防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具的設計

陳嘉杰 謝曉輝 吳誠晟 陳良芳 陳元璋 王澤龍

(福建省送變電工程有限公司,福建 福州 350000)

1 研究背景

送電線路施工過程中,防扭鋼絲繩是張力架線時必不可少的工具,其廣泛用作導線、地線及光纜展放時的導引繩、牽引繩。目前,張力架線所使用的防扭鋼絲繩最大型號的繩盤直徑約1.4m,寬度約0.54m,單盤重量約1.6t。送電線路施工企業自有防扭鋼絲繩盤的數量較多,為了節省防扭鋼絲繩盤的倉儲面積,多數企業采用水平、層疊的方式進行立體存放。傳統鋼絲繩盤存儲方式如圖1所示。

圖1 傳統鋼絲繩盤存儲方式

防扭鋼絲繩盤的出入庫需進行吊裝,一般采用行車或吊車。利用行車吊裝鋼絲繩盤如圖2所示。

圖2 利用行車吊裝防扭鋼絲繩盤

現有防扭鋼絲繩盤吊裝方式多為將起重量與防扭鋼絲繩盤重量相匹配的千斤繩的中間位置掛于行車或吊車的吊鉤上,使千斤繩處于平衡狀態,后將行車或吊車吊鉤移動到需起吊的防扭鋼絲繩盤正上方,再將千斤繩兩端的掛耳與防扭鋼絲繩內圈對稱的兩個掛點相連接。通過行車或吊車吊鉤的升、降、平移等操作,將防扭鋼絲繩盤移動至目標位置。但該方式在實際運用中存在以下缺點：一是裝卸工需通過攀爬或采用登高作業車移動到目標防扭鋼絲繩盤的正上方,才可將千斤繩兩端的掛耳與防扭鋼絲繩盤內圈對稱的兩個掛點相連接,這就存在高處墜落風險。裝卸工若位于煮油后的鋼絲繩盤上方,易發生打滑、跌倒等風險;二是千斤繩使用一定時間后,容易出現毛刺,裝卸工在穿綁過程中存在手部被刺傷的風險;三是如需吊裝的防扭鋼絲繩盤數量較多,裝卸工勞動強度過大,易導致出現體力不支的情況;四是穿綁結束后,防扭鋼絲繩盤準備起吊時,裝卸工需移動到其它位置,存在碰物風險;五是千斤繩使用一定時間后,力學性能下降,可能出現斷絲、斷股等現象,若裝卸工未發現此缺陷,仍繼續使用此千斤繩進行起吊,起吊后的鋼絲繩在移動過程中有可能與千斤繩掛耳脫落,存在物體打擊的風險。

本文所設計的一種防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具可解決上述現有技術中存在的缺點。庫工可在遠端利用行車與專用遙控吊具配合,進行鋼絲繩盤的遙控吊裝。該吊具采用無線遙控方式,可從根本上避免裝卸工在鋼絲繩盤行車吊鉤穿綁操作時進出鍍鋅池,從源頭上規避風險,保障安全,同時該項作業只需單人操作,有利于倉儲作業提質增效。

2 材料選用

為保證承重結構的承載能力,防止在一定條件下承重結構出現脆性,應綜合考慮結構的重要性、載荷特征、結構形式、應力狀態、連接方法、鋼材厚度和工作環境等因素,選用合適的鋼材牌號和材性［1］。

根據現行國家標準《碳素結構鋼》(GB/T 700—2006)和《低合金高強度結構鋼》(GB/T 1591—2018)的規定,承重結構的鋼材宜選用Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼和Q420鋼,其特性及適用范圍如表1所示。

表1 屈服鋼特性及適用范圍

綜合考慮強度、塑性、焊接性能及經濟性等因素,防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具主體結構材料選用Q235鋼［2］。

3 連接方式

在保證整體結構強度和剛度的前提下,考慮遙控吊具整體體積,吊具的鋼結構連接方式選擇不可拆連接,可滿足整體強度、安全存放的需求。不可拆連接包含鉚接、焊接、膠接三種連接形式,其特性及適用范圍如表2所示。

