Como selecionar carretéis de cabo?

Tecnologia inovadora | Novidades do setor | 22 de abril de 2025

1. Introdução

Os enroladores de cabos são dispositivos de enrolamento de cabos que fornecem energia, energia de controle ou sinais de controle para grandes equipamentos móveis. Eles são amplamente utilizados em diversos equipamentos móveis nos setores portuário, de docas, de obras hidráulicas e siderúrgico, como pontes rolantes, guindastes de torre, guindastes de pórtico, guindastes de cais, máquinas para movimentação de materiais a granel (recuperadores de empilhadeiras de roda de caçamba), pontes rolantes de topo de barragem em usinas hidrelétricas e vagões plataforma elétricos, iluminação cênica e som, etc.

2. Forma do produto

De acordo com a forma de alimentação, pode ser dividido em: tipo manual, tipo contrapeso, tipo elástico, tipo motor de torque, tipo histerético, tipo transmissão de frequência variável, tipo acoplamento hidráulico e tipo acoplamento magnético.
De acordo com os diferentes materiais de enrolamento, podem ser divididos em: carretel de cabo, carretel de mangueira (meio de transmissão: gás, líquido), carretel de cabo óptico.
Os carretéis de cabos são divididos em axiais de fileira única e axiais de múltiplas fileiras, de acordo com a disposição dos cabos.
Os carretéis de cabos são divididos em dois tipos de acordo com a posição do anel coletor: tipo com anel coletor interno e tipo com anel coletor externo.

3. Princípios de projeto

3.1 Especificações e tipos de cabos

1) Diâmetro externo do cabo, que afeta diretamente o tamanho axial do carretel.
2) Formato do cabo: redondo ou plano. O cabo plano só pode ser enrolado em uma única fileira.
3) O peso unitário (kg/m) e o comprimento do cabo afetam a potência necessária para o carretel. Quanto maior o peso unitário e o comprimento, maior a potência necessária para o carretel.
4) O raio de curvatura do cabo afeta o diâmetro mínimo do carretel. Quando o diâmetro do carretel for menor que o raio de curvatura do cabo, o cabo será danificado.
5) O número de condutores do cabo afeta o número de anéis coletores.
6) A tensão e a corrente afetam o isolamento e o tamanho do anel coletor. O tipo elástico só pode ser usado em equipamentos com tensão inferior a 500 V.

3.2. Comprimento de enrolamento

Afeta o tamanho radial e a potência necessária do carretel. Quanto maior o comprimento, maior a potência necessária.

3.3. Velocidade de movimentação do equipamento

Afeta a potência do motor e a relação de transmissão do carretel de cabo elétrico. Quando a velocidade de deslocamento do equipamento exceder 60 metros/minuto, deve-se selecionar o tipo de controle de frequência variável.

3.4. Altura de instalação do equipamento

Quanto maior a altura de instalação, maior a demanda de energia.

3.5. Método de enrolamento

 

Imagem do método de enrolamento

3.6. Outros fatores

1) Material do carretel: aço carbono, aço inoxidável 304, aço inoxidável 316.
2) Nível de proteção: IP55, IP56, IP65
3) Guia de cabos: se é necessário um guia e se o guia precisa de função de proteção contra tensão.
4) Guia de cabos: se é necessário um guia de cabos
5) Método de alimentação: alimentação no ponto médio/final, etc.

 

Diagrama de instalação da estrutura guia

4. Âmbito de aplicação de diferentes bobinas de cabo

4.1. Carretel de cabo de contrapeso

Trata-se de um dispositivo mecânico que enrola o cabo automaticamente, utilizando o princípio de armazenamento de energia quando um peso é levantado. Ao puxar o cabo, o carretel gira, acionando também o carretel do cabo de aço coaxialmente conectado a ele, que por sua vez levanta o peso e armazena energia potencial. Quando o carretel enrola o cabo, o peso cai, liberando a energia potencial. Sob a ação da tensão do cabo de aço, o carretel do cabo gira e enrola o cabo simultaneamente.
Vantagens: estrutura simples, desempenho estável e confiável, fácil instalação e manutenção, e longa vida útil.
Desvantagens: tamanho grande, mobilidade limitada; caso seja necessário um deslocamento longo, é preciso deixar espaço suficiente para a instalação.
Âmbito de aplicação: pontes rolantes com curso curto para cabos de grande diâmetro (acima de 35 mm²), vagões-baú, vagões de ferro fundido, vagões-batelada de escória em siderúrgicas e outros equipamentos. Esses equipamentos são adequados para ancoragem de cabos em pontos terminais e intermediários.

