摘 要：本裝置屬于冶金設(shè)備，涉及一種用于帶鋼處理線清洗段換輥小車的電纜和端子箱保護裝置。帶鋼處理線清洗段內(nèi)設(shè)置有刷輥、擠干輥等功能輥，起到對帶鋼的傳送、工藝涂刷和表面處理、殘液擠干等作用。一般清洗段長約30到50米不等，布置在操作側(cè)的換輥小車，可以縱向移動到每一個功能輥位置，更換被磨損的舊輥。為了節(jié)省電纜，驅(qū)動換輥小車的電纜起點及端子箱要布置在清洗段全長的中間位置，由此帶來了電纜的固定和左右擺動問題。為了使左右擺動的電纜不受損傷，并實現(xiàn)對與電纜連接的端子箱的保護，我公司開發(fā)設(shè)計出了一種新型的電纜和端子箱保護裝置。

關(guān)鍵詞：帶鋼處理線;清洗段;換輥小車;電纜卷筒;電纜;端子箱;保護裝置

0 背景介紹

布置在帶鋼處理線的清洗段操作側(cè)的換輥小車，可以縱向移動到每一個清洗槽的各種功能輥位置，然后橫向移動，將已被磨損的舊輥從清洗槽中拉出來，再把新輥送入清洗槽，實現(xiàn)換輥操作。動力、控制和信號電纜從換輥小車上的電動機、傳感器等用電裝置引出后，先纏繞在安裝在換輥小車上的電纜卷筒上，卷筒驅(qū)動電機隨換輥小車的縱向行走不斷旋轉(zhuǎn)，帶動卷筒轉(zhuǎn)動來收放電纜，從該卷筒上繼續(xù)引出的電纜下到地面，沿著設(shè)在地面的導(dǎo)向槽延伸，最終電纜端部固定在換輥車縱向行走距離的中間位置，并接線進入也設(shè)在此位置的端子箱。設(shè)在中間位置的好處有兩個：一個是可以節(jié)省一半電纜，即假如清洗段有50米長，那么只用25米多點的電纜即可，能保證換輥小車可以去到中間位置左側(cè)或右側(cè)的任何地方;另一個是卷筒可以降低一半的電纜容量，可以減小電纜卷筒及驅(qū)動電機的載荷，節(jié)省電纜卷筒和驅(qū)動電機的設(shè)備購買費用。

但同時，電纜端部和端子箱設(shè)在中間位置也帶來了一些問題，要保證電纜能正常工作，必須滿足三方面的要求：一是要能固定住電纜，二是能使電纜隨換輥小車在中間位置的兩側(cè)而能夠左右擺動，三是使電纜承受的拉力不超過許用拉力。在中間位置對電纜端部的固定方法，傳統(tǒng)上一般只考慮在端子箱出線處用夾子對電纜夾緊固定，但是電纜固定點與換輥小車上卷筒之間不可避免存在拉力，在某些工況下例如電纜卷筒的電機沒有跟換輥小車的行走保持同步，在此極端情況下可能會將電纜在薄弱處，或在端子箱接線處拉斷，對電纜和端子箱都造成破壞。另外，更重要的是，簡單的固定不僅滿足不了電纜擺動的彎曲半徑要求，而且電纜會被左右不斷地彎折，工作時間一長很容易會折斷電纜。

為了將電纜的出線端部固定，滿足對電纜的彎曲半徑要求，不使電纜承受超過許用的拉力，以及防止折斷電纜，避免將電纜從端子箱接頭處拉斷，我公司研究開發(fā)出了一種滿足以上工作要求并具有應(yīng)急保護功能的電纜和端子箱保護裝置，將引出端子箱的電纜，先經(jīng)過該保護裝置，再經(jīng)地面延伸接入換輥小車的電纜卷筒，即可實現(xiàn)保護。

