車載移動式跨越架的研制

梁益嘉，陳強，吳鋼，夏國華

(國家電網湖北省電力公司咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100)

王家琦

(荊州市元澤石油設備有限公司，湖北 荊州 434000)

?

車載移動式跨越架的研制

梁益嘉，陳強，吳鋼，夏國華

(國家電網湖北省電力公司咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100)

王家琦

(荊州市元澤石油設備有限公司，湖北 荊州 434000)

隨著科學技術的不斷發展,社會進步對電的依賴越發嚴重,正在新建的超高壓以及特高壓輸電線路施工過程中面臨著需要跨越高速公路、電力線路、鐵路以及其他障礙物。為此，提出一種高機動性、能夠快速自動展開的車載移動式跨越架。車載移動式跨越架的出現有效解決了輸電線路施工過程中跨越多種障礙物的技術問題，不僅能夠滿足施工工序和施工進度要求，還能保證施工的安全運行。介紹了車載移動式跨越架的結構原理，并對車載移動式跨越架進行了可靠性分析，分析結果表明車載移動式跨越架在放線施工過程中安全可靠，完全能夠滿足放線跨越施工的要求。

車載移動式跨越架；電力跨越放線施工；安全可靠

電力線路施工跨越架是施工作業中跨越公路、鐵路及電力線路等障礙物的必備作業工具。當前傳統的跨越架搭設方式是使用竹或木質材料，有些地方使用鋼管為主材在被跨越物兩側人工搭設腳手架形式的跨越架，以確保放線施工中組成安全防護件，滿足放線施工的安全[1～4]。傳統的腳手架式跨越架的使用有多種弊端，跨越架搭設和拆除時間長，使用安全隱患大。跨越架存續周期一般超過2周時間，跨越架本身穩定性就不是很高，尤其遇到大風、大雨或者其他不可預測的因素時，跨越架極易發生倒塌等事故，難以保護被跨越物，這是施工單位所不能接受的。跨越架搭設審批難，公路和鐵路部門對跨越架的搭設要求嚴格審查施工安全措施，一般審批流程多，周期長，而且審批條件苛刻，這樣就約束了施工工期，難以滿足施工工期安排的要求，形成施工誤工不能按時完成，需要再次申請審批。搭設跨越架往往需要占用農戶的耕地，這也是造成跨越施工困難不可抗因素之一[5～9]。

1 車載移動式跨越架的結構組成

車載移動式跨越架包括：汽車起重機、跨越架附件、跨越架本體等主要部分，具體如圖1、圖2所示。

移動式跨越架能快速到達各類作業地區而滿足快速施工要求，移動式跨越架本體用新型高強度鋼材料制作，本體底座通過附件與汽車起重機的旋轉舉升機構頭部相連，并通過旋轉舉升機構將展開的矩形平臺舉升到一定高度，再旋轉到被跨越物上方，確保跨越施工安全[10]。移動式跨越架的液壓系統通過汽車起重機提供的液壓動力源將跨越架桁架展開和收攏，展開滿足跨越覆蓋平臺，收攏滿足撤卸存放需要。

2 車載移動式跨越架的工作原理

車載移動式跨越架是基于雨傘伸縮原理發明的，由動力系統通過連桿機構將位于滑道周圍的桁架組件，展開成一個骨架系統，在桁架組件展開的同時，桁架周圍的繩系隨之繃緊，繩系與各個方向的桁架組件連成一體，形成一個方形的平臺，這個平臺就是跨越架封網平臺[11]。在跨越施工時，與跨越架相配合的汽車起重機可將跨越架平臺送至需要跨越的目標物上方，從而實現對被跨越目標物進行封網覆蓋，汽車起重機還為跨越架的伸展和收縮提供動力源。

3 跨越架主要構件的理論計算

3.1 汽車起重機耳座受力分析

圖3 汽車起重機起重受力分析

由圖3可知：

T′=m1gL2+G1gL4

(1)

L2=L1cosα

(2)

L4=L3cosα

(3)

式中，T′翻轉力矩；L1為副臂長度；L2為負載力臂；L3為副臂重心距銷軸孔距離；L4為副臂自重力臂；

α角為吊臂工作仰角； G1為副臂自重；m1為負載質量；

g為重力加速度。

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術協議》可得最大翻轉力矩T′=54513N·m。

同理由式(1)、(2)、(3)得副臂對O1點翻轉力矩T=65280N·m。

3.2 水平起升狀態受力分析

由項目輸入條件可知汽車起重機的擺臂油缸所提供的最小啟動轉矩M≥480000N·m，由圖4可知跨越架自重產生的負載力矩為：

M′=(L6+L9)gG2

(4)

式中，M′為跨越架自重產生的負載力矩；L6為跨越架收攏時重心離銷軸孔距離；L9為汽車起重機第一級吊臂長度；G2為跨越架自重。

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術協議》可得：M′=240000N·m。

因為M>M′，故吊車水平起升跨越架時，吊車擺臂液壓缸推力滿足要求。

圖4 跨越架起升時受力分析

(5)

