基于汽車(chē)起重機(jī)的可調(diào)式跨越架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉 敏，甘利紅，劉 帆，劉胤辰，王志斌

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司咸寧供電公司，湖北咸寧 437000；2.湖北科技學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，湖北咸寧 437100）

0 引言

在送變電行業(yè)的架線施工中，跨越是常見(jiàn)的施工工況[1]?？缭郊苁蔷€路施工過(guò)程中用來(lái)支撐導(dǎo)、地線，臨時(shí)通過(guò)公路、鐵路、電力線以及弱電線路的架子[1-2]。傳統(tǒng)跨越架在搭設(shè)前需要實(shí)地勘測(cè)，考慮天氣等因素，需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審批流程、多方協(xié)調(diào)，搭設(shè)和拆除成本比較高，同時(shí)存在安全隱患，容易發(fā)生架體坍塌、人員傷亡事故[3]。

針對(duì)傳統(tǒng)跨越架在應(yīng)用中的問(wèn)題，開(kāi)展新型跨越架研究。文獻(xiàn)［4］設(shè)計(jì)了一種新型移動(dòng)格構(gòu)式跨越架，文獻(xiàn)［5］設(shè)計(jì)了一種伸縮式跨越架，文獻(xiàn)［6］設(shè)計(jì)了一種升降式跨越架，文獻(xiàn)［7］基于雨傘的工作原理，研制了一種車(chē)載移動(dòng)式跨越架，由汽車(chē)起重機(jī)、跨越架本體以及附件等組成。

文獻(xiàn)［3］～文獻(xiàn)［7］中沒(méi)有考慮跨越不同規(guī)格的電力線時(shí)對(duì)跨越架的實(shí)際整架長(zhǎng)度和架頂寬度的尺寸的要求。因此，本文基于汽車(chē)起重機(jī)設(shè)計(jì)了一種可調(diào)式的跨越架，滿足實(shí)際整架長(zhǎng)度和架頂寬度可調(diào)的要求。立足于基本功能，新型跨越架的結(jié)構(gòu)形式相較于傳統(tǒng)跨越架有很大改變，使用更加便捷。

1 傳統(tǒng)跨越架

1.1 傳統(tǒng)跨越架組成

傳統(tǒng)跨越架采用架體和封頂絕緣網(wǎng)的結(jié)合模式，架體的作用是承擔(dān)導(dǎo)、地線的放線沖擊，封頂絕緣網(wǎng)的作用是保護(hù)落線（圖1）[2]。

圖1 傳統(tǒng)跨越架

傳統(tǒng)跨越架的架體材料通常選用毛竹或鋼管，其結(jié)構(gòu)主要由立桿、縱橫向水平桿、縱橫向掃地桿、剪刀桿及羊角撐組成，通過(guò)鐵絲或扣件連接而成的臨時(shí)結(jié)構(gòu)架，具有工作可靠、裝拆方便和適應(yīng)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)（圖2）。

圖2 傳統(tǒng)跨越架架體立面結(jié)構(gòu)

1.2 傳統(tǒng)跨越架工作原理

架線過(guò)程中，新建桿塔之間架設(shè)的電力線的中心線和被跨越電力線的中心線重合，二者之間的交叉角為θ。新建導(dǎo)線或地線間距、風(fēng)偏值及安全裕度是影響跨越架體有效長(zhǎng)度的因素，而有效長(zhǎng)度、跨越長(zhǎng)度及交叉角之間存在幾何關(guān)系，其中被跨越導(dǎo)線或地線間距、風(fēng)偏值及安全裕度是影響跨越架體寬度的因素（圖3）。

圖3 傳統(tǒng)跨越架的工作原理

2 新型跨越架設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)跨越架的工作原理表明，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，跨越架的跨越長(zhǎng)度和跨越寬度需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以滿足跨越需求。因此，本文提出一種新的跨越架設(shè)計(jì)思路，采用多板塊式架體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)跨越架的整架長(zhǎng)度和架頂寬度可調(diào)。

2.1 載體

汽車(chē)起重機(jī)是目前應(yīng)用非常廣泛的一種起吊搬運(yùn)機(jī)械，由起升、變幅、回轉(zhuǎn)、起重臂和汽車(chē)底盤(pán)組成，依靠起重臂的伸縮來(lái)搬運(yùn)物品（圖4）。新型跨越架基于汽車(chē)起重機(jī)載體，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、轉(zhuǎn)移迅速，利用汽車(chē)起重機(jī)的回轉(zhuǎn)、起升、伸縮功能滿足跨越架的位置調(diào)整。