1 整機工作原理

該電纜和端子箱保護裝置（見圖一），包括固定座1、固定夾子2、滑動支座3、滑動轉(zhuǎn)向輪4、彈簧5、限位系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等;限位系統(tǒng)（見圖一和二）由開關(guān)支架6、限位開關(guān)7、限位擋板8、限位拉繩9、拉線開關(guān)10等組成;導(dǎo)向系統(tǒng)（見圖一和圖三）由圓筒支架11、導(dǎo)向圓筒12、壓板13等組成。端子箱水平放置，電纜從端子箱引出后，從固定座的中心穿過，先在固定座處用固定夾子固定，再經(jīng)滑動轉(zhuǎn)向輪90°偏轉(zhuǎn)向上，在固定在地面的導(dǎo)向圓筒上纏繞1～2圈，再向左或向右沿著設(shè)置在地面的導(dǎo)向槽延伸，然后纏繞在換輥小車的電纜圓筒上，最終接入固定在換輥小車的電動機和電氣開關(guān)等用電裝置。

滑動支座固定在45°斜坡上，滑動轉(zhuǎn)向輪為整體焊接結(jié)構(gòu)，輪不需要能夠旋轉(zhuǎn)，滑動支座和滑動轉(zhuǎn)向輪之間有彈簧連接，彈簧的拉力連同導(dǎo)向圓筒與纏繞電纜之間的摩擦力，用于克服電纜上的初始拉力以穩(wěn)定電纜，保持電纜上有一定的張力，使換輥小車上的電纜卷筒能夠順利地卷起電纜。當(dāng)滑動轉(zhuǎn)向輪在滑動支座內(nèi)滑動時，彈簧被拉長，也能施加增大了的拉力拉住滑動轉(zhuǎn)向輪及電纜。限位擋板固定在滑動轉(zhuǎn)向輪上，可以隨滑動轉(zhuǎn)向輪一起向上斜45°平移，在換輥小車載荷過大，或者電纜卷筒驅(qū)動電機與換輥小車行走出現(xiàn)不同步的情況下，若電纜和導(dǎo)向圓筒之間的摩擦力不夠，電纜會拉著滑動轉(zhuǎn)向輪在滑動支座內(nèi)滑動，滑動一定距離后限位擋板擋住限位開關(guān)的光信號時，限位開關(guān)會發(fā)給控制系統(tǒng)開關(guān)量輸入信號，控制系統(tǒng)接收到限位開關(guān)的反饋信號后，進而會自動切斷換輥小車的行走電機電源，同時也切斷換輥小車上電纜卷筒驅(qū)動電機的電源，使整個換輥小車裝置系統(tǒng)停機，起到對電纜和端子箱的保護。

圓筒支架用地腳螺栓固定在地面，導(dǎo)向圓筒不可旋轉(zhuǎn)，其兩端用壓板固定在圓筒支架上。通過查找所選用電纜的技術(shù)參數(shù)表，可以找到該電纜使用要求的最小彎曲半徑值，導(dǎo)向圓筒半徑應(yīng)大于該值，以滿足所用電纜的最小彎曲半徑要求，導(dǎo)向圓筒上加工出與電纜直徑相匹配的導(dǎo)向槽，電纜沿導(dǎo)槽纏繞1～2圈，導(dǎo)向槽能使纏繞的電纜不互相重疊，既美觀又增大了電纜和導(dǎo)向槽之間的摩擦力。

一般情況下，靠電纜和導(dǎo)向圓筒之間的摩擦力再加上彈簧的初始拉力，即可克服換輥小車對電纜的拉力。如果在現(xiàn)場實際的運行過程中發(fā)現(xiàn)電纜上的張力很小，可以手動將電纜在導(dǎo)向圓筒上多纏繞幾圈以增大摩擦力;如果發(fā)現(xiàn)電纜上的張力很大，可以手動將電纜在導(dǎo)向圓筒上只纏繞1圈以減小摩擦力，調(diào)節(jié)起來非常方便。

