新型多分裂角鋼聯板及其裝配工裝設計

肖聰

摘要： 聯板是輸電線路懸垂線路中的重要組成部分，目前常用的聯板是有整塊鋼板切割而成，其材料利用率低，聯板重量過重，且聯板抗彎性能達不到海外工程要求，鑒于以上原因，本文設計了多分裂角鋼聯板，設計過程采用有限元仿真分析，確保了產品性能，并且設計了專用裝配工裝，保證了生產效率，目前多分裂角鋼聯板已投用到巴西美麗山二期輸電線路，產品成本有了可觀的降低。

關鍵詞：角鋼聯板;節約成本;有限元分析;優化設計

1? 引言

聯板是輸電線路懸垂線路中的重要組成部分，其在輸電線路工程所用的電力金具中用于雙聯絕緣子串及多聯絕緣子串的并聯組裝，絕緣子串與兩根導線及多跟導線的組裝等。目前常用的聯板一種是由整塊鋼板切割而成，使得其加工材料利用率較低，此外傳統聯板面積較大、質量也較重，一方面造成了加工材料的浪費，另一方面也增加了金具串的重量，對線路的承重能力提出了較高的要求。另一種常用的聯板雖然是由多個小部件構成，但是其抗彎性較差，在施工或后續使用時很容易發生彎折，嚴重影響了聯板的使用壽命，降低了金具串的可靠性。

而此次新型角鋼聯板的應用項目——巴西美麗山二期項目，對聯板抗彎性能要求非常高，新型角鋼聯板的設計即基于以上原因，本文將主要對其及生產裝配工裝的設計進行闡述。

2? 設計主要涉及的海外標準

IEC 61284 架空線路--金具要求和試驗

IEC 60060-1 高電壓試驗技術 第1部分：一般定義和試驗要求

IEC 61467 標稱電壓1000V以上架空輸電線路絕緣裝置--絕緣裝置交流電弧測試

NBR 7095 輸電線路、高壓和超高壓變電站電工器材

NBR 6323 鋼鐵或鑄鐵產品熱浸鍍鋅技術標準

3? 產品設計說明

3.1 外觀設計

巴西美麗山二期工程共使用了三種型號角鋼聯板，一種六分裂角鋼聯板，兩種四分裂角鋼聯板，因為結構相似，本文只提及四分裂角鋼聯板中的一種型號。六分裂及四分裂角鋼聯板的裝配圖如圖1所示，六分裂角鋼聯板由五塊連接板和角鋼連接而成，四分裂角鋼聯板由三塊連接板和角鋼連接而成，在連接板兩面均有角鋼連接，稱對稱結構，保證了聯板的抗彎性能。每種聯板的角鋼結構中均包含三角結構，三角結構的穩定性保證了裝配完整的聯板整體呈剛性，不會變形，在連接作用上與整板切割的聯板性能一致。

3.2 有限元分析

本文僅以四分裂角鋼為例，角鋼聯板中：板材料為Q345R，角鋼材料為Q235。上部大板中間孔施加210KN主動力，整體聯板四個角孔各自施加方向相反的4個反力52.5KN，板與角鋼采用螺栓連接，如圖2所示。為提高劃分質量及計算效率網格，將模型中的倒角面以及細小特征予以合理刪除如角鋼的倒角圓弧去掉，建立有限元分析三維模型如圖3所示。需要注意的是，此處的螺栓連接不采用實體建模，而是采用beam梁連接，一方面提高建模效率，一方面保證了計算精度，某beam梁建模如圖4所示。

為提高計算精度和計算效率，采用掃掠以及多區劃分模型網格，保證盡可能的生成六面體單元，網格劃分如圖5所示，共生成節點220751個，單元30481個。試驗近似為線性，模型施加如圖2所示的載荷的十分之一，模型邊界條件設置如圖6所示。

計算得到角鋼聯板的應力分布和變形結果如圖7所示?？梢钥闯?，角鋼聯板最大應力處位于鋼板中間圓孔部位，隨著外部載荷的增加，該孔處的應力隨之逐漸增加，發生破壞，這與設計的初衷是相符的。

3.3 材料節約

與整板切割的同規格聯板相比，角鋼聯板的材料利用率有顯著提升，以六分裂角鋼聯板為例，整板切割材料利用率為42%（如圖8所示），而角鋼聯板的材料利用率可達80%以上，每套產品減重3kg。美麗山二期工程中六分裂角鋼聯板累計5000余套，可節省原材料40噸左右。

4? 工裝設計

因為角鋼聯板配件較多，因此裝配時間較長，工時成本過高，因此我們設計了專用裝配工裝，圖9為工裝設計圖，工裝整體呈工作臺狀，供兩名工人同時操作，臺面上為放置角鋼聯板螺栓的螺栓底座，螺栓底座的六角沉孔內壁進行打磨，以便于裝配完取出產品，進行裝配時先將所有螺栓依次放置在螺栓底座內，然后依次擺放角鋼、連接板、角鋼，螺栓依次上墊片擰緊螺母即可，因螺栓擰緊而不易取出的產品，使用工裝自帶的撬棒即可撬出。經測試，使用裝配工裝，角鋼聯板裝配速度比工人純手工裝配速度提升6倍以上，使得工時不再是角鋼聯板大批量生產的瓶頸。

5? 投用效果

美麗山二期項目是巴西第二大水電站——美麗山水電站（裝機容量1100萬千瓦）的送出工程。工程途經帕拉州、米納斯州、里約州等5個州，將新建2518公里輸電線路及兩端換流站，輸電能力400萬千瓦。項目計劃于2020年投運。這將是美洲第二條特高壓直流輸電線路，可與美麗山一期形成良好的協同效應，共同將巴西北部的清潔水電資源直接輸送到東南部的負荷中心。

目前巴西美麗山二期工程的角鋼聯板已全部交付使用，三種型號共萬余套，產品得到了業主的好評，從生產成本來講，節約原材料可達50%，考慮工時成本后，成品成本降低約20%。

螺栓型角鋼聯板聯板結構簡單、設計巧妙，整體重量較輕，這樣不僅有效地降低了金具串的重量，也節約了聯板的加工材料，提高了加工材料的利用率，目前產品已成功應用于巴西美麗山二期直流輸電線路，該成果可以直接在其他工程上推廣使用?？山柚擁椖康难兄瞥晒_拓新市場，其收益十分可觀。

參考文獻

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