本文以施工升降机电源设计为研究对象,首先论述传统供电系统原理及优劣势,并针对其存在局限性提出滑触
线供电系统,以此替代传统电缆供电的方式,对滑触线供电系统原理、优势及系统设计进行具体分析,旨在提升施工升降
机作业效率、安全性、稳定性
外层橡胶对温度的变化不同,电缆使用过程中会扭转,
电缆扭转后无法复原,越长的电缆扭曲的可能性越大,
导致电缆破损停电,影响施工升降机工作。
( 3)供电系统损坏。施工升降机供电系统无可靠
防护罩,从作业面上掉落杂物容易损坏供电系统,从而
导致供电系统故障和中断施工升降机作业;电缆长期上
下拖拉运行,尤其在大风天气时大幅度晃动存在断裂风
险,对运行造成重大安全隐患、
( 4)有效载荷损失。施工升降机电缆的自重降低
了有效载荷能力,同时增加了安全保护装置工作负荷。
综上所述,传统供电系统使用过程中存在风险,
一旦出现故障,修复速度慢,降低了施工效率,增加施
工成本。
3 滑触线供电系统
3.1 滑触线供电系统原理
滑触线供电系统是一种典型的接触式供电系统,
配电柜出线与滑触线连接,通过集电极在母线槽滑动取
电,达到为移动设备供电的目的。如图 1 所示。
3.2 滑触线供电系统应用优势
( 1)滑触线供电系统与外部环境相对独立,外部
环境对滑触线影响较小,能有效解决大风天气影响施工
安全,同时避免电缆断裂下坠造成安全事故的风险,更
高的安全性。( 2)滑触线供电系统采用固定安装,施
工电梯采用集电器在母线槽滑动取电、供电。集电器运
动只要几斤的拉力,和
上百米电缆自重比较大
大降低能耗,同时降低
吊篮负重能减少施工升
降机的电机和齿轮机械
磨损,提升施工升降机
使用寿命,更好的效益。
可按进度、高度加减节安装,更加便利。分节设计,零
部件可单独更换,使用过程中故障排除及修理比传统供
电方式更方便。( 4)传统铜芯电缆回收和二次使用价
值高且无有效保护,被盗风险高。滑触线供电系统可重
复使用 5 年以上。传统电缆的平均使用寿命 1~2 年,滑
触线使用寿命是传统电缆 2~3 倍,具有更好的经济性。
3.3 滑触线供电系统设计
滑触线供电系统有三大要素需要进行设计:( 1)
壳体,用来装载和保护导线,采分段制造的,一般都制
作成标准件,可以根据需求自行增减长度;( 2)连接
各部分的组件紧固件;( 3)与导体接触并将电力传输
到移动设备的集电极。滑触线供电系统根据施工现场的
条件差异,部件应重新设计及论证。
3.3.1 壳体设计
在设计壳体时要考虑保护导体免受外部环境影响
的所有因素。必须具备功能包括:抵抗环境变化,保护
导体免受异物损坏,较高的安装拆卸效率,足够装下导
体容量;根据性能要求,外壳的设计考虑取决于材料、
形状、长度、保护功能和导体尺寸。
( 1)壳体材料不应受到外界温度变化的影响,
其刚度足以抵抗风荷载,并且应轻便,便于运输和安
装。高强度聚氯乙烯( PVC)作为广泛用作建筑材料
具有极其出色的机械强度,其线性膨胀系数极低,为
50.4×10-6m/℃,当温度从 0℃升至 40℃时仅发生 2mm
的膨胀。 PVC 的比重为 1.45,约为铝( 2.7)的一半,
因此对运输及安装拆卸工作都很安全。外壳的形状和长
度应产生足够的刚度抵抗风荷载和异物的渗透并允许方
便物料运输和扩展工作方便。( 2)由于垂直使用壳体
承受风载荷较,其厚度和形状应设计得坚固足以抵抗风
荷载,因此壳体厚度至少为 3mm;壳体横截面尺寸根
据使用施工升降机参数进行设计。以某品牌双笼施工升
降机为例,额定电压 380V,额定电流 120A。导体的额
定的载流量与其横截面积成正比,查阅资料可得,导体
与集电器的接触横截面积不小于 50mm2;此外为保障
滑触线有足够刚度,滑触线的单位长度不宜过长,选择
2 个施工升降机标准节长度为 3m。( 3)壳体一侧必须
留有集电极与导体的接触的开口,为保障壳体对导体的
保护,减少雨水、浮尘侵蚀,提高防护等级。因此,需
要在集电极与导体接触时设置自动开闭的小装置。增加
橡胶挡板固定在壳体一侧,当集电器划入和划出壳体时,
挡板会打开和关闭。
3.3.2 滑触线连接装置设计
两个相邻的滑触线标准件连接时,应考虑温度变
化,安拆效率,导体保护等因素。设计时首先要预留适
当的间隙应对导体及壳体组成接头随温度升高而膨胀引
起的形变,当施工现场的环境温度在 -30℃ ~40℃之间
变化时,线性膨胀系数为 50.4×10-6m/℃的壳体*大形
变量 4mm。线性膨胀系数为 16.7×10-6m/℃的导体*
大形变量是 1.3mm。因此设计时形变量更大的壳体长
度作为参考标准,必须保障 4mm 的接头间隙。
滑触线通过连接板开孔与导体重叠位置开孔使用
螺栓硬连接的方式,除了安拆效率不高且会对导体热胀
冷缩起限制作用,需要在滑触线系统多处增加补偿装置。
此外,还会存在滑触线使用过程中错位风险。
通过改进设计滑触线连接方式:该连接系统类似
与气路的快速接头,先将导体插入接头中。通过在接头
的上段的弹簧压板固定住,然后把接头与壳体连接卡槽
卡住,工人只需将接头插入外壳,无需任何额外的工具,
就可以快速地将滑触线进行连接。*后,接头与壳体形
成一个整体,保护导体不受外来因素影响,而两根滑触
线内部导体任具有相对独立的延展空间。即保障导体可
以根据温度变化进行自有伸缩,同时兼顾连接的效率。
3.3.3 集电器装置设计
滑触线集电器设计时要考虑因素包括:良好的动
力传导性,*大限度地减少橡胶盖的磨损,并能抵抗提
升机的振动;当集电器的碳刷经过滑触线时,集电器会
与橡胶盖板不断摩擦,造成部件磨损。所以集电器的两
端都设计成流线型,接触面为圆弧形,*大限度地减少
磨损,同时利于橡胶挡板顺利的开启和关闭。
集电器安装在吊笼上,设计时应考虑吊笼振动对
集电器的影响。采用硬连接,集电器和滑触线在运行中
存在因振动损坏风险。设计集电器时参考摄像机稳定器
原理,保障其在水平垂直方向足够的自有度。可以防止
集电器脱落、损坏等情况发生。
3.3.4 滑触线供电系统安装
通过对滑触线供电系统的设计改进工作,其特性
已适用于垂直使用的施工升降机。安装时将单根滑触线
使用固定夹拼成 380V 供电线组,再拼装好供电线组固
定在标准件上的安装支架上,嘴周固定在吊笼上的集电
器与滑触线组合,调试形成整体,*后通电进行试车。