螺旋卸船机回转电缆敷设工艺设计优化

张 辉

上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

随着对环保的重视程度越来越高,各港口码头对全封闭高效连续螺旋卸船机出现了较大需求。目前大型环保螺旋卸船机技术主要被少数欧洲企业垄断，国际市场占有量达80%以上。为打破国际垄断，自主研发出了高效大型1 500 t/h的环保连续螺旋卸船机。

针对螺旋卸船机结构中门架筒体与转柱塔之间进行±110°回转的电缆连接敷设技术难点，通过优化电气工艺设计，提出可行方案。

2 现有技术分析

2.1 回转机构介绍

螺旋卸船机主要由门架、转柱塔、水平臂架、垂直臂架等组成(见图1)。其中门架结构最上部是筒体，它由高强度螺栓与回转大轴承联接。转柱塔是卸船机的主要结构，为金属结构焊接件，用来支承水平臂架、俯仰机构、司机室等上部回转部分。转柱塔中间安装有卸料系统溜筒装置[1]。在筒体和转柱塔之间采用两套驱动装置进行驱动，组成回转机构，使得筒体与转柱塔之间能实现±110°回转，回转速度为0.15 r/min。

图1 转柱塔和门架结构图

2.2 电缆布置走向

螺旋卸船机整机电缆布置主要分为上部电缆和下部电缆，其中上部电缆敷设路线是：从电气房内部沿着电缆托架敷设至门架筒体处，通过回转机构敷设至水平臂架螺旋驱动装置、垂直螺旋臂架驱动装置、喂料驱动装置、俯仰机构、司机室等上部回转的电气设备。通过该回转部分的电缆有60根左右，分别有动力、控制、通讯等电缆。技术难点在于通过可靠、合理的连接敷设方案，使得上部电缆经过±110°的回转，确保螺旋卸船机的动力总成，半自动电气控制系统以及监控系统正常工作。

2.3 现有敷设方案分析

2.3.1 中心集电器敷设方案

中心集电器又称中心受电环，用于相对部件作圆周运动时的电气动力传输和信号传导。电缆连接中心集电器的上下接线柱，在回转机构驱动下，该装置中的滑环跟结构同步回转，从而输出稳定可靠的动力传输和信号传导。目前该装置市场价格在每台5万元左右。

但是中心集电器的安装有一定的条件限制。首先，中心集电器应垂直安装；第二，中心集电器中心旋转轴线与设备的中心旋转轴线必须重合；第三，允许偏差不大于中心集电器总高1/1 000。综上所述，结合螺旋卸船机回转部分的结构，在该部分的中心回转轴线上安装有卸料系统的溜筒装置，会和中心集电器装置相互干涉。

2.3.2 电缆拖链敷设方案

电缆拖链是一种束缚电缆或电线以方便其转动及运动的装置，电缆拖链能够随着设备在发生移动或者旋转的时候通过导向装置在导向槽中来回运行，发挥安全保护和导向的功能[2-3]。根据螺旋卸船机的作业工况，配合适用于拖链的高柔性电缆，可以用电缆拖链的方式来进行电缆敷设。

电缆拖链系统运行稳定、维护方便，但拖链以及需要配套的柔性电缆两者相加成本较高。以本机型设计方案为例，不计算该系统安装支架以及维护平台的搭建成本，拖链系统和配套的柔性电缆采购价格在40万元左右。

3 优化方案总体设计

通过分析螺旋卸船机回转作业工况，得到各个结构发生回转时的运动轨迹，设计出一套优化方案：电缆通过垂悬敷设，在该部分结构的筒体(固定端)和转柱塔(移动端)上分别安装2个电缆支架，用于固定垂悬电缆的两端，利用电缆的柔性，使60多根电缆能够跟随回转机构同步回转，同时确保电缆不扭曲扯断(见图2)。

图2 优化方案总体设计图

4 优化方案关键技术

4.1 电缆支架的安装

移动端的电缆支架安装在转柱塔结构下部，由于中心回转轴线上安装有卸料系统的溜筒装置，所以首先要考虑移动端的电缆支架相对位置要大于溜筒装置在中心线上的直径，避免电缆跟随转柱塔同步回转时碰擦以及拉扯到溜筒表面。移动端电缆支架的自由端制作时，要充分考虑电缆垂直向下时延展性以及自然的弯曲半径，避免电缆受损(见图3)。

图3 移动端电缆支架

固定端的电缆支架安装在门架筒体上，其安装角度尽量与移动端电缆支架相同，使得垂悬电缆在最低点弯曲顺滑自然，避免有任何绞头。安装高度低于移动端电缆支架1 m左右(根据不同项目的圆筒体高度调节)，同时要满足电缆同步回转时垂悬部分电缆的最大拉伸距离需求(见图4)。

图4 固定端电缆支架

电缆支架材料选用Q235B，为了防止腐蚀生锈，对整个支架作热浸锌处理；支架中间要用直径20 mm的圆钢分若干档用作电缆的绑扎固定。

4.2 垂悬电缆长度的计算

电缆的移动端和固定端支架分别安装完成后，要确定两个点之间垂悬电缆的长度。通过分析转柱塔分别在+110°和-110°两个最大回转角度时的位置，得到电缆的最大拉伸距离，作为电缆垂悬敷设时预留的理论长度。为避免电缆拉扯断裂，加上一定的安全系数，计算出实际垂悬电缆预留长度=理论长度×1.2。

4.3 垂悬电缆的保护措施

要防止电缆同步回转时，极端情况下回转速度过快或者回转动作急停急转，造成垂悬的电缆大幅度摆动或者甩尾，使得电缆勾到圆筒体下部的溜筒结构上，造成电缆损伤甚至断裂。在对应的溜筒结构处覆盖圆弧型板材，保证该处溜筒结构表面光滑无毛刺。

4.4 施工工艺

在电缆敷设施工时，首先要求理齐拉直，排列整齐，无扭曲缠绕现象；其次，按照电缆直径大小分2层在电缆支架上敷设，先敷设下层粗电缆，再敷设上层细电缆，避免电缆垂悬自重压坏电缆；然后，在支架上固定采用金属扎带与尼龙扎带交替绑扎电缆，每3道尼龙扎带后加1道金属扎带，使用金属扎带时，需要另外配扎带护套保护电缆，以免对电缆的绝缘层造成伤害。垂悬电缆最底部的电缆敷设时，弯曲半径按电缆直径的8倍计算，确保底部电缆弯曲自然柔顺，不能有绞头，满足螺旋卸船机进行±110°回转作业时同步扭动。通讯电缆要单独穿金属软管敷设，而且金属软管两端必须可靠接地，防止信号受到干扰。

考虑到敷设的垂悬电缆在后期的维护、保养、更换时方便作业，在垂悬电缆的两个终端，分别安装1个接线箱，作为垂悬电缆上下连接的过渡。

5 结语

该螺旋卸船机项目通过一系列的设计优化，单台机制造费用相比国外同类产品降低了20%左右，为国内在高效连续螺旋卸船机的标准化设计、制造方面积累了宝贵经验。