クレーン スリップ リング ガイド: 電力、信号、フィードバック

クレーンのスリップ リングは、クレーンの固定ベースと上部構造、ブーム、またはターンテーブル - を回転させる部分との間で電力、制御信号、通信データ、位置フィードバックを伝送する回転電気接続です。これにより、回転ジョイントを横切る必要があるケーブルをねじったり、擦れたり、破損したりすることなく、クレーンを継続的にスイングさせることができます。

クレーン製造業者やメンテナンス チームにとって、スリップ リングが部品表の中で最も高価な品目になることはほとんどありませんが、回転の信頼性、信号の完全性、オペレータのフィードバック、設置時間、数年後の機械のメンテナンスの容易さなど、重要なほぼすべての要素にとって重要なパスに位置します。取り付けの高さが固定されている場合、または長い回路リストを狭いスペースに収める必要がある場合、標準、コンパクト、または超コンパクトのクレーン スリップ リングのいずれを選択するかによって、電気インターフェースが設計にきれいに組み込まれるか、それともコストのかかる再設計が必要になるかが決まります。-

クレーンスリップリングとは何ですか?

クレーンのスリップ リングは、静止構造と回転構造の間の電気的連続性を維持する電気機械アセンブリです。内部では、一組の導電性リングが固定ブラシまたは接触要素に対して回転します。リング-と-の各ペアは 1 つの回路を形成し、クレーンの回転中に電流または信号がその滑り接点を通過します。

一般的なクレーンでは、単一のアセンブリで次のものが混在して運ばれることがあります。

• 旋回駆動装置、作業灯、補助装置用の電力
• オペレータコマンドとリミットスイッチの制御回路
• センサーおよび制御モジュール用のCANまたはEthernetなどの通信ライン
• ブーム方向または旋回角度の位置フィードバック
• 後のアップグレードのために予約された予備回線

回路の数、電圧と電流、およびどの信号タイプが関係するかは、クレーンとその仕事によって完全に異なります。カタログ部品番号が答えではなく出発点であるのはまさにこのためです。

クレーンの回転中心にスリップリングが必要な理由

ほとんどのクレーンは、固定された下部フレームに対して上部構造を回転させます。そのインターフェースに通常のケーブルを通すと、スイングするたびにケーブルがねじれます。十分なサイクルを繰り返すと、導体が硬化して疲労し、絶縁体に亀裂が入り、織機は最終的に引っ掛かるか故障します-。通常は最悪の瞬間に発生します。スリップ リングは、回転軸の制御された接点を介して電力と信号をルーティングすることで障害経路を排除します。そのため、接点が動きを処理している間、両側のケーブルは静止したままになります。

回転ジョイント全体で力を伝達する

電源回路は、回転側のスルー モーター、照明、警報装置、補助負荷に電力を供給します。電流は接点と導体内で熱を発生させるため、それぞれの電圧と、さらに重要なことに電流に合わせてサイズが決定されます。サイズが小さいリングは高温になるため、摩耗が促進され、寿命が短くなります。特大のものは、コンパクトなデザインが節約しようとしているまさにスペースを無駄にします。有用な数値は銘板電流ではなく、現実的なデューティです - 15 A を連続的に消費する回路は、サイクルごとに数秒間 15 A を消費する回路とは異なる設計問題です。クレーンの回転は通常遅く、多くの場合 20 rpm をはるかに下回ります。これが接点に優しく、適切に仕様化されたクレーン スリップ リングがほとんどメンテナンスなしで何年も稼働できる理由の 1 つです。{8}}

制御信号と通信信号の伝送

現代のクレーンは、ジョイントを介してはるかに多くの力を伝達します。リミット スイッチ、圧力および角度センサー、カメラ、制御モジュールはすべてパスを必要とし、その多くは個別の配線ではなくデジタル ネットワークを使用します。CANopen などの CAN- ベースのプロトコルは、CAN in Automation によって維持され、ISO 11898 シリーズに基づいて構築されており、モバイル マシンやオフハイウェイ マシンで一般的ですが、-高帯域幅デバイスではその依存度が高まっています。スリップ リング全体で実行されるイーサネット.

