越障式單/雙線電動飛車的設計與應用

李 輝 郭 昊 李 穩 何龍飛 隆晨海

（國網湖南省電力公司帶電作業中心，長沙 410100）

越障式單/雙線電動飛車的設計與應用

李 輝 郭 昊 李 穩 何龍飛 隆晨海

（國網湖南省電力公司帶電作業中心，長沙 410100）

針對目前走線裝置不可翻越間隔棒這一現狀，提出一種結構簡單，操作方便，可翻越間隔棒，用于單導線和雙分裂導線的電動走線裝置。該裝置采用電機驅動，可有效降低作業人員勞動強度，將有效提升線上作業水平，全面提高設備的可靠性。

越障式；電動；雙分裂導線；帶電作業；飛車

帶電檢修是一項危險性較高的作業方式，而在線上行走作業又是帶電檢修中較為困難的一項工作［1］。但根據相關統計，帶電檢修常規項目中，需要走線作業的項目較多，但作業人員在導線上行走困難，對人員體力要求較高，特別是在單導線和雙分裂導線上行走，勞動強度較大，對技能要求較高，因此在實際工作中，線上行走作業已成為輸電線路運行檢修作業的難點［2］。通過研制機械裝置，改變導線上行走的難度，降低線上作業的勞動強度，將徹底解決目前線路線上檢修這一薄弱環節，將有效提升線上作業水平，全面提高設備的可靠性。

1　線上行走裝置現狀分析

目前，線上行走裝置（方法）主要有人工坐線行走，折疊式單線飛車，腳踏式單線/雙線飛車以及電動式單線/雙線飛車。

1.1人工坐線行走

人工坐線行走是較為常用的一種線上行走方法。該方法不需要使用機械工具，作業人員在做好安全措施后，跨坐在導線上，依靠身體的協調，前后移動到作業位置［3］。這種方式對作業人員的技能和體能的要求較高，且由于體能的限制，作業范圍限制在離橫擔10m范圍內［4］，同時，在作業過程中作業人員有翻下導線的風險。

1.2折疊式單線飛車

折疊式單線飛車是目前較為常用的一種走線裝置，這種裝置結構簡單，使用方便，作業人員利用自身重力或地面人員配合，可快速地從橫擔側到達作業點［1］。

但是在返回橫擔時，作業人員處于橫擔下方，具有一定坡度，需要地面人員配合才能返回，勞動強度較大。且作業時只能用于單導線上，通用性不強。

1.3腳踏式單線/雙線飛車

使用腳踏式式單線/雙線飛車時，作業人員可坐在飛車內，通過腳踏的方式，帶動傳動鏈條來驅動飛車，從而到達作業位置。使用這種裝置走線，可對全檔導線進行檢修，操作簡單，省時省力。但是這種裝置一般體積較大，重量較重，需要多人配合才能將其安裝在導線上，檢修時不易攜帶［1］。同時，該裝置無法翻越間隔棒及防震錘，具有一定限制性，通常用于施工時的巡線檢查。

1.4電動式單線/雙線飛車

電動式飛車使用輪式電機作為驅動裝置嵌裝于滑輪的軸向中心，解決了人力手拉來驅動飛車的問題，操作簡單，作業人員勞動強度較小。但是該裝置不能越過導線上的間隔棒，且在雙分裂導線上使用時，穩定性不太好，單、雙導線的使用轉換不方便。

根據上述分析可知，目前還沒有能夠翻越導線間隔棒及防震錘的走線裝置，因此，本文設計一種能翻越間隔棒、穩定性好、單雙導線使用轉換方便的電動飛車，滿足作業人員“單、雙”分裂導線輸電線路的停、帶電走線作業需求。

2　越障式單線/雙線電動飛車結構設計

兩用電動走線裝置包括越障機構、載人裝置及控制組件組成，其結構如圖 1所示，實物圖如圖 2所示。

圖1　電動飛車結構示意圖

圖2　電動飛車實物圖

2.1越障機構

本裝置的越障機構主要包括豎向的左、右兩掛架，與掛架上端連接的滑輪，以及嵌裝在滑輪軸向中心的輪式電機。

將與掛架連接的滑輪兩端輪徑設計為一端大一端小，將其小徑端端部的外壁設計成齒狀條片，使該端形成齒輪式結構。使用時將小徑端對應于雙分裂導線之間的那一側安裝，因為間隔棒連接于雙分裂導線之間，這樣在飛車行走至間隔棒在兩導線上的連接位置處時，滑輪的內端通過齒狀條片增大與間隔棒之間的摩擦力，即增大了飛車越障時的驅動力，使飛車能順利翻越間隔棒。為了使本飛車在雙分裂導線上使用時穩定性更好，將兩側掛架的上端通過連接件連為一體。

