鐵液輸送系統移動供電方式選擇

楊 鵬，鄒金玉，曹 偉

（1.中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066200；2.中國汽車工業工程有限公司，天津 300113）

0 引言

過去冶金鑄造生產行業中，電爐熔煉出的鐵液運輸至澆注位置多采用環形導軌高空運輸、地面叉車運輸、起重機吊運等，需要較多人力輔助，勞動強度大，危險性高。為此，以輸送輥道、鐵液轉運車、升降設備、倒包設備等自動化裝備為主的鐵液輸送系統得到了較為廣泛的發展和應用。鐵液輸送系統通過電氣系統對機械設備的合理控制，實現鐵液轉運包的自動輸送，各裝備的供電尤其是移動設備的穩定供電是實現系統高效安全運行以及連續生產的重要保障。隨著電氣自動化的控制要求和安全性能要求越來越高以及設備運行的往復性特點，其供電方式的安全可靠性顯得愈加重要。

1 移動供電的主要類型

1.1 電纜拖鏈

電纜拖鏈是將設備所用電纜規整地放置在形似坦克鏈的鏈條內部，拖鏈一端連接在移動設備上（移動端），另一端連接在行程進線端處（固定端），整體置于特制的導軌或滑槽之上，拖鏈移動端隨著設備的運行同步移動，對移動設備進行供電。拖鏈的固定端通常設置在靠近設備行程的中間位置，并留有一定長度的安全余量[1]。

電纜拖鏈通常包含拖鏈、導軌、滑槽、支架、浮動頭等部件。拖鏈由多個單元鏈節組合而成，不同鏈節之間能夠自由轉動，每個鏈節的蓋板都可打開，內部有分隔片隔開空間，便于電纜放入并歸置。根據材質種類拖鏈可分為鋼制拖鏈、塑料拖鏈，其結構形式通常有橋式、封閉以及半封閉式。

應用特點：

（1）對電纜斷面樣式沒有嚴格要求，可多根排列；

（2）對內置電纜有保護作用；

（3）傳輸介質多樣化，可放置不同電壓等級的電線電纜以及氣管、油管等管線；

（4）無需額外的驅動和控制系統；

（5）具有較高的強度、韌性、耐磨性以及耐腐蝕性；

（6）對移動設備的移動速度和距離適應性強；

（7）拖鏈的每一節都可打開，便于安裝和維修；

（8）對安裝運行場合要求高，運行軌道上不能夠出現大的異物；

（9）對安裝在里面的電纜及其他管線的尺寸與彎曲半徑有一定要求；

（10）適用于運動距離較短的場合（通常＜20 m）；

（11）只適用于單方向運動的場合，可用于前后或上下運動。

1.2 滑觸線

滑觸線是沿著移動設備的運行軌道平行鋪設若干條導體且接通電源，在移動的設備上安裝可以從導體上取電的集電器，設備移動時，集電器隨設備同步運行，隨時從導體上取得電力輸送給設備，實現對移動設備的供電[2]。

滑觸線一般由護套、導軌、集電器以及其他輔助部件（固定夾、端頭、支架、熱膨脹補償部件和絕緣部件等）組成。護套是一根半封閉的導管狀部件，內部可鋪設一定數量的導軌，護套材質一般為高絕緣性能的工程塑料；導軌的主材質為銅，根據截面積以及長度不同有多種型號；集電器是在護套管內圓形的電刷殼架，在移動過程中連通導軌與設備用電元件。

