基于橫向支撐的輸變電設備小型移動吊車設計

林志軍 李曉斌 曾 遠 楊保健

1廣東電網有限責任公司江門供電局 廣東 江門 529030；2五邑大學機電工程學院 廣東 江門 529020

基于橫向支撐的輸變電設備小型移動吊車設計

林志軍1李曉斌1曾 遠1楊保健2

1廣東電網有限責任公司江門供電局 廣東 江門 529030；2五邑大學機電工程學院 廣東 江門 529020

當前的電網工程的建設規模不斷擴大，大多數輸變電設備體積大、重量重，且變電站作業空間小，通常對輸變電設備的維護和檢修都是斷電操作。論文設計了一款基于橫向支撐的輸變電設備小型移動吊車，它具有結構穩定、操作靈活方便、作業半徑小等優點，在保證不斷電、不影響人們正常工作和生活的前提下，滿足在擴建站臨近帶電設備時進行設備檢修、安裝等施工作業的特殊需求。

移動吊車；橫向支撐；立柱；側臂；不斷電

0 引言

當前的電網工程的建設規模不斷擴大，設備停電管理是維系電力系統正常穩定運行的關鍵。對輸變電設備進行檢修和維可以延長設備使用壽命，對提高系統運行可靠性具有重要作用[1]。但是大多數輸變電設備體積大、重量重，而變電站作業空間小，為確保作業安全，需應用大型吊裝設備進行作業。通常在擴建變電站內對臨近帶電設備的安裝、檢修都是停電操作（如圖1所示），由于設備停電吊裝耗時較長，電網可靠性供電面臨挑戰。

鑒于此，本文擬設計開發一款基于橫向支撐的輸變電工程小型移動吊車，可以滿足在擴建站臨近帶電設備時進行設備檢修、安裝等施工作業。既可以提升施工作業的安全性和簡便性，又縮短施工作業耗時，基本可以杜絕以往臨近設備更換需要長時間停電的缺點，大大提升了電網可靠性供電和設備的可利用率，有利于于提升供電企業的供電服務水平[2]。

圖1 配電站瓷瓶的安裝

圖2 110kV配電站局部平面布置圖

圖3 移動吊車總體結構圖(1底座；2輪子；3配電站支柱；4、10側臂；5卷揚機；6旋轉座；7橫梁

1 移動吊車總體結構設計

基于橫向支撐的小型移動吊車是一種通過液壓舉升及伸縮系統來實現重物的升降、回轉，并通過兩支側臂獲得橫向支撐的專用設備，主要由輪子、底座、推桿、鋁合金立柱、卷揚機、液壓桿、吊鉤、側臂等組成。其中，移動式底座尺寸為1500mm(長)*1000mm（寬），側腿長約2500mm，吊車立柱高1500mm，橫梁伸出總長2500mm，吊車總質量約0.8T，起吊重量大于0.5T，吊裝高度為3m。它具有結構穩定、操作靈活方便、作業空間小等優點，是節能高效的電力設備吊運裝備，可廣泛用于配電站里諸如瓷瓶等重量大、質地脆、安裝高度高等設備的吊裝。

輸變電工程小型移動吊車穿梭在配電站的支柱之間，實現瓷瓶等電力設備的吊裝。作業區間為2.5m×2 m的“日”字型矩陣，如圖2所示。為了避免移動吊車在作業過程中失去穩定性，設計的安全裝置有力矩限制器、上升極限位置限制器、側臂支撐裝置等[5-6]。作業時力矩限制器限制吊車的傾翻力矩，當吊車起重量達到額定值時，發出信號，進而停止工作，防止移動吊車因超力矩而發生傾翻事故；上升極限位置限制器在起重臂接近最大角度時，限位開關打開，發出警報，防止起重臂過卷揚；而最重要的一個安全裝置是側臂支撐裝置，在確定吊車的吊裝位置后，將吊車的兩支側臂張開成120度，分別緊固在1號支柱和3號支柱上，從而形成一個頂角為120度的等腰三角形，保證吊車的立柱在整個吊裝過程中的穩定性，如圖3所示。

2 關鍵部件強度校核

側臂和立柱是移動吊車作業時承受應力最為復雜的零部件。側臂是移動吊車作業時連接吊車立柱和配電站支柱的重要橫向支撐件，吊裝作業完畢可拆卸。在整個瓷瓶吊裝作業過程中，因為吊車橫梁要旋轉和俯仰，致使側臂所受的力較為復雜，其結構強度關系著整個吊車的作業穩定性[3，4]。側臂兩側靠環形卡扣分別與吊車立柱和配電站支柱連接，中間為中空的方管結構。

由于移動吊車模型過于復雜，導致有限元分析不能夠很好地收斂。故對物理模型做了簡化，如圖4所示。設定作用在吊鉤上的重力為5000N，在四個腳輪及側臂與配電站支柱之間的位置設定為全約束，并對吊車立柱、側臂和橫梁劃分網格，進行有限元模擬。節點數為18574，單元數為5379。應力與應變分布如圖5和圖6所示。

由圖5可見，側臂、立柱及橫梁所受的應力均較小且較均勻。其中，立柱中部的轉動關節至與側臂連接處所受應力較大，約為2×108Pa。由圖6可見，整個立柱所產生的應變較大且比較均勻，轉動關節處應變量最大，約為6×10-4。應力應變分布均在起重機設計規范內[5]，符合要求。

圖4 網格劃分與邊界

圖5 應力分布

圖6 應變分布

3 結論

本文建立了移動吊車的結構有限元模型，利用simulate軟件對移動吊車的立柱及側臂結構進行強度分析，從而得到立柱應力較大的區域和應力分布規律，為輸變電工程小型移動吊車的開發奠定了理論基礎。

[1]張文卓.試論輸變電設備檢修現狀及檢修方案[J].技術探討，2015，5（6）：99

[2]林曉珊.影響配電網工程帶電作業的因素及安全管理[J].科技與創新，2015,19

[3]張強,林博.汽車起重機活動支腿結構改進設計[J].工程機械，2011,42（9）：22-25

[4]歐溈濱，郭學祥.基于Patran的汽車起重機車架及支腿有限元分析[J].建筑機械，2011：88-91.

[5] GB/T 3811—2008 起重機設計規范[S].

TM642

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