电缆卷取系统常见故障及排除方法.docx

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35、电缆卷取系统常见故障及排除方法

宁波港股份有限公司北仑第二集装箱码头分公司邬稷耀

摘要：

目前岸边起重机的动力电源和控制信号传送主要依赖各种电缆。

因此，需要安装电缆卷取系统，来保证电缆始终处于拉力比较稳定的张紧状态。

以防止电缆磨损或钩挂物体导致损坏。

电缆卷取系统是岸边起重机的重要辅助机构，它的故障会导致起重机相关机构无法运行，从而中断码头正常作业。

文中将介绍几种作业中常见的电缆卷取系统故障的现象、形成原因和排除方法。

关键词：

电缆卷取系统；磁滞联轴器；松缆

一、引言岸边起重机是港口装卸作业的主要设备。

其动力电源的供给和各活动部位间的信息传

递主要依赖于各类电缆。

虽然现在出现了滑触线、无线通讯、微波传输等新兴技术，但这些传输技术的稳定性、可靠性和经济性仍无法和电缆相比。

为了保证电缆在设备工作时始终处于拉力比较稳定的张紧状态，防止电缆磨损或钩挂物体导致损坏，需要安装一种专门的装置来实现这一功能。

这种装置在起重机术语中就被称为电缆卷取系统。

电缆卷取系统一般由：

电机、卷筒（盘）、减速箱、联轴器、控制器（包含控制电路、变频器等）组成。

其常见的控制方式有磁滞式和带反馈的矢量变频控制。

由于电缆卷取系统在岸边起重机运行中属于频繁运行的重要辅助随动机构，构成也较为复杂。

并且大部分组成部分处于露天安装；因而它出现故障的频率和排除速度的要求也相对较高。

下面我们将介绍几种常见的电缆卷取系统故障的现象。

并就其形成原因进行分析，提出相应的解决方法。

二、运行中松缆电缆卷取系统一种常见故障是运行中突然出现电缆松弛很多的情况，甚至出现电缆全

部松下的情况。

这种故障的原因并不单一。

细分下常见的有以下几种：

1）磁滞联轴器力矩不足在国内最常见的ZPMC岸边起重机上，电缆卷取装置经常采用磁滞式控制方式。

它主

要依靠磁滞联轴器作为柔性环节来传递动力，能自动适应起重机的速度变化而不用另外设

控制系统。

它可以在很宽的转速范围内保持扭矩基本恒定，不会对电缆造成冲击。

其结构如下：

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（正向运动）

（逆向妫）

这种卷取系统的核心部件是磁滞联轴器。

它的工作原理是在一个由数块永久磁铁组成的磁盘对面放置一个强磁材料制成的感应盘。

当两个盘问出现转速差时，磁盘将交替磁化对面的感应盘，产生一个抗拒滑差的扭矩，实现了两盘之间的“磁连接”。

从而达到了既能传递一个基本恒定的扭矩，又能允许滑差的目的。

正是因为这套系统主要依赖于磁滞联轴器产生力矩作用，而联轴器本身处于室外安装，容易因腐蚀增加旋转阻力，并且永磁体时间长了也会出现磁性退化等问题。

因此在使用一段时间后会出现磁滞联轴器输出力矩不够产生运行中电缆松弛的情况。

另外．气温的下降造成润滑油稠度上升和卷取机构其他部位老化会导致电缆卷曲系统阻力矩上升，使得在部分情况下原先设定的力矩不能满足实际需要也会产生运行中电缆松弛的问题。

