林志軍 李曉斌 曾 遠(yuǎn) 楊保健

1廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局 廣東 江門(mén) 529030；2五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 廣東 江門(mén) 529020

基于橫向支撐的輸變電設(shè)備小型移動(dòng)吊車(chē)設(shè)計(jì)

林志軍1李曉斌1曾 遠(yuǎn)1楊保健2

1廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局 廣東 江門(mén) 529030；2五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 廣東 江門(mén) 529020

當(dāng)前的電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大多數(shù)輸變電設(shè)備體積大、重量重，且變電站作業(yè)空間小，通常對(duì)輸變電設(shè)備的維護(hù)和檢修都是斷電操作。論文設(shè)計(jì)了一款基于橫向支撐的輸變電設(shè)備小型移動(dòng)吊車(chē)，它具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作靈活方便、作業(yè)半徑小等優(yōu)點(diǎn)，在保證不斷電、不影響人們正常工作和生活的前提下，滿(mǎn)足在擴(kuò)建站臨近帶電設(shè)備時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢修、安裝等施工作業(yè)的特殊需求。

移動(dòng)吊車(chē)；橫向支撐；立柱；側(cè)臂；不斷電

0 引言

當(dāng)前的電網(wǎng)工程的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，設(shè)備停電管理是維系電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。對(duì)輸變電設(shè)備進(jìn)行檢修和維可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性具有重要作用[1]。但是大多數(shù)輸變電設(shè)備體積大、重量重，而變電站作業(yè)空間小，為確保作業(yè)安全，需應(yīng)用大型吊裝設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。通常在擴(kuò)建變電站內(nèi)對(duì)臨近帶電設(shè)備的安裝、檢修都是停電操作（如圖1所示），由于設(shè)備停電吊裝耗時(shí)較長(zhǎng)，電網(wǎng)可靠性供電面臨挑戰(zhàn)。

鑒于此，本文擬設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一款基于橫向支撐的輸變電工程小型移動(dòng)吊車(chē)，可以滿(mǎn)足在擴(kuò)建站臨近帶電設(shè)備時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢修、安裝等施工作業(yè)。既可以提升施工作業(yè)的安全性和簡(jiǎn)便性，又縮短施工作業(yè)耗時(shí)，基本可以杜絕以往臨近設(shè)備更換需要長(zhǎng)時(shí)間停電的缺點(diǎn)，大大提升了電網(wǎng)可靠性供電和設(shè)備的可利用率，有利于于提升供電企業(yè)的供電服務(wù)水平[2]。

圖1 配電站瓷瓶的安裝

圖2 110kV配電站局部平面布置圖

圖3 移動(dòng)吊車(chē)總體結(jié)構(gòu)圖(1底座；2輪子；3配電站支柱；4、10側(cè)臂；5卷?yè)P(yáng)機(jī)；6旋轉(zhuǎn)座；7橫梁

1 移動(dòng)吊車(chē)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于橫向支撐的小型移動(dòng)吊車(chē)是一種通過(guò)液壓舉升及伸縮系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)重物的升降、回轉(zhuǎn)，并通過(guò)兩支側(cè)臂獲得橫向支撐的專(zhuān)用設(shè)備，主要由輪子、底座、推桿、鋁合金立柱、卷?yè)P(yáng)機(jī)、液壓桿、吊鉤、側(cè)臂等組成。其中，移動(dòng)式底座尺寸為1500mm(長(zhǎng))*1000mm（寬），側(cè)腿長(zhǎng)約2500mm，吊車(chē)立柱高1500mm，橫梁伸出總長(zhǎng)2500mm，吊車(chē)總質(zhì)量約0.8T，起吊重量大于0.5T，吊裝高度為3m。它具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、操作靈活方便、作業(yè)空間小等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能高效的電力設(shè)備吊運(yùn)裝備，可廣泛用于配電站里諸如瓷瓶等重量大、質(zhì)地脆、安裝高度高等設(shè)備的吊裝。

