摘 要：本装置属于冶金设备，涉及一种用于带钢处理线清洗段换辊小车的电缆和端子箱保护装置。带钢处理线清洗段内设置有刷辊、挤干辊等功能辊，起到对带钢的传送、工艺涂刷和表面处理、残液挤干等作用。一般清洗段长约30到50米不等，布置在操作侧的换辊小车，可以纵向移动到每一个功能辊位置，更换被磨损的旧辊。为了节省电缆，驱动换辊小车的电缆起点及端子箱要布置在清洗段全长的中间位置，由此带来了电缆的固定和左右摆动问题。为了使左右摆动的电缆不受损伤，并实现对与电缆连接的端子箱的保护，我公司开发设计出了一种新型的电缆和端子箱保护装置。
　　关键词：带钢处理线;清洗段;换辊小车;电缆卷筒;电缆;端子箱;保护装置
　　0 背景介绍
　　布置在带钢处理线的清洗段操作侧的换辊小车，可以纵向移动到每一个清洗槽的各种功能辊位置，然后横向移动，将已被磨损的旧辊从清洗槽中拉出来，再把新辊送入清洗槽，实现换辊操作。动力、控制和信号电缆从换辊小车上的電动机、传感器等用电装置引出后，先缠绕在安装在换辊小车上的电缆卷筒上，卷筒驱动电机随换辊小车的纵向行走不断旋转，带动卷筒转动来收放电缆，从该卷筒上继续引出的电缆下到地面，沿着设在地面的导向槽延伸，最终电缆端部固定在换辊车纵向行走距离的中间位置，并接线进入也设在此位置的端子箱。设在中间位置的好处有两个：一个是可以节省一半电缆，即假如清洗段有50米长，那么只用25米多点的电缆即可，能保证换辊小车可以去到中间位置左侧或右侧的任何地方;另一个是卷筒可以降低一半的电缆容量，可以减小电缆卷筒及驱动电机的载荷，节省电缆卷筒和驱动电机的设备购买费用。
　　但同时，电缆端部和端子箱设在中间位置也带来了一些问题，要保证电缆能正常工作，必须满足三方面的要求：一是要能固定住电缆，二是能使电缆随换辊小车在中间位置的两侧而能够左右摆动，三是使电缆承受的拉力不超过许用拉力。在中间位置对电缆端部的固定方法，传统上一般只考虑在端子箱出线处用夹子对电缆夹紧固定，但是电缆固定点与换辊小车上卷筒之间不可避免存在拉力，在某些工况下例如电缆卷筒的电机没有跟换辊小车的行走保持同步，在此极端情况下可能会将电缆在薄弱处，或在端子箱接线处拉断，对电缆和端子箱都造成破坏。另外，更重要的是，简单的固定不仅满足不了电缆摆动的弯曲半径要求，而且电缆会被左右不断地弯折，工作时间一长很容易会折断电缆。
　　为了将电缆的出线端部固定，满足对电缆的弯曲半径要求，不使电缆承受超过许用的拉力，以及防止折断电缆，避免将电缆从端子箱接头处拉断，我公司研究开发出了一种满足以上工作要求并具有应急保护功能的电缆和端子箱保护装置，将引出端子箱的电缆，先经过该保护装置，再经地面延伸接入换辊小车的电缆卷筒，即可实现保护。
　　1 整机工作原理
　　该电缆和端子箱保护装置（见图一），包括固定座1、固定夹子2、滑动支座3、滑动转向轮4、弹簧5、限位系统、导向系统等;限位系统（见图一和二）由开关支架6、限位开关7、限位挡板8、限位拉绳9、拉线开关10等组成;导向系统（见图一和图三）由圆筒支架11、导向圆筒12、压板13等组成。端子箱水平放置，电缆从端子箱引出后，从固定座的中心穿过，先在固定座处用固定夹子固定，再经滑动转向轮90°偏转向上，在固定在地面的导向圆筒上缠绕1～2圈，再向左或向右沿着设置在地面的导向槽延伸，然后缠绕在换辊小车的电缆圆筒上，最终接入固定在换辊小车的电动机和电气开关等用电装置。
