隔爆型卷電纜裝置的製作方法

2023-05-29 08:47:36

專利名稱：隔爆型卷電纜裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種巻電纜裝置，尤其涉及一種用於煤礦井下移動設 備的電源電纜收放的隔爆型巻電纜裝置。
背景技術：
近年來，在煤炭行業中，短壁機械化開採、工作面掘進巷道中，
越來越多的大型行動裝置得到應用，如引進國外的12CM系列連續採 煤機、梭車、連續運輸系統等。這些設備在加快開採速度、提高作業 效率的同時也存在著不足之處，就是它們的電源電纜需要隨著設備的 移動而進行收放。例如美國JOY12CM連續採煤機，其電纜橫截面積 約95mm2，長達100多米，傳輸1140伏、400安的電流，然而移動時 往往只能靠人工拖拽，勞動強度很大，前進、後退極不方便，而且拉 纜人員在生產時完全暴露在空頂之下，易被冒頂、片幫所傷；靠近設 備時，則存在受煤機擠壓、被運煤車碰撞的危險。此外，如果電纜被 履帶擠壓或地板磨蹭損壞而漏電，會嚴重威脅拉纜人員的生命安全。
由於煤炭礦井的作業環境特殊，對電氣設備的結構以及防爆性能 有很高的要求。目前生產上可用的巻電纜設備或者比較簡易，性能無 法滿足要求；或者結構不合理，無法在井下應用；或者沒有進行防爆 設計或因其防爆性能而僅限用於小功率、過流量小的設備，根本無法 應用於井下大型行動裝置的大功率、大電流的工作條件。
為了確保作業人員的生命安全，減輕工人勞動強度，充分發揮大 型行動裝置的作用，實有必要設計一種能承載大電流、高電壓用於煤 礦井下行動裝置的隔爆型巻電纜裝置。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能承載大電流、高電壓的 隔爆型巻電纜裝置，可應用在煤礦井下作業的行動裝置上，從而配合
行動裝置的移動對其電纜進行收放。
為實現以上目的，本發明的隔爆型巻電纜裝置包括電纜巻筒總 成、防爆集流裝置和驅動裝置，所述電纜巻筒總成包括電纜巻筒、擋 盤以及空心的主軸，所述擋盤安裝在所述電纜巻筒的兩端，所述電纜
巻筒在驅動裝置的帶動下繞固定的主軸旋轉；所述防爆集流裝置設置 在電纜巻筒內部，包括防爆箱以及設置在防爆箱內部的電刷組件和滑 環組件，其中，所述電刷組件設置在防爆箱箱體上並可以隨電纜巻筒 一起繞固定在主軸上的滑環組件旋轉，所述電刷組件與供電的電源電 纜電性連接，所述滑環組件則通過線纜與待供電的設備連接。
優選地，所述滑環組件包括多個滑環，各個滑環及引線經過絕緣 材料澆鑄而成為整體，滑環表面及引線的端部暴露在絕緣材料之外。
優選地，所述電刷組件進一步包括保持架和兩個電刷，所述電刷 組件進一步包括橫架、連接板和電刷，兩個連接板通過樞軸可轉動地 連接在橫板的兩端，每個連接板的自由端通過樞軸與一個電刷形成可 轉動的連接，電刷在彈性元件的作用下緊壓在滑環表面。
更加優選地，所述電刷與滑環接觸的表面為弧形，且曲率與其對 應的滑環表面相同。
更加優選地，所述每個電刷連接兩個導電帶。
更加優選地，所述彈性元件為連接在兩連接板之間的彈簧。
優選地，所述巻電纜裝置進一步包括電纜排列裝置，所述電纜排 列裝置整體上平行於電纜巻筒總成，電纜經過電纜排列裝置後巻繞到 電纜巻筒上，所述電纜排列裝置包括絲槓、滑塊和設置在滑塊上的撥 纜環，所述絲槓為雙向絲槓，可在驅動裝置的帶動下旋轉，由此驅動 滑塊及穿過撥纜環的電纜在絲槓兩個端點之間往復運動。
優選地，所述驅動裝置通過鏈式傳動的方式帶動電纜巻筒和/或電 纜排列裝置中的絲槓旋轉。
優選地，所述巻電纜裝置進一步包括空巻保護裝置，所述空巻保 護裝置包括行程開關，所述行程開關設置在電纜巻筒上，並通過信號 線與相關的控制裝置連接，行程開關被巻繞在電纜巻筒上的電纜壓