多くのデザインがひっそりと間違っているのはここです。信号回路は電源とは別に検討する必要があります。接触抵抗、接地、および 24 V ランプでは決して気付かない電気ノイズにより、エンコーダ カウントや CAN フレームが破損する可能性があるためです。実際には、これは電源リングと敏感な信号リングを離し、接点材料を仕事に合わせて-金-、低レベル信号には-金接点-、電源には銀または銅合金を-、シールドとアースを後付けではなく仕様の一部として扱うことを意味します。

スルーおよびブーム位置フィードバックの提供

定格容量はブームの方向、アウトリガーの位置、動作ゾーンによって変化するため、多くのクレーンでは上部構造がどこを向いているかを知る必要があります。そのフィードバックは、単純な前方、後方、または側面の表示のための位置スイッチから、または制御システムが連続的な角度を必要とする場合にはポテンショメータやエンコーダから得られます。センサーをスリップ リング アセンブリに統合することで、回転インターフェースを 1 つのパッケージに収めることができますが、早期に計画する必要があります。エンコーダーを後から追加すると、高さが増したり、エンベロープが吸収できない機械的変化が発生したりすることがよくあります。

標準、コンパクト、超コンパクトのクレーン スリップ リング-

すべてのクレーンに超小型ユニットが必要なわけではありません。-場合によっては、最もシンプルで最も実用的な設計が適切な場合もあります。選択は、利用可能なスペース、回路数、機械的レイアウト、およびユニットのメンテナンス方法のバランスを考慮して行われます。

A コンパクトなスリップリング機械的エンベロープがすでに固定されており、電気的インターフェースがその内部に存在する必要がある場合にその場所を獲得します。- それ自体のために小型化が選択された場合ではありません。

クレーンのスリップ リング アセンブリの内部には何があるのか

クレーンのスリップ リングは、単なるリングとブラシの積み重ねではありません。完全なアセンブリには通常、電気要素、機械要素、場合によっては感知要素が組み合わされており、それぞれの要素がフィット感、信頼性、保守性に影響を与えます。

導電性リングとブラシ

リングとブラシはユニットの中心です -連続的な電気経路を維持するスライド接点クレーンが回転するとき。リング数は回路数を追跡し、接点の設計は電流、電圧、信号タイプ、回転速度、および予想されるデューティ サイクルと一致する必要があります。

ハウジング、シーリング、および保護

ハウジングは接点を埃、湿気、偶発的な接触から保護します。屋外クレーンや建設機械では、電気レイアウトと同じくらいシール性と耐食性が重要になることがよくあります。IP等級以前のジョブからコピーするのではなく、実際の環境に合わせて選択する必要があります。

取り付けフランジまたはチューブ

取り付けインターフェイスは、スリップ リングをクレーン構造、油圧スイベル、または回転アセンブリに結合します。ユニットを既存のレイアウトに合わせる必要がある場合は、カスタム フランジまたはチューブが一般的です。

回転防止機能とドライブ機能-

スリップ リングの片側はクレーンとともに回転し、もう一方の側は固定されたままにする必要があります。ブラケット、ピン、タブ、またはドライブ スロットによって正しい部品が固定されるため、固定側のケーブルにトルクがかかることはありません。

配線済みハーネスとコネクタ-

配線済みハーネスを備えたボルトオン、プラグ-ユニットにより、取り付け時間を短縮し、組み立てやサービス中の配線ミスを完全に排除します。-コネクタの選択とリードの長さは、現場ではなく仕様に含まれます。

統合された位置センサー

制御システムがブームの方向や旋回角を必要とする場合、スイッチ、ポテンショメータ、またはエンコーダを同じアセンブリに組み込むことができるため、フィードバックと電力が単一の回転インターフェースを共有します。

超コンパクトなクレーン スリップ リングが合理的である場合-

超コンパクト設計は、アプリケーションで多くの回路が必要だが、取り付け高さが非常に低い場合に真価を発揮します。-この状況は、スリップ リングが油圧スイベル、構造部材、カバー、またはブラケットとスペースを共有する必要がある場合によく見られます。次の場合は、コンパクトまたは超コンパクトな設計を選択してください。-

