Come scegliere gli avvolgicavo?

Tecnologia ingigan | Novità del settore | 22 aprile 2025

1. Introduzione

Gli avvolgicavo sono dispositivi di avvolgimento che forniscono alimentazione, alimentazione di controllo o segnali di controllo a grandi macchinari mobili. Sono ampiamente utilizzati in molti macchinari mobili nei settori portuale, portuale, idraulico e siderurgico, come gru a cavalletto, gru a torre, gru a portale, gru da banchina, macchinari per la movimentazione di materiali sfusi (impilatori-recuperatori a ruota a tazze), gru a cavalletto per dighe idroelettriche e carri pianali elettrici, illuminazione e audio per palcoscenici, ecc.

2. Forma del prodotto

In base alla forma di alimentazione, si possono distinguere i seguenti tipi: manuale, a contrappeso, elastico, a motore a coppia, a isteresi, a trasmissione a frequenza variabile, ad accoppiamento idraulico e ad accoppiamento magnetico.
In base ai diversi materiali di avvolgimento, si possono distinguere: avvolgicavo, avvolgitubo (per fluidi o gas), avvolgicavo per cavi ottici.
Le bobine per cavi si dividono in bobine assiali a fila singola e bobine assiali a più file, a seconda della disposizione dei cavi.
Gli avvolgicavo si dividono in due tipi in base alla posizione dell'anello collettore: tipo con anello collettore interno e tipo con anello collettore esterno.

3. Principi di progettazione

3.1 Specifiche e tipologie di cavi

1) Diametro esterno del cavo, che influisce direttamente sulla dimensione assiale della bobina.
2) Forma del cavo: cavo tondo o cavo piatto. Il cavo piatto può essere avvolto solo in un'unica fila.
3) Il peso unitario (kg/m) e la lunghezza del cavo influiscono sulla potenza richiesta dall'avvolgitore. Maggiore è il peso unitario e la lunghezza, maggiore sarà la potenza richiesta dall'avvolgitore.
4) Il raggio di curvatura del cavo influisce sul diametro minimo della bobina. Quando il diametro della bobina è inferiore al raggio di curvatura del cavo, quest'ultimo si danneggia.
5) Il numero di conduttori del cavo influisce sul numero di anelli collettori.
6) La tensione e la corrente influenzano l'isolamento e le dimensioni dell'anello collettore. Il tipo elastico può essere utilizzato solo per apparecchiature con tensione inferiore a 500 V.

3.2. Lunghezza di avvolgimento

Influisce sulla dimensione radiale e sul fabbisogno di potenza del mulinello. Maggiore è la lunghezza, maggiore è il fabbisogno di potenza.

3.3. Velocità di movimento delle attrezzature

Influisce sulla potenza del motore e sul rapporto di trasmissione dell'avvolgicavo elettrico. Quando la velocità di movimento dell'apparecchiatura supera i 60 metri/minuto, è necessario selezionare il tipo di controllo a frequenza variabile.

3.4. Altezza di installazione delle apparecchiature

Maggiore è l'altezza di installazione, maggiore è il fabbisogno energetico.

3.5. Metodo di avvolgimento

 

Immagine del metodo di avvolgimento

3.6. Altri fattori

1) Materiale del mulinello: acciaio al carbonio, acciaio inossidabile 304, acciaio inossidabile 316.
2) Livello di protezione: IP55, IP56, IP65
3) Guida del cavo: se è necessaria una guida, se la guida necessita di una funzione di protezione dalla tensione
4) Guida per i cavi: se è necessaria una guida per i cavi
5) Metodo di alimentazione: alimentazione a punto intermedio/punto finale, ecc.

