配網(wǎng)帶電作業(yè)升降抱桿絕緣梯的研制

廖海銘1，韋增靖1，孫 濤1，王 倫，蔡志國(guó)

(1.廣西南寧供電局，廣西 南寧 530000；2.武漢華儀智能設(shè)備有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著供電可靠性的高要求和配網(wǎng)帶電作業(yè)的普及與發(fā)展，農(nóng)網(wǎng)開(kāi)展帶電作業(yè)已經(jīng)成為常態(tài)。一般架空線帶電作業(yè)必須借助登高裝置才能到達(dá)作業(yè)高度，而對(duì)于許多鄉(xiāng)間主道或者城市小道的情況下，帶電作業(yè)絕緣斗臂車(chē)無(wú)法進(jìn)入，或進(jìn)入后無(wú)法展開(kāi)，影響了帶電作業(yè)項(xiàng)目實(shí)施。

目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展農(nóng)配網(wǎng)在特殊地形開(kāi)展帶電作業(yè)主要依靠絕緣腳手架和履帶車(chē)式登高車(chē)。絕緣腳手架對(duì)作業(yè)地面平整度有極高的要求，且四角支撐點(diǎn)對(duì)地面寬度有一定的要求；組裝和拆卸比較繁瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響作業(yè)效率。履帶式登高車(chē)對(duì)地面的平整寬容度較高，但底盤(pán)支腿同樣需要較寬的路面，且主要在于其售價(jià)非常高，不容易大范圍推廣。

所以研發(fā)實(shí)用、便捷性較高的登高裝置可以有效的幫助農(nóng)配網(wǎng)開(kāi)展帶電作業(yè)項(xiàng)目。

1 升降抱桿絕緣梯設(shè)計(jì)方法

1.1 設(shè)計(jì)

配網(wǎng)線路中，電桿常規(guī)尺寸及埋深見(jiàn)表1所示。

表1 電桿常規(guī)尺寸及埋深

由表1計(jì)算得出登高裝置最高需達(dá)到12 m。考慮到升降梯在絕緣性能滿(mǎn)足的情況下要保證一定的機(jī)械強(qiáng)度，故選用玻璃鋼作為主體材料，桿身尺寸為30 mm×70 mm、厚度4 mm，踏板尺寸為22 mm×56 mm、厚度4 mm，踏板與桿身鉚接而成。梯子寬度45 cm，單節(jié)梯3.3 m，共4節(jié)，其中2節(jié)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)包覆件(玻璃鋼)連接成上段，另外2節(jié)用同樣方式連接成下段，上下段內(nèi)側(cè)為滑槽限位連接方式。結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示，材料屬性見(jiàn)表2所示。

圖1 升降梯結(jié)構(gòu)

表2 材料屬性

1名工作人員上梯作業(yè)，其自重加上所攜帶的工器具及配件合計(jì)100 kg負(fù)載，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化后實(shí)施1 000 N的負(fù)載力，其應(yīng)力、位移、應(yīng)變受力分析如圖2所示。

圖2 應(yīng)力、位移、應(yīng)變受力分析

分析數(shù)據(jù)如下表3所示。

應(yīng)力1分析：

Vmax=4.187 e+06 N/m2<1.38 e+08 N/m2即最大應(yīng)力點(diǎn)小于材料的許用應(yīng)力，故滿(mǎn)足應(yīng)力要求。

位移1分析：

Umax=4.304 e+00 mm<5.724 e+00 mm即最大位移點(diǎn)小于材料的許用位移，故滿(mǎn)足位移要求。

應(yīng)變1分析：

Emax=1.931 e-03<2.25 e-03即最大應(yīng)變點(diǎn)小于材料的許用應(yīng)變值，故滿(mǎn)足應(yīng)變要求。

表3 分析數(shù)據(jù)

1.2 抱桿裝置設(shè)計(jì)

升降梯上段頂部設(shè)有絕緣操作平臺(tái)，材料為環(huán)氧樹(shù)脂澆注板，登高梯每段設(shè)有2個(gè)抱桿裝置，共4個(gè)，使用收緊裝置與電桿抱合緊固連接，抱桿裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

圖3 抱桿裝置結(jié)構(gòu)

抱桿裝置主要作用是將升降梯與電桿連成一體。將梯子受力大部分轉(zhuǎn)移到電桿上，增加作業(yè)人員在梯子上作業(yè)的安全性。

2 底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

為了保證依靠絕緣抱桿梯進(jìn)行作業(yè)的方便性，特別在梯子下部設(shè)計(jì)了移動(dòng)底盤(pán)。

2.1 底盤(pán)設(shè)計(jì)

