T2D750/22雙搖臂抱桿的研制及應用

葉建云，方國慶，李維波，黃超勝，金鶴翔，葉進其，俞宏智，王漢煒

(1．浙江省送變電工程公司，杭州市，310016;2．浙江省建設機械集團有限公司，杭州市，310014)

0 引言

目前輸電線路高塔組立的吊裝設備主要有塔式起重機、四搖臂抱桿、雙平臂抱桿等，這些吊裝設備各自存在不同的局限性。塔式起重機的起重量隨著工作幅度的增大而減小，起重臂臂端起重量小，而高塔組立要求臂端也有較大的起重量，且拆卸較為困難;四搖臂抱桿自動化程度較低，操作相對復雜，工作效率較低，非工作狀態下風載大;雙平臂抱桿因不設置內拉線，故對抱桿桿身的要求高，腰環的受力大，且起重臂臂端起重量小。針對220 kV舟山與大陸聯網工程2基370 m高塔組立施工的要求和特點，專門研制了T2D750/22雙搖臂抱桿。T2D750/22雙搖臂抱桿克服了上述缺點。

1 抱桿主要技術參數及總體組成

1．1 抱桿主要技術參數

根據舟山與大陸聯網大跨越工程370 m高塔組立施工要求，充分利用先進可靠的技術，確定T2D750/22雙搖臂抱桿的主要技術參數［1-10］。額定起重量:220 kN/220 kN;額定起重力矩:7 500 kN·m/7 500 kN·m;允許最大不平衡彎矩:4 050 kN·m;利用等級:U3;工作等級:整機A3，機構M3;起升高度(搖臂鉸接點高度):365.231 m;工作幅度:4.0～33.5 m;起升速度:0.5～10 m/min;變幅速度:0～6°/min;回轉速度:0～0.2 r/min;設計風速(離地10 m高，10 min平均風速):工作狀態10.8 m/s，非工作狀態35 m/s;工作溫度:－20～40℃。

1．2 抱桿總體組成

T2D750/22雙搖臂抱桿包括桅桿、搖臂防撞裝置、回轉機構、上支座、搖臂、吊鉤、下支座、過渡段、井架加強段、卷揚機段、井架標準段、底座、腰環、井筒吊裝系統、變幅機構、起升機構和電控系統等，如圖1所示。起升機構和電控系統設置在地面上，井架標準段、卷揚機段、井架加強段、過渡段、下支座、回轉支承、上支座和桅桿組成桿身;上支座左右兩側分別用銷軸連接搖臂，搖臂上設置有吊鉤，變幅機構設置在卷揚機段內，回轉支承設置在上支座與下支座之間，桿身通過若干道腰環與高塔塔身連接;起升鋼絲繩頭端固定于地面起升機構，依次繞過下支座、桅桿、上支座和搖臂頭部，尾端固定于吊鉤;桿身內設置有起升和變幅鋼絲繩防干擾裝置。

圖1 T2D750/22抱桿總體結構圖Fig.1 Structural sketch of T2D750/22 gin pole with double rockers

2 抱桿主要創新技術及特點

2．1 整機性能

T2D750/22雙搖臂抱桿整機進行了有限元分析計算和優化，計算結果見圖2。抱桿性能參數及技術指標達到國內領先水平，其額定起重力矩為7 500 kN·m，最大工作幅度為33.5 m，起升高度(搖臂鉸接點高度)為365.231 m。

圖2 有限元計算結果圖Fig.2 Calculated results by FEM

2．2 海島高空抗強臺風計算

220 kV舟山與大陸聯網工程2基370 m高塔分別位于舟山的大貓山島和寧波的涼帽山島上，為臺風多發地帶，且常年海風較大。為保證T2D750/22雙搖臂抱桿的安全性，風載計算參考了不同行業的設計標準，包括GB/T 3811—2008《起重機設計規范》［1］、GB/T 13752—1992《塔式起重機設計規范》［2］、GB 50009—2001《建筑結構荷載規范》［4］、GB 50135—2006《高聳結構設計規范》［5］和 DL/T 5154—2002《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》［6］。根據不同標準逐一計算風載荷，再進行計算結果比較，并取計算結果的最大值作為抱桿的設計風載荷。根據高塔所處的地理環境，并結合當地歷史氣象資料，最后確定工作狀態風載荷按10.8 m/s(離地10 m高，10 min平均風速)設計計算，非工作狀態風載荷按35 m/s(離地10 m高，10 min平均風速)設計計算，達到了抵御12級強臺風的設計標準。