 

Schema di installazione del telaio guida

4. Ambito di applicazione dei diversi avvolgicavo

4.1. Avvolgicavo con contrappeso

Si tratta di un dispositivo meccanico che avvolge automaticamente il cavo sfruttando il principio di accumulo di energia quando viene sollevato un peso. Quando il cavo viene estratto, l'avvolgicavo viene azionato ruotando, a sua volta azionando l'avvolgitore della fune metallica collegato coassialmente all'avvolgicavo, in modo da sollevare il peso e immagazzinare energia potenziale. Quando l'avvolgitore avvolge il cavo, il peso cade rilasciando l'energia potenziale. Sotto l'azione della tensione della fune metallica, l'avvolgitore collegato coassialmente all'avvolgitore della fune metallica viene azionato ruotando e avvolgendo il cavo in modo sincrono.
Vantaggi: struttura semplice, prestazioni stabili e affidabili, facilità di installazione e manutenzione e lunga durata.
Svantaggi: grandi dimensioni, limitate possibilità di spostamento; se è necessario uno spostamento considerevole, è indispensabile prevedere uno spazio di installazione sufficiente.
Campo di applicazione: gru a portale con corsa breve per cavi di grande sezione superiori a 35 mm², carrelli per siviera, carrelli per ghisa fusa, carrelli per crogioli di scorie in acciaierie e altre attrezzature. Queste attrezzature sono adatte per l'ancoraggio dei cavi nei punti terminali e intermedi.

4.2. Avvolgicavo a molla

Si tratta di un dispositivo meccanico che riavvolge automaticamente il cavo sfruttando il principio di accumulo di energia tramite il rilascio della molla dell'avvolgitore. Quando il cavo viene estratto, l'avvolgitore ruota, comprimendo la molla a spirale e immagazzinando energia; al ritorno, l'avvolgitore riavvolge automaticamente il cavo.
Vantaggi: buone prestazioni di sincronizzazione, bassa tensione del cavo, prezzo contenuto.
Svantaggi: A causa della durata limitata della molla stessa, la durata di servizio di questo tipo di mulinello è relativamente breve ed è limitata dalla corsa.
Campo di applicazione: Avvolgimento orizzontale e verticale di cavi di alimentazione e di controllo con sezione inferiore a 35 mm², ad esempio per ventose elettromagnetiche di sollevamento, benne, carrelli elettrici e altre apparecchiature e condizioni di lavoro simili. Questi dispositivi sono adatti per l'ancoraggio dei cavi in ​​punti terminali e intermedi.

4.3. Avvolgicavo con accoppiamento magnetico

La tecnologia di base si basa sull'utilizzo di un accoppiatore magnetico permanente come meccanismo differenziale sincrono. Il processo di avvolgimento del cavo avviene tramite un azionamento elettrico che aziona la bobina, la quale avvolge il cavo attraverso l'accoppiatore magnetico permanente. L'accoppiatore e la bobina slittano costantemente in modo differenziale per garantire che la velocità di avvolgimento del cavo sia uguale alla velocità di movimento dell'apparecchiatura. Regolando la coppia in uscita dell'accoppiatore magnetico permanente, è possibile regolare la tensione del cavo entro un determinato intervallo. Il processo di rilascio del cavo avviene tramite un dispositivo di frizione unidirezionale, che impedisce la trasmissione di potenza all'accoppiatore e alla bobina. Sotto l'azione della tensione del cavo, la bobina supera l'isteresi del dispositivo di rilascio del cavo e rilascia il cavo in modo sincrono.
Vantaggi: tecnologia consolidata e ottimo rapporto qualità-prezzo. La sincronizzazione tra l'avvolgitore e l'apparecchiatura mobile è stabile e affidabile. La tecnologia a magneti permanenti viene utilizzata nella fase finale del sistema di trasmissione, con bassa velocità e assenza di surriscaldamento; durante l'avvolgimento e lo svolgimento del cavo, la tensione può essere regolata per proteggerlo.
Svantaggi: elevata rumorosità.
Campo di applicazione: cavi con sezione inferiore a 35 mm², come ad esempio quelli utilizzati in vagoni elettrici, carrelli, gru a torre, gru a ponte o a cavalletto, impilatori e recuperatori e altre apparecchiature e in condizioni di lavoro simili. Adatto per l'ancoraggio di cavi in ​​punti terminali e intermedi.