同理可得T1=40000N·m。

3.3 跨越架展開受載后受力分析

由圖5可知，以O1點為圓心，O2點所受力矩為：

(6)

T3=m2g(L5+L8)+G2g(L5+L7)

(7)

圖5 跨越架起升展開承載受力分析

3.4 跨越架桁架受載分析

桁架結構受力分析如圖6所示，由力矩平衡公式有：

Gl2+G1l4=Fl3sinβ

(8)

式中，G為桁架自重；F為繩子張力；β為夾角；G1為負載重量；l4為負載在桁架力臂長度；l3為繩子距跨越架端部固定點長度；l2為桁架重心力臂長度；l1為固定點距間距。

圖6 跨越架桁架組件受力分析

由《車載移動式桁架伸縮簡易型線路施工跨越架研制項目技術協議》可得:F=13200N。

4 跨越架主要構件的有限元分析

4.1 跨越架底座有限元分析

圖7 車載移動式跨越架底座受力分析

由上述分析結果可知，跨越架底座受到的最大轉矩為T=65280N·m，而且，跨越架底座受到的最大載荷為靜載荷，跨越架底座受力模型可簡化為如圖7所示。圖中O1、O2為跨越架底座與汽車起重機相連耳座的簡化固定點，轉矩T為等效負載。

跨越架模擬分析邊界條件如圖8所示，模型劃分網格圖如圖9所示，分析結果模型應力分布情況如圖10所示。

圖8 跨越架底座有限元分析邊界條件

圖9 跨越架底座網格化模型

圖10 跨越架底座受載后應力分布模型

4.2 跨越架桁架組件有限元分析

跨越架桁架模擬分析邊界條件如圖11所示，模型劃分網格圖如圖12所示，分析結果模型應力分布情況如圖13所示。

圖11 桁架組件有限元分析邊界條件

圖12 跨越架桁架組件網格化模型

5 結論

圖13 跨越架桁架組件受載后應力分布

1)提出了一種新型的放線施工跨越架，通過以上受力分析和計算，證明該跨越架原理簡單、科學合理。應用該跨越架可大大提高施工人員作業的安全性和可靠性，同時可提高跨越作業的效率，縮短施工周期，降低施工成本。

2)提出的車載移動式跨越架在進行放線跨越施工時，能夠降低跨越施工帶來的損失，增加了放線跨越施工的安全性和可靠性，提高了施工的速度，從長遠來看，車載移動式跨越架的使用，是電力線路建設的未來發展方向。

3)移動式跨越架是一種能夠自行伸展和回收，在一定高度履蓋各類被跨物，能滿足公路、鐵路、電力線路的跨越施工。研究成果對當前線路跨越施工能力、安全性和便捷性是個革命性推進。

[1]趙毅林.10kV旁路帶電應用于線路交叉跨越研究[A]. 云南電網公司、云南省電機工程學會.2011年云南電力技術論壇論文集[C]. 昆明：云南科技出版社,2011:23～25.

[2]王先文. 中國電力投資集團公司:為境外電站架設“防護網”[J]. 中國監察, 2011(20):56～57.

[3]邵雙. 談規范電氣化鐵路跨越施工[J]. 中國電力教育, 2012(11):126～127.

[4]劉欣科, 趙忠輝, 趙銳. 沖擊載荷作用下液壓支架立柱動態特性研究[J]. 煤炭科學技術, 2012, 40(12):66～70.

[5]張馬林, 錢旭耀, 吳志斌,等. 架空輸電線路工程利用本塔加設輔助橫擔封網跨越高鐵施工方法實踐[J]. 華東電力, 2014, 42(6):1253～1257.

[6]石亮, 龔景陽, 王煒,等. 輸電線路架線用特殊跨越架的研發[J]. 華東電力, 2014, 42(9):1757～1760.

[7]冀栓梅, 胡德明, 張志平,等. 伸縮跨越架的研發及在施工中的應用[J]. 現代工業經濟和信息化, 2014, 4(9):76～77.

[8]樸京澤, 曹磊. 木質跨越架跨越高鐵工況分析[J]. 中國高新技術企業, 2016(2):108～109.

[9]駱正榮, 吳侃. 搭設落地斜拉式防護網不停電跨越電力線施工技術[J]. 江西電力, 2016, 40(2) :55～60.

[10]陳保家, 朱晨希, 周幼輝,等. 柔性電纜等效模型對跨越架防護網的沖擊響應分析[J]. 三峽大學學報(自然科學版), 2016, 38(3):81～85.

[11]Zemljari? B. Analyses of the overhead-line cable stringing and sagging on hilly terrain with an absolute nodal coordinate formulation[J]. Electric Power Systems Research, 2016, 140:296～302.

[編輯] 計飛翔

2016-06-13

國網湖北省電力公司第一批科技項目(5215L01400DQ)。

梁益嘉(1972-)，男，工程師，現主要從事電力輸電線路建設和工程管理方面的研究工作；通信作者：王家琦， 412665806@qq.com。

TM753

A

1673-1409(2016)28-0050-05

[引著格式]梁益嘉，陳強，吳鋼，等.車載移動式跨越架的研制[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(28)：50～54.