Як вибрати кабельні котушки?

гігантські технології | Новинки галузі | 22 квітня 2025 р.

1. Вступ

Кабельні котушки – це пристрої для намотування кабелів, які забезпечують живлення, керування або керуючі сигнали для великого мобільного обладнання. Вони широко використовуються в багатьох типах мобільного обладнання в портах, доках, проектах водозбереження та сталеливарному виробництві, таких як козлові крани, баштові крани, портальні крани, причальні крани, машини для переміщення сипучих матеріалів (ковшові штабелери-рекультиватори), козлові крани для гребель гідроелектростанцій та електричні платформи, сценічне освітлення та озвучування тощо.

2. Форма продукту

За типом живлення його можна розділити на: ручний тип, тип противаги, еластичний тип, тип моментного двигуна, гістерезисні типи, типи передачі зі змінною частотою, гідравлічні типи зчеплення та магнітні типи зчеплення.
Залежно від різних матеріалів обмотки, її можна розділити на: кабельні котушки, котушки для шлангів (середовище передачі - газ, рідина), котушки для оптичного кабелю.
Кабельні котушки за розташуванням кабелів поділяються на осьові однорядні та осьові багаторядні.
Кабельні котушки поділяються на два типи залежно від положення ковзного кільця колектора: з внутрішнім ковзним кільцем та з зовнішнім ковзним кільцем.

3. Принципи проектування

3.1 Технічні характеристики та типи кабелів

1) Зовнішній діаметр троса, який безпосередньо впливає на осьовий розмір котушки.
2) Форма кабелю: круглий або плоский кабель. Плоский кабель можна намотувати лише в один ряд.
3) Вага одиниці кабелю (кг/м) та довжина впливають на потужність, необхідну для котушки. Чим більша вага та довжина одиниці, тим вища потужність, необхідна для котушки.
4) Радіус вигину кабелю впливає на мінімальний діаметр котушки. Якщо діаметр котушки менший за радіус вигину кабелю, кабель буде пошкоджено.
5) Кількість жил кабелю впливає на кількість контактних кілець колектора.
6) Напруга та струм впливають на ізоляцію та розмір колекторного контактного кільця. Еластичний тип можна використовувати лише для обладнання з напругою нижче 500 В.

3.2. Довжина намотування

Впливає на радіальний розмір та необхідну потужність котушки. Чим довша довжина, тим вища необхідна потужність.

3.3. Швидкість руху обладнання

Впливає на потужність двигуна та передавальний коефіцієнт передачі електричного кабельного барабана. Коли швидкість руху обладнання перевищує 60 метрів/хвилину, слід вибрати тип керування зі змінною частотою.

3.4. Висота встановлення обладнання

Чим вища висота встановлення, тим більше енергоспоживання.

3.5. Метод змотування

 

Зображення методу згортання

3.6. Інші фактори

1) Матеріал котушки: вуглецева сталь, нержавіюча сталь 304, нержавіюча сталь 316.
2) Рівень захисту: IP55, IP56, IP65
3) Направляюча для кабелю: чи потрібна направляюча, чи потрібна направляюча функція захисту від натягу
4) Направляюча для кабелів: чи потрібна направляюча для кабелів
5) Спосіб живлення: джерело живлення від середньої/кінцевої точки тощо.

 

Схема встановлення направляючої рами

4. Сфера застосування різних кабельних котушок

4.1. Котушка троса противаги

Це механічний пристрій, який автоматично намотує кабель, використовуючи принцип накопичення енергії під час підняття вантажу. Коли кабель витягується, барабан для кабелю приводиться в обертання, тим самим обертаючи барабан для дротяного троса, співвісно з'єднаний з барабаном для кабелю, щоб підняти вантаж і накопичити потенційну енергію. Коли барабан намотує кабель, вантаж опускається, вивільняючи потенційну енергію. Під дією натягу троса барабан для кабелю, співвісно з'єднаний з барабаном для дротяного троса, приводиться в обертання та синхронно намотує кабель.
Переваги: ​​проста конструкція, стабільна та надійна робота, легке встановлення та обслуговування, а також тривалий термін служби.
Недоліки: великий розмір, обмежений хід, якщо потрібен великий хід, необхідно залишити достатньо місця для встановлення.
Сфера застосування: козлові крани з коротким ходом для перевезення великогабаритних кабелів перерізом понад 35 мм², ковшові вагонетки, вагонетки для розплавленого чавуну, шлакові вагонетки в сталеплавильних цехах та інше обладнання. Це обладнання підходить для кріплення кабелів у кінцевих та середніх точках.