4.4. Avvolgicavo migliorato con accoppiamento magnetico

Il principio di funzionamento di questo avvolgicavo è lo stesso descritto in precedenza. È possibile scegliere tra motore a disco o motore con freno in base alle esigenze dell'utente. Il metodo di controllo elettrico dell'avvolgicavo prevede che il motore di avvolgimento del cavo sia in funzione quando il motore di svolgimento del cavo è spento.
Vantaggi: struttura più compatta, dimensioni ridotte, massa contenuta, facile installazione.
Svantaggi: elevata rumorosità.

4.5. Avvolgicavo motore con coppia di stallo a lungo termine

Utilizza un motore a coppia elevata con caratteristiche di stallo prolungato e autoregolazione della velocità come fonte di alimentazione. La velocità di uscita del motore diminuisce automaticamente all'aumentare del carico esterno e la velocità del cavo dell'avvolgitore viene regolata automaticamente in modo da essere uguale alla velocità di traslazione dell'apparecchiatura; durante lo svolgimento del cavo, sotto l'azione della tensione del cavo, la coppia di stallo del motore viene superata per rilasciare il cavo in modo sincrono; in fase di parcheggio e spegnimento, il freno a disco del motore a coppia elevata blocca il cavo per impedirne lo slittamento.
Vantaggi: Il motore è sempre alimentato, il controllo elettronico è semplice, il tasso di guasto può essere ridotto, l'intervallo di avvolgimento del cavo è ampio e la corsa è lunga.
Svantaggi: Quando si rilascia il cavo, è necessario vincere la resistenza della coppia di stallo del motore e i cavi di piccolo diametro devono essere utilizzati con cautela.
Campo di applicazione: cavi di grandi dimensioni come quelli utilizzati per impilatori, operai edili o gru a portale, e attrezzature mobili che si muovono su lunghe distanze. Questi dispositivi sono adatti per l'ancoraggio di cavi in ​​punti terminali e intermedi.

4.6. Avvolgicavo a isteresi

Un disco in acciaio a magneti permanenti genera un campo magnetico multipolare alternato. Di fronte al disco magnetico si trova un potente disco induttore. Quando il motore fa ruotare il disco induttore ad alta velocità, il disco magnetico viene a sua volta messo in rotazione tramite accoppiamento magnetico. Quando i due dischi subiscono uno slittamento di velocità, il disco magnetico multipolare magnetizza alternativamente il disco induttore sul lato opposto, generando così una coppia (ovvero "accoppiamento magnetico") che si oppone a tale slittamento e fa ruotare (o frenare) il disco magnetico. L'avvolgicavo, azionato dal motore, trasmette la potenza all'accoppiamento a isteresi e, dopo la decelerazione, la coppia amplificata viene trasmessa all'avvolgicavo. Durante il funzionamento dell'avvolgicavo, il motore ruota sempre nella direzione di avvolgimento del cavo. Quando l'attrezzatura di sollevamento si allontana dalla fonte di alimentazione, il cavo trascina l'avvolgicavo in senso inverso, provocando lo slittamento dei due avvolgicavo e il rilascio del cavo. La coppia del campo magnetico dell'accoppiamento a isteresi garantisce che il cavo rimanga sempre in tensione durante il processo di rilascio. Quando l'attrezzatura di sollevamento ritorna, la tensione del cavo sulla bobina scompare e la bobina ruota nella direzione di avvolgimento per completare l'avvolgimento del cavo.
I suoi vantaggi sono la struttura compatta, la facilità di installazione e manutenzione, la coppia di uscita regolabile in base alle effettive condizioni di lavoro, l'ottima funzione di autofreno, l'assenza di necessità di installare freni e il funzionamento affidabile del tamburo portacavi. Il suo sistema di controllo è semplice e può essere collegato al sistema di controllo di marcia avanti e indietro dell'apparecchiatura. Finché l'apparecchiatura è in funzione, il motore del tamburo continuerà a funzionare e la sequenza di fase non cambierà. Durante il funzionamento del tamburo portacavi, l'accoppiamento a isteresi può regolare la velocità in base alla velocità di funzionamento dell'apparecchiatura principale, in modo che la velocità di avvolgimento e svolgimento del cavo sul tamburo sia sincronizzata con la velocità di funzionamento dell'apparecchiatura principale.
Il suo svantaggio è che, in caso di elevata capacità di cavo e di alta altezza di installazione dell'unità principale, per ridurre l'aumento di temperatura del rotore e aumentarne la durata, è necessario adottare il concetto di progettazione a coppia ridotta con più teste, che risulta relativamente costoso.
È adatto per macchinari e attrezzature mobili pesanti come gru a portale portuali, gru per container, caricatori per navi, gru a torre, ecc. Queste attrezzature sono adatte per i punti terminali e intermedi di ancoraggio dei cavi.

