Руководство по выбору кабеля для барабанной намотки: натяжение, скорость, размер барабана и снижение допустимого тока

Для какого типа кабельного барабана вы выбираете кабель?

Тип кабельного барабана определяют в первую очередь, потому что от него зависит, как изгибается кабель, насколько меняется диаметр намотки и насколько хорошо кабель отводит тепло. Существует три схемы намотки, а вертикальные системы ведут себя по-своему.

Кабель, указанный для одной схемы намотки, не подходит автоматически для другой, поэтому указывайте тип кабельного барабана в любом запросе. Наша страница решений по кабелям для барабанной намотки сопоставляет каждый тип кабельного барабана с семейством кабелей, а это руководство охватывает проверки, стоящие за этим выбором. Если кабель волочится по земле и не наматывается на барабан, режим работы иной, как наше сравнение кабелей для барабанной намотки и тяговых кабелей объясняет применительно к горным машинам.

Какое натяжение выдерживает кабель для барабанной намотки?

Обычный предел составляет 15 Н/мм² меди. IEC 60204-1 в пункте 12.6.2 устанавливает, что растягивающее напряжение в медных жилах не должно превышать 15 Н/мм² сечения меди. Выше этого значения стандарт предусматривает кабели с особыми конструктивными характеристиками и механическое напряжение, согласованное с производителем кабеля. PEMA приводит те же 15 Н/мм² на сечение основной жилы со ссылкой на DIN VDE 0298-3 раздел 7.1 и добавляет, что при переменных нагрузках, таких как барабанная намотка, допустимое натяжение и усталостную долговечность следует согласовывать между инженером-проектировщиком и производителем кабеля. Указанные в той же работе 50 Н/мм² относятся к гибким кабелям при статическом механическом напряжении во время монтажа и не являются рабочим натяжением.

IEC 60204-1 охватывает оборудование машин напряжением до 1 000 В переменного тока и отсылает к IEC 60204-32 для грузоподъемных машин и к IEC 60204-11 для более высоких напряжений. Если в вашем проекте указана одна из этих частей, проверьте соответствующий пункт в этой части.

Допустимое тяговое усилие в ньютонах ≈ 15 × сечение фазных жил в мм²

Учет только фазных жил — это осторожное прочтение, и оно следует формулировке PEMA. В таблице оно применено к трем конструкциям из наших собственных заказов, с общим диаметром, измеренным на готовом кабеле: два типоразмера из заказа для штабелеукладчика-заборщика и один из заказа для роторного экскаватора.

Усиленные конструкции могут иметь более высокое значение, и тогда оно берется из технического паспорта именно этого кабеля.

Допустимое значение делят между собой несколько сил. IEC 60204-1 называет ускорение, скорость, вес подвеса, способ направления и конструкцию барабанной системы. Возьмем кабель 3×70 с массой около 3.74 кг/м. Вертикальный спуск на 20 м добавляет 3.74 × 9.81 × 20, то есть около 734 Н. Разгон 200 м намотанного кабеля, 748 кг, с ускорением 0.5 м/с² требует до примерно 374 Н, не считая инерции самого барабана.

Почему натяжение достигает пика, когда барабан почти пуст

На моноспиральном барабане радиус меняется по мере намотки кабеля. При постоянном крутящем моменте барабана натяжение равно моменту, деленному на радиус, поэтому тяговое усилие максимально у сердечника, когда почти весь кабель размотан. Полный диаметр определяется диаметром сердечника, диаметром кабеля d и намотанной длиной L:

Диаметр полного барабана = √(диаметр сердечника² + 4 × d × L ÷ π)

Все три сердечника превышают минимум для этого кабеля, и все же самый маленький превращает настройку 500 Н примерно в 2 160 Н у сердечника, то есть в большую часть допустимых 3 150 Н еще до добавления веса подвеса или ускорения. Больший сердечник мало влияет на общий размер: переход от 0.8 м к 1.6 м добавляет к полному барабану всего около 0.27 м. Длина, скорость и момент здесь приведены для иллюстрации. Привод, регулирующий крутящий момент по мере изменения диаметра, сгладит этот эффект, поэтому спросите у производителя барабана, как управляется барабан и каково реальное тяговое усилие у сердечника.

