乔慧琳 郑俊涛
摘 要
电缆盘主要功能是存放主体设备与外部设备连接的电缆，具有手动和电动两种操作模式。大型设备电缆盘电动收放功能直接影响用户的使用体验，本文提供一种解决电缆盘收放功能失效模式分析的思路，给出电缆盘收放功能失效模式的一种解决方案。
关键词
电缆盘;收放功能;失效模式;解决方案
中图分类号： TM75 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 27
0 引言
本文所指的电缆盘主要功能是存放主体设备与外部设备连接的电缆，具有手动和电动两种操作模式，其中电动操作模式采用直流供电和蓄电池供电两种供电模式。在不供电的情况下，可利用手动操作进行收放电缆工作。
由于大型设备所采用的电缆规格较大，重量相对较重，电缆盘的电动收放功能使用频率极高，直接影响用户的使用体验。一旦失效，虽然手动操作也能够完成电缆收放的任务，但仍然会给客户带来极大的不便，造成不良的影响。因此，电缆盘的收放功能在电缆盘设计中显得至关重要。
1 电缆盘结构形式简介
1.1 电缆盘结构及工作机理简介
电缆盘主要由电动电机、电缆盘盘体、电磁离合器、开关控制、电缆盘支架等组成，电动电机、电磁离合器通过传动键连接在电缆盘盘体中，电机通过支架安装在电缆盘盘体一端，其输出轴与电磁离合器一端通过传动键连接（见图1），电磁离合器另一端则与电缆盘盘体连接。
电缆盘通过开关控制通电后，电磁离合器吸合，电动电机通过电磁离合器带动电缆盘盘体转动，实现电动收放电缆功能。
电缆盘断开电源后，电磁离合器自动分离，电动电机停止工作，电缆盘停止电动收放电缆模式，进入手动收放电缆模式。
1.2 失效模式分析
结合电缆盘结构和工作机理，分别从以下五个方面分析导致电缆盘电动功能失效模式产生的根本原因。
a）电动电机出现功能性故障。
当电动电机出现功能性故障时，电动电机根本无法启动。电动电机出现功能性故障可能有两种情况，一电机本身质量问题;二是连接线路出现故障。
b）电缆盘开关控制线路出现故障。
当开关控制失效时，无法启动电缆收放功能。开关控制线路老化或连接错误、或线路质量问题，都是可能导致开关控制不能工作的原因。
c）电磁离合器故障。
作为电缆盘整体的一个组成部分，电磁离合器是主要的传动部件，其失效模式基本同电动电机的失效模式类同，电磁离合器的质量问题和连接问题是导致其故障的主要原因。
d）传动机构失效。
传动机构是保证整个电缆盘正常工作的重要环节，电缆盘传动机构是电动电机、电磁离合器联合工作的纽带，非独立存在，却担负着整体运作的重要功能。因此，传动轴与传动键的设计及材料的选择至关重要，也是影响电缆盘电动收放功能的重要因素。
e）电缆盘变形故障。
电缆盘作为电缆盘整体运作的外部结构，一方面负载电缆的重量，另一方面也是传动的最后环节，其结构设计合理性和材料的性能，不但影响电缆盘电动收放功能，也同样影响电缆盘手动收放功能。
通过以上分析，可建立失效模式分析图，见下图2。
根据以上分析所得的导致电缆盘电动收放功能失效的因素，按零部件进行分解，分为电机、电磁离合器、电缆盘、传动机构以及开关控制五项，细分原因要素，分别从严重度、探测度、频度三个维度，结合实际产品在设计、生产及应用情况，根据发生以上各种可能的故障的严重度、探测度以及发生频度，进行综合评估，假设以每项10分为最高分，评出得分值，列于下表1中，按照公式：
总分值=严重度*探测度*频度
进行计算得分。得分情况见表1。
随着现代管理水平的提高，企业对于外购件功能选择以及外购件厂家的选择都进行了严格的质量管控，而且也具备较为完善的检测手段和控制手段，因此，尽管电动电机、电磁离合器等它们的功能性失效对于整个电缆盘电动收放功能的失效起着关键性作用，一旦电动电机、电磁离合器等功能性失效，停止运转，对整个电缆盘功能的严重度而言可评估为最高，但其探测度、频度则相对并不高。因此其总分值显示，一旦发生电磁离合器、电动电机的功能性失效，对于电缆盘整体系统而言，其修复难度不大。（当然，如果细分电动电机、电磁离合器功能性失效模式，就个体修复而言其难度则应另当别论，本文仅将电动电机、电磁离合器的总功能性失效作为考察点）
同样，由于联接失效导致的整体电缆盘电动收放功能失效，其严重度也是相对较高，但探测度、频度仍然在可查、可控的范围内，因此，其探测度、频度的评估得分不高。
而电磁离合器、电动电机一般情况下属于选型设计，一旦选定后，考虑经济性、通用性、维修性，二次设计空间一般并不大，因此，在电缆盘整体设计过程中，其电缆盘盘体设计以及其内部安装布局设计非常重要。
由于大型设备所用的电缆较重，对电缆盘盘体承载能力要求也较高。而电缆盘结构合理性与材料选择合理性相互影响。设计合理的电缆盘结构，有助于提高整体的强度，能够在材料选择上给予更大的选择空间;而性能较高的材料，也能够为结构的局限性提供有利的支撑。
设计人员综合考虑各种因素，匹配出设计方案。
如果不是明显的设计缺陷，一般在产品刚开始试运行期间，其结构合理性对整体功能失效的影响并不易被发现，且严重度也并不算高，很容易被忽视。
随着运行周期加长，各个零部件在运行过程中因为结构性问题，会渐渐出现磨损、噪声等不良情况，结构性的问题则会越来越明显地被暴露出来。当在单边收放过程或两边收放不同步的情况下，极易造成电缆盘变形，导致整体电缆盘电动收放功能失效，检测难度也相对较高，需要拆解逐项排查，问题频度也会相对较高。
电缆盘一旦出现变形，存在电动电机和电磁离合器连接处不同轴的风险，从而导致离合器间隙发生变化，当变化量大于离合器啮合间隙时，离合器不能有效分离，传动键和电磁离合器磨损，造成电磁离合器不能与电动电机有效的结合，电机轴卡住，电动、手动收放功能失效。
2 一种优化的电缆盘结构安装方案
为解决电缆盘盘体承载过重，而造成在电磁离合器与电动电机不同轴的问题，优化后的电缆盘结构形式，将电动电机由电缆盘盘体内调整至盘体外侧，增加底部框架及两端支撑，优化前后结构对比见图3、图4。
同时，可根据结构调整情况，适当调整电缆盘材料性能，以达到优化效果，提升电缆盘承载能力。
另外，充分考虑适宜性和经济性，适当调整传动机构的结构，增加传动截面的面积或材料性能，也不失是一种可行的局部优化的解决方案。
3 结束语
通过对电缆盘电动收放功能的可能失效模式的分析，找到导致电缆盘电动收放功能失效的问题点，并逐一进行分解，通过问题解决难度的难易程度，深入分析，提供了一种电缆盘结构优化方案。
本文为解决电缆盘收放功能失效问题提供一个可行的解决问题方案，也為在产品设计过程中遇到零部件失效问题时，提供了一种解决问题的思路和方法。
