Jak wybierać bębny kablowe?

Gigantyczna technologia | Nowość w branży | 22 kwietnia 2025 r.

1. Wprowadzenie

Bębny kablowe to urządzenia do nawijania kabli, które dostarczają zasilanie, sygnały sterujące lub sygnały sterujące do dużych urządzeń mobilnych. Są szeroko stosowane w wielu urządzeniach mobilnych w portach, dokach, projektach ochrony zasobów wodnych i w przemyśle stalowym, takich jak suwnice bramowe, żurawie wieżowe, suwnice bramowe, suwnice nabrzeżne, maszyny do transportu materiałów sypkich (ładowarki kołowe), suwnice bramowe na zaporach elektrowni wodnych i elektryczne platformy platformowe, oświetlenie i nagłośnienie sceniczne itp.

2. Forma produktu

Ze względu na formę napędu można je podzielić na: typ ręczny, typ przeciwwagi, typ sprężysty, typ silnika momentu obrotowego, typ histerezowy, typ przekładni o zmiennej częstotliwości, typ sprzęgła hydraulicznego i typ sprzęgła magnetycznego.
Ze względu na rodzaj materiału nawijającego, można je podzielić na: bęben na kabel, bęben na wąż (medium transmisyjnym jest gaz lub ciecz), bęben na kabel optyczny.
Bębny kablowe dzielą się na osiowe jednorzędowe i osiowe wielorzędowe, w zależności od sposobu ułożenia kabla.
Bębny kablowe dzielą się na dwa typy w zależności od położenia pierścienia ślizgowego kolektora: typ z wewnętrznym pierścieniem ślizgowym i typ z zewnętrznym pierścieniem ślizgowym.

3. Zasady projektowania

3.1 Specyfikacje i typy kabli

1) Średnica zewnętrzna kabla, która bezpośrednio wpływa na wymiar osiowy szpuli.
2) Rodzaj kabla: okrągły lub płaski. Kabel płaski można nawijać tylko w jednym rzędzie.
3) Masa jednostkowa kabla (kg/m) i długość wpływają na zapotrzebowanie na moc bębna. Im większa masa i długość, tym większe zapotrzebowanie na moc bębna.
4) Promień gięcia kabla wpływa na minimalną średnicę szpuli. Jeśli średnica szpuli jest mniejsza niż promień gięcia kabla, kabel ulegnie uszkodzeniu.
5) Liczba żył kabla ma wpływ na liczbę pierścieni ślizgowych kolektora.
6) Napięcie i prąd wpływają na izolację i rozmiar pierścienia ślizgowego kolektora. Pierścień elastyczny może być stosowany wyłącznie w urządzeniach o napięciu poniżej 500 V.

3.2. Długość nawijania

Wpływa na rozmiar promienia i zapotrzebowanie na moc kołowrotka. Im większa długość, tym większe zapotrzebowanie na moc.

3.3. Prędkość ruchu sprzętu

Wpływa na moc silnika i przełożenie bębna kablowego. Gdy prędkość ruchu urządzenia przekracza 60 metrów na minutę, należy wybrać sterowanie o zmiennej częstotliwości.

3.4. Wysokość montażu sprzętu

Im większa wysokość instalacji, tym większe zapotrzebowanie na energię.

3.5. Metoda zwijania

 

Zdjęcie metody zwijania

3.6. Inne czynniki

1) Materiał szpuli: stal węglowa, stal nierdzewna 304, stal nierdzewna 316.
2) Stopień ochrony: IP55, IP56, IP65
3) Prowadnica kabla: czy prowadnica jest potrzebna, czy prowadnica wymaga funkcji zabezpieczenia przed naprężeniem
4) Prowadnica kablowa: czy prowadnica kablowa jest potrzebna
5) Sposób zasilania: zasilanie punktu środkowego/końcowego itp.

