電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)的研制

李波，徐淇，吳昊

（常州供電公司，江蘇 常州 213000）

1 問題提出

隨著電力企業(yè)的蓬勃發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，架空線路大修技改和農(nóng)網(wǎng)改造時(shí)，需要制作大量的拉線。輸電線路在制作拉線時(shí)，需要制作拉線彎頭。拉線是桿塔主要承力部件之一，因此對(duì)拉線制作，特別是對(duì)拉線彎頭的制作精度要求很高。依據(jù)現(xiàn)有施工條件，拉線彎頭采用純手工制作，存在三個(gè)主要問題：一是人工制作拉線彎頭誤差難以控制，彎頭弧度過大或過小都會(huì)導(dǎo)致彎頭不貼合、彎頭間隙過大的情況，導(dǎo)致制作的拉線彎頭不合格，進(jìn)而引發(fā)鋼絞線承力性能不佳等桿塔本體質(zhì)量缺陷，影響桿塔的正常運(yùn)行。二是滑脫的鋼絞線可能出現(xiàn)回彈傷人安全事故。三是人工制作拉線彎頭時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，浪費(fèi)人力。因此，研制一種拉線自動(dòng)彎折裝置是十分必要的。

2 電力線路拉線自動(dòng)彎折裝置的研制構(gòu)思

針對(duì)“電力線路拉線自動(dòng)彎折裝置”這個(gè)主題，小組采用軸壓式機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用鋰電池供電，以步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)軸輪彎折拉線，并通過PLC定位控制邏輯與位置傳感器控制拉線彎折扭矩和角度。為了能夠在便于攜帶的情況下，進(jìn)行輸電線路拉線彎頭的自動(dòng)制作，新裝置將電機(jī)、減速器、PLC模塊和電池等模塊集成于一體（如圖1）。

圖1 電力線路拉線自動(dòng)彎折裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

按照其功能不同，可將裝置分解為機(jī)械傳動(dòng)部分和電氣控制部分（如圖2）。

圖2 電力線路拉線自動(dòng)彎折裝置的功能結(jié)構(gòu)

2.1 裝置機(jī)械傳動(dòng)部分的選定

為保證每次彎折時(shí)相同的彎折角度和相同的定型時(shí)長(zhǎng)，選用彎折角度精確率高、工作穩(wěn)定度高的旋動(dòng)式定型方式。目前常用線夾尺寸為UX-1、UX-2兩種，兩種線夾尺寸所需要彎曲的曲率不同。因此，將旋動(dòng)軸設(shè)計(jì)為粗芯軸和細(xì)芯軸兩種尺寸，兩種軸可以靈活切換，以滿足不同的曲率。（如圖3）。

圖3 裝置機(jī)械傳動(dòng)部分芯軸切換圖

2.2 裝置電氣控制部分方案選擇

該部分主要由電機(jī)部分、控制部分和電源部分等三部分組成，用于控制機(jī)械傳動(dòng)的同時(shí)為其提供動(dòng)力。

2.2.1 機(jī)電部分的選定

為滿足所有型號(hào)鋼絞線彎折最高扭矩需求，機(jī)器輸出扭矩應(yīng)至少為800N·m，考慮到裝置的便攜性，選定雷賽86步進(jìn)電機(jī)和RV40減速機(jī)，將減速比確定為1：100。安裝電機(jī)及減速機(jī)后進(jìn)行輸出扭矩測(cè)試，由于減速機(jī)存在損耗，實(shí)際額定輸出扭矩為800N·m，輸出扭矩最大可達(dá)900N·m。

2.2.2 控制部分的選定

PLC控制器編程、調(diào)試周期短，可靠性高，適合小規(guī)模的設(shè)備研發(fā)，因此選用PLC控制器。PLC控制器控制面板如圖4所示。

圖4 裝置PLC控制面板

考慮到裝置工作環(huán)境的復(fù)雜性，選擇定位邏輯作為控制邏輯，可在信號(hào)干擾、信號(hào)暫時(shí)丟失、電機(jī)卡頓等現(xiàn)場(chǎng)干擾下正?？刂?。根據(jù)定位邏輯要求，機(jī)器需要位置傳感器返回定位信號(hào)。

2.2.3 電源部分

考慮到裝置的便攜性和續(xù)航能力，選擇體積小、充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)的鋰電池為裝置供電。為滿足電機(jī)的供電要求，電池電壓選定為36V。每次彎折需要耗費(fèi)電量約0．2Ah，為了保證拉線彎折機(jī)能制作拉線20次以上，最終選擇使用三星DS10S2P鋰電池，容量為4．4Ah，其體積小，重量輕，便于整機(jī)組裝。

3 電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)的使用方法

（1）開電復(fù)位：打開電源開關(guān)，第一次按下啟動(dòng)按鈕，控制模塊指令驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)彎折機(jī)構(gòu)復(fù)位至起始位置，彎折機(jī)構(gòu)處于起始位置時(shí)，掛鉤呈打開狀態(tài)。