Какого размера должны быть барабан и ролики?

Умножьте общий диаметр кабеля на коэффициент для этого участка трассы, чтобы получить минимальный радиус, затем удвойте его, чтобы получить диаметр сердечника или ролика. Наше руководство по радиусу изгиба кабеля объясняет это правило. Для барабанной намотки коэффициент зависит от участка трассы, диаметра кабеля и напряжения, а две опубликованные таблицы ниже совпадают не во всех ячейках.

Обе таблицы отсылают к производителю кабеля. IEC допускает другие значения только при согласовании с производителем кабеля с учетом натяжения и усталостной долговечности, а PEMA указывает, что следует соблюдать минимальный радиус поставщика. Кабелям с оптическими волокнами нужны большие радиусы. Технические паспорта кабелей с немецким обозначением обычно ссылаются на DIN VDE 0298-3, а наши данные по NSHTÖU-J указывают 5 × или 6 × диаметр на барабанах и 7.5 × на направляющих роликах.

Сравните две последние строки. Кабель 12/20 кВ немного тоньше кабеля 3×185, однако по значениям PEMA ему нужен сердечник примерно в 1.9 раза больше, а при примерно пятой части фазной меди он имеет примерно пятую часть тягового усилия. Поэтому кабель среднего напряжения нельзя просто поставить на существующий барабан вместо низковольтного кабеля того же диаметра.

Используйте наибольший диаметр из технического паспорта или измерьте кабель. Показания штангенциркуля на старом кабеле могут вводить в заблуждение, как наше руководство по замене состарившегося кабеля для барабанной намотки показывает. Соблюдение минимума также не определяет срок службы: IEC 60204-1 предупреждает, что срок службы снижается там, где одновременно действуют высокое растягивающее напряжение, малые радиусы, изгиб в другой плоскости и частые рабочие циклы.

С какой скоростью может работать кабель для барабанной намотки?

Предел определяется конкретным кабелем и барабаном, и PEMA оставляет его на усмотрение производителя кабеля. Она отмечает, что для применений свыше 240 м/мин могут потребоваться особые конструктивные решения и что плоским кабелям для барабанной намотки не следует превышать скорость портала 120 м/мин. Ее компоновочные эскизы допускают расположения с обратным изгибом только на низкой скорости, не более 60 м/мин, при расстоянии не менее 3 м между изгибами.

Скорость хода — это не частота вращения барабана. Частота вращения барабана в об/мин равна скорости хода, деленной на π × диаметр намотки, поэтому в таблице выше 120 м/мин означают около 11 об/мин на полном барабане и 47.7 об/мин при сердечнике 0.8 м. Привод должен охватывать весь этот диапазон и делать это при том ускорении, которое использует машина. Указывайте ускорение наряду с максимальной скоростью, потому что его должен покрывать тот же запас по натяжению.

На трассе с центральным вводом барабан останавливается и реверсируется, когда машина проходит точку ввода. Каталог Panzerflex рекомендует устройство снижения скорости хода как основную меру ограничения динамических нагрузок: оно замедляет машину перед центральной точкой и снова разгоняет ее после реверса барабана. Он также рекомендует защиту как от чрезмерного, так и от недостаточного натяжения: кратковременное чрезмерное натяжение может необратимо деформировать жилы, а слишком малое натяжение позволяет кабелю свободно разматываться, что особенно важно для высоко установленных барабанов.

Насколько снижается допустимый ток намотанного кабеля?

Намотанный кабель не может отводить тепло так, как на открытом воздухе, поэтому его допустимый ток снижается в зависимости от того, как он лежит на барабане. IEC 60204-1, пункт 12.6.3, требует такого сечения жил, чтобы при полной намотке и нормальной рабочей нагрузке кабель оставался в пределах максимальной температуры жилы. Таблица 7 этого стандарта содержит коэффициенты, которые применяются к допустимому току на открытом воздухе.

