車載移動式跨越架的研制

梁益嘉，陳強(qiáng)，吳鋼，夏國華

(國家電網(wǎng)湖北省電力公司咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100)

王家琦

(荊州市元澤石油設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434000)

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車載移動式跨越架的研制

梁益嘉，陳強(qiáng)，吳鋼，夏國華

(國家電網(wǎng)湖北省電力公司咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100)

王家琦

(荊州市元澤石油設(shè)備有限公司，湖北 荊州 434000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,社會進(jìn)步對電的依賴越發(fā)嚴(yán)重,正在新建的超高壓以及特高壓輸電線路施工過程中面臨著需要跨越高速公路、電力線路、鐵路以及其他障礙物。為此，提出一種高機(jī)動性、能夠快速自動展開的車載移動式跨越架。車載移動式跨越架的出現(xiàn)有效解決了輸電線路施工過程中跨越多種障礙物的技術(shù)問題，不僅能夠滿足施工工序和施工進(jìn)度要求，還能保證施工的安全運行。介紹了車載移動式跨越架的結(jié)構(gòu)原理，并對車載移動式跨越架進(jìn)行了可靠性分析，分析結(jié)果表明車載移動式跨越架在放線施工過程中安全可靠，完全能夠滿足放線跨越施工的要求。

車載移動式跨越架；電力跨越放線施工；安全可靠

電力線路施工跨越架是施工作業(yè)中跨越公路、鐵路及電力線路等障礙物的必備作業(yè)工具。當(dāng)前傳統(tǒng)的跨越架搭設(shè)方式是使用竹或木質(zhì)材料，有些地方使用鋼管為主材在被跨越物兩側(cè)人工搭設(shè)腳手架形式的跨越架，以確保放線施工中組成安全防護(hù)件，滿足放線施工的安全[1～4]。傳統(tǒng)的腳手架式跨越架的使用有多種弊端，跨越架搭設(shè)和拆除時間長，使用安全隱患大?？缭郊艽胬m(xù)周期一般超過2周時間，跨越架本身穩(wěn)定性就不是很高，尤其遇到大風(fēng)、大雨或者其他不可預(yù)測的因素時，跨越架極易發(fā)生倒塌等事故，難以保護(hù)被跨越物，這是施工單位所不能接受的?？缭郊艽钤O(shè)審批難，公路和鐵路部門對跨越架的搭設(shè)要求嚴(yán)格審查施工安全措施，一般審批流程多，周期長，而且審批條件苛刻，這樣就約束了施工工期，難以滿足施工工期安排的要求，形成施工誤工不能按時完成，需要再次申請審批。搭設(shè)跨越架往往需要占用農(nóng)戶的耕地，這也是造成跨越施工困難不可抗因素之一[5～9]。

1 車載移動式跨越架的結(jié)構(gòu)組成

車載移動式跨越架包括：汽車起重機(jī)、跨越架附件、跨越架本體等主要部分，具體如圖1、圖2所示。

移動式跨越架能快速到達(dá)各類作業(yè)地區(qū)而滿足快速施工要求，移動式跨越架本體用新型高強(qiáng)度鋼材料制作，本體底座通過附件與汽車起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)頭部相連，并通過旋轉(zhuǎn)舉升機(jī)構(gòu)將展開的矩形平臺舉升到一定高度，再旋轉(zhuǎn)到被跨越物上方，確?？缭绞┕ぐ踩玔10]。移動式跨越架的液壓系統(tǒng)通過汽車起重機(jī)提供的液壓動力源將跨越架桁架展開和收攏，展開滿足跨越覆蓋平臺，收攏滿足撤卸存放需要。

2 車載移動式跨越架的工作原理

車載移動式跨越架是基于雨傘伸縮原理發(fā)明的，由動力系統(tǒng)通過連桿機(jī)構(gòu)將位于滑道周圍的桁架組件，展開成一個骨架系統(tǒng)，在桁架組件展開的同時，桁架周圍的繩系隨之繃緊，繩系與各個方向的桁架組件連成一體，形成一個方形的平臺，這個平臺就是跨越架封網(wǎng)平臺[11]。在跨越施工時，與跨越架相配合的汽車起重機(jī)可將跨越架平臺送至需要跨越的目標(biāo)物上方，從而實現(xiàn)對被跨越目標(biāo)物進(jìn)行封網(wǎng)覆蓋，汽車起重機(jī)還為跨越架的伸展和收縮提供動力源。

3 跨越架主要構(gòu)件的理論計算

3.1 汽車起重機(jī)耳座受力分析

圖3 汽車起重機(jī)起重受力分析

由圖3可知：

T′=m1gL2+G1gL4

(1)

L2=L1cosα

(2)

L4=L3cosα

(3)