在这些情况下就需要调节磁滞联轴器或更换更大的磁滞联轴器，来使系统的输出的力矩满足实际需要。

另外还有一种会导致大车电缆在停止下来后出现松缆的情况：

由于拉缆和蓄缆力矩配置不对，会出现因为运行中电缆拉得过紧，在制动时电缆内应力过大超过磁滞联轴器静止阻力矩无法及时制动，而造成松缆的问题。

而这种情况只在运行停止阶段才会出现。

我们在遇到只会在停止阶段出现的松缆时，不能盲目增加单个拉缆或蓄缆磁滞联轴器的力矩。

而应检查是不是会有拉缆和蓄缆力矩配置不对。

防止产生力矩越调大松缆越严重的情况。

2）气温，风力变化引起的卷曲阻力超过设定范围在生产中我们总会遇到个别气候状况特别恶劣的日子。

在大风和严寒的气候下．由于

风阻和润滑油稠度上升都会大大增加电缆卷取的阻力，当阻力矩超过设定力矩时。

电缆卷取系统会出现跟不上设备运行速度而出现松缆的情况。

这种情况下我们可以通过限制设备运行速度，从而加大滑差、降低运行最大力矩。

或是在允许范围内修改磁滞联轴器最大力矩来应对。

3）制动故障电缆卷取系统制动器动作的可靠性十分重要，制动器不能及时制动或制动力矩不够都

会导致电缆松缆。

当设备出现停机以后出现电缆松弛过大的情况，很可能就是制动器问题造成的。

产生

制动故障的原因可能是制动器摩擦片磨损过大引起，也有可能是制动片和摩擦盘之间进入

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油脂导致制动力下降造成。

对于制动器间隙过大造成的制动力下降，我们可以通过检查并调整其制动间隙来解决

这一问题。

为了防止出现制动片和摩擦盘之间进入油脂导致松缆的问题出现，我们在点检时要注意检查，及时擦去多余油脂，防止油脂进入制动器。

制动器问题也可能导致电机过流，在下文中我们将会介绍。

4）变额控制反馈环节故障岸边桥式集装箱起重机的吊具电缆卷取系统，动作复杂响应速度要求高，因此多采用

带反馈的矢量变频控制系统。

这种矢量变频控制的吊具电缆卷取系统一般是由带反馈装置的变频电机、一个控制电机的变频器、一个电缆筒（盘）、一个齿轮箱和一个滑环箱（集电器）组成。

在这种控制的系统中反馈环节的可靠性十分重要。

目前岸边起重机电缆卷取系统的反馈装置一般是电机的测速脉冲发生器。

它一般是安装在户外的电机尾部。

我们遇到过这样的情况：

电缆卷取系统的其他所有部件工作都正常，但是吊具电缆张紧速度总是跟不上起升机构运行速度，而且速度越快松缆越多。

通过观察变频器反馈速度显示与实际电机转速，发现是测速脉冲发生器损坏使其输出数值偏大．导致变频器力矩给定不足，造成松缆故障的产生。

更换测速脉冲发生器后恢复正常。

当测速脉冲发生器损坏使其输出数值偏小时，还会导致电缆卷取系统过流故障。

这在下面的环节我们还将提到。

s）磁滞加变频控制系统在来回点动时出现松缆有一种松缆情况曾经困扰我们很久：

在几台新投产的ZPMC起重机作业过程中。

部分

司机反映吊具电缆容易出现松缆情况．停下再动一下．电缆又会重新拉紧。

但这种现象又不是每次操作都会出现。

后来经过长时间的观察。

我们终于发现了问题所在。

要了解这个故障，我们首先要了解下这几台ZPMC岸桥的吊具电缆卷取机构。

它是由

2个带制动器的变频电机、—个控制电机的变频器、2个磁滞联轴器、一个电缆盘、一个齿轮箱和—个滑环箱（集电器）组成。

其工作原理是：

在卷绕电缆时，变频电机通过磁滞联轴器、减速箱来驱动电缆卷盘转动。

电机转速由变频器控制。

输出转速稍大于所需转速（起升速度对应的电缆转速），两个转速之差即为磁滞联轴器内滑差。

靠磁滞联轴器来自动适应速度转换时的力矩变化和电缆盘不同圈数时转动惯量的变化。

当吊具不升降时，电机制动器抱死、靠磁滞联轴器产生的阻力矩来防止电缆松弛。

在释放电缆时，电缆拖动卷盘转动；同时电机也跟着转动。

电机输出转速小于所需转速（起升速度对应的电缆转速），两者转速差产生磁滞联轴器内滑差，所产生的扭矩保证电缆在下降过程中保持张紧，不松弛。

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擗一时

吊具电螋巷筒工作原理g CⅧ疋一‘“

由于吊具电缆运行过程中转速变化较大，电缆盘内部蓄存的电缆对整个转动惯量影响也很大，超出了磁滞联轴器的适应范围，因此ZPMC公司根据起升高度和运行速度把吊具电缆运行分成了若干区间．每个区间对应一个电机转速给定。

以保证磁滞联轴器的滑差和力矩输出。

这祥在运行中总会存在一个电机停止与正反转切换的位置。

而这个批次设备的电机停止与正反转的位置设置区间有个很小的范围重叠．当司机在这个区间附近做反复运动时会导致电机制动器频繁动作、在电机的速度稍高时会力矩不足的问题．反复动作积累后就会产生电缆松弛的情况。