• 設置の高さまたは直径は周囲の構造によって固定されます
• クレーンには数本の電力線だけでなく、多くの制御回路と通信回路が必要です
• ユニットは油圧スイベルの周囲または上に取り付ける必要があります
• 統合された位置フィードバックが必要です
• 現場配線よりも、配線済みのボルトオン アセンブリを推奨します。-
• 周囲の構造を再設計すると費用がかかる
• スリップリングは保護されたカバーまたはエンクロージャの内側に収まる必要があります

目的は、スリップ リング自体を小さくすることではありません。それは、信頼性を犠牲にすることなく、必要な電力、信号、センシング機能を利用可能なスペースに収めることです。

代表的なケースは、これがどのように起こるかを示しています。多くの移動式クレーンでは、構造を再設計しないとスイベルの上のカバーを大きくすることはできませんが、プラットフォームには、- ここに別のカメラ、そこにエンコーダという回路が追加され続けています。既存の 12 個の回路ユニットの容量が不足した場合、実際的な解決策は通常、背の高いカバーではなく、同じ軸方向の高さ内に追加の信号リングを追加し、油圧ラインを中心ボアに通過させる、超コンパクトなスルーボア アセンブリです。-電気インターフェースとスイベルをペアリングする油圧{0}}と-を組み合わせたロータリー ジョイント統合をクリーンに保ちます。繰り返される教訓は単純です。通常、電気的要件は初日から明らかですが、実際の制約は機械的エンベロープです。

クレーンのスリップリングの信頼性の理由

信頼性を主張するのは簡単ですが、設計するのは困難です。現場では、クレーンのスリップ リングの信頼性は、単一の機能ではなく、いくつかの機能の連携によって決まります。

連絡先の完全性が最優先されます。数千サイクルにわたる安定した接触抵抗は、接触材料と荷重に対する圧力のマッチングに依存します。ここではクレーンの使用が役立ちます。-低速回転と断続的な動作は、連続高速回転よりも接触にはるかに優しいです-。

信号の安定性は次の層です。ネットワーク接続されたクレーンでは、制御精度はクリーンな CAN フレームと破損していないエンコーダ数に依存します。適切なシールド、接地、分離電源経路と信号経路の間。

環境に配慮したシーリングが両方を保護します。屋外および洗浄クレーンには、実際の条件に合わせて選択されたハウジング、シール、ケーブルグランド、仕上げが必要です。密閉レベルは次のように分類されます。IEC 60529 入力-保護規格たとえば、IP54 は粉塵や飛沫に適しており、IP65 ～ IP67 はジェットや短時間の浸漬に適しています。温度も重要です。クレーンのスリップ リングの多くは、使用される材料と潤滑剤によって正確な制限が設定され、多くの場合約 -40 度から +80 度までの広帯域にわたって仕様化されています。

保守性は忘れられやすく、無視するとコストがかかる部分です。信頼性はあるものの、誰も検査したり交換できない場所に埋め込まれたユニットでもダウンタイムが発生するため、コネクタへのアクセスと取り外しのクリアランスは、それ自体が信頼性に関する機能です。

一般的な故障モードと早期警告サイン

クレーンのスリップ リングの問題のほとんどは、故障になる前に明らかになります。初期の兆候に注意することで、緊急事態が計画的なメンテナンスに変わります。

• 断続的な信号損失または CAN フレームのドロップ- は、信号リングの磨耗、汚染、接地やシールドの問題に接触することがよくあります。
• 組み立て時の熱- は通常、電源回路の過負荷または過小、または劣化した接点による抵抗の増加です。
• 腐食または緑色の堆積物- 湿気がシールを通過し、現場の IP 定格が低すぎると指定された屋外クレーンでよく見られます。
• 筐体内部に水が溜まる- シールまたはケーブル グランドの故障、および突然の複数回路障害の頻繁な原因です。-
• コネクタの歪みまたはリードの擦れ- のケーブル配線では、接点に作業を行わせる代わりに終端に負荷がかかります。

これらを-適切な電流マージン、適切なシーリング、張力を緩和したハーネス、アクセスしやすい終端を設計-することで、単一のプレミアム コンポーネントよりも長期的な信頼性が向上します。-