2．3 起升繞繩系統

起升鋼絲繩一端固定于地面起升機構，沿抱桿桿身外側到達下支座，繞過下支座導向滑輪后沿桅桿中心向上繞過桅桿中部導向滑輪，然后再向下回到上支座導向滑輪，最后到達搖臂頭部的吊鉤，并固定于吊鉤，如圖3所示。

圖3 起升繞繩系統示意圖Fig.3 Sketch of hoisting and reeving system

起升鋼絲繩的這種穿繞形式在抱桿提升時不需要拆除抱桿的腰環和腰環繩，可以實現抱桿的快速提升。起升鋼絲繩從抱桿桿身外側經下支座導向滑輪轉入桿身內側，雖然經過了安裝于下支座上的導向滑輪，但抱桿在此支座以上部分已沒有腰環及腰環繩，同時下支座導向滑輪至地面高度范圍內的起升鋼絲繩的橫向位置已處于腰環的外側，避免了起升鋼絲繩與腰環發生干擾的問題，因而可實現抱桿的快速提升。

起升鋼絲繩的這種穿繞形式還保證了起升鋼絲繩進出導向滑輪槽時的最大偏斜角(即鋼絲繩中心線與滑輪軸垂直的平面之間的角度)滿足設計規范要求。起升鋼絲繩通過桅桿中部導向滑輪后加大了起升鋼絲繩在上下兩導向滑輪間的距離，從而保證了因上支座旋轉而引起的起升鋼絲繩與下支座導向滑輪槽間的偏斜角滿足文獻［1］不大于5°的要求，確保了起升鋼絲繩在導向滑輪中運行的可靠性。

2．4 起升和變幅鋼絲繩防干擾裝置

起升和變幅鋼絲繩防干擾裝置共設置4組，下邊2組設置于下支座內，上邊2組設置于上支座上方的桅桿內，每組防干擾裝置由上下交錯的4個滾輪組成，從而構成了變幅鋼絲繩活動通道，如圖4所示。變幅鋼絲繩穿過上下活動通道后被定位在一定空間內，這樣由上支座旋轉而引起的變幅鋼絲繩空間移動位置就得到了控制，避免了變幅鋼絲繩與起升鋼絲繩發生纏繞而產生干擾的問題。

圖4 起升和變幅鋼絲繩防干擾裝置示意圖Fig.4 Sketch of anti-interference device of hoisting and luffing rope

2．5 雙側力矩控制系統

雙搖臂抱桿一般是兩側對稱起吊構件的，但由于實際操作過程中加載、卸載的不同步，存在兩側力矩不平衡的問題，如不平衡彎矩超出設計值，則會產生非常嚴重的后果。

雙側力矩平衡系統能自動測量兩側搖臂所受力矩大小，依椐抱桿所能承受的最大彎矩，通過電氣控制，禁止起升與變幅機構作出增大不平衡彎矩的動作(起升的升降或搖臂的收放)并發出指示，只允許起升與變幅機構作出減小不平衡彎矩的動作。例如在起升構件時，如一側的不平衡彎矩達到額定值時，該側起升機構不能起升只能下降，同時該側變幅機構只能向內變幅(工作幅度減小)而不能向外變幅(工作幅度增大)，直至不平衡彎矩小于額定值時才能解除以上限制，下降時則允許相反動作。雙側力矩平衡系統解決了雙搖臂抱桿工作時的不平衡控制問題，使抱桿安全性得到極大的提高。

力矩控制裝置包括2組電子式力矩控制器，分別安裝于桅桿的兩側，通過感測主弦桿的變形拉力，測算出不平衡彎矩，將該不平衡彎矩與事先標定的不平衡力矩比對，當達到相應控制點時，通過限定各機構的運動方向控制力矩差，從而保證雙搖臂抱桿的平衡。雙側力矩控制流程見圖5。

圖5 雙側力矩控制系統流程圖Fig.5 Flow chart of bilateral moment control system

2．6 電氣控制

起升、變幅機構采用變頻調速控制方式，調速范圍廣，能夠實現慢速平穩就位。在起升和變幅的啟、制動處理方面，使用了電機啟動預力矩開閘功能及電機停止第6檔速度抱閘的概念，避免了起升和變幅機構在重載啟、制動過程中出現溜鉤的現象。回轉采用了力矩電機加渦流的調壓調速方式，通過操作手柄帶動電位器阻值大小的變化，實現回轉的無級寬范圍調速，其最慢速度達到了0.02 r/min，渦流制動功能使得回轉制動更加平穩，確保了回轉的準確定位。電氣控制系統框圖見圖6。