輸變電工程小型移動(dòng)吊車(chē)穿梭在配電站的支柱之間，實(shí)現(xiàn)瓷瓶等電力設(shè)備的吊裝。作業(yè)區(qū)間為2.5m×2 m的“日”字型矩陣，如圖2所示。為了避免移動(dòng)吊車(chē)在作業(yè)過(guò)程中失去穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的安全裝置有力矩限制器、上升極限位置限制器、側(cè)臂支撐裝置等[5-6]。作業(yè)時(shí)力矩限制器限制吊車(chē)的傾翻力矩，當(dāng)?shù)踯?chē)起重量達(dá)到額定值時(shí)，發(fā)出信號(hào)，進(jìn)而停止工作，防止移動(dòng)吊車(chē)因超力矩而發(fā)生傾翻事故；上升極限位置限制器在起重臂接近最大角度時(shí)，限位開(kāi)關(guān)打開(kāi)，發(fā)出警報(bào)，防止起重臂過(guò)卷?yè)P(yáng)；而最重要的一個(gè)安全裝置是側(cè)臂支撐裝置，在確定吊車(chē)的吊裝位置后，將吊車(chē)的兩支側(cè)臂張開(kāi)成120度，分別緊固在1號(hào)支柱和3號(hào)支柱上，從而形成一個(gè)頂角為120度的等腰三角形，保證吊車(chē)的立柱在整個(gè)吊裝過(guò)程中的穩(wěn)定性，如圖3所示。

2 關(guān)鍵部件強(qiáng)度校核

側(cè)臂和立柱是移動(dòng)吊車(chē)作業(yè)時(shí)承受應(yīng)力最為復(fù)雜的零部件。側(cè)臂是移動(dòng)吊車(chē)作業(yè)時(shí)連接吊車(chē)立柱和配電站支柱的重要橫向支撐件，吊裝作業(yè)完畢可拆卸。在整個(gè)瓷瓶吊裝作業(yè)過(guò)程中，因?yàn)榈踯?chē)橫梁要旋轉(zhuǎn)和俯仰，致使側(cè)臂所受的力較為復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度關(guān)系著整個(gè)吊車(chē)的作業(yè)穩(wěn)定性[3，4]。側(cè)臂兩側(cè)靠環(huán)形卡扣分別與吊車(chē)立柱和配電站支柱連接，中間為中空的方管結(jié)構(gòu)。

由于移動(dòng)吊車(chē)模型過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致有限元分析不能夠很好地收斂。故對(duì)物理模型做了簡(jiǎn)化，如圖4所示。設(shè)定作用在吊鉤上的重力為5000N，在四個(gè)腳輪及側(cè)臂與配電站支柱之間的位置設(shè)定為全約束，并對(duì)吊車(chē)立柱、側(cè)臂和橫梁劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元模擬。節(jié)點(diǎn)數(shù)為18574，單元數(shù)為5379。應(yīng)力與應(yīng)變分布如圖5和圖6所示。

由圖5可見(jiàn)，側(cè)臂、立柱及橫梁所受的應(yīng)力均較小且較均勻。其中，立柱中部的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)至與側(cè)臂連接處所受應(yīng)力較大，約為2×108Pa。由圖6可見(jiàn)，整個(gè)立柱所產(chǎn)生的應(yīng)變較大且比較均勻，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處應(yīng)變量最大，約為6×10-4。應(yīng)力應(yīng)變分布均在起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范內(nèi)[5]，符合要求。

圖4 網(wǎng)格劃分與邊界

圖5 應(yīng)力分布

圖6 應(yīng)變分布

3 結(jié)論

本文建立了移動(dòng)吊車(chē)的結(jié)構(gòu)有限元模型，利用simulate軟件對(duì)移動(dòng)吊車(chē)的立柱及側(cè)臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，從而得到立柱應(yīng)力較大的區(qū)域和應(yīng)力分布規(guī)律，為輸變電工程小型移動(dòng)吊車(chē)的開(kāi)發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。

[1]張文卓.試論輸變電設(shè)備檢修現(xiàn)狀及檢修方案[J].技術(shù)探討，2015，5（6）：99

[2]林曉珊.影響配電網(wǎng)工程帶電作業(yè)的因素及安全管理[J].科技與創(chuàng)新，2015,19

[3]張強(qiáng),林博.汽車(chē)起重機(jī)活動(dòng)支腿結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].工程機(jī)械，2011,42（9）：22-25

[4]歐溈濱，郭學(xué)祥.基于Patran的汽車(chē)起重機(jī)車(chē)架及支腿有限元分析[J].建筑機(jī)械，2011：88-91.

[5] GB/T 3811—2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

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