 

Schemat montażu ramy prowadzącej

4. Zakres zastosowania różnych bębnów kablowych

4.1. Bęben kablowy przeciwwagi

Jest to urządzenie mechaniczne, które automatycznie nawija linę, wykorzystując zasadę magazynowania energii podczas podnoszenia ciężaru. Podczas wyciągania liny, bęben linowy obraca się, wprawiając w ruch obrotowy bęben linowy, współosiowo połączony z bębnem, co powoduje podniesienie ciężaru i magazynowanie energii potencjalnej. Gdy bęben nawija linę, ciężar opada, uwalniając energię potencjalną. Pod wpływem naprężenia liny, bęben linowy, współosiowo połączony z bębnem, obraca się i synchronicznie nawija linę.
Zalety: prosta konstrukcja, stabilna i niezawodna praca, łatwa instalacja i konserwacja oraz długa żywotność.
Wady: duży rozmiar, ograniczenia związane z przesuwem; jeśli wymagany jest duży przesuw, należy zapewnić wystarczająco dużo miejsca na instalację.
Zakres zastosowania: suwnice bramowe o krótkim przesuwie, do kabli o dużych przekrojach powyżej 35 mm², kadzie, wózki do ciekłego żelaza, wozy żużlowe w hutach oraz inne urządzenia. Urządzenia te nadają się do kotwienia kabli w punktach końcowych i środkowych.

4.2. Bęben kablowy sprężynowy

To urządzenie mechaniczne, które automatycznie zwija kabel, wykorzystując zasadę magazynowania energii poprzez zwolnienie sprężyny bębna. Podczas wyciągania kabla bęben obraca się, napinając sprężynę spiralną i magazynując energię; po powrocie bęben automatycznie nawija kabel.
Zalety: dobra synchronizacja, małe naprężenie kabla, niska cena.
Wady: Ze względu na ograniczoną żywotność samej sprężyny, żywotność tego typu kołowrotka jest stosunkowo krótka i ograniczona skokiem.
Zakres zastosowania: Poziome i pionowe nawijanie kabli zasilających i sterowniczych o przekroju poniżej 35 mm², np. w podnośnikach z przyssawkami elektromagnesowymi, chwytakach, platformach elektrycznych i innych urządzeniach oraz w podobnych warunkach pracy. Urządzenia te nadają się do kotwienia kabli w punktach końcowych i środkowych.

4.3. Bęben kabla sprzęgającego magnetycznego

Podstawową technologią jest wykorzystanie sprzęgła z magnesem trwałym jako synchronicznego mechanizmu różnicowego. Proces nawijania kabla polega na tym, że energia napędza szpulę, która nawija kabel przez sprzęgło z magnesem trwałym. Sprzęgło i szpula stale się różnicują, aby zapewnić prędkość nawijania kabla równą prędkości obrotowej urządzenia. Poprzez regulację momentu obrotowego wyjściowego sprzęgła z magnesem trwałym, można regulować naprężenie kabla w określonym zakresie. Proces zwalniania kabla odbywa się za pomocą sprzęgła jednokierunkowego, a energia nie może być przekazywana do sprzęgła i szpuli. Pod wpływem naprężenia kabla szpula pokonuje histerezę mechanizmu zwalniania kabla i zwalnia kabel synchronicznie.
Zalety: dojrzała technologia i wysoka opłacalność. Synchronizacja bębna i urządzeń mobilnych jest stabilna i niezawodna. Technologia magnesów trwałych jest stosowana w końcowym etapie układu transmisyjnego, zapewniając niską prędkość i brak zjawiska nagrzewania; podczas nawijania i rozwijania kabla można regulować jego naprężenie, aby go chronić.
Wady: wysoki poziom hałasu.
Zakres zastosowania: kable o parametrach poniżej 35 mm², takie jak elektryczne platformy, wózki, dźwigi wieżowe, suwnice pomostowe i bramowe, układarki i ładowarki oraz inny sprzęt i podobne warunki pracy. Nadaje się do mocowania kabli w punktach końcowych i środkowych.

4.4. Ulepszony bęben kablowy ze sprzęgłem magnetycznym

Zasada działania tego bębna kablowego jest taka sama jak powyżej. Silnik tarczowy lub silnik hamulcowy można wybrać w zależności od potrzeb użytkownika. Elektryczna metoda sterowania bębnem polega na tym, że silnik zwijający kabel pracuje, a silnik zwalniający kabel jest wyłączony.
Zalety: bardziej zwarta konstrukcja, niewielkie rozmiary, mała masa, łatwy montaż.
Wady: wysoki poziom hałasu.