圖4 汽車(chē)起重機(jī)

2.2 工作原理

基于傳統(tǒng)跨越架的工作原理設(shè)計(jì)一種新型跨越架，其由主體和架體兩部分組成，安裝于汽車(chē)起重機(jī)的主臂末端。該主體機(jī)構(gòu)有2 個(gè)自由度，可以滿足架體的姿態(tài)調(diào)整功能，其工作原理如圖5 所示。

圖5 新型跨越架工作原理

新型跨越架的架體分為12 個(gè)板塊，板塊之間采用串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，可通過(guò)調(diào)整板塊之間距離實(shí)現(xiàn)跨越架的整架長(zhǎng)度和架頂寬度可調(diào)，以適應(yīng)不同場(chǎng)景對(duì)跨越長(zhǎng)度和跨越寬度的要求（圖6）。

圖6 新型跨越架結(jié)構(gòu)示意

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)是新型機(jī)械零部件，能夠承受復(fù)合型載荷，具有同時(shí)承受較大的軸向力、徑向力和傾覆力矩的能力，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，被稱(chēng)為“機(jī)器的關(guān)節(jié)”，是物體之間作相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的重要傳動(dòng)部件。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，其基本工作方式有兩種：內(nèi)圈固定，外圈旋轉(zhuǎn)；外圈固定，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)01 采用一側(cè)是回轉(zhuǎn)支承，另一側(cè)是軸承的組合形式；關(guān)節(jié)02 采用回轉(zhuǎn)支承；安裝位置與汽車(chē)起重機(jī)的末端相連接；連接位置與架體相連接（圖7）。

圖7 新型跨越架的主體

圖6 所示的多板塊式架體，板塊之間采用導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，由液壓缸作為動(dòng)力執(zhí)行件。液壓缸的安裝方式包括底座型、法蘭型、耳環(huán)型、耳軸型、銷(xiāo)軸型及球頭型等。由于本文中液壓缸的工作行程較大，為避免液壓缸桿發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致使用壽命縮短，選用耳環(huán)型安裝方式。新型跨越架的架體結(jié)構(gòu)如圖8 所示，整架長(zhǎng)度由左側(cè)板塊（A1、A2、A3）和右側(cè)板塊（B1、B2、B3）共同組成，架頂寬度由頂層板塊決定，整體為可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

圖8 新型跨越架的架體

3 工程應(yīng)用

實(shí)際工程應(yīng)用中，施工前審批流程多，對(duì)跨越施工方案的要求高，施工過(guò)程中需要進(jìn)行高空作業(yè)，有時(shí)需要帶電作業(yè)。在10 kV 線路施工過(guò)程中，搭設(shè)及拆除傳統(tǒng)跨越架需要6 名工人協(xié)作完成，共需192 工時(shí)，單次搭設(shè)、拆除的成本約7 萬(wàn)元。新型移動(dòng)式跨越架在搭設(shè)和拆除過(guò)程中需要2 臺(tái)汽車(chē)起重機(jī)配合完成，1 臺(tái)負(fù)責(zé)起吊跨越架，將其安裝于另1 臺(tái)的末端，耗時(shí)約10 min，需2 位吊車(chē)司機(jī)和1 位觀察員協(xié)同完成，單次搭設(shè)、拆除的成本約0.4 萬(wàn)元。按照平均每年跨越施工次數(shù)30 次計(jì)算，每年可節(jié)約210 萬(wàn)元。

新型移動(dòng)式跨越架在架線行業(yè)具有廣闊的市場(chǎng)前景。新型移動(dòng)式跨越架已成功實(shí)現(xiàn)172 次鐵路、公路及輸電線路的跨越施工，能有效提升施工效率，降低帶電作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，減小交通運(yùn)輸壓力，減少施工停電次數(shù)，降低社會(huì)公共安全風(fēng)險(xiǎn)，累計(jì)節(jié)省各項(xiàng)施工成本1000 余萬(wàn)元。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的新型跨越架基于汽車(chē)起重機(jī)載體，可以實(shí)現(xiàn)架體的位置和姿態(tài)可調(diào)，并采用多板塊式架體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了跨越架整架長(zhǎng)度和架頂寬度可調(diào)，擴(kuò)展了跨越架的適用范圍，可以適應(yīng)不同的架線場(chǎng)景，大幅提高跨越施工效率。