2 最極端狀況下的作用原理

最極端情況下，即假如限位開關(guān)因為長時間工作、外力破壞或其他各種原因失靈，此時恰好整套換輥小車裝置工作異常，對電纜的拉力持續(xù)增大，則隨著滑動轉(zhuǎn)向輪的向上斜45°平移，限位拉繩繼而會隨著電纜的拉動而被拉緊。限位拉繩一端在導(dǎo)向圓筒下部夾緊電纜，另一端連接到設(shè)置在固定座上的拉線開關(guān)，限位拉繩的長度應(yīng)根據(jù)計算合理設(shè)定，應(yīng)能在滑動導(dǎo)向輪滑動到極限位置前被拉緊，以防止彈簧被拉伸到極限長度后繼續(xù)被拉伸而被損壞。

在此最極端情況下，導(dǎo)向圓筒與電纜之間的摩擦力、彈簧被拉伸到最大許用長度后產(chǎn)生的彈力二者共同的拉力，不足以克服換輥小車對電纜的拉力，如果此時任由該最極端工況繼續(xù)發(fā)展，則電纜會被繼續(xù)拉緊，承受的拉力會超過電纜的許用拉力，輕則電纜會在薄弱處被拉斷，重則換輥小車的電纜卷筒或中間位置的端子箱都會被破壞。解決的方法便是利用限位拉繩連接的拉線開關(guān)，當(dāng)限位拉繩被拉緊后便會拉下拉線開關(guān)，通過拉線開關(guān)所在的保護電路，強行切斷換輥小車行走電機及電纜卷筒驅(qū)動電機的電源，使整個換輥系統(tǒng)停機，實現(xiàn)該最緊急狀況下對電纜和端子箱的保護。

在以上所述基礎(chǔ)上，可以對該裝置進一步優(yōu)化設(shè)計：在固定座1和滑動支座3之間增加一個導(dǎo)向輪，該導(dǎo)向輪應(yīng)能夠旋轉(zhuǎn)起到傳遞導(dǎo)向作用，這樣電纜在最緊急狀況下拉緊的過程中不至于與固定夾子2之間的夾角太大，避免使電纜在固定夾子2處產(chǎn)生過大的彎折，因而可以更好地保護電纜。

3 結(jié)束語

該電纜和端子箱保護裝置，巧妙地利用了摩擦力和彈簧拉力來固定和穩(wěn)定住電纜，采用的導(dǎo)向圓筒滿足了電纜的彎曲半徑要求，消除了傳統(tǒng)做法中因電纜隨換輥小車頻繁左右擺動，容易被折斷的缺陷，延長了電纜的使用壽命;采用的限位開關(guān)在電纜受拉動作的初期就能預(yù)警，使操作人員能及時發(fā)現(xiàn)故障，并且在最極端情況下可以實現(xiàn)緊急停機，避免了對電纜、端子箱乃至換輥小車的破壞。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安全可靠，自動化程度高，已經(jīng)設(shè)計于多個帶鋼處理線項目的清洗段換輥小車裝置中，通過現(xiàn)場的實際工作效果來看，其工作十分可靠和有效。

參考文獻：

[1] 黃慶學(xué)，《軋鋼機械設(shè)計》，冶金工業(yè)出版社，2007年。

[2] 褚衛(wèi)中，《機械安全技術(shù)及應(yīng)用》，機械工業(yè)出版社，2014年。

[3] 邱宣懷，《機械設(shè)計》，高等教育出版社，1998年。

[4] 胡國棟，《板帶材生產(chǎn)工藝及設(shè)備》，冶金工業(yè)出版社，2008年。

[5] 李增平、付榮立，《機械制造技術(shù)》，機械工業(yè)出版社，2018年。

作者簡介：

滕永志（1982.8），男，籍貫：山東乳山市，漢族，現(xiàn)職稱：中級工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：冶金機械設(shè)計。