4.5. Bęben kablowy silnika o długotrwałym momencie zatrzymania

Jako źródło zasilania zastosowano silnik momentowy z funkcją długotrwałego przeciągnięcia i samoregulacji prędkości. Prędkość wyjściowa silnika automatycznie spada wraz ze wzrostem obciążenia zewnętrznego, a prędkość nawijania kabla jest automatycznie dostosowywana do prędkości jazdy urządzenia. Podczas zwalniania kabla, pod wpływem naprężenia, moment obrotowy silnika przeciągnięcia jest przezwyciężany, co pozwala na synchroniczne zwolnienie kabla. Podczas parkowania i wyłączania zasilania, hamulec tarczowy silnika momentowego blokuje kabel, zapobiegając jego ślizganiu się.
Zalety: Silnik jest stale zasilany, sterowanie elektroniczne jest proste, można zmniejszyć współczynnik awaryjności, zakres nawijania kabla jest duży, a skok jest długi.
Wady: Podczas zwalniania linki konieczne jest pokonanie oporu momentu przeciągnięcia silnika, a przy używaniu linek o małej średnicy należy zachować ostrożność.
Zakres zastosowania: kable o dużych rozmiarach, takie jak układarki, mosty czy suwnice bramowe, a także urządzenia mobilne poruszające się na duże odległości. Urządzenia te nadają się do kotwienia kabli w punktach końcowych i środkowych.

4.6. Bęben kablowy histerezy

Tarcza wykonana z trwałej stali magnetycznej wytwarza zmienne, wielobiegunowe pole magnetyczne. Po przeciwnej stronie tarczy znajduje się silna tarcza indukcyjna. Gdy silnik wprawia tarczę indukcyjną w ruch obrotowy z dużą prędkością, tarcza magnetyczna jest wprawiana w ruch obrotowy za pomocą sprzęgła magnetycznego. Gdy obie tarcze mają poślizg, wielobiegunowa tarcza magnetyczna naprzemiennie magnesuje tarczę indukcyjną po przeciwnej stronie, generując w ten sposób moment obrotowy (tj. „sprzężenie magnetyczne”), który przeciwdziała temu poślizgowi i napędza (lub hamuje) tarczę magnetyczną. Bęben kablowy jest napędzany przez silnik, który przekazuje moc do sprzęgła histerezowego, a po wyhamowaniu, wzmocniony moment obrotowy jest przekazywany do bębna kablowego. Podczas pracy bębna kablowego silnik zawsze obraca się w kierunku nawijania kabla. Gdy urządzenie podnoszące oddala się od źródła zasilania, kabel ciągnie bęben do tyłu, powodując poślizg obu bębnów i zwolnienie kabla na bębnie. Moment pola magnetycznego sprzęgła histerezowego zawsze zapewnia, że ​​kabel jest naprężony podczas procesu zwalniania. Po powrocie urządzenia podnoszącego naprężenie kabla na bębnie zanika, a bęben zaczyna się obracać w kierunku nawijania, aby dokończyć nawijanie kabla.
Jego zalety to kompaktowa konstrukcja, łatwa instalacja i konserwacja, regulowany moment obrotowy w zależności od rzeczywistych warunków pracy, dobra funkcja samohamowania, brak konieczności instalowania hamulców oraz niezawodna praca bębna kablowego. Jego układ sterowania jest prosty i można go połączyć z układem sterowania ruchem do przodu i do tyłu urządzenia. Dopóki urządzenie pracuje, silnik bębna będzie działał, a kolejność faz nie ulegnie zmianie. Podczas pracy bębna kablowego, sprzęgło histerezowe może regulować prędkość zgodnie z prędkością obrotową urządzenia głównego, dzięki czemu prędkość liniowa bębna kablowego podczas zwijania i zwalniania kabla jest zsynchronizowana z prędkością obrotową urządzenia głównego.
Jego wadą jest to, że w przypadku dużej pojemności kabla i dużej wysokości montażu hosta, w celu zmniejszenia wzrostu temperatury wirnika i zwiększenia jego żywotności, konieczne jest przyjęcie koncepcji konstrukcyjnej wielogłowicowego małego momentu obrotowego, co jest stosunkowo drogie.
Nadaje się do ciężkich maszyn i urządzeń mobilnych, takich jak suwnice bramowe, dźwigi kontenerowe, ładowarki statkowe, dźwigi wieżowe itp. Urządzenia te nadają się do kotwiczenia kabli w punktach końcowych i środkowych.