下，當行程開關上的電纜被放出時，行程開關失壓彈起從而通知對應 的控制設備電纜巻筒已處於空纜狀態或者直接控制設備停止運行。
優選地，所述巻電纜裝置進一步包括過巻保護裝置，所述過巻保 護裝置包括撥板和行程開關，所述行程開關通過信號線與相關的控制 裝置連接，所述撥板位於所述擋盤之間的預定高度上但不隨擋盤旋 轉，電纜巻繞到所述高度時會通過撥板帶動行程開關動作，從而通知 對應的控制設備電纜巻筒已處於滿纜狀態或者直接控制設備停止運 行。
本發明的隔爆型巻電纜裝置解決了在礦井特定環境中收放大電 流、粗電纜的技術難題，提供了能適應大功率行動裝置電纜收放特殊
要求的巻電纜裝置，尤其是該裝置可承載1M0伏、400安以上的大波 動電流。通過應用本發明的隔爆型巻電纜裝置，解決了井下拉纜人員 的安全問題，減輕工人勞動強度，實現了大型行動裝置電纜收放的機 械化和自動化。而且，避免了收放過程中的擠壓、碰撞所造成的電纜 損壞，節約了電纜開支費用，同時減少停^L時間，^提高了生產效率。 僅以隔爆型巻電纜裝置配合連釆機作業為例進行計算，在使用20套 連採機進行生產的情況下，節餘人工開支、增加掘進米數以及節餘電 纜開支等所帶來的效益每年多達上億元。


圖1為本發明優選實施例的整體結構示意圖2為本發明優選實施例的側視示意圖3為本發明優選實施例的防爆集流裝置的橫截面示意圖。
具體實施例方式
本發明的隔爆型巻電纜裝置可以應用於煤礦井下的各種需要通 過電源電纜供電的行動裝置，為配合行動裝置在井下作業環境中使 用，本發明的巻電纜裝置在總體尺寸、安裝位置以及各單元布局等方 面都應該進行針對性的設計。器件的尺寸、結構強度應能滿足防爆要
求，裝置的總體尺寸(尤其是高度)應能滿足井下巷道高度的要求， 而且電纜巻筒結構的儲纜數量應該滿足掘進深度的需要。
下面以美國JOY12CM系列連續採煤機(以下簡稱連採機)為例， 結合附圖對本發明的優選實施方式進行詳細描述。在本優選實施例 中，巻電纜裝置安裝在連採機上部中間位置，各個部件安裝於加固的 底板上形成一個整體，底板傾斜、跨過運輸機通過支腿板連接到連採 機上，底板與運輸溜槽底板高度能確保煤流通過，這樣既不影響連採 機檢修，截割頭、運輸機升降和出煤，而且電纜走向合理，既不影響 運煤車受煤，又保證煤機司機視線清晰。
圖1、圖2示出了本發明的巻電纜裝置的整體結構。巻電纜裝置 由電纜巻筒總成IO、防爆集流裝置20、驅動裝置30以及電纜排列裝 置40等部分組成，各個部分通過相應的支架或類似結構連接在底板1 上。
如圖1所示，電纜巻筒總成10包括電纜巻筒11、主軸12和擋盤 16、 17。主軸12由圓鋼與厚壁鋼管、對輪等連接組成，其穿過電纜 巻筒ll的中心，兩端固定在巻電纜裝置兩邊的剛性支架上，主軸12 承擔電纜巻筒總成10、防爆集流裝置20以及巻繞的電纜的全部重量。 電纜巻筒11可通過安裝在主軸12上的軸承實現旋轉，擋盤16、 17 分別安裝於電纜巻筒11的兩端用以將巻繞在其上的電纜限定在兩個 擋盤之間。
防爆集流裝置20包括防爆箱21、電刷組件22、滑環組件23、進 線接線腔24以及出線接線腔25。如圖l所示，防爆集流裝置20設置 在電纜巻筒總成內部一側，防爆箱21為六邊柱狀，其側面同時是巻 繞電纜的電纜巻筒11表面的一部分。防爆箱21的一個蓋板與擋盤16 連接，另 一個蓋板則通過沿該圓盤狀蓋板圓周方向排列成籠狀的多根 平行鋼管與擋盤17連接，該籠狀結構也構成電纜巻筒11的一部分， 防爆箱21兩端的蓋板上分別安裝有鋼蓋雙密封軸承從而可以繞空心 軸上旋轉。
電刷組件22和滑環組件23都在防:曝箱21內部，電刷組件22安