2．7 搖臂防撞裝置

搖臂防撞裝置安裝于桅桿上，由支承架、內外彈簧、內外導向桿和推桿等組成，如圖7所示。搖臂相應位置焊有碰塊，當變幅機構帶動搖臂向桅桿合攏時，搖臂先碰到伸出于桅桿的防撞裝置的推桿，然后推動推桿壓縮彈簧向桅桿靠攏。當彈簧壓縮到極限時，搖臂靠攏運動停止。該裝置可防止變幅機構帶動搖臂自動合攏時，因慣性倒向桅桿，造成搖臂與桅桿的巨大沖撞，從而造成對抱桿的損傷。

2．8 井筒吊裝系統

井筒吊裝系統由提升橫梁、起吊系統、變幅系統(變幅小車、變幅小卷揚機)等組成，如圖8所示。該系統安裝于下變幅卷揚機段下方，用于提升井筒。該系統是一套獨立的吊裝系統，抱桿處于吊裝工作狀態時，該系統不需要安裝;當抱桿桿身需由井架換裝成井筒時，安裝該系統，井筒吊裝完畢后，拆除該系統。

2．9 SC60變頻施工升降機

隨著高塔組立高度的增加，施工人員往上攀爬的時間越來越長，這樣嚴重消耗了施工人員的體力與時間，并存在一定的安全隱患。SC60變頻施工升降機為T2D750/22抱桿的輔助設備，用于高塔施工人員的垂直運送。高塔工作平臺的設計高度為212 m，該升降機起升速度為38 m/min，施工人員到達212 m工作平臺僅需6 min，有效解決了施工人員的運送問題，明顯減輕了施工人員的勞動強度，提高了工作效率。由于高塔井筒比較特殊(井筒為φ1.9 m的圓筒且外側裝有旋轉扶梯)，不能與常規的施工升降機一樣進行附著，因此采用雙管專用夾具將支撐管與施工升降機標準節立管相連，保證了導軌架任意高度處均能與井筒進行附著連接。

圖8 井筒吊裝系統示意圖Fig.8 Sketch of hoisting system for lifting mast section

3 樣機檢測

2008年7月，在廠內對該抱桿進行了型式試驗［11］，包括技術資料審查、基本參數測量、安全裝置檢查、空載試驗、載荷試驗以及結構強度應力試驗等。試驗表明:各測點應力均未超出結構的許用應力，整體機構安全，有限元分析計算結果與試驗結果基本吻合。

2008年10月，在大貓山島對該抱桿進行了現場試驗［12］，對各種工況條件下的抱桿機構運轉、各部位應力情況進行了整機試驗及檢測。試驗表明:抱桿各機構運轉正常，現場試驗檢測應力與有限元分析計算結果基本吻合。

4 結語

2008年10月，T2D750/22雙搖臂抱桿開始在舟山與大陸聯網大跨越工程370 m高塔組立施工中使用，并分別于2009年8月、2010年4月順利完成了大貓山島、涼帽山島370 m高塔的組立施工。在1年多的施工時間里，該抱桿經受住了海島潮濕、腐蝕環境，多次臺風和高頻率重負荷的考驗。實踐證明:T2D750/22雙搖臂抱桿是一種適合特大型高塔組立施工且安全可靠、方便快捷、性能全面的大型吊裝設備，使用該設備組立輸電線路高塔能顯著提高工作效率、降低安全風險、減輕勞動強度、降低施工成本。

［1］機械工業部起重運輸機械研究所．GB/T 3811—1983起重機設計規范［S］．北京:中國標準出版社，1984．

［2］GB/T 13752—92塔式起重機設計規范［S］．北京:中國標準出版社，1993．

［3］建設部建筑機械綜合研究所．GB/T 9462—1999塔式起重機技術條件［S］．北京:中國標準出版社，1999．

［4］中華人民共和國建設部．GB 50009—2001建筑結構荷載規范［S］．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［5］上海市建設和交通委員會．GB 50135—2006高聳結構設計規范［S］．北京:中國計劃出版社，2007．

［6］西南電力設計院．DL/T 5154—2002架空送電線路桿塔結構設計技術規范［S］．北京:中國電力出版社，2002．

［7］顧迪民．工程起重機［M］．北京:中國建筑工業出版社，1988．

［8］王文斌．機械設計手冊［M］．北京:機械工業出版社，2007．

［9］宋曼華．鋼結構設計與計算［M］．北京:機械工業出版社，2002．

［10］朱天浩，徐建國，葉尹，等．輸電線路特大跨越設計中的關鍵技術［J］．電力建設，2010，31(4):25-31．

［11］周煥林，張國富，葉建云，等．舟山大跨越高塔抱桿型式試驗方案［J］．工程與建設，2009，23(1):44-46．

［12］周煥林，葉建云，羅義華．舟山大跨越高塔抱桿現場試驗［J］．電力建設，2009，30(8):63-65．