クレーンのスリップリングを指定する方法: エンジニアリングレビューの枠組み

正しい単位を取得する最も信頼できる方法は、サイズを確認する前にアプリケーションを定義することです。以下の手順は、急いで実行する形式ではなく、簡単なエンジニアリングのレビューとして扱ってください。

1. ジョイント全体のすべての回路をマッピングする

回転インターフェースを通過するすべての回路をリストし、電源、制御、センサー、通信、接地またはシールド、予備などの機能ごとにグループ化します。いくつかの予備回路は次のアップグレードに対する安価な保険になりますが、それぞれにスペースがかかるため、予算とのバランスを考慮してください。

2. 電圧と電流は銘板ではなくデューティで確認してください

すべての回路に電圧と現実的な電流 (その電流が流れる時間を含む) を与えます。電流は熱、接点の設計、導体サイズを決定するため、電源回路は最も注目に値します。 1 つの接点設計がすべてに適合するとは考えないでください。電源-と-が混在するユニットでは、リングごとに異なる材質とワイヤ サイズが必要になることがよくあります。

3. 信号とデータの要件を定義する

低レベルの制御信号は高速データと同じではありません。-クレーンが CAN、イーサネット、エンコーダ、またはアナログ角度信号を使用する場合は、信号の種類とプロトコル、シールドの必要性、ノイズ感度、コネクタの種類、リード線の長さ、および接地方法を含めて、早めにサプライヤーに伝えてください。明確な信号要件により、設置後にのみ発生する通信エラーが防止されます。

4. 取り付け用封筒を固定します。

設計を選択する前に、最大の高さと直径、中心穴の要件、取り付け穴のパターン、ケーブルの出口方向、回転クリアランス、カバーまたはエンクロージャの制限、油圧スイベルやホースとの関係などのスペースを測定します。{0}コンパクトユニットが設計レビューに失敗する場合、ほとんどの場合、電気的仕様が間違っているのではなく、機械的エンベロープが完全に定義されていないことが原因です。

5. 設計を動作環境に適合させる

クレーンは粉塵、振動、雨、気温の変動、塩気、流水の中で作業します。屋内または屋外での使用、ほこりや湿気への曝露、温度範囲、振動と衝撃、腐食のリスク、必要なシール レベル、メンテナンス アクセスを把握し、- 適合するハウジング、シール、仕上げを選択します。

6. ポジションのフィードバックを早期に決定する

制御システムがブームの方向または旋回角度を必要とする場合は、事前にその方法を選択してください。簡単な表示には位置スイッチで十分かもしれません。ポテンショメータまたはエンコーダは連続角度に適しています。センサーを後から追加すると高さが増す傾向にあるため、センサーを回転インターフェイスの一部として扱います。

避けるべきよくある間違い

• サイズだけで選ぶ。電流、信号、シール、サービスのニーズを満たせない場合は、小さいほど良いとは言えません。
• 信号回路を過小評価している。制御線とネットワーク線は、配線図では些細なように見えますが、ノイズ、接触品質、接地の影響を受けやすいため、設計を凍結する前に定義してください。
• インストールアクセスを無視します。適合しても配線、検査、交換が簡単にできないユニットは、サービスコストを静かに膨らませます。
• 将来のアップグレードを忘れます。カメラ、センサー、またはコントロールを後で追加する可能性がある場合は、予備の回路またはモジュラー設計にスペースを置く価値があります。
• スリップリングを油圧スイベルから分離します。クレーンで両方を使用する場合は、取り付け、回転、ケーブルの配線、保守アクセスを一緒に検討する必要があります。

重要なポイント

クレーンのスリップ リングは、クレーンが回転している間、電力、制御、データ、位置フィードバックの接続を維持します。スペースに制約のある機械では、多くの場合、電気インターフェース全体が収まるコンパクトまたは超コンパクトな設計が適しています。{0}{1}{1}現場で動作するユニットは、明確な要件 - 回路数と負荷、信号タイプ、真の機械エンベロープ、実際の動作環境、センシング ニーズ - から指定され、単独ではなく油圧スイベルやサービス プランと並行してレビューされます。この仕様を正しく設定すれば、スリップ リングは繰り返し発生するダウンタイムの原因ではなく、静かで信頼できるクレーンの部品となります。