2.2載人裝置

載人裝置包括連桿架、載人架以及腳蹬架。連桿架包括上端連接于連接板下側、平行布置的兩連桿和將兩連桿連接為一體的固定板，固定板上連接有靠背式座椅和可伸縮的腳蹬架，腳蹬架包括縱向桿和橫向桿，縱向桿的下端連接于橫向桿長度方向的中部、上端連接于固定板上，縱向桿包括兩根套接桿，其中一根套接桿的下端插入另一根套接桿的上端內，然后通過兩套接桿上不同高度處的徑向插銷定位以調節長度。

2.3控制組件

控制組件包含有電源、控制器及其他附屬件。電源固定于活動架上，控制器固定在連桿架上，連接電線均從各連接件的內部穿過。

3　電動飛車強度校核

3.1電動飛車的工作參數

飛車的主要工作參數如下：

主動輪直徑 d=400mm；飛車最大行走速度v=30m/min；飛車自重 G1=28kg；確定載重量 G2= 100kg；飛車主動輪與導線摩擦系數f=0.26（忽略不同氣候條件下的情況；飛車最大爬坡角度α=30°。

3.2強度校核

1）滑輪部位強度校核

在使用電動飛車的過程中，滑輪受力分析如圖3所示，Gz為電動飛車、及作業人員自重之和；F1為滑輪外寬螺栓對滑輪的剪切力。F2為滑輪與底板連接處拉力?？紤]到傳遞絕緣軟梯時的沖擊系數k=1.1，F1=kGz/2=704N，F2=kGz=1408N。

圖3　滑輪受力分析圖

計算得到滑輪外框應力σ1：

計算得到控制滑輪與底板連接處應力σ2：

式中，S1、S2為滑輪兩連接螺栓橫截面積，分別為28.3mm2、78.5mm2。

城市的地方特色根植于城市本身的自然環境和文化環境之中，具有很強的稀缺性和不可替代性，是城市核心競爭力所在。塑造具有鮮明個性的城市形象，深挖地方特色，通過科學、合理的開發與塑造，將城市形象外化于具體的事件之中，灌輸給大眾，對于提升城市的品牌形象具有獨特的效果。如2018、2019年的環廣西公路自行車世界巡回賽就巧妙地將賽道與廣西特色的山水風光、人文特色相結合，鮮明地塑造了地區形象。

由上述計算結果可知，在使用電動飛車過程中，滑輪部位滿足抗拉強度要求。

2）橫梁強度校核

橫梁受力分析如圖4所示。

圖4　橫梁受力分析圖

由圖3可知，橫梁中點處受彎矩最大，其值為M=F1L/2=15360N·mm。

中點處截面可將其簡化如圖5所示。

圖5　中點截面圖

截面抗彎截面模量為

截面所受的彎曲應力為：

由上述分析可得，該行走裝置滿足強度要求。

3）飛車在爬坡狀態下的受力分析

在傾斜狀態下，主動輪所受到的力如下：重力G1+G2、支反支持力N、摩擦力Ff（動力）、滾動阻力 Fg（由于此值較小，故忽略不計）。其平衡方程為

圖6　飛車傾斜狀態受力分析圖

4）飛車所需驅動扭矩M的計算

因為有爬坡角度，故G1+G2產生的水平分力為

（G1+G2）產生的垂直分力與導線間的摩擦力為

按照上述設計參數，在忽略滾動阻力的條件下

即最大摩擦力應等于最大阻力，tanα=f=0.26，則α =14.6°。

從式中可以看出，要想提高小車的爬坡能力，措施有兩個方面：①提高主動輪和導線間的摩擦系數；②提高主動輪上作用的重力。

依據此理論，如果想要使飛車爬坡能力達到30°，則相應的F1和Ff分別為

如果要使Ff增大到等于F1，則相應的驅動扭矩為128N·m。

5）驅動電機的選型

根據扭矩和功率的關系式

式中，P為驅動功率；M為驅動扭矩；n為轉速。

對此電動飛車，轉速n為

將轉速帶入驅動功率計算式中，則

要保證該電動飛車能夠正常運轉，則至少應選用 320W的電機作為驅動裝置，本飛車采用 450W的電機，可以滿足單、雙分裂導線的走線要求。

4　越障式電動飛車的應用

越障式電動飛車可應用在單導線和雙分裂導線（包括子導線水平分布和子導線垂直分布）中，為了使本飛車能在單導線和雙分裂導線之間方便的轉換使用，將兩掛架的下端與連接板之間采用螺紋連接的結構，同時使上端連接件與掛架之間為可拆卸連接。