4.2. Пружинний кабельний барабан

Це механічний пристрій, який автоматично змотує кабель, використовуючи принцип накопичення енергії шляхом звільнення пружини барабана. Коли кабель витягується, барабан обертається, щоб натягнути спіральну пружину та накопичити енергію; коли барабан повертається, він автоматично змотує кабель.
Переваги: ​​хороша синхронізація, невеликий натяг кабелю, низька ціна.
Недоліки: Через обмежений термін служби самої пружини, термін служби котушки цього типу відносно короткий і обмежений ходом.
Сфера застосування: Горизонтальне та вертикальне намотування кабелів силових та контрольних кабелів перерізом менше 35 мм², таких як підйомні електромагнітні присоски, грейфери, електричні платформи та інше обладнання, а також аналогічні робочі умови. Ці пристрої підходять для кріплення кабелів у кінцевих та середніх точках.

4.3. Магнітна муфта троса-котушка

Основна технологія полягає у використанні постійного магнітного з'єднувача як синхронного диференціального механізму. Процес намотування кабелю полягає в тому, що потужність приводить в рух котушку, яка намотує кабель через постійний магнітний з'єднувач. З'єднувач та котушка постійно ковзають диференціально, щоб забезпечити, щоб швидкість намотування кабелю відповідала швидкості руху обладнання. Регулюючи вихідний крутний момент постійного магнітного з'єднувача, натяг кабелю можна регулювати в певному діапазоні. Процес від'єднання кабелю відбувається за допомогою одностороннього пристрою зчеплення, і потужність не може передаватися на з'єднувач та котушку. Під дією натягу кабелю котушка долає гістерезис пристрою гістерезису від'єднання кабелю та синхронно від'єднує кабель.
Переваги: ​​зріла технологія та висока вартість. Синхронізація котушки та мобільного обладнання стабільна та надійна. Технологія постійних магнітів використовується на завершальному етапі системи передачі, забезпечує низьку швидкість та відсутність нагрівання; під час намотування та відпускання кабелю натяг можна регулювати для його захисту.
Недоліки: високий рівень шуму.
Сфера застосування: кабелі з перерізом менше 35 мм², такі як електричні платформи, візки, баштові крани, мостові або козлові крани, штабелери та реклаймери, а також інше обладнання та аналогічні умови експлуатації. Придатні для кріплення кабелів у кінцевих та середніх точках.

4.4. Покращений кабельний барабан з магнітним з'єднанням

Принцип роботи цього барабана для кабелю такий самий, як і вищезазначений. Дисковий двигун або гальмівний двигун можна вибрати відповідно до потреб користувача. Електричний спосіб керування барабаном полягає в тому, що двигун намотування кабелю працює, а двигун звільнення кабелю вимкнений.
Переваги: ​​більш компактна конструкція, малі розміри, мала маса, легке встановлення.
Недоліки: високий рівень шуму.

4.5. Тросик двигуна з довготривалим стрибком моменту

Як джерело живлення використовується моментний двигун з характеристиками тривалої зупинки та саморегуляції швидкості. Вихідна швидкість двигуна автоматично зменшується зі збільшенням зовнішнього навантаження, а швидкість котушки троса автоматично регулюється до швидкості руху обладнання; під час відпускання троса, під дією натягу троса, крутний момент двигуна зупинки долається для синхронного відпускання троса; під час паркування та вимкнення живлення дискове гальмо моментного двигуна використовується для блокування троса, щоб запобігти його зісковзуванню.
Переваги: ​​Двигун завжди працює, електронне керування просте, зменшується частота відмов, великий діапазон намотування кабелю та довгий хід.
Недоліки: Під час відпускання троса необхідно подолати опір крутного моменту зупинки двигуна, а троси малого діаметра потрібно використовувати з обережністю.
Сфера застосування: кабелі великого розміру, такі як штабелери, мостові або козлові крани, а також мобільне обладнання, що переміщується на великі відстані. Ці пристрої підходять для кріплення кабелів у кінцевих та середніх точках.