4.2. Carretel de cabo tipo mola

É um dispositivo mecânico que enrola o cabo automaticamente, utilizando o princípio de armazenamento de energia através da liberação da mola do carretel. Quando o cabo é puxado, o carretel gira, tensionando a mola espiral e armazenando energia; quando o carretel retorna à posição inicial, ele enrola o cabo automaticamente.
Vantagens: bom desempenho de sincronização, baixa tensão do cabo, preço acessível.
Desvantagens: Devido à vida útil limitada da própria mola, a vida útil deste tipo de carretel é relativamente curta e limitada pelo curso.
Âmbito de aplicação: Enrolamento horizontal e vertical de cabos de energia e de controle com seção transversal inferior a 35 mm², como em equipamentos de elevação com ventosas eletromagnéticas, garras, plataformas elevatórias elétricas e outras condições de trabalho similares. Esses dispositivos são adequados para ancoragem de cabos em pontos extremos e intermediários.

4.3. Carretel de cabo com acoplamento magnético

A tecnologia principal consiste em utilizar um acoplador magnético permanente como mecanismo diferencial síncrono. O processo de enrolamento do cabo funciona da seguinte forma: a energia aciona o carretel, que por sua vez enrola o cabo através do acoplador magnético permanente. O acoplador e o carretel deslizam constantemente de forma diferencial para garantir que a velocidade de enrolamento do cabo seja a mesma que a velocidade de deslocamento do equipamento. Ajustando o torque de saída do acoplador magnético permanente, a tensão do cabo pode ser controlada dentro de uma determinada faixa. O processo de liberação do cabo é realizado por meio de um dispositivo de embreagem unidirecional, e a energia não é transmitida ao acoplador e ao carretel simultaneamente. Sob a ação da tensão do cabo, o carretel supera a histerese do dispositivo de liberação e libera o cabo de forma síncrona.
Vantagens: tecnologia consolidada e excelente relação custo-benefício. O desempenho de sincronização entre o carretel e o equipamento móvel é estável e confiável. A tecnologia de ímã permanente é utilizada no estágio final do sistema de transmissão, com baixa velocidade e sem aquecimento; durante o enrolamento e desenrolamento do cabo, a tensão pode ser ajustada para protegê-lo.
Desvantagens: alto nível de ruído.
Âmbito de aplicação: cabos com especificações inferiores a 35 mm², como os utilizados em plataformas elétricas, carrinhos, guindastes de torre, pontes rolantes ou pórticos, empilhadeiras, recuperadoras e outros equipamentos em condições de trabalho semelhantes. Adequado para ancoragem de cabos em pontos extremos e intermediários.

4.4. Acoplamento magnético aprimorado. Carretel de cabo.

O princípio deste carretel de cabo é o mesmo do anterior. O motor de disco ou o motor de freio podem ser selecionados de acordo com as necessidades do usuário. O método de controle elétrico do carretel consiste em manter o motor de enrolamento do cabo em funcionamento enquanto o motor de liberação do cabo permanece desligado.
Vantagens: estrutura mais compacta, tamanho reduzido, massa leve, fácil instalação.
Desvantagens: alto nível de ruído.

4.5. Carretel de cabo do motor com torque de estol de longo prazo

Utiliza um motor de torque com características de parada prolongada e autorregulação de velocidade como fonte de energia. A velocidade de saída do motor diminui automaticamente com o aumento da carga externa, e a velocidade do cabo do carretel é ajustada automaticamente para ser igual à velocidade de deslocamento do equipamento; ao liberar o cabo, sob a ação da tensão do cabo, o torque de parada do motor é superado para liberar o cabo de forma síncrona; quando parado e desligado, o freio a disco do motor de torque é usado para travar o cabo e garantir que ele não deslize.
Vantagens: O motor está sempre energizado, o controle eletrônico é simples, a taxa de falhas pode ser reduzida, a faixa de enrolamento do cabo é grande e o curso é longo.
Desvantagens: Ao soltar o cabo, é necessário vencer a resistência do torque de estol do motor, e cabos finos devem ser usados ​​com cautela.
Âmbito de aplicação: cabos de grande porte, como os utilizados por empilhadeiras, guindastes de ponte ou pórticos rolantes, e equipamentos móveis que percorrem longas distâncias. Esses dispositivos são adequados para ancoragem de extremidades e pontos intermediários de cabos.