4.7. Bęben kablowy o zmiennej częstotliwości

Silnik o zmiennej częstotliwości to konstrukcja instalacyjna B5, bezpośrednio połączona z wejściem reduktora. Jeden koniec wału wyjściowego reduktora jest połączony z bębnem kablowym za pomocą połączenia klinowego, a drugi koniec jest połączony z elektrycznym pierścieniem ślizgowym w skrzynce rozdzielczej. Reduktor i skrzynia przekładniowa pierścienia rozdzielczego są zamocowane na górze podstawy. Szafa sterownicza falownika jest niezależna od bębna kablowego, a odpowiednie miejsce montażu można dobrać w zależności od sytuacji. W trybie sterowania wektorem w pętli zamkniętej (z wektorowym sterowaniem czujnika prędkości) falownik wybiera tryb sterowania momentem obrotowym w pętli otwartej i oblicza rzeczywistą średnicę bębna kablowego poprzez całkowanie grubości, aby precyzyjnie sterować momentem wyjściowym silnika, zapewniając w ten sposób, że kabel nie będzie powodował zmian naprężenia spowodowanych zmianami średnicy bębna podczas nawijania, czyli że naprężenie kabla jest stałe. Bęben kablowy ma następujące zalety:
(1) Podczas procesu nawijania i rozwijania kabla, niezależnie od tego, gdzie na torze porusza się sprzęt, działające na niego napięcie jest zawsze stałe, a napięcie kabla można regulować dowolnie za pomocą wprowadzania parametrów falownika i obsługi pokrętła panelu skrzynki sterowniczej, co maksymalizuje ochronę kabla i znacznie wydłuża jego żywotność.

(2) Bęben może szybko reagować na zmiany prędkości roboczej urządzenia i może być zsynchronizowany z urządzeniem. Jego działanie jest precyzyjne i czułe.
(3) Przełamuje on ograniczenia tradycyjnych konstrukcji bębnów kablowych, takich jak silniki histerezowe i silniki momentowe. Nie jest ograniczony przez nadzwyczajne parametry techniczne kabla, długość nawijania, prędkość urządzenia i wysokość instalacji. Bęben kablowy w każdych złożonych warunkach roboczych jest napędzany silnikiem o zmiennej częstotliwości i różnej mocy.
(4) Posiada dużą zdolność adaptacji i może pracować nieprzerwanie pod dużym obciążeniem przez cały dzień.
(5) Bęben i urządzenie są połączone w celu zapewnienia ochrony operacyjnej, co skutecznie zapobiega wypadkom, takim jak zerwanie kabla.
(6) Silnik bębna jest precyzyjnie sterowany i chroniony przez przetwornicę częstotliwości, co pozwala na wydłużenie jego żywotności.
(7) Silnik z regulacją częstotliwości bębna kablowego może automatycznie zmieniać częstotliwość roboczą silnika z regulacją częstotliwości bębna w zależności od ustawionego napięcia i prędkości roboczej urządzenia głównego (wózka) oraz pracować normalnie z dowolną prędkością od 0 do n (gdzie n to prędkość asynchroniczna). Po wyłączeniu zasilania urządzenia głównego hamulec silnika z regulacją częstotliwości bębna kablowego hamuje, zapobiegając ślizganiu się kabla.
Zalety: możliwość dokładnej kontroli siły, najlepsza ochrona kabla i wydłużenie jego żywotności.
Wady: cena jest najwyższa wśród podobnych produktów
Zakres zastosowania: suwnice bramowe, dźwigi kontenerowe, ładowarki okrętowe, żurawie wieżowe i inne ciężkie maszyny i urządzenia mobilne.