卷筒电缆扭曲变形问题分析与解决措施

卷筒电缆扭曲变形问题分析与解决措施

安徽华宇电缆集团有限公司范涛

1、卷筒电缆使用场合

目前卷筒电缆主要用于斗轮机、港机、钢包车、电动铲运机等设备，随着设备来回运行，卷筒与设备同步进行收线、放线运动。电缆在运行过程中承受正拉力与弯曲变形。

2、电缆外护起皱、电缆变形的原因

最近，部分电厂、焦化厂用户反映斗轮机卷筒上电缆出现护套起皱、电缆变形的现象，造成斗轮机不能正常工作，而且更换电缆后不久出现同样质量问题，造成一定的经济损失和影响采煤作业。

图1 图2

根据现场情况分析，可能造成电缆出现外护起皱、电缆变形的原因有以下几点：

（1）电缆本身的缺陷。电缆结构不柔软、缆芯结构不稳定、护套挤包不紧密。

（2）电缆在过渡架上与电缆卷盘上反方向缠绕。目前有部分卷筒电缆存在这样的问题。电缆反向缠绕，不但增加了电缆不必要的弯曲，同时也增大了电缆与过渡架之间的摩擦力。

（3）电缆卷盘内径太小和变形。目前斗轮机所采用的电缆卷筒多为磁滞式。由于磁滞式电缆卷筒是恒力矩的，因此随着电缆缠绕半径的变化，电缆所受的张力也在变化。电缆缠绕的半径与电缆所受的张力成反比，电缆缠绕半径越小，电缆所受的张力越大。如果电缆卷筒的内径太小，在加上电缆卷筒的力矩也调的很大，那么内圈的电缆张力将会大于电缆承受的最大张力，这将导致电缆损坏。电缆刚度不够，造成开档不均匀。开档太小时，电缆卷盘在卷取过程中电缆排列不齐，电缆之间出现相互挤压与摩擦，电缆与卷盘之间也产生摩擦。

图3

力矩M=F*L（M表示力矩；F表示力值；L表示从转动轴到着力点的距离）；当力矩恒定时，外层电缆在收放过程中最小，内层电缆在收放过程中受力最大。

卷筒进行电缆收放时，从卷盘外圈向内圈，电缆与导缆架之间的夹角越来越小，这样电缆运行过程中的弯曲变形由外层向内层逐渐增大，同时电缆收线时，根据力学正交分解分析得知，由外层向内层电缆受力逐渐增大。

综合上述电缆受力分析，可以得知卷盘内层电缆受力与弯曲变形程度较外层要大。

（4）安装问题。由于电缆卷筒的调试一般在起重机上岸后进行，因此在厂内安装时没有引起重视，故在目前斗轮机上都出现过电缆卷盘和过渡架以及导缆架与码头电缆坑安装不对中，造成电缆与之摩擦。此外，导缆架与过渡架托辊本身直径太小，会造成电缆过渡不平稳，易折弯。

（5）电缆卷筒的调试。现场调试人员往往将电缆卷筒力矩跳的很大，造成电缆张力过大。

通过总结分析影响电缆起皱、变形的因数，并对斗轮机使用现场进行勘察，电缆发生弯曲变形区域主要出现在卷盘的次内层，通过对设备的运行观察，卷盘最内层1～3圈电缆始终缠绕在卷盘上，是因为电缆米数有设计余量，所以不进行卷绕运动，电缆没有弯曲变形；次内层变形严重，主要是因为内层较外层受力与弯曲变形程度较大，所以出现了图1中电缆次内层出现严重变形的情况。

3、改进措施

针对以上原因，相应的提出以下改进措施及注意事项：

（1）卷筒电缆，分组电缆采用正规排列结构，缆芯外绕包一层涂胶棉布带，减小成缆节径比，增大护套挤压力。

（2）将电缆通过过渡架后从电缆卷盘的上方进行缠绕，不但可以避免电缆反向缠绕，同时也可以减小电缆与过渡架之间的摩擦。过渡架的安装高度应以卷盘内圈电缆与垂直电缆的夹角成60℃为宜。

图5

（3）在设计时，电缆内圈必须考虑电缆卷盘内径不能太小，电缆卷盘内径的大小可以通过计算确定。在电缆卷盘最大力矩以及电缆所承受的最大张力确定后，应按内圈张力小于电缆所承受的压力最大张力的2/3确定卷盘内径。同时通过加强卷盘的刚度来防止卷盘变形引起电缆的挤压与摩擦。

（4）在安装电缆卷筒、过渡架和导缆架时，要求尽量对中，导缆架与过渡架托辊的弯曲半径都能大于电缆直径的15倍，满足电缆的要求，但其托辊直径太小，应将其增大，并保证托辊转动灵活。

（5）现场调试人员可以根据图5来确定调节电缆卷筒力矩大小。

a）力矩太小，电缆过松b)力矩太大，电缆过紧c）力矩适中，电缆过度平稳

图6

过渡架的安装高度可以按照以下原则确定：拉缆铜的卷盘外圈电缆应与过渡架托辊相切；过渡架形式的卷盘内圈电缆与垂直电缆的夹角以60°为宜。

（7）电气控制尽量采用动态控制动力头投入数量方式。由于电缆在卷盘内圈受力越大，外圈受力越小，故电缆在卷盘内圈时减少动力头，在外圈时增加动力头，从而保证了电缆阶段性恒定张力，以保护电缆。