4.6. Carretel de Cabo com Histerese

Um disco de aço magnético permanente forma um campo magnético multipolar alternado. Há um disco de indução forte oposto ao disco magnético. Quando o motor aciona o disco de indução para girar em alta velocidade, o disco magnético é acionado para girar por meio de um acoplamento magnético. Quando os dois discos apresentam um deslizamento de velocidade, o disco magnético multipolar magnetiza alternadamente o disco de indução do lado oposto, gerando assim um torque (ou seja, um "acoplamento magnético") que resiste a esse deslizamento e aciona (ou freia) o disco magnético para girar. O carretel do cabo é acionado pelo motor para transmitir energia ao acoplamento de histerese e, após a desaceleração, o torque amplificado é transmitido ao carretel do cabo. Quando o carretel do cabo está em funcionamento, o motor gira sempre na direção do enrolamento do cabo. Quando o equipamento de elevação se afasta da fonte de energia, o cabo puxa o carretel em sentido inverso, fazendo com que os dois carretéis deslizem e liberem o cabo. O torque do campo magnético do acoplamento de histerese garante que o cabo permaneça tensionado durante o processo de liberação. Quando o equipamento de elevação retorna, a tensão do cabo no carretel desaparece e o carretel gira no sentido de enrolamento para completar o processo.
Suas vantagens incluem estrutura compacta, fácil instalação e manutenção, torque de saída ajustável de acordo com as condições reais de trabalho, boa função de autofrenagem, dispensando a instalação de freios, e operação confiável do tambor de cabos. Seu sistema de controle é simples e pode ser integrado ao sistema de controle de avanço e reversão do equipamento. Enquanto o equipamento estiver em funcionamento, o motor do tambor funcionará e a sequência de fases não se alterará. Durante a operação do tambor de cabos, o acoplamento de histerese ajusta a velocidade de acordo com a velocidade de operação do equipamento principal, de modo que a velocidade de retração e liberação do cabo pelo tambor seja sincronizada com a velocidade de operação do equipamento principal.
Sua desvantagem é que, no caso de grande capacidade de cabos e alta altura de instalação da unidade principal, para reduzir o aumento da temperatura do rotor e prolongar sua vida útil, é necessário adotar o conceito de projeto de torque pequeno com múltiplas cabeças, o que é relativamente caro.
É adequado para máquinas e equipamentos móveis pesados, como guindastes pórticos portuários, guindastes de contêineres, carregadores de navios, guindastes de torre, etc. Esses equipamentos são adequados para pontos de ancoragem finais e intermediários de cabos.

4.7. Carretel de cabo de frequência variável

O motor de frequência variável possui uma estrutura de instalação B5, conectado diretamente à entrada do redutor. Uma extremidade do eixo de saída do redutor é conectada ao carretel de cabos por meio de uma conexão por chaveta, e a outra extremidade é conectada ao anel deslizante elétrico na caixa coletora. O redutor e a caixa de transmissão do anel coletor são fixados na parte superior da base. O painel de controle do inversor é independente do carretel de cabos, e a posição de instalação adequada pode ser selecionada de acordo com a situação real. No modo de controle vetorial em malha fechada (com controle vetorial por sensor de velocidade), o inversor seleciona o modo de controle de torque em malha aberta e calcula o diâmetro real do carretel de cabos por meio da integração da espessura para controlar com precisão o torque de saída do motor, garantindo assim que o cabo não sofra alterações de tensão devido a mudanças no diâmetro do carretel durante o enrolamento, ou seja, a tensão do cabo permanece constante. O carretel de cabos apresenta as seguintes vantagens:
(1) Durante o processo de enrolamento e desenrolamento do cabo, independentemente de onde o equipamento esteja se deslocando no trilho, a tensão que atua sobre ele é sempre constante, e a tensão do cabo pode ser ajustada arbitrariamente através da entrada de parâmetros do inversor e da operação do botão do painel da caixa de controle, o que maximiza a proteção do cabo e prolonga consideravelmente a vida útil do cabo.

(2) O carretel pode responder rapidamente às mudanças na velocidade de operação do equipamento e pode ser sincronizado com o equipamento. Seu desempenho é preciso e sensível.
(3) Ele rompe com o gargalo do projeto tradicional de carretel de cabo, como o tipo histerético e o tipo motor de torque. Não é limitado pelas especificações extraordinárias do cabo, comprimento do enrolamento, velocidade do equipamento e altura de instalação. O carretel de cabo em qualquer condição de trabalho complexa é acionado por um motor de frequência variável com potência diferente.
(4) Possui forte adaptabilidade e pode trabalhar continuamente sob alta carga durante todo o dia.
(5) O carretel e o equipamento estão ligados para proteção de operação, o que previne eficazmente acidentes como a ruptura do cabo.
(6) O motor do carretel é controlado com precisão e protegido pelo conversor de frequência, o que pode prolongar sua vida útil.
(7) O carretel de cabo do tipo motor de controle de frequência variável pode alterar automaticamente a frequência de operação do motor de frequência variável do carretel de acordo com a tensão definida e a velocidade de operação do equipamento principal (carrinho), e funciona normalmente em qualquer velocidade de 0 a n (n é a velocidade assíncrona). Quando o equipamento principal é desligado, o freio do motor de frequência variável do carretel de cabo é acionado para garantir que o cabo não deslize.
Vantagens: permite controlar a força com precisão, protege melhor o cabo e prolonga sua vida útil.
Desvantagens: o preço é o mais caro entre produtos similares.
Âmbito de aplicação: guindastes pórticos portuários, guindastes de contêineres, carregadores de navios, guindastes de torre e outras máquinas e equipamentos móveis pesados.