裝於防爆箱21箱體上隨其一起旋轉，滑環組件23則固定於主軸12 上。進線接線腔24設置在巻筒11內部並與防爆箱21的蓋板連接， 電纜穿過形成電纜巻筒11的鋼管的間隙後進入進線接線腔24並與其 中的接線柱相連，出線接線腔25設置在空心主軸12的末端，電刷組 件22以及滑環組件23分別通過導線與進線接線腔24以及出線接線 腔25內的接線柱連接，連接出線接線腔25的導線穿過空心主軸12 上的開口穿過主軸到達出線接線腔25。出線接線腔25的^J妄線柱則 經由電纜連接到連採機的供電系統。
綜合考慮需要承載的電流大、環境震動大、自身重量大等因素， 為提高工作時的可靠性，本發明對電刷組件22、滑環組件23的結構 進4亍了專門的i殳計。
如圖3所示，電刷組件22包括4黃架221、連接板222、電刷223、 彈簧224和導電帶225等。橫板221固定在連接防爆箱21箱體上， 兩個連接板222通過樞軸可轉動地連接在橫板221的兩端，兩連接板 222的中部通過彈簧224拉緊，連接板222的自由端則通過樞軸與電 刷223形成可轉動的連接，電刷223與滑環接觸的表面為弧形且曲率 與其對應的滑環表面相同，裝配後，電刷223在彈簧224拉力的作用 下緊壓在滑環表面，而且由於整個電刷組件22結構對稱，相對滑環 組件23在正反兩個方向上旋轉時都能確保器件的可靠性。每個電刷 223通過兩根導電帶225與進入防爆箱的線纜連接。
滑環組件23是由多個滑環231及其引線經過絕緣材料澆鑄而形 成的整體，滑環表面及引線的端部暴露在絕緣材料之外。 一方面，這 樣的結構可以防止工作時的震動引起各個滑環及引線位置的相對移 動，進而避免間距變小產生火花放電；另一方面，絕緣材料的高介電 常數也為器件承受較大的電壓提供了保障。本例中的滑環組件23是 將四個滑環231鑄造為一體並固定在主軸12上不轉動，電刷組件22 隨著防爆箱21 —起繞主軸12旋轉，通過兩者的滑動接觸實現了從礦 井供電系統經電纜到連採機的電力傳輸。
考慮到電刷223、滑環231的接觸壓力、摩擦係數，接觸面積、
承載電流的大小、散熱、體積、形狀、材質及製作工藝等因素。為了 確保工作時的可靠性和使用壽命，本例中選用了進口合金電刷。
為使防爆集流裝置20滿足煤炭礦井環境下的防爆要求，並可同 時承載較大電流，防爆箱形狀、體積、密閉效果以及抗壓強度，導電 部件的尺寸、形狀、位置、間隔以及導電性，電刷與滑環的接觸面積、 壓力、摩擦力以及兩者的材質、形狀，軸承的密封性，防爆接合面的 設置，電纜的彎曲程度以及固定方式等諸多方面都應該參照相關的防 爆標準進行計算和設計。
驅動裝置30包括液壓馬達31、鏈輪32、 33、 34、 35以及鏈條 36、 37。鏈輪33、 34與電纜巻筒11共軸設置並分別固定於擋盤16、 17的外側，液壓馬達31通過鏈輪32、 33以及鏈條36的配合帶動電 纜巻筒11旋轉，鏈輪34通過鏈條37帶動設置在電纜排列裝置40中 的鏈輪35旋轉。本實施例中液壓馬達通過油管與連採機液壓迴路、 油箱以及液壓控制閥連接，共同組成液壓系統，通過切換控制閥可控 制電纜巻筒11的旋轉方向和速度。液壓控制閥設置於駕駛室內以便 於司機操作，此外其還可與連採機先導閥串接在一起(其上有電磁閥， 可遙控操作)以方便控制。