當本飛車在單導線上使用時，將連接兩掛架上端的連接件拆下，將連接板連同掛架一起旋轉90°，然后再旋轉該掛架，使其上的滑輪與保持不動掛架上的滑輪以一個大徑端朝外，另一個以大徑端朝內的掛接于導線上，以保證飛車的安全滑行。連接板旋轉時，載人機構也旋轉90°，操作人員位于導線的一側進行檢修操作。

為了使不同身高的操作人員操作本飛車時感覺舒服，將座椅采用靠背式液壓升降裝置，腳蹬架設置為可伸縮的結構，可根據不同人員的身高進行調節，使作業人員在檢修時更方便，更靈活。

5　結論

本文研制一種可翻越導線間隔棒的單線/雙線電動飛車，通過將滑輪設計成一端大一端小，小徑端為齒輪式結構，實現越障功能。采用輪式電機驅動，作業人員坐在座椅上，通過按鈕可操控飛車，操作簡單，制動可靠，可降低勞動強度，滿足架空輸電線路檢修走線作業的需求。

［1］ 鄒德華. 兩用電動走線裝置的設計和應用［J］. 湖南電力， 2013， 33（9）： 84-85.

［2］ 岑阿毛. 輸配電線路施工技術大全［M］. 昆明： 云南科技出版社， 2004.

［3］ 尚大偉. 高壓架空輸電線路施工操作指南［M］. 北京：中國電力出版社， 2007.

［4］ 國家電網公司. 電力安全工作規程（電力線路部分）［M］. 北京： 中國電力出版社， 2013.

［5］ 徐守琦. 特高壓線路多功能組合式飛車的研制［J］.電力建設， 2008， 32（5）： 43-46.

［6］ 郭勝田. 防舞動相間間隔棒走線檢查典型經驗［J］.中國電業， 2015， 22（9）： 23-25.

［7］ 董吉諤. 電力金具手冊［M］. 北京： 中國電力出版社，2001.

［8］ 孫惠濤. 特高壓大跨越檔地線越障出線裝置的研制及應用［J］. 機電信息， 2015， 15： 11-13.

［9］ 王珂. 防止高處作業墜落的基本要求［J］. 電力安全技術， 2008（12）： 61-62.

［10］ 張漢文， 梅仁龍. 利用走線滑車快速安裝變電構架［J］. 中國電力， 1959（23）： 49-51， 27.

李 輝，男，工程師，國網湖南省電力公司帶電作業中心，主要研究方向為輸電線路帶電檢修。

基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統

近日，國家知識產權局公布專利“基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統”，申請人為鐵道第三勘察設計院集團有限公司。

本發明提供一種基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統，該系統包括將三相交流電源轉換為同相序的交流27.5kV的牽引變電所、基于柔性輸電的功率貫通分區所，通過所述分區所將相鄰的第1牽引所和第2牽引所的相鄰供電區間電氣上進行柔性連通，使得第1牽引所和第2牽引所供電范圍內為同一相牽引電，與第1牽引所和第2牽引所構成了貫通式同相供電系統。

本發明的效果是該系統使得相鄰的兩座牽引變電所供電范圍內實現電氣上貫通，無電分相消除了電分相對高速動車組、重載電力機車速度及運輸能力影響；提高了兩座牽引變電所供電范圍內的交直交機車再生電能的吸收率8%～12%。

Design and Application of Engine Device for Obstacle Negotiation Single/Double Line

Li Hui Guo Hao Li Wen He Longfei Long Chenhai
（State Grid Hunan Electric Power Company Live Working Center， Changsha 410007）

In view of the current line walk device could not throw over spacer. This paper proposal a engine device which can throw over spacer of single/double line， and it has simple structure， and is easy to operate. The device uses the motor drive whic can effectively reduce the labor intensity operations， and it will effectively enhance the level of live working operations.

obstacle type； engine； double split line； live working； engine device

湖南省群眾性創新項目（5216AD150009）