这与司机操作习惯也很有关系．因此只有部分司机比较容易遇到这个问题．而其他人却可能碰不到。

在我们修改设置区间后．现象消失。

在ZPMC起重机这种吊具电缆卷取系统中．两个不同转速区间的切换值所处位置，是其力矩适应力最差的位置．作业时喜欢在这个值范围做徽操作的司机特别容易遇到这类问题。

所以我们在区间选择时应注意避开大部分司机容易做点动的位置。

6）控制点位器件故障导致控秘信号出错在部分电缆卷取系统中．需要外界给定信号，来帮其确定输出的力矩和转速。

一旦其

中的某个或几个信号不正常，电缆卷取系统就无法输出正确的力矩和转速．从而造成松缆

或电缆过紧的发生。

对于这种故障，一般其出现时不能立即复位．故障现象会持续到故障排除。

这时我们可以观察核对系统的每个输人输出信号。

查找到与当前工况不符的输人输出点．然后确认造成信号不正常的原因。

如果是信号中继元件问题，可更换相应元件。

如若不是则需要进一步检查相关连锁条件是否满足。

三、电机过藏

由于电缆卷取系统的驱动电机一般安放在室外．其工作环境比其他室内的电机差很多，因此电机的故障也相对较多。

而由于电缆卷取系统的检测环节原因，电缆卷取系统的电机问题多会反腱为过流报警。

对于电缆卷取系统的电机故障我们可以通过点检，及早发现故障隐患，提前加以处置。

1）电机嘲动器不能正常打开

电机制动器故障是电机过流的常见原因之一。

它一般表现为电机堵转、电机电流迅速

增大、发热，运行后不久靛跳热继电器。

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这时我们检查电机电阻和绝缘是正常的，接触器动作正常、电机供电正常。

