УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВЕСКИ КАБЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H02G1/04 

Изобретение относится к устройству для электропитания мобильных агрегатов и может быть использовано в строительных и дорожных машинах, сельском хозяйстве, при открытой добыче полезных ископаемых, при погрузочно-разгрузочных работах.

Известны системы подвода электроэнергии к подвижному объекту, содержащие подвижный приемник электроэнергии, питающийся от кабеля, поддерживаемого в воздухе при помощи аэростата [1]. Данные системы малоустойчивы по отношению к ветровым нагрузкам, сложны в эксплуатации, требуют квалифицированного обслуживания.

Известно устройство для сматывания и наматывания кабеля [2], позволяющее питать перемещающийся приемник энергии. Его недостатком является наличие сложного и тяжелого провода со спиральной пружиной, ограничивающего радиус действия приемника.

Также известно устройство для подвода электрической энергии [3], в котором гибкий кабель расположен вокруг торса с элементом натяжения и закреплен на скользящих жестких спицах. Данное устройство может передавать энергию только на плоских поверхностях, сложно по конструкции, малонадежно из-за большого числа кинематических пар.

Из всех известных аналогов наиболее близким к заявленному по своей совокупности существенных признаков является устройство для подвески кабелей [4].

В данном устройстве с целью автоматического снижения аэростатов при сильном ветре применены электрические лебедки, приводящиеся в действие, например, при чрезмерном натяжении удерживающих аэростаты тросов и наматывающие указанные тросы на барабаны. Кроме этого в состав устройства входит поворотная планка, несущая электрическую лебедку для наматывания троса или кабеля и позволяющая аэростату легко устанавливаться по направлению ветра, а также короткозамыкатель, масляный выключатель, мотор лебедки, рычаг для выключения мотора, контактные кольца и щетки (токосъемы), установленные на оси барабана и на оси вращения поворотной планки.

Данное устройство обладает следующими недостатками:

1. Не обеспечивается надежное снижение аэростатов при сильном ветре. Это вызвано двумя причинами:

- сложностью исполнения датчика натяжения троса,

- дискретным действием привода лебедок, срабатывающим лишь при превышении определенного уровня натяжения, поскольку при повторных порывах, быстро следующих одним за другим, возможен обрыв троса.

2. Устройство работает как ограничитель длины привязного элемента при сильном ветре и не может быть использовано для автоматического регулирования длины кабеля при перемещении мобильного агрегата.

3. Для управления лебедками водителей с мобильного агрегата требуется установка телеметрической линии связи агрегата с питающей станции.

4. Ограниченный радиус действия, вызванный необходимостью учета ветровых нагрузок, увеличения сечения кабеля, его веса.

Изобретение направлено на повышение надежности, увеличение зоны обслуживания.

Это достигается тем, что в устройство введены датчик угла наклона кабеля к горизонту, задатчик угла наклона, измеритель рассогласования, усилительно-преобразующий элемент, причем выходы датчика наклона и задатчика присоединены к измерителю рассогласования, выход которого соединен с входом усилительно-преобразующего элемента, выход усилительно-преобразующего элемента соединен с электродвигателем вращающегося барабана.

В качестве датчика угла наклона кабелей к горизонту может быть использован шарнирно закрепленный уравновешенный рычаг с охватывающей серьгой, соединенный с датчиком угла поворота.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема системы подвеса, на фиг.2 более подробно изображено устройство лебедки с датчиком угла наклона провода к горизонту, на фиг.3 показана структурная схема электропривода.

Система подвеса включает в себя местную линию 1, кабельный барабан 2 с электроприводом и системой управления, кабель 3, аэростат 4 с роликовой кареткой 5, приемник электроэнергии 6. Кабельный барабан установлен на основании 7, приводится во вращение электроприводом 8. Кабель 3, выходящий из барабана, пропущен через серьгу 9, укрепленную на конце рычага 10. Рычаг закреплен на шарнире 11, на противоположном серьге конце рычага закреплен уравновешивающий груз 12. На одной оси с рычагом установлен датчик положения 13, например вращающийся потенциометр. В состав привода входит задатчик 14, например источник задающего напряжения. Выходы с датчика 13 и задатчика 14 присоединены к измерителю рассогласования 15 и далее к выходу усилительно преобразующего элемента 16. Измеритель рассогласования может быть выполнен на сопротивлениях или операционных усилителях. В качестве усилительно-преобразующего элемента может быть использован любой полупроводниковый дискретный или непрерывный усилитель. Силовой выход усилительно-преобразующего элемента соединен с электрической цепью двигателя 8, который через редуктор соединен с барабаном 2.

Устройство работает следующим образом.