В терминах стандарта радиальный барабан содержит спиральные слои между близко расположенными фланцами, то есть это моноспиральный барабан: сплошные фланцы делают его невентилируемым, а фланцы с подходящими отверстиями — вентилируемым. Вентилируемый цилиндрический барабан имеет широко расставленные фланцы с отверстиями в барабане и торцевых фланцах. Реальный допустимый ток на открытом воздухе берите из технического паспорта или национального стандарта.

IEC рекомендует обсуждать эти коэффициенты с производителями кабеля и барабана, поскольку это может привести к другим значениям. Например, каталог Panzerflex указывает 0.80, 0.61, 0.49 и 0.42 для одного–четырех слоев, поэтому используйте коэффициенты, относящиеся к конкретному кабелю. PEMA добавляет, что тип барабана может вносить собственное снижение допустимого тока, которое может учитывать или не учитывать температуру окружающей среды, и что плоские кабели требуют особого внимания к охлаждению. Указывайте нагрузку вместе с состоянием намотки, потому что машина, потребляющая полную мощность только тогда, когда большая часть кабеля размотана, представляет собой иной тепловой случай, чем машина, работающая на полной мощности при полном барабане.

Какая конструкция кабеля подходит для режима работы?

Когда данные барабана определены, конструкция вытекает из нагрузки, скорости и окружающей среды. IEC 60204-1 требует жил класса 5 или класса 6 для гибких кабелей. PEMA описывает низковольтные кабели для барабанной намотки как основанные главным образом на полиуретане или синтетическом каучуке, а кабели среднего напряжения — чаще на синтетическом каучуке. Синтетический каучук имеет преимущество на высокой скорости, тогда как полиуретановые кабели обычно тоньше и легче, что позволяет использовать более легкий барабан.

Внутри кабеля распределение заземляющей жилы по междужильным промежуткам между силовыми жилами, как в 3×50+3×25/3, дает меньший диаметр и большую гибкость. PEMA предусматривает заземляющую жилу сечением не менее половины сечения одной силовой жилы или такую, какой требуют местные правила. Она рекомендует не более 24 волокон, если оптические волокна встроены в силовой кабель, и предупреждает, что тонкие медные проволоки оплетки или экрана могут наклепываться и тереться друг о друга, поэтому проверяйте радиус и скорость для любого экранированного кабеля. В таблице приведены заявленные скорости для наших основных семейств кабелей для барабанной намотки.

Заявленные скорости являются верхними пределами и не заменяют проверку всей трассы. Те же проверки применимы в горном деле: на кабельном барабане подземного погрузчика используется низковольтный кабель, такой как кабель для погрузчика NSHTOEU LHD, где контакт с грунтом добавляет собственный риск истирания.

Что удерживает кабель для барабанной намотки от скручивания?

Скручивание вызывают трасса и монтаж. Каталог Panzerflex говорит об этом прямо: правильно смонтированный кабель не скручивается, если направляющие или неестественные изгибы не вносят кручение. IEC 60204-1, пункт 13.4.3, устанавливает три ограничения для трассы, а PEMA добавляет правила крепления и прокладки кабеля.

• Боковой угол. Удерживайте его в пределах 5° там, где кабель наматывается на барабан и сматывается с него, а также там, где он подходит к направляющей и отходит от нее.
• Витки на барабане. Следите за тем, чтобы на барабане всегда оставалось не менее двух витков.
• Прямые участки. Оставляйте не менее 20 × диаметр кабеля между двумя изгибами, чтобы кабель успел восстановиться перед следующим изгибом. По возможности избегайте обратных изгибов: в наших данных по крановым кабелям среднего напряжения указано 20 × диаметр для S-образных изменений направления.
• Разгрузка от натяжения. PEMA указывает, что кабель подвижного барабана никогда не следует эксплуатировать без достаточной разгрузки от натяжения, обеспечиваемой разгрузочным барабаном или кабельным чулком. Разгрузочному барабану нужно не менее двух полных витков, а расстояние до входной воронки задает производитель кабеля. Каталог Panzerflex предлагает распределять чулок на длину от 20 до 25 × диаметр кабеля.
• Прокладка кабеля. Подавайте его прямо с транспортного барабана на кабельный барабан одним непрерывным ходом при постоянном натяжении, причем оба барабана должны вращаться в одном направлении и в одной плоскости, чтобы в кабель не попал обратный изгиб.
• Первая проверка. Нанесите линии вдоль кабеля и запустите машину. Если они начинают закручиваться в спираль, остановитесь и найдите внешнюю причину. Небольшая спираль в печатной маркировке на больших длинах нормальна, согласно тому же каталогу, и не является скручиванием.

