基于電線絕緣桿作業(yè)的防墜器安全支架設(shè)計(jì)

楊方明 周勝 李文 汪濤 易暢

摘?要：湖北省電力有限公司技術(shù)培訓(xùn)中心致力于培養(yǎng)電力技術(shù)人才，然而在近期的電力技術(shù)培訓(xùn)工作中，發(fā)現(xiàn)學(xué)院進(jìn)行絕緣桿作業(yè)搭接支接線路引線過程中，部分學(xué)員出現(xiàn)下滑及踏空危險(xiǎn)情況，進(jìn)而導(dǎo)致部分學(xué)員因此下滑、踏空等遭受防墜器鋼絲繩勒傷。因此，如何解決防墜器掛點(diǎn)可否跟隨人員一起旋轉(zhuǎn)、避免防墜器鋼絲繩影響人員操作就成了亟待解決的問題。為此，本文設(shè)計(jì)了一套防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架作為防墜器的新掛點(diǎn)，以解決上述培訓(xùn)過程中的實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架;絕緣桿作業(yè)法;受力;拉力試驗(yàn)

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，配網(wǎng)不停電作業(yè)的需求急劇提升，配網(wǎng)不停電作業(yè)人員資質(zhì)要求逐漸由主業(yè)人員向農(nóng)電工及社會(huì)化用工人員放開。第三產(chǎn)業(yè)人員登桿基礎(chǔ)差又很少接觸帶電作業(yè)，因此帶來(lái)了配網(wǎng)不停電作業(yè)人員在配網(wǎng)不停電作業(yè)培訓(xùn)中易產(chǎn)生各種安全隱患的問題[1]。湖北省電力有限公司技術(shù)培訓(xùn)中心在10kV配網(wǎng)不停電作業(yè)一、二類項(xiàng)目取證班的學(xué)員培訓(xùn)過程中，發(fā)現(xiàn)在絕緣桿作業(yè)法搭接支接線路引線時(shí)，由于學(xué)員在桿上需進(jìn)行頻繁換位作業(yè)，起后備保護(hù)用的防墜器鋼絲繩妨礙桿上操作，因此許多學(xué)員將防墜器鋼絲繩拉至腋下后進(jìn)行搭接或斷開支接線路引線作業(yè)，當(dāng)人員出現(xiàn)突然下滑或踏空時(shí)，防墜器鋼絲繩極易對(duì)人員產(chǎn)生傷害。為此，本文設(shè)計(jì)了一套防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架方案，具體闡述如下：

一、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架設(shè)計(jì)要求與思路

防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮是自身穩(wěn)定及安全受力問題;其次是要考慮電桿穩(wěn)定及安全受力問題;第三是要考慮在使用過程中能方便學(xué)員在電桿上換位作業(yè)時(shí)不至于影響到人員的操作，而且轉(zhuǎn)動(dòng)換位較為靈活;第四是要考慮防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架在電桿上的安裝簡(jiǎn)便且好自動(dòng)定位;第五是要考慮人員在下墜時(shí)人員的擺動(dòng)要小，以防止人員撞桿;最后要考慮整個(gè)支架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)湊及重量輕巧[2]。

在設(shè)計(jì)防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架時(shí)考慮到在幾種鋼材型材如工字鋼、槽鋼、角鋼、管材中，在相同重量相同截面相同長(zhǎng)度的情況下，管材強(qiáng)度最高且穩(wěn)定性最好，同時(shí)管材中方管便于安裝和固定，因此選定一根Q235方管（60mm×60mm×4.8mm）和二根Q235方管（40mm×40mm×3.8mm）作為防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架的主要材料，采用原電桿線路報(bào)箍及由角鋼橫擔(dān)加工而成的兩根短角鋼作為支撐構(gòu)件，采用十二根原電桿線路長(zhǎng)螺桿和兩個(gè)定制不銹鋼平面推力球軸承SS51103作為防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，采用兩個(gè)厚度5mm的連板及Φ16mm的螺桿為防墜器掛點(diǎn)。其設(shè)計(jì)平面圖和示意立體圖如圖1、圖2所示：

二、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架強(qiáng)度計(jì)算

防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔(dān)支架強(qiáng)度計(jì)算從以下六個(gè)方面來(lái)計(jì)算：

（1）水平主撐桿的抗拉強(qiáng)度能力;

（2）斜撐桿的抗壓強(qiáng)度能力;

（3）斜撐桿的抗壓失穩(wěn)能力;

（4）六根主受力螺桿抗剪強(qiáng)度能力;

（5）下旋轉(zhuǎn)支架座的抗彎強(qiáng)度能力;

（6）電桿抗彎強(qiáng)度能力。

現(xiàn)在水平撐桿選用60mm×60mm×4.8mm的方管制作;斜撐桿選用40mm×40mm×3.8mm的方管制作;螺桿用M16mm的螺桿，其內(nèi)徑為14.35mm;鋼材均為Q235鍍鋅鋼材。

整體支架各部分受力如圖3、圖4、圖5所示：

受力計(jì)算為：以人重100kg計(jì)算，加上5倍動(dòng)沖擊系數(shù)，防墜器掛點(diǎn)螺桿處的總重力為G=500kg=5000N;

水平方管兩鉸接處水平長(zhǎng)700mm，上下抱箍鉸接旋轉(zhuǎn)中心垂直長(zhǎng)度為400mm;

故：水平方管受拉力：

F1=G×700/400=8750N

單根斜撐方管受壓力：

F2=G2+F122=10078/2=5039N

螺栓最大剪切力為P=F1=8750N。

各部分強(qiáng)度計(jì)算分別為：

（1）水平撐桿許用拉應(yīng)力[σ]=155MPa。

水平方管拉應(yīng)力：

σ1=F1/A1=8750N/（60×60-50.4×504）mm2=8.26MPa

由于σ1=8.26MPa<[σ]=155MPa，故水平方管抗拉強(qiáng)度滿足要求。

（2）斜撐桿許用壓應(yīng)力[σ]=155MPa。

斜撐方管受壓應(yīng)力：

σ2=F2/A2=5039N/（40×40-32.4×32.4）mm2=9.16MPa

由于σ2=9.16MPa<[σ]=155MPa，故斜撐方管抗壓強(qiáng)度滿足要求。

（3）失穩(wěn)計(jì)算：斜撐桿受壓易失穩(wěn)，根據(jù)方管失穩(wěn)壓力公式計(jì)算。

單根斜撐最大壓力：

FMax=ηEI/L2

=9.8×201×109×（40×403-32.4×32.43）×10-6/（12×806.22）

=368225.6N

由于FMax=368225.6N>5039N，故斜撐方管失穩(wěn)強(qiáng)度滿足要求。

（4）螺桿受剪強(qiáng)度計(jì)算。

水平撐桿根部（電桿鉸接處）的螺桿受剪力最大，最大剪力為P=8750N;

水平撐桿根部螺桿許用剪切強(qiáng)度為：

[τ]=0.6×155MPa=93MPa

水平撐桿根部螺桿最大工作剪切應(yīng)力：

τ=P/A螺桿=8750N/（3.14×7.1752）=54.2MPa

由于τ=54.2MPa<[τ]=93MPa，故受剪應(yīng)力最大的螺桿剪強(qiáng)度滿足要求。