滑觸線通常選用安全滑觸線，其防護等級和絕緣性能較好，安全性高。

應用特點：

（1）架線簡單，受移動軌跡影響小，能夠沿著設備運行路線（直線或彎曲）鋪設；

（2）可支持高速運動，運行速度可高達340 m/min；

（3）每段可以單獨更換，安裝檢修維護方便，費用低；

（4）安全滑觸線安裝空間內會對其他設備運行或人員通行造成限制；

（5）滑觸線內積聚粉塵過多可能造成接觸不良，出現電閃擊或者欠相現象；

（6）集電器碳刷磨損至一定程度會存在虛觸，產生火花、電灼傷等現象，需頻繁更換；

（7）供電距離受空間與壓降限制，不適于傳送較高等級的電壓。

1.3 電纜卷筒

電纜卷筒是將電纜一端連接在固定于設備上的卷筒上（移動端），一端連接地面供電處（固定端），電纜主體纏繞在卷筒槽內，隨設備的移動進行同步收緊或放松，實現對設備的移動電力供給。電纜卷筒由驅動裝置、卷盤、動力及控制卷筒控制柜、中心集電器、防電纜拉斷的拉力保護裝置及相應的限位、鋪設電機及限位用的動力和控制電纜等組成。根據驅動形式，電纜卷筒通常劃分為兩大類：彈簧式和電動式。彈簧式電纜卷筒多采用發條式卷纜器技術，以蝸卷彈簧作為動力，憑借其可儲能性自動卷取電纜，主要有滑環內裝式、滑環外裝式、懸臂式三種結構。電動式電纜卷筒則以電機為驅動源，匹配設備移動速度自動卷取電纜，有力矩式、磁滯式、半液力半摩擦式等型式[3]。

應用特點：

（1）彈簧式電纜卷筒適用于截面積較小、距離較短電纜卷?。ㄒ话悴怀^120 m）；

（2）電動式電纜卷筒適用于截面積較大、距離較長電纜卷?。ㄒ话愦笥?00 m）；

（3）可采用高壓電纜，能實現遠距離、大負荷供電；

（4）對電纜抗拉強度、抗彎性能要求高，電纜造價較高；

（5）傳輸低壓信號存在明顯的衰減效應，需增加必要的信號處理措施；

（6）每個卷筒一般只安裝一根電纜，不適合于電纜連接多的場合；

（7）適用于單線往復運動場合；

（8）電纜通常放置于地上，存在人踩車壓、折斷磨損的可能；

（9）電動式較彈簧式價格更高。

1.4 電纜滑車

電纜滑車是將軌道沿工作路徑懸吊安裝，扁平電纜一端連接在導軌的始端固定器上（固定端），另一端連接在臺車上（移動端），電纜主體中間根據需要設置若干自由小車，移動端臺車移動帶動電纜、電纜拖動中間各臺車（若距離超過20 m 需要考慮采用牽引繩），實現供電時與設備的同步移動。

電纜滑車通常包括軌道、攜纜臺車、扁平電纜以及懸吊、固定等部件。軌道一般采用冷軋鋼板一次冷拉成型，由多個單元軌道組合可滿足不同長度需要；臺車數量一般設置為軌道總長度的1/2，依據電纜允許下垂量調整臺車個數；扁平電纜多采用非延展性材料制成，彎曲半徑較圓電纜更小，耐用性更強[4]。

應用特點：

（1）結構簡單，導軌安裝方便，基本無需調試；

（2）供電方式為無觸點供電，穩定性好；

（3）可接觸油污，具有耐氣候性能，壽命周期較長；

（4）行走時通過滑車之間依次牽引，不適合長距離供電；

（5）受空間限制，電纜懸垂長度會影響臺車數目，如臺車數量太多，可能出現電纜間摩擦以及卡阻情況；

（6）適用于少量電纜的連接。

1.5 低壓導軌供電

低壓導軌供電是對設備行走導軌通電處理，將380 V 電源電壓通過降壓變壓器降壓到安全電壓36 V（或24 V）接至導軌上，通過設備行走車輪以及取電裝置把低壓電輸送到車上的升壓變壓器（或整流處理模塊），將低壓電升壓至380 V（或直流36 V 等）用于電動機工作電壓，實現對設備運行的移動供電。

低壓導軌供電通常包括地面控制降壓系統、導軌、取電壓塊、車載升壓系統（或其他整流調壓模塊）等。380V 電源電壓多為單相電或者三相電，軌道低壓供電分為兩相低壓供電或三相低壓供電，其中三相低壓電需要引入導電柱；取電壓塊安裝位置可以在車輪上或者軌道上，不同安裝位置的供電效果不同，對設備安裝的要求也有不同。

應用特點：

（1）安全性高，不怕觸電、燙傷、不怕砸壞；

（2）無需電纜，不會妨礙交叉運輸；

（3）不受運動軌跡限制，可以直道、彎道以及環形道上運行；

（4）不受移動距離限制，可以適當調整降壓變壓器的數量；

（5）對設備絕緣性能要求比較高，避免短路；

（6）在車輪上取電對設備安裝精度要求較高，在軌道上取電對軌道清潔度要求較高；

（7）適用于運行速度較低設備（不超過25 m/min）；

（8）可適用供電電機功率不高的情況（通常不超過8 kW）。

1.6 無線供電

無線供電是借助于電磁場或者電磁波進行能量傳遞的一種技術，稱為無線電能傳輸（WPT）。無線電能傳輸又稱為無線電力傳輸、非接觸電能傳輸，是指通過發射器將電能轉換為其他形式的中繼能量（如電磁場能、激光、微波及機械波等），隔空傳輸一段距離后，再通過安裝在移動設備上的接收器將中繼能量轉換為電能，實現無線電能傳輸。