但是电机制动器打开声音不正常，或是检查发现制动器打开间隙不足。

制动器不能正常打开，可能是制动器电源问题。

如整流器烧坏、制动电源故障。

对此我们可以通过测量制动器上的电压来确认。

这个故障我们可以通过更换相应元件来排除故障。

制动器不能正常打开，也可能是制动器线圈坏造成。

这时比较其线圈电阻与正常线圈有所不同，有时候相差不大但可观察到制动器单边打开现象。

对此，我们可以更换制动线圈加以修理。

制动器不能正常打开，还有一种情况是制动器固定螺栓松动，导致制动间隙变化，制动器打开不充分。

我们可以测量制动器间隙来确定这一情况。

这种故障可以通过间隙调整来排除。

2>联轴节卡死

联轴器卡死常发生于磁滞加变频控制的电缆卷取系统中。

故障现象与制动器打不开有些类似，也有电机发热、电机电流迅速增大、运行后不久就跳热继电器的情况。

但是这种故障下。

手动打开电机制动器后情况仍然存在。

并且可能伴有联轴节异声、异味、发烫的现象。

这个故障我们可以通过观察电机制动器手动打开前后，人工盘电缆盘时联轴器的运动情况来确定：

联轴器卡死时，单边盘片不会单独转动。

对于这个故障我们只能更换它的磁滞联轴器。

3>电机损坏

由于电缆卷取系统的驱动电机一般安放在室外．其工作环境比其他室内的电机差很多，因此电机损坏的几率也相对较大。

‘

电缆卷取系统的电机损坏原因有绝缘损坏电机对地、电机线圈烧坏、轴承磨坏、电机轴变形等。

前两者可以通过测电机绝缘和电阻来确认，后两者则需要将电机拆下来检查方可确认。

但是电缆卷取系统的电机损坏是可以事前发现。

并提前处置的。

定期检查电机电流和绝缘、观察电机轴同心度、测试运行温度．都可以提前发现故障隐患．安排时间提早更换电机进行检修。

4）电流检测元件损坏

由于电缆卷取系统动作十分频繁，并且电流变化较大。

其控制检测元件相对于其他机构更容易老化。

我们也遇到过几次设备运行中电缆卷取系统电机电流过流保护动作，上机检查一切正常的情况。

复位故障后观察一段时间未发现问题，但时隔几天后又出现同样的故障。

排除其他可能原因后，我们尝试着更换热继电器。

更换后故障就不再出现。

我们仔细观察电缆卷取系统的元件，它们的磨损、电弧灼伤痕迹比其他部位严重许多。

并且出现此类问题的设备均为运行年限较长的设备。

因此如果条件允许，我们应该考虑对

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电缆卷取系统的控制元件按年限定期更换淘汰。

四、控制系统检测故障

岸边集装箱起重机的吊具电缆卷取系统经常采用控制比较复杂的变频调速系统。

控制元件多了、控制复杂了，相应的控制系统故障也就相对多了。

此类故障在设备上一般会产生吊具电缆卷取检测故障。

1）元件损坏导致信号丢失前文已经探讨过，相对于其他运行机构，电缆卷取系统动作频繁，电流变化较大，其

控制检测元件相对于其他机构更容易老化。

其中部分元件损坏后，安全连锁回路会向主控

PLC提供故障信号。

对于这些故障，我们沿着系统连锁回路检查，一般能确定损坏元件的部位。

此类故障有：

信号继电器损坏、变频器输入输出点位坏、接触器反馈触点损坏等。

但此类故障涉及的元件多，条件逻辑复杂，检查时需要相当的耐心并且对设备工况十分熟悉。

对于检查人员的工作技能要求较高。

像变频器输入输出故障还需要掌握修改变频器参数的技能。

2）元件损坏导致控制电压不正常在生产中我们还遇到这样几次吊具电缆卷取检测故障。

故障现象非常奇怪：

开始所有

信号均为正常，但一动车允许信号马上丢失，跟踪发现逻辑中有一个信号突然丢失。

检查相关器件均正常，强制这个信号，一动车，另一个信号又丢了。

所有控制信号都可能出现丢失。

第一次遇到这个故障时，我们花了大量时间做了大量信号跟踪分析，始终无法确认故障点。

不得已我们只好地毯式检查系统中每一个元件。

后来发现一个接触器控制线圈的阻容保护损坏阻值很低。

原来系统所有的控制电源都并联在一起，当这个接触器工作时，由于阻容短路将整个控制电压都钳制下来，使原来已经动作的继电器线圈的电压不足发生断开。

一旦连锁断开，接触器吸合条件不满足，它也迅速断开，这样鱼目混珠，使它深深的潜伏了下来。

在控制系统检测故障中，如果遇到类似的无法分段跟踪的故障。

我们不妨花点力气细致检查下整个回路中元件的好坏。

这虽然是个笨办法．但是在熟练的工人操作下，有时候反而比使用各种先进仪器的检查人员能更快的发现问题所在。

3）接触器检测故障吊具电缆卷取系统动作比较复杂，电机在一个运行周期内不断从停机、启动、正反转

状态之间进行切换。

其接触器也不断的开合，特别是启动时电流还很大。

对于接触器寿命有很大影响。

系统中的电机、制动器的接触器动作是有PLC逻辑监控的，一旦动作不及时．PLC就会停止系统运行。

制动器故障一般排除比较容易．根据监控信号按图索骥就可以了。

但是有时候这个故障也可能是由于其他原因造成。

例如：

由于制动器打开与其他信号有连锁关系．和变频器的部分运行条件还有对应关系。

这样就有可能因为某个控制继电器的信号抖动造成接触器

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检测故障。

遇到这种情况，我们可以在确认安全的条件下，逐个强制控制元件来排除相关元件损坏的嫌疑，直至找到故障点。

4）矢量变频控制反馈环节出问题

变频器及相关部件一旦发生损坏，也会反映到吊具电缆卷取检测故障上。

这时我们观

察变频器操作板，一般能得到相关的故障信息。

例如：

当电机测速发生器故障，无法反馈电机转速或反馈转速很低时，变频器操作板

上就会显示编码器开路或者是电机过流故障。

同时还会切断给主PLC的变频运行信号。

在变频器上会显示电机过流故障是因为在低速条件下电机速度与给定相差不是太大，

但是由于变频器不断加大输出电流，提高电机转速，电流输出先于转速达到报警值。

造成类似故障原因可能是测速发生器进水损坏、光码盘损坏、激光头和感应器损坏、

也可能是数据线断线引起。

我们可以通过以不同速度旋转测速发生器，观察变频器操作板上的电机转速读数来简单判别测速发生器是否存在问题。

五、结语电缆卷取系统作为码头岸边起重机一个重要辅助机构，动作频繁工况恶劣，因此可能

出现许多故障。

但是其中有很多故障我们可以通过定期的细致的检查提早发现隐患，或是通过定期更换易损部件防止它们的发生。

通过仔细分析总结电缆卷取系统工况、每种运行情况下系统连锁信号情况和以前出现的故障原因和排除方法，我们可以迅速排除故障。

并针这些缺陷作出相应的改造。

希望我的这些经验对大家有所帮助。

参考文献：

ZPMC高压电缆卷筒使用说明书ZPMC吊具电缆卷筒使用说明书ZPMC磁滞联轴器使用说明书ABB吊具电缆卷筒使用说明书

点评：

文章介绍了岸边起重机电缆卷取系统的几种常见故障．对故障形成原因进行了细致分析，并提出相应的解决方法。

作者对排除故障的步骤讲解清晰，方法简便，易于操作。

易于学习。

（本文获中国港口集装箱码头2010年高峰论坛“北京·道锐思杯”论文竞赛鼓励奖）圈