表2 連接形式特性及適用范圍

綜合考慮連接的加工條件和被連接零部件的材料、形狀、尺寸及經濟性等因素,吊具的鋼結構連接方式選擇焊接［2］。

4 結構及工作流程

4.1 結構

該防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具本體由上部結構件、電機、電機控制電路板、電池、推力球軸承、下部結構件、十字安裝板、聯軸器、軸套連接器、螺栓組成,總長約0.45m,總高約0.23m,重量約8.9kg。配套一個無線遙控器,操作人員可處于安全地點進行遙控吊裝作業,確保人身安全。吊具結構圖如圖3所示,三維設計圖如圖4所示。

圖3 防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具結構圖

圖4 防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具三維設計圖

4.2 工作流程

通過U型環、短千斤將專用遙控吊具與行車掛鉤連接,操作人員先通過操作行車遙控器控制行車吊鉤,將遙控吊具移動到需起吊的目標鋼絲繩盤內圈位置;操作人員在遠端,使用專用遙控器向吊具內的遙控接收器發出指令信號,接收器收到信號后,將信號傳遞給控制電路板,啟動電動機,通過聯軸器及軸套連接器帶動下部結構件的螺栓正轉或反轉,從而帶動下部結構件2組(共4根)垂直分布的矩形冷彎空心型鋼正轉或反轉;當矩形冷彎空心型鋼轉動到防扭鋼絲繩盤內圈4個“掛耳”正下方時,操作人員通過操作行車遙控器控制行車吊鉤提升,使4根矩形冷彎空心型鋼與鋼絲繩盤內圈4個“掛耳”緊貼,從而實現防扭鋼絲繩盤的起吊;當防扭鋼絲繩盤起吊至指定位置后,操作人員通過操作行車遙控器控制行車吊鉤下降,使專用遙控吊具4根矩形冷彎空心型鋼脫離鋼絲繩盤內圈“掛耳”。同理,通過旋轉4根矩形冷彎空心型鋼至一定角度,再通過操作行車吊鉤提升,從而使遙控吊具完全脫離鋼絲繩盤。至此,一次防扭鋼絲繩盤吊裝工作宣告完成。使用防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具吊裝鋼絲繩盤如圖5所示。

圖5 使用防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具吊裝鋼絲繩盤

5 強度校核

由于防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具下部結構件4根垂直分布的矩形冷彎空心型鋼與下部結構件圓柱焊接處有可能發生變形或斷裂,需對其進行強度校核,其受力分析如圖6所示。

圖6 下部結構件矩形冷彎空心型鋼受力分析圖

矩形冷彎空心型鋼主要受力為重物對O點的彎矩,下面進行彎矩強度校核。矩形冷彎空心型鋼受力可簡化為懸臂梁,其受力分析圖如圖7所示,剪力圖及彎矩圖如圖8所示。

圖7 矩形冷彎空心型鋼受力分析圖

圖8 剪力圖及彎矩圖

由圖7、圖8可知,下部結構件在O點所受的彎矩最大,即下部結構件重物對O點的正應力最大。由《結構用冷彎空心型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》(GB/T 6728—2002)可知,尺寸60mm×30mm,壁厚4mm的矩形冷彎空心型鋼的截面模數W=14.513cm3,則：

(1)

根據《鋼結構設計標準》(GB 50017—2017)［3］,Q235鋼的設計用強度指標如表3所示,焊縫強度設計值如表4所示。

表3 Q235鋼設計用強度指標

表4 Q235鋼焊縫強度設計值

由表3、表4可知,厚度≤16mm的Q235鋼抗拉強度設計值為215N/mm2,故σmax<215N/mm2,極限條件下,安全系數SF為1.22,滿足設計要求。

6 結束語

綜上,本文介紹的防扭鋼絲繩盤專用遙控吊具是一種適合用于防扭鋼絲繩盤出入庫的新型設備,其具有遠端遙控、承重可靠、平穩安全、使用方便、尺寸小、重量輕、方便存取、易于量產、成本較低等特點,適用于絕大部分防扭鋼絲繩盤倉庫內吊裝,能有效保障裝卸人員的人身安全,可作為防扭鋼絲繩盤吊裝的推薦采用設備,在行業內推廣使用。