При превышении заданного натяжения кабеля во время намот­ ки шкив проскальзывает между тормозными колодками, диф­ ференциал отключается и редуктор привода начинает работать вхолостую, а барабан под действием натяжения кабеля прово­

126