4.7. Avvolgicavo a frequenza variabile

Il motore a frequenza variabile ha una struttura di installazione B5, collegata direttamente all'estremità di ingresso del riduttore. Un'estremità dell'albero di uscita del riduttore è collegata all'avvolgicavo tramite un collegamento a chiavetta, mentre l'altra estremità è collegata all'anello collettore elettrico nella scatola di raccolta. Il riduttore e la scatola di trasmissione dell'anello collettore sono fissati sulla parte superiore della base. Il quadro di controllo dell'inverter è indipendente dall'avvolgicavo e la posizione di installazione appropriata può essere selezionata in base alla situazione reale. In modalità vettoriale ad anello chiuso (con controllo vettoriale del sensore di velocità), l'inverter seleziona la modalità di controllo della coppia ad anello aperto e calcola il diametro effettivo dell'avvolgicavo tramite integrazione dello spessore per controllare con precisione la coppia di uscita del motore, garantendo così che il cavo non subisca variazioni di tensione dovute a variazioni del diametro dell'avvolgicavo durante l'avvolgimento, ovvero che la tensione del cavo rimanga costante. L'avvolgicavo presenta i seguenti vantaggi:
(1) Durante il processo di avvolgimento e svolgimento del cavo, indipendentemente da dove si trovi l'apparecchiatura sul binario, la tensione che agisce su di essa è sempre costante e la tensione del cavo può essere regolata arbitrariamente tramite l'immissione dei parametri dell'inverter e il funzionamento della manopola del pannello della scatola di controllo, il che massimizza la protezione del cavo e ne prolunga notevolmente la durata.

(2) L'avvolgitore può rispondere rapidamente ai cambiamenti nella velocità di funzionamento dell'apparecchiatura e può essere sincronizzato con l'apparecchiatura. Le sue prestazioni sono precise e sensibili.
(3) Supera il collo di bottiglia della progettazione tradizionale degli avvolgicavo, come il tipo a isteresi e il tipo a motore di coppia. Non è limitato dalle specifiche straordinarie delle specifiche del cavo, della lunghezza di avvolgimento, della velocità dell'apparecchiatura e dell'altezza di installazione. L'avvolgicavo di qualsiasi condizione di lavoro complessa è azionato da un motore a frequenza variabile con potenza diversa.
(4) Ha una forte adattabilità e può funzionare continuamente sotto carico elevato per tutto il giorno.
(5) L'avvolgitore e l'attrezzatura sono collegati per la protezione del funzionamento, il che previene efficacemente incidenti come la rottura del cavo.
(6) Il motore dell'avvolgitore è controllato e protetto con precisione dal convertitore di frequenza, che può prolungarne la durata.
(7) L'avvolgicavo con motore a frequenza variabile può modificare automaticamente la frequenza operativa del motore a frequenza variabile dell'avvolgicavo in base alla tensione impostata e alla velocità operativa dell'apparecchiatura principale (carrello) e funzionare normalmente a qualsiasi velocità da 0 a n (n è la velocità asincrona). Quando l'apparecchiatura principale è spenta, il freno del motore a frequenza variabile dell'avvolgicavo si aziona per garantire che il cavo non slitti.
Vantaggi: consente di controllare con precisione la forza, protegge al meglio il cavo e ne prolunga la durata.
Svantaggi: il prezzo è il più alto tra i prodotti simili
Ambito di applicazione: gru a portale portuali, gru per container, caricatori per navi, gru a torre e altri macchinari e attrezzature mobili pesanti.