式中，T′翻轉(zhuǎn)力矩；L1為副臂長度；L2為負(fù)載力臂；L3為副臂重心距銷軸孔距離；L4為副臂自重力臂；

α角為吊臂工作仰角； G1為副臂自重；m1為負(fù)載質(zhì)量；

g為重力加速度。

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術(shù)協(xié)議》可得最大翻轉(zhuǎn)力矩T′=54513N·m。

同理由式(1)、(2)、(3)得副臂對O1點翻轉(zhuǎn)力矩T=65280N·m。

3.2 水平起升狀態(tài)受力分析

由項目輸入條件可知汽車起重機(jī)的擺臂油缸所提供的最小啟動轉(zhuǎn)矩M≥480000N·m，由圖4可知跨越架自重產(chǎn)生的負(fù)載力矩為：

M′=(L6+L9)gG2

(4)

式中，M′為跨越架自重產(chǎn)生的負(fù)載力矩；L6為跨越架收攏時重心離銷軸孔距離；L9為汽車起重機(jī)第一級吊臂長度；G2為跨越架自重。

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術(shù)協(xié)議》可得：M′=240000N·m。

因為M>M′，故吊車水平起升跨越架時，吊車擺臂液壓缸推力滿足要求。

圖4 跨越架起升時受力分析

(5)

同理可得T1=40000N·m。

3.3 跨越架展開受載后受力分析

由圖5可知，以O(shè)1點為圓心，O2點所受力矩為：

(6)

T3=m2g(L5+L8)+G2g(L5+L7)

(7)

圖5 跨越架起升展開承載受力分析

3.4 跨越架桁架受載分析

桁架結(jié)構(gòu)受力分析如圖6所示，由力矩平衡公式有：

Gl2+G1l4=Fl3sinβ

(8)

式中，G為桁架自重；F為繩子張力；β為夾角；G1為負(fù)載重量；l4為負(fù)載在桁架力臂長度；l3為繩子距跨越架端部固定點長度；l2為桁架重心力臂長度；l1為固定點距間距。

圖6 跨越架桁架組件受力分析

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術(shù)協(xié)議》可得:F=13200N。

4 跨越架主要構(gòu)件的有限元分析

4.1 跨越架底座有限元分析

圖7 車載移動式跨越架底座受力分析

由上述分析結(jié)果可知，跨越架底座受到的最大轉(zhuǎn)矩為T=65280N·m，而且，跨越架底座受到的最大載荷為靜載荷，跨越架底座受力模型可簡化為如圖7所示。圖中O1、O2為跨越架底座與汽車起重機(jī)相連耳座的簡化固定點，轉(zhuǎn)矩T為等效負(fù)載。

跨越架模擬分析邊界條件如圖8所示，模型劃分網(wǎng)格圖如圖9所示，分析結(jié)果模型應(yīng)力分布情況如圖10所示。

圖8 跨越架底座有限元分析邊界條件

圖9 跨越架底座網(wǎng)格化模型

圖10 跨越架底座受載后應(yīng)力分布模型

4.2 跨越架桁架組件有限元分析

跨越架桁架模擬分析邊界條件如圖11所示，模型劃分網(wǎng)格圖如圖12所示，分析結(jié)果模型應(yīng)力分布情況如圖13所示。

圖11 桁架組件有限元分析邊界條件

圖12 跨越架桁架組件網(wǎng)格化模型

5 結(jié)論

圖13 跨越架桁架組件受載后應(yīng)力分布

1)提出了一種新型的放線施工跨越架，通過以上受力分析和計算，證明該跨越架原理簡單、科學(xué)合理。應(yīng)用該跨越架可大大提高施工人員作業(yè)的安全性和可靠性，同時可提高跨越作業(yè)的效率，縮短施工周期，降低施工成本。

2)提出的車載移動式跨越架在進(jìn)行放線跨越施工時，能夠降低跨越施工帶來的損失，增加了放線跨越施工的安全性和可靠性，提高了施工的速度，從長遠(yuǎn)來看，車載移動式跨越架的使用，是電力線路建設(shè)的未來發(fā)展方向。

3)移動式跨越架是一種能夠自行伸展和回收，在一定高度履蓋各類被跨物，能滿足公路、鐵路、電力線路的跨越施工。研究成果對當(dāng)前線路跨越施工能力、安全性和便捷性是個革命性推進(jìn)。

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[編輯] 計飛翔

2016-06-13

國網(wǎng)湖北省電力公司第一批科技項目(5215L01400DQ)。

梁益嘉(1972-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事電力輸電線路建設(shè)和工程管理方面的研究工作；通信作者：王家琦， 412665806@qq.com。

TM753

A

1673-1409(2016)28-0050-05

[引著格式]梁益嘉，陳強(qiáng)，吳鋼，等.車載移動式跨越架的研制[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版)，2016,13(28)：50～54.