4.6. Гістерезисний кабельний барабан

Диск, виготовлений з постійної магнітної сталі, утворює змінне багатополюсне магнітне поле. Навпроти диска розташований сильний індукційний диск. Коли двигун приводить індукційний диск у обертання з високою швидкістю, магнітний диск обертається завдяки магнітній муфті. Коли два диски мають ковзання швидкості, багатополюсний магнітний диск по черзі намагнічує індукційний диск з протилежного боку, тим самим створюючи крутний момент (тобто "магнітну муфту"), який протистоїть цьому ковзанню та приводить (або гальмує) обертання магнітного диска. Тросовий барабан приводиться в рух двигуном для передачі потужності на гістерезисну муфту, а після уповільнення посилений крутний момент передається на тросовий барабан. Коли тросовий барабан працює, двигун завжди обертається в напрямку намотування кабелю. Коли підйомне обладнання віддаляється від джерела живлення, трос тягне котушку назад, що призводить до ковзання двох котушок та відпускання кабелю на котушці. Крутний момент магнітного поля гістерезисної муфти завжди забезпечить натяг троса під час процесу відпускання троса. Коли підйомне обладнання повертається, натяг троса на котушці зникає, і кабельна котушка обертається у напрямку намотування, завершуючи намотування троса.
Його перевагами є компактна конструкція, легке встановлення та обслуговування, регульований вихідний крутний момент відповідно до фактичних робочих умов, хороша функція самогальмування, відсутність необхідності встановлювати гальма та надійна робота кабельного барабана. Його система керування проста та може бути пов'язана із системою керування прямим та зворотним ходом обладнання. Поки обладнання працює, двигун барабана працюватиме, а послідовність фаз не змінюватиметься. Під час роботи кабельного барабана гістерезисний механізм може регулювати швидкість відповідно до швидкості руху основного обладнання, завдяки чому швидкість лінії кабельного барабана для змотування та відпускання кабелю синхронізується зі швидкістю руху основного обладнання.
Його недоліком є ​​те, що у випадку великої ємності кабелю та високої висоти встановлення хоста, щоб зменшити підвищення температури ротора та збільшити термін служби ротора, необхідно прийняти концепцію проектування багатоголового малого крутного моменту, що є відносно дорогим.
Він підходить для важкої мобільної техніки та обладнання, такої як портові козлові крани, контейнерні крани, судновантажники, баштові крани тощо. Це обладнання підходить для кріплення кабелів у кінцевих та середніх точках.

4.7. Кабельний барабан зі змінною частотою

Двигун зі змінною частотою являє собою монтажну конструкцію B5, безпосередньо підключену до вхідного кінця редуктора. Один кінець вихідного валу редуктора з'єднаний з кабельною котушкою за допомогою шпонкового з'єднання, а інший кінець - з електричним контактним кільцем у колекторній коробці. Редуктор і коробка передач колекторного кільця закріплені на верхній частині основи. Шафа керування інвертором не залежить від кабельної котушки, і відповідне положення встановлення можна вибрати відповідно до фактичної ситуації. У режимі векторного керування за замкнутим контуром (з векторним керуванням датчиком швидкості) інвертор вибирає режим керування крутним моментом у розімкнутому контурі та розраховує фактичний діаметр кабельної котушки шляхом інтегрування товщини, щоб точно контролювати вихідний крутний момент двигуна, тим самим гарантуючи, що кабель не спричинить змін натягу через зміни діаметра котушки під час намотування на котушку, тобто натяг кабелю буде постійним. Кабельний барабан має такі переваги:
(1) Під час процесу намотування та розмотування кабелю, незалежно від того, де обладнання працює на колії, натяг, що діє на нього, завжди постійний, і натяг кабелю можна довільно регулювати за допомогою введених параметрів інвертора та керування ручкою панелі керування, що максимізує захист кабелю та значно подовжує термін його служби.

(2) Котушка може швидко реагувати на зміни робочої швидкості обладнання та може бути синхронізована з обладнанням. Її робота є точною та чутливою.
(3) Це долає вузькі місця традиційних конструкцій кабельних котушок, таких як гістерезисний тип та тип моментного двигуна. Він не обмежений надзвичайними характеристиками кабелю, довжиною намотування, швидкістю обладнання та висотою встановлення. Кабельний котушка будь-яких складних робочих умов приводиться в рух двигуном зі змінною частотою та різною потужністю.
(4) Він має високу адаптивність і може безперервно працювати під високим навантаженням протягом усього дня.
(5) Котушка та обладнання з'єднані для захисту під час роботи, що ефективно запобігає нещасним випадкам, таким як обрив кабелю.
(6) Двигун котушки точно керується та захищається перетворювачем частоти, що може подовжити термін його служби.
(7) Кабельний барабан з двигуном зі змінною частотою керування може автоматично змінювати робочу частоту барабана відповідно до встановленого натягу та робочої швидкості основного обладнання (візка) та працювати нормально на будь-якій швидкості від 0 до n (n – асинхронна швидкість). Коли основне обладнання вимкнено, гальмо двигуна зі змінною частотою кабельного барабана гальмує, щоб запобігти прослизанню кабелю.
Переваги: ​​дозволяє точно контролювати силу, найкраще захищає кабель та продовжує термін його служби.
Недоліки: ціна найвища серед аналогічних товарів
Сфера застосування: портові козлові крани, контейнерні крани, судновантажники, баштові крани та інша важка мобільна техніка та обладнання.