底盤(pán)結(jié)構(gòu)類(lèi)似四輪小車(chē)，底盤(pán)前輪為直徑400 mm的萬(wàn)向馬車(chē)輪，后輪為直徑700 mm的定向馬車(chē)輪，總體滿(mǎn)載承重可達(dá)600 kg，兩側(cè)上部設(shè)置有長(zhǎng)桿扶手；主體材料為熱軋鋼成型，前端中間設(shè)置有抱桿裝置，圓弧直徑400 mm，連接方式為長(zhǎng)螺桿抱桿固定，兩側(cè)下沉處裝有兩套液壓推桿裝置，行程500 mm，推桿連接處帶有連桿套筒底座，通過(guò)控制液壓推桿動(dòng)作可使得連桿套筒從倒伏狀態(tài)運(yùn)動(dòng)至豎直狀態(tài)；尾端設(shè)置有伸縮加長(zhǎng)式支撐桿，支撐桿上有螺栓孔，用于支撐升降梯3 m處的承力點(diǎn)，尾端下沉處設(shè)置有控制箱。

2.2 電動(dòng)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

絕緣抱桿梯總重量為70 kg，未升起前長(zhǎng)度6 m，為了將如此重量和長(zhǎng)度的梯子快速由倒伏狀態(tài)變成垂直狀態(tài)，我們?cè)O(shè)計(jì)了電動(dòng)液壓系統(tǒng)輔助動(dòng)作。系統(tǒng)電源選擇24 V直流供電動(dòng)力電池。液壓模塊電機(jī)選擇2.7 kw、轉(zhuǎn)速2 600 r/min的直流電機(jī)。液壓泵在滿(mǎn)負(fù)載額定轉(zhuǎn)速下液壓泵的排量V=25 mL/r，泵的壓力p=20 MPa。連桿套筒從倒伏狀態(tài)運(yùn)動(dòng)至豎直狀態(tài)所需時(shí)間為90 s。遙控電機(jī)工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)液壓泵從油箱吸油，過(guò)流到單向閥同時(shí)采用壓力推動(dòng)液壓缸，在活塞作用下推動(dòng)液壓推桿裝置，壓力傳導(dǎo)到連桿套筒底座從而使得升降梯直立；升降梯工作完成后，遙控電機(jī)使得液壓油在節(jié)流閥和溢流閥的控制下，從電磁閥流回油箱，繼而活塞回縮行程，升降梯從豎立狀態(tài)變?yōu)榈狗鼱顟B(tài)。

3 工作方式概述

3.1 升降梯準(zhǔn)備階段

1)將升降梯上下段2節(jié)單梯用包覆條分別拼裝，并用M12的螺栓擰緊，上下段通過(guò)導(dǎo)軌滑槽限位。

2)將4套抱桿裝置分別固定在升降梯3.5 m、5.5 m、7.5 m和9.5 m處，伸縮滑輪安裝好，拉繩末端朝下。

3)將底盤(pán)伸縮加長(zhǎng)式支撐桿拉出，升降梯底部插入連桿套筒底座，梯身平躺在車(chē)輛底盤(pán)上，支撐桿螺栓孔插入螺栓與梯身固定。

4)將底盤(pán)推至電桿合適位置并用抱箍將底盤(pán)與電桿緊密抱合。

3.2 升降梯工作階段

1)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，遙控將升降梯從水平狀態(tài)動(dòng)作到直立狀態(tài)。

2)工作人員攜帶防墜落裝置緩慢登上升降梯，分別將3.5 m 和5.5 m處的抱桿裝置安裝好。

3)地面工作人員拉動(dòng)升降繩將升降梯升高至12 m高度。

4)梯上工作人員繼續(xù)上行，分別將7.5 m和9.5 m處的抱桿裝置安裝好。

5)梯上工作人員登上絕緣操作平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)。

6)作業(yè)完成后，工作人員按照1～9順序逆時(shí)針拆除設(shè)備及回收。

4 試驗(yàn)

抱桿升降梯依據(jù)GB/T 17620-2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯》標(biāo)準(zhǔn)完成委托試驗(yàn)。部分結(jié)果如表4所示。

表4 抱桿升降梯委托試驗(yàn)結(jié)果

表2結(jié)果證實(shí)：抱桿升降梯電氣性能及機(jī)械性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的需要。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種配網(wǎng)帶電作業(yè)升降抱桿絕緣梯的設(shè)計(jì)方法。

1)確定采用電動(dòng)液壓系統(tǒng)將升降梯從倒伏狀態(tài)動(dòng)作到直立狀態(tài)。

2)通過(guò)計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)值確定總長(zhǎng)12 m的升降梯選用玻璃鋼作為主體材料，桿身尺寸為30 mm×70 mm、厚度4 mm，踏板尺寸為22 mm×56 mm、厚度4 mm，踏板與桿身鉚接而成。梯子寬度45 cm，單節(jié)梯3.3 m共4節(jié)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足應(yīng)用要求。

3)根據(jù)本設(shè)計(jì)生產(chǎn)的樣機(jī)根據(jù)GB/T 17620-2008《帶電作業(yè)用絕緣硬梯》標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)了驗(yàn)證試驗(yàn)。