如圖1所示，電纜排列裝置40整體上平行於電纜巻筒11設置在 巻電纜裝置的前部，電纜經過電纜排列裝置40排列後可以整齊地排 列在電纜巻筒11上，可以防止電纜在局部堆疊並充分利用擋盤16、 17之間的空間。電纜排列裝置40包括絲槓41、光槓42、 43、滑塊 45、撥纜環46組成。絲槓41、光槓42、 43相互平4於地設置在支架上， 絲槓41可通過鏈輪34、 35以及鏈條37的配合而由電纜巻筒11帶動 同步旋轉。絲槓41為雙向絲槓，因此可驅動滑塊45沿光槓42、 43 在絲槓41的兩個端點之間作往復式運動。撥纜環46固定於滑塊45 上，可隨著電纜巻筒11的旋轉將穿過其中的電纜有序地排列在電纜 巻筒11上。這裡鏈輪34、 35的轉速比以及滑塊45與絲槓之間的傳 動比應該根據電纜巻筒的尺寸、電纜的粗細進行設計，以保證電纜巻 筒每旋轉一圏滑塊在絲槓的帶動下移動大約電纜直徑的距離。由於排
列機構上的拔纜環46受到的橫向拉力很大，為防止變形應設置限位 裝置。
此外，本發明的巻電纜裝置在電纜排列裝置的前方還設有導向託 滾架50,用以防止電纜與巻電纜裝置的其它部分或與行動裝置及其它 作業機械發生刮蹭而造成磨損，在本優選實施例中，由於巻電纜裝置 設置在連採機上部中間位置，連採機電纜經駕駛室一側頂部進入電纜 巻筒，因此在駕駛室頂部護板上安裝了一個小託滾架，對電纜起導向、 託滾作用。
在實際生產中，當電纜巻筒上巻繞的電纜全部;^丈出(空纜狀態) 或者電纜巻筒上已經繞滿電纜(滿纜狀態)時，應該及時停止移動設 備的移動或者停止巻電纜裝置的巻繞，以免對巻電纜裝置、電纜或者 供電設備造成破壞。為此，本發明的巻電纜裝置還設有空巻保護裝置 和過巻保護裝置。
在本實施例中，空巻保護裝置可通過"^殳置在電纜巻筒11上的行 程開關61實現，該行程開關61被連接至行動裝置的控制裝置，大多 數時候行程開關61被巻繞在電纜巻筒上的電纜壓下，但當電纜巻筒 11上剩餘的電纜小於5圏時，行程開關61失壓彈起從而通知移動設 備電纜巻筒已處於空纜狀態或者直接控制設備停止運行，從而可以避 免設備和電纜被拉壞。
類似地，過巻保護裝置也可採用設置在特定位置的行程開關實 現。在本實施例中，在兩擋盤之間一定高度的位置上設置撥板，撥板 不隨擋盤旋轉，當電纜巻繞到撥板所在的高度時會通過撥板帶動行程 開關動作，從而通知對應的控制設備電纜巻筒已處於滿纜狀態或者直 接控制設備停止運行。
為了防止本發明的巻電纜裝置由於冒頂、碰撞等情況而受到破 壞，還應該設置頂板、底板等防護組件。在本實施例中，頂板、底板 均由厚鋼板製成。考慮到震動、拆裝及維修的方便性等因素，將底板 通過支腿板連接到焊接在連採機中部大梁上的鋼板上，支腿板與鋼板 用高強度螺栓連接。而在考慮巷道高度和電纜巻筒總體尺寸以及對局
部冒頂承受能力，安裝、維修方便等因素後，將四根厚壁鋼管焊接於 電纜巻筒底板上，再將其與伸縮管、頂板連接。
本實施例中的巻電纜裝置並不限於使用在連採機上，可與任何需 要對電源電纜進行巻繞的行動裝置配合使用，尤其適用於煤炭礦井等 具有較高防爆要求的環境下、需要使用較高電壓過流量較大的大型移 動設備。
雖然這裡是通過上述的優選實施例對本發明進行說明，但本領域 技術人員應該了解，本發明並不局限於該實施例中描述的特定的實現 方式，在不脫離本發明實質和精神的範圍內，可以對各單元的布局、 各部分的結構以及實現方式進行修改和變化。
權利要求
1.一種隔爆型卷電纜裝置包括電纜捲筒總成、防爆集流裝置和驅動裝置，所述電纜捲筒總成包括電纜捲筒、擋盤以及空心的主軸，所述擋盤安裝在所述電纜捲筒的兩端，所述電纜捲筒在驅動裝置的帶動下繞固定的主軸旋轉；所述防爆集流裝置設置在電纜捲筒內部，包括防爆箱以及設置在防爆箱內部的電刷組件和滑環組件，其特徵在於，所述電刷組件設置在防爆箱箱體上並可以隨電纜捲筒一起繞固定在主軸上的滑環組件旋轉，所述電刷組件與供電的電源電纜電性連接，所述滑環組件則通過線纜與待供電的設備連接。
2. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述滑 環組件包括多個滑環，各個滑環及引線經過絕緣材料澆鑄而成為整體， 滑環表面及引線的端部暴露在絕緣材料之外。
3. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述電 刷組件進一步包括橫架、連接板和電刷，兩個連接板通過樞軸可轉動地 連接在橫板的兩端，每個連接板的自由端通過樞軸與一個電刷形成可轉 動的連接，電刷在彈性元件的作用下緊壓在滑環表面。
4. 根據權利要求3所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述電 刷與滑環接觸的表面為弧形，且曲率與其對應的滑環表面相同。
5. 根據權利要求3或4所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所 述每個電刷連接兩個導電帶。
6. 根據權利要求5所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述彈 性元件為連接在兩連接板之間的彈簧。
7. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述巻 電纜裝置進一步包括電纜排列裝置，所述電纜排列裝置整體上平行於電 纜巻筒總成，電纜經過電纜排列裝置後巻繞到電纜巻筒上，所述電纜排 列裝置包括絲槓、滑塊和設置在滑塊上的撥纜環，所述絲槓為雙向絲槓， 可在驅動裝置的帶動下旋轉，由此驅動滑塊及穿過撥纜環的電纜在絲槓 兩個端點之間往復運動。
8. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述驅 動裝置通過鏈式傳動的方式帶動電纜巻筒和/或電纜排列裝置中的絲槓旋 轉。
9. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述巻 電纜裝置進一步包括空巻保護裝置，所述空巻保護裝置包括行程開關， 所述行程開關設置在電纜巻筒上，並通過信號線與相關的控制裝置連接， 行程開關被巻繞在電纜巻筒上的電纜壓下，當行程開關上的電纜被放出 時，行程開關失壓彈起從而通知對應的控制設備電纜巻筒已處於空纜狀 態或者直接控制設備停止運行。
10. 根據權利要求1所述的隔爆型巻電纜裝置，其特徵在於，所述巻 電纜裝置進一步包括過巻保護裝置，所述過巻保護裝置包括撥板和行程 開關，所述行程開關通過信號線與相關的控制裝置連接，所述撥^1位於 所述擋盤之間的預定高度上但不隨擋盤旋轉，電纜巻繞到所述高度時會 通過撥板帶動行程開關動作，從而通知對應的控制設備電纜巻筒已處於 滿纜狀態或者直接控制設備停止運行。
全文摘要
一種隔爆型卷電纜裝置包括電纜捲筒總成、防爆集流裝置和驅動裝置，所述電纜捲筒總成包括電纜捲筒、擋盤以及空心的主軸，所述擋盤安裝在所述電纜捲筒的兩端，所述驅動裝置包括馬達和傳動機構，所述電纜捲筒在驅動裝置的帶動下繞固定的主軸旋轉，所述防爆集流裝置設置在電纜捲筒內部，包括防爆箱、電刷組件、滑環組件，其中所述電刷組件設置在防爆箱箱體上並可以隨電纜捲筒一起繞固定在主軸上的滑環組件旋轉，所述電刷組件與所述電纜電性連接，所述滑環組件則通過線纜與待供電的設備連接。本發明的隔爆型卷電纜裝置適用於在煤炭礦井等特定環境中，對行動裝置的傳輸大電流、高電壓的電源電纜進行收放。
文檔編號H01R39/00GK101110515SQ20071011984
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月1日 優先權日2007年8月1日
發明者魏文玉 申請人:中國神華能源股份有限公司