（2）固定待彎折鋼鉸線：將待彎折鋼鉸線的一端置于限位固定機(jī)構(gòu)基座的納線槽內(nèi)，將待彎折鋼鉸線的端頭從左向右穿過驅(qū)動(dòng)輪和彎折輪之間的空隙向右伸出設(shè)定長(zhǎng)度，通過夾緊手柄操作夾緊螺桿帶動(dòng)壓塊向前運(yùn)動(dòng)抱合夾緊位于納線槽內(nèi)的待彎折鋼鉸線（如圖5）。

圖5 電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)鋼筋就位示意圖

（3）設(shè)置參數(shù)：通過液晶顯示屏配合鍵盤，按照待彎折鋼鉸線的標(biāo)稱截面（如35mm2、50mm2或70mm2）相應(yīng)設(shè)置工作參數(shù)，所設(shè)工作參數(shù)發(fā)送控制模塊。

（4）啟動(dòng)彎折：第二次按下啟動(dòng)按鈕，控制模塊按照設(shè)定參數(shù)相應(yīng)指令驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過彎折機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輪軸帶動(dòng)支撐連接架以驅(qū)動(dòng)輪軸為中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐連接架帶動(dòng)彎折輪軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)輪和彎折輪隨動(dòng)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還相對(duì)于待彎折鋼鉸線轉(zhuǎn)動(dòng)并對(duì)待彎折鋼鉸線進(jìn)行彎折；彎折輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)后帶動(dòng)掛鉤的掛接部在擋片下方與驅(qū)動(dòng)輪軸松配合掛接，從而封閉待彎折鋼鉸線正在彎折部位的上端；本步驟中，對(duì)待彎折鋼鉸線實(shí)行變速彎折，在彎折輪軸從起始位置旋轉(zhuǎn)170度角后，降速彎折，以增大力矩。

（5）彎折成型及復(fù)位：終點(diǎn)位置傳感器檢測(cè)到彎折輪軸到達(dá)加強(qiáng)墊板的第二通孔上方即到達(dá)彎折終點(diǎn)時(shí)，控制模塊指令驅(qū)動(dòng)模塊停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)開始反向轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)彎折機(jī)構(gòu)復(fù)位至起始位置，掛鉤在復(fù)位過程中自動(dòng)打開，此時(shí)待彎折鋼鉸線的拉線彎頭已經(jīng)成型。

（6）拉線彎頭取出：通過夾緊手柄操作夾緊螺桿帶動(dòng)壓塊向后運(yùn)動(dòng)松開納線槽內(nèi)的待彎折鋼鉸線，將已經(jīng)彎折成型的待彎折鋼鉸線取出。

（7）若繼續(xù)下一個(gè)待彎折鋼鉸線拉線彎頭制作，則返回步驟（2）；若操作完畢則關(guān)機(jī)。

4 應(yīng)用效果及成果

在為期3個(gè)月的鞏固期內(nèi)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試和投入現(xiàn)場(chǎng)使用，累計(jì)使用拉線電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)進(jìn)行296次拉線制作。每次拉線制作后，均進(jìn)行彎頭間隙、制作時(shí)間、鋼絞線用量等數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：使用電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)可達(dá)到以下效果。

（1）電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)由傳統(tǒng)制作方法“人力為主”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皺C(jī)械為主，人力為輔”模式，拉線制作過程具備自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化的特征，制作出的彎頭一次成型，且與楔子貼合度高，彎頭放入線夾后無需再次調(diào)整，制作彎頭平均耗時(shí)從活動(dòng)前的3．2分鐘降低至活動(dòng)后的0．5分鐘，有效提高了施工效率。

（2）電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)根據(jù)不同規(guī)格鋼絞線選用芯軸，可以使彎頭和楔子更為貼合，彎頭間隙平均值從活動(dòng)前的3．4毫米降低至1毫米，有效提升制作質(zhì)量。

（3）使用電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)可以消除拉線彎頭制作過程的安全隱患，拉線通過固定夾具固定，彎折機(jī)工作過程中不會(huì)發(fā)生拉線彈跳等情況，有效避免由于拉線彈跳引起的安全事故。

5 結(jié)語

電力線路拉線自動(dòng)彎折機(jī)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，能夠快速進(jìn)行鋼絞線的彎折工作，且成功率高，節(jié)省了作業(yè)人員勞動(dòng)力，提升了作業(yè)效率，同時(shí)通過鎖緊機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用下壓平行力彎折拉線，克服了傳統(tǒng)拉線制作過程中鋼絞線回彈導(dǎo)致人身傷害的安全問題，具有較好的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/GDW 1799．2-2013，國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程線路部分[S]．中國電力出版社，2013．