Что следует прислать для проверки кабеля для барабанной намотки?

Для полезной проверки нужны сразу кабельный барабан, трасса и нагрузка. Вот данные, которые следует указать для нового барабана или замены:

• Кабельный барабан: тип, привод, диаметр сердечника и фланцев, ширина барабана, настройка крутящего момента или тягового усилия и число слоев.
• Трасса: длина хода, точка ввода, диаметры направляющих и роликов, обратные изгибы, боковые углы и любая свисающая длина.
• Движение: максимальная скорость, ускорение, циклы в сутки и горизонтальный или вертикальный барабан.
• Нагрузка: напряжение, ток, продолжительность включения, состояние намотки при полной нагрузке, расположение жил и заземления, а также любые жилы управления или волокна.
• Площадка: минимальная и максимальная температура, солнечный свет, соль, масло, вода и контакт с грунтом.

С этими данными кабель можно проверить применительно к вашему барабану, а не к каталожному значению. По состоянию на август 2026 года минимальный заказ составляет 50 м как для стандартных, так и для индивидуальных конструкций, а срок поставки — от 7 до 45 рабочих дней в зависимости от типа продукции, наличия на складе и степени индивидуального исполнения. Отправьте спецификацию кабеля на проверку.

Вопросы

Каково максимальное натяжение кабеля для барабанной намотки?

Обычный предел составляет 15 Н/мм² сечения меди, согласно IEC 60204-1 и DIN VDE 0298-3. Поэтому кабель 3×70 мм² имеет допустимое усилие около 3 150 Н. Выше этого предела используйте кабель с особыми конструктивными характеристиками и согласуйте значение с производителем.

Как рассчитать минимальный диаметр барабана?

Умножьте наибольший диаметр кабеля на коэффициент для барабана, затем удвойте результат. При напряжении до 1 кВ коэффициент составляет от 5 до 8, в зависимости от диаметра и используемой таблицы, а свыше 1 кВ — 12. Низковольтному кабелю диаметром 44.45 мм при 6 × диаметр нужен сердечник не менее 534 мм.

В чем разница между моноспиральным барабаном и барабаном с кабелеукладчиком?

Моноспиральный барабан укладывает виток на виток между близко расположенными фланцами, поэтому он остается узким, но его диаметр сильно меняется. Барабан с кабелеукладчиком использует подвижную направляющую, которая укладывает витки рядом друг с другом на широком барабане, поэтому он подходит для более длинного хода и имеет более стабильный диаметр.

Почему допустимый ток на кабельном барабане ниже?

Допустимый ток на кабельном барабане ниже, потому что намотанный кабель не может отводить тепло так, как на открытом воздухе. IEC 60204-1 применяет 0.85 или 0.75 к радиальному барабану и 0.85, 0.65, 0.45 или 0.35 к одному–четырем слоям на вентилируемом цилиндрическом барабане. Производители кабелей и барабанов могут использовать другие коэффициенты.

Можно ли использовать тяговый или фестонный кабель на кабельном барабане?

По умолчанию нет. Кабельный барабан добавляет многократные изгибы под натяжением, боковое давление и кручение, поэтому технический паспорт должен охватывать этот тип барабана, натяжение и скорость. Кабель, который выдерживает ток и подходит к барабану, все равно может преждевременно выйти из строя без надлежащего усиления.

Сколько витков должно оставаться на барабане?

Не менее двух. IEC 60204-1 требует, чтобы на барабане постоянно оставалось не менее двух витков гибкого кабеля. PEMA предусматривает не менее двух полных витков как на кабельном барабане, так и на любом разгрузочном барабане.