適用于配電網(wǎng)臺架式設(shè)備安裝的新型起重機(jī)研究

苗曉鵬，辛少菲，周慶發(fā)，張 春

(國網(wǎng)山東省電力公司東營供電公司，山東 東營 257091)

0 引 言

戶外主變、真空開關(guān)等臺架式設(shè)備安裝是當(dāng)前配電網(wǎng)建設(shè)、大修技改的一項十分重要的工作。目前，搭斜臺人工抬吊的方法安全性差，很容易被重物壓傷，斜臺上設(shè)備也容易失穩(wěn)，設(shè)備容易磕碰；常規(guī)起重機(jī)械起吊對地形條件要求高，對于地處沿海，蝦池、鹽池、水塘分布較多地區(qū)，無法進(jìn)場安裝，同時租賃臺班費(fèi)用高，資源浪費(fèi)明顯。由此可見，目前臺架式設(shè)備吊裝方法均具有局限性[1-3]，無法適用特殊條件下設(shè)備安裝。

針對上述問題，該文設(shè)計了一種適用于配電網(wǎng)臺架式設(shè)備安裝的新型起重機(jī)，該設(shè)備的額定起重量要與臺架式設(shè)備的質(zhì)量相適應(yīng)，且適用于各種非常規(guī)地形，設(shè)備體積輕便、操作方便，成本相對低廉，吊裝作業(yè)安全可靠。

1 系統(tǒng)總體分析

新型起重機(jī)是由三角架[1]、抱箍、滑輪、電動葫蘆、小型發(fā)電機(jī)等單位組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。架體是由橫臂、豎臂、斜臂、滑輪焊接成的三角架結(jié)構(gòu)，套管與豎臂采用插接方式相連，滑輪分別設(shè)置在橫桿兩端，拉繩穿過滑輪固定在電動葫蘆上。吊裝設(shè)備時，可以通過控制器控制電動葫蘆裝置[2]輕松吊起重量較大的設(shè)備，起吊設(shè)備不受地形限制，成本低廉，便于攜帶和安裝，起吊過程安全、平穩(wěn)、有序。

圖1 新型起重機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure schematic diagram of the new crane

通過通用橋式起重機(jī)橋相關(guān)知識[3-5]進(jìn)行設(shè)計，建立新型起重機(jī)簡易模型如圖2所示。該裝置技術(shù)簡單，基本結(jié)構(gòu)只需電動機(jī)、滑輪等設(shè)備即可，組裝方便，只需針對臺架式設(shè)備及現(xiàn)場環(huán)境做針對性調(diào)整即可，由于該裝置通過抱箍固定在電桿上使用，不受地形限制。

圖2 新型起重機(jī)簡易模型Fig.2 Simple model of the new crane

如圖2所示，目標(biāo)電動葫蘆起重功率為P(單位:kW)，重物質(zhì)量為m(單位:kg),起重裝置動滑輪數(shù)量為n，考慮傳動機(jī)構(gòu)及滑輪組機(jī)械效率為η，提升速度為v,進(jìn)行計算可知:

(1)

由于傳動機(jī)構(gòu)及滑輪組機(jī)械效率η、電動葫蘆起重功率P、動滑輪數(shù)量n均為定值，可以畫出m與v關(guān)系圖如圖3所示。根據(jù)畫出的m與v關(guān)系圖，可以進(jìn)行技術(shù)可行性分析和主要部件選擇。

圖3 起重質(zhì)量與提升速度關(guān)系Fig.3 Relation of lifting weight to speed

2 方案分解實(shí)施

根據(jù)便攜式起重機(jī)的功能需求及基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計[6-9]，對研制方案分解為：套管與抱箍，三角架與滑輪，抱箍、電動葫蘆及鋼絲繩，控制器，小型發(fā)電機(jī)等5個部分，如圖4所示。

圖4 新型起重機(jī)各部分組成Fig.4 All components of the new crane

套管與抱箍選材時通過材質(zhì)對比，制定材料參數(shù)對比柱形圖如圖5所示。

圖5 材料參數(shù)對比柱形圖Fig.5 Material parameter comparison column chart

通過試驗(yàn)得出，雖然鋁合金材料能夠滿足正常情況下的技術(shù)要求，但如果設(shè)備質(zhì)量加大必然會造成鋁制材料變形；而45號鋼和不銹鋼材料則能夠承受較大的承重，成本不高，但45號鋼容易受腐蝕和生銹，綜合分析選定不銹鋼材料的套管。