Электроэнергия, поступая через местную линию 1, кабельный барабан 2 с токосъемниками, кабель 3, приводит в движение мобильный агрегат 6. Предположим, агрегат переместился вправо - см. фиг.1. В первый момент длина кабеля 3 осталась той же, что и была до перемещения. Поскольку расстояние по горизонтали увеличилось, высота подъема аэростата уменьшилась. Уменьшился и угол наклона кабеля к горизонту. Угол α между старым и новым положением кабеля показан на фиг.1. Уменьшение угла наклона отразится на показаниях датчика угла наклона. В частности, кабель 3, действуя на серьгу 9 рычага 10 (см. фиг.2), повернет рычаг на некоторый угол. Для этого требуется незначительное усилие, поскольку рычаг уравновешен. На одном валу с рычагом сидит датчик положения 13 - см. фиг.3. Датчик выдаст сигнал на измеритель 15. Измеритель измеряет рассогласование между сигналом датчика 13 и задатчика 14 и передает информацию на усилитель - преобразователь 16. Здесь сигнал усиливается, в преобразованном виде передается на двигатель 8. Двигатель включается, приводит через редуктор во вращение барабан 2 и выпускает определенный участок кабеля. Поскольку аэростат 4 соединен с кабелем через роликовую каретку 5, слабина натяжения кабеля автоматически выберется, т.к. каретка с аэростатом переместится влево. Каретка может быть применена известного типа, например описанная в патенте [5]. В результате, аэростат перейдет в верхнее положение, показанное на фиг.1. Угол наклона кабеля к горизонту останется на прежнем уровне и будет поддерживаться автоматически при любых перемещениях агрегата. При приближении агрегата к подстанции угол наклона к горизонту увеличится, рассогласование будет иметь противоположный знак, произойдет подмотка кабеля до требуемого уровня.

Технико-экономические преимущества заявленного устройства следующие:

1. На 20-30% увеличивается зона обслуживания за счет того, что система подвеса кабеля может не рассчитываться на ветровые нагрузки. Уменьшение длины кабеля происходит автоматически, по мере приближения мобильного агрегата к питающей подстанции. Поэтому расчет сечения кабеля может быть произведен только по весовым нагрузкам, не учитывая статические и динамические ветровые нагрузки. Это позволяет увеличить длину кабеля и, следовательно, зону обслуживания мобильного агрегата.

2. Увеличивается надежность системы за счет устранения влияния ветровых нагрузок, а также за счет малой длины кабеля при прохождении агрегата вблизи подстанции, что исключает перехлестывание ветвей кабеля, закручивание и взаимное трение ветвей.

3. Реализация системы подвеса не сложна, поскольку как датчик, так и система управления приводом могут быть выполнены релейного типа, что позволяет реализовать релейно-контакторное управление.

4. Нет надобности в телеметрической связи агрегата и лебедки, это удешевляет систему без ущерба для ее надежности.

Источники информации

1. П.Н.Листова. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. - М.: Сельхозгиз, 1953 г., 334 с.

2. Авторское свидетельство №785178, М. кл.³ В66С 13/12.

3. Авторское свидетельство №493845, М. кл.³ Н02G 11/06.

4. Авторское свидетельство СССР №34642 - Устройство для подвески кабелей на аэростатах / А.Ф.Антух, Н. кл. 21 с 13²⁰, заявлено 07.09.1932, опубл. 28.02.1934.

5. Патент Германия №589215, Н. кл. 21 с 21⁰², 1933 г.

Предложена система подвода электрической энергии к подвижным объектам, в которой гибкий кабель, соединяющий источник и приемник энергии, подвешен на каретке, которая, в свою очередь, присоединена к аэростатическому объекту. Каретка имеет возможность перемещаться вдоль кабеля, обеспечивая компенсацию боковой силы, действующей на аэростат при наличии ветра. Длина кабеля регулируется системой управления с датчиком угла наклона. Данная система обеспечивает надежное электроснабжение подвижных объектов при минимальных капитальных затратах. Система может применяться в сельском хозяйстве, промышленном транспорте, строительстве и т.п. 3 ил.

Устройство для подвески кабеля на аэростате, содержащее вращающийся барабан для наматывания троса или кабеля с приводом, включающего в себя электродвигатель, редуктор и измеритель рассогласования, вращающиеся токосъемы, отличающееся тем, что в устройство введены датчики угла наклона кабеля к горизонту, задатчик угла наклона, усилительно-преобразующий элемент, выходы датчика угла наклона и задатчика присоединены к измерителю рассогласования, выход которого соединен с входом усилительно-преобразующего элемента, выход усилительно-преобразующего элемента соединен с электродвигателем вращающегося барабана.