無線電能傳輸根據傳輸原理主要分為電磁場感應耦合式、磁諧振耦合式、微波輻射式三類，目前電磁場感應耦合式更加成熟，應用比較廣泛。電磁場耦合感應式無線供電系統一般包括軌道電源模塊、初級線圈軌道、整流器、集電器、DAT 組件、邏輯控制器等。無線供電技術目前在電動汽車、軌道交通、物流運輸等行業已得到了較好的應用。

應用特點：

（1）非接觸式供電，避免接觸不良，安全性高；（2）支持設備高速度運行；

（3）維修和操作費用低，沒有磨損機械零部件；

（4）不受設備運行軌跡影響；

（5）造價昂貴，投入成本較高；

（6）系統復雜，需要配置供電控制系統。

2 鐵液輸送系統移動供電選用原則

鐵液輸送系統裝備的負載大、工作環境比較惡劣（溫度高、煙塵量大），爐前設備常有鐵液飛濺（甚至鐵液灑落）。在選擇移動供電方式時首先要滿足對于供電參數的要求，其次要求工作時盡量匹配設備運行狀態，可靠性高，減少故障率，確保設備安全、穩定運行。對移動供電方式的選用原則（或考慮因素）通常包括：

（1）滿足設備正常運行的電力（也可能包括液壓、氣動）需要；

（2）滿足設備的運行距離以及速度需要；

（3）滿足設備的運行軌跡（直線或者彎曲）需要；

（4）滿足移動設備上的允許安裝方式及空間限制；

（5）考慮是否可能存在重物掉落砸損的風險；

（6）考慮是否可能出現鐵液濺落燙損的風險；

（7）考慮是否可能出現灰渣堵塞卡死的情況；

（8）考慮惡劣環境情況下是否容易存在虛接、短路的情況；

（9）考慮是否便于設置防護措施；

（10）對于坑中空間，是否會存在積水、積塵的情況；

（11）對于地面空間，是否可能阻礙人員、叉車或其他設備通行；

（12）對于空中空間，是否會阻礙起重機吊裝工作；

（13）考慮供電設備能夠正常工作條件下的故障率以及生命周期；

（14）考慮是否便于正常維護維修；

（15）考慮造價成本以及維護成本是否滿足預期；

（16）備品備件購買周期是否合適。

3 鐵液輸送設備的常用移動供電方式

3.1 地面轉運設備

用于在地面轉運鐵液包，可分為爐前轉運車和中間轉運車兩種。

爐前轉運車通常位于電爐前面，將滿包轉送至其他設備或空包轉運到爐前，主要是直線往復運動，運行距離隨電爐數量和間距而定（一般大于20 m），小車運行時經常有鐵液飛濺，容易對設備電氣元件造成堵塞或者燙傷。一般可考慮采用電纜卷筒（優選）或者滑觸線，尤其注意需要做好防護措施。

中間轉運車用于在不同路線設備之間轉運鐵液包，主要為直線往復運動，受爐前鐵渣飛濺影響較小。一般優先電纜拖鏈，如距離太大可根據情況選用電纜卷筒或滑觸線。

3.2 垂直升降設備

用于提升鐵液包至一定高度轉運或倒包，主要為較短距離的上下往復運動，一般考慮選用電纜拖鏈。

3.3 高平面移動設備

用于移動鐵液包至指定位置倒包，主要為直線往復運動，一般考慮選用電纜拖鏈，也可根據情況選擇用電纜滑車。

4 結語

鐵液輸送系統的工作環境較為惡劣，設備安全性要求較高，因此選擇合適的供電方式確保移動設備可以正常穩定運行極其重要。選擇供電方式時應當結合安全性、適用性、工作參數、工況環境以及成本等各個方面綜合考慮。本文通過對常用移動供電方式的介紹以及在鐵液輸送系統中的應用分析，為工程項目的設計以及設備供電方式的更好選擇提供一定參考。