　　滑动支座固定在45°斜坡上，滑动转向轮为整体焊接结构，轮不需要能够旋转，滑动支座和滑动转向轮之间有弹簧连接，弹簧的拉力连同导向圆筒与缠绕电缆之间的摩擦力，用于克服电缆上的初始拉力以稳定电缆，保持电缆上有一定的张力，使换辊小车上的电缆卷筒能够顺利地卷起电缆。当滑动转向轮在滑动支座内滑动时，弹簧被拉长，也能施加增大了的拉力拉住滑动转向轮及电缆。限位挡板固定在滑动转向轮上，可以随滑动转向轮一起向上斜45°平移，在换辊小车载荷过大，或者电缆卷筒驱动电机与换辊小车行走出现不同步的情况下，若电缆和导向圆筒之间的摩擦力不够，电缆会拉着滑动转向轮在滑动支座内滑动，滑动一定距离后限位挡板挡住限位开关的光信号时，限位开关会发给控制系统开关量输入信号，控制系统接收到限位开关的反馈信号后，进而会自动切断换辊小车的行走电机电源，同时也切断换辊小车上电缆卷筒驱动电机的电源，使整个换辊小车装置系统停机，起到对电缆和端子箱的保护。
　　圆筒支架用地脚螺栓固定在地面，导向圆筒不可旋转，其两端用压板固定在圆筒支架上。通过查找所选用电缆的技术参数表，可以找到该电缆使用要求的最小弯曲半径值，导向圆筒半径应大于该值，以满足所用电缆的最小弯曲半径要求，导向圆筒上加工出与电缆直径相匹配的导向槽，电缆沿导槽缠绕1～2圈，导向槽能使缠绕的电缆不互相重叠，既美观又增大了电缆和导向槽之间的摩擦力。
　　一般情况下，靠电缆和导向圆筒之间的摩擦力再加上弹簧的初始拉力，即可克服换辊小车对电缆的拉力。如果在现场实际的运行过程中发现电缆上的张力很小，可以手动将电缆在导向圆筒上多缠绕几圈以增大摩擦力;如果发现电缆上的张力很大，可以手动将电缆在导向圆筒上只缠绕1圈以减小摩擦力，调节起来非常方便。
　　2 最极端状况下的作用原理
　　最极端情况下，即假如限位开关因为长时间工作、外力破坏或其他各种原因失灵，此时恰好整套换辊小车装置工作异常，对电缆的拉力持续增大，则随着滑动转向轮的向上斜45°平移，限位拉绳继而会随着电缆的拉动而被拉紧。限位拉绳一端在导向圆筒下部夹紧电缆，另一端连接到设置在固定座上的拉线开关，限位拉绳的长度应根据计算合理设定，应能在滑动导向轮滑动到极限位置前被拉紧，以防止弹簧被拉伸到极限长度后继续被拉伸而被损坏。
　　在此最极端情况下，导向圆筒与电缆之间的摩擦力、弹簧被拉伸到最大许用长度后产生的弹力二者共同的拉力，不足以克服换辊小车对电缆的拉力，如果此时任由该最极端工况继续发展，则电缆会被继续拉紧，承受的拉力会超过电缆的许用拉力，轻则电缆会在薄弱处被拉断，重则换辊小车的电缆卷筒或中间位置的端子箱都会被破坏。解决的方法便是利用限位拉绳连接的拉线开关，当限位拉绳被拉紧后便会拉下拉线开关，通过拉线开关所在的保护电路，强行切断换辊小车行走电机及电缆卷筒驱动电机的电源，使整个换辊系统停机，实现该最紧急状况下对电缆和端子箱的保护。
　　在以上所述基础上，可以对该装置进一步优化设计：在固定座1和滑动支座3之间增加一个导向轮，该导向轮应能够旋转起到传递导向作用，这样电缆在最紧急状况下拉紧的过程中不至于与固定夹子2之间的夹角太大，避免使电缆在固定夹子2处产生过大的弯折，因而可以更好地保护电缆。
　　3 结束语
　　该电缆和端子箱保护装置，巧妙地利用了摩擦力和弹簧拉力来固定和稳定住电缆，采用的导向圆筒满足了电缆的弯曲半径要求，消除了传统做法中因电缆随换辊小车频繁左右摆动，容易被折断的缺陷，延长了电缆的使用寿命;采用的限位开关在电缆受拉动作的初期就能预警，使操作人员能及时发现故障，并且在最极端情况下可以实现紧急停机，避免了对电缆、端子箱乃至换辊小车的破坏。该装置结构简单，成本低廉，安全可靠，自动化程度高，已经设计于多个带钢处理线项目的清洗段换辊小车装置中，通过现场的实际工作效果来看，其工作十分可靠和有效。
　　参考文献：
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　　[3] 邱宣怀，《机械设计》，高等教育出版社，1998年。
　　[4] 胡国栋，《板带材生产工艺及设备》，冶金工业出版社，2008年。
　　[5] 李增平、付荣立，《机械制造技术》，机械工业出版社，2018年。
　　作者简介：
　　滕永志（1982.8），男，籍贯：山东乳山市，汉族，现职称：中级工程师，学历：本科，研究方向：冶金机械设计。