同時對套管的長度進(jìn)行分析研究，根據(jù)力學(xué)原理，力矩M=F×L(F為套管所受拉力，L為套管長度),在力矩一定的情況下，L越長套管所受拉力就越小，考慮到運(yùn)輸和受力面積，選定套管長度。

三角架與滑輪作為主要支撐機(jī)構(gòu)，主要由橫臂、豎臂、斜撐和滑輪組成。三角形具有穩(wěn)定性，有著穩(wěn)固、堅定、耐壓的特點(diǎn)，因此選擇三角支架作為支撐結(jié)構(gòu)。

建立受力分析模型，將選定的材料放入角鋼承載力分析表[10-11]中進(jìn)行驗(yàn)算，選定三角架材料及各臂長度，該裝置可以拆解現(xiàn)場組裝，尺寸小、質(zhì)量輕、攜帶方便。

抱箍、電動葫蘆及鋼絲繩選擇時，電動葫蘆功率根據(jù)式(1)和圖3進(jìn)行計算分析確定，選擇鋼絲繩通過式(2)計算：

(2)

式中：d為鋼絲繩最小直徑，m；c為選擇系數(shù)，mm/N1/2；s鋼絲繩最大工作靜拉力,N(由起重量決定)。

3 方案過程控制

圖6 套管抗壓試驗(yàn)垂直偏移量Fig.6 Vertical offsets of casing compression test

切割后的不銹鋼管長40 cm、直徑8 cm、1根鐵管長1.2 m，直徑0.05 m，滑輪焊接在一起，制作成三角架主體結(jié)構(gòu)，并在固定好的套管中進(jìn)行了拉力試驗(yàn)，在橫臂的一端施加重力1 500～8 000 N，試驗(yàn)10次，測量三角架形變量，并與目標(biāo)值進(jìn)行對比,如表1所示。

表1 三角架拉力試驗(yàn)形變量統(tǒng)計Table 1 Shape variables statistics of tripod tensile test

從表1可以看出，三角架與滑輪拉力試驗(yàn)形變量均小于0.2 mm，滿足設(shè)計要求。

抱箍、電動葫蘆與鋼絲繩按照選材進(jìn)行，將電動葫蘆固定于電桿上后，為了測試其機(jī)械強(qiáng)度，對其進(jìn)行了負(fù)重抗壓試驗(yàn)[15-17]，將電動葫蘆部分施加1 500～8 000 N(取g為9.8 N/kg，相當(dāng)于800 kg的設(shè)備)的作用力，試驗(yàn)10次，測量電動葫蘆的垂直方向的偏移量，并與目標(biāo)值進(jìn)行對比,如圖7所示。

圖7 電動葫蘆抗壓試驗(yàn)垂直偏移量Fig.7 Vertical offsets of compression test to the electric hoist

試驗(yàn)表明，鋼絲繩能承受800 kg質(zhì)量形成的拉力，電動葫蘆的功率可以帶動800 kg的設(shè)備，電動葫蘆垂直偏移量小于0.1 m，滿足設(shè)計要求。

4 現(xiàn)場驗(yàn)證

為驗(yàn)證吊裝設(shè)備安全可靠性，在實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行試驗(yàn)，以考察其工作狀況。在地形條件復(fù)雜的10 kV李宏線3號桿現(xiàn)場進(jìn)行了初步效果試驗(yàn)。

由于傳統(tǒng)起重設(shè)備受地形限制無法進(jìn)入施工現(xiàn)場，現(xiàn)場采用新型起重機(jī)進(jìn)行作業(yè)，操作人員通過控制器控制電動葫蘆即可安裝戶外柱上斷路器。安裝時先用卷揚(yáng)機(jī)將戶外斷路器升至合適的位置，移動到兩電線桿中間，調(diào)節(jié)控制器將戶外斷路器降下，即可完成安裝過程。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊牢固，拆卸安裝方便，更換戶外柱上斷路器的工作人員只需通過簡單培訓(xùn)即可掌握設(shè)備的安裝方法，起吊戶外柱上斷路器時快速易操作，實(shí)用性強(qiáng)，且用時較短。

5 結(jié) 語

所設(shè)計的新型起重機(jī)，經(jīng)過李屋村等12處臺架式設(shè)備更換吊裝應(yīng)用，起吊過程安全、平穩(wěn)、有序，已在公司配網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)場推廣使用，并形成各部門會簽意見。從使用情況來看，效果顯著，明顯提高了桿上設(shè)備的吊裝效率，降低人工提升重物的作業(yè)量，可節(jié)省人力、物力和財力，安全可靠，使企業(yè)現(xiàn)場作業(yè)精益管理水平大幅提升。