特高压双牵引走板的研制.doc

特高压双牵引走板的研制徐守琦 刘 凯 易明阳摘 要: 在特高压架空输电线路施工的过程中，采用双牵引走板配合组合式放线滑车及张牵机完成六分裂或八分裂导线的展放，以提高工作效率和架线施工的安全性。特高压双牵引走板经过研制，现已投入使用。关键词:特高压输电线路双牵引走板 组合式放线滑车 八分裂 导线 自上世纪七十年代末我国第一条500kV超高压输电线路工程开始张力架线施工以来，经过30年的施工、总结、提高，在超高压电网建设中，张力架线施工已日趋成熟，并且线路施工中使用的走板多为一牵二四六走板，其由几块钢板焊接而成，前面通过一个大吨位旋转器与主牵引绳相连，后端通过小吨位旋转连接器与导线相连。此种走板在通过滑车时产生的冲击力非常大，对滑车和导线都有一定的损伤，并存在着一定的安全隐患。后期为了方便走板通过滑车，在走板本体上加设了一级铰链，但效果也不十分明显。 随着特高压电网建设的全面展开，大截面导线的普遍应用，新的课题不断摆在我们面前。“二牵八”张力架线施工工艺就是在大截面导线同相同步一次展放的要求下，根据现有张牵设备提出的一种有效的架线施工方法。为满足“二牵八”架线施工的需求，研制了特高压双牵引走板。 1 走板概况 1.1 特点1.1.1特高压双牵引走板包括牵引钢绳、牵引板、后拖板和铰链四个大的组件。牵引钢绳(50m)绕经牵引板内设的若干滚轮和大齿轮并穿过两侧的夹紧轮伸出牵引板；两对夹紧轮最大限度地保证了牵引钢绳不会与走板之间发生滑动摩擦，有效杜绝了牵引钢绳因摩擦而断裂的可能性，消除了施工中的安全隐患。 图 1 前走板示意图1.1.2特高压双牵引走板采用两段式设计，此设计结构大大减小了走板通过放线滑车时的弯折角度，扩大了走板对滑车轮片的包裹范围，从而有效减少了走板通过滑车时的冲击程度，提高了放线过程中的安全性。另外也使得走板在牵引导线行进的过程中非常平稳，即使发生较大侧倾也不致于使走板翻转，大大提高了施工的便利性和高效性。 1.1.3后拖板两侧的拆卸连接块通过3个紧固螺栓连接到两端的侧连接块上，通过拆卸连接块的安拆，从而实现在“二牵（六）”走板“二牵（八）”走板之间的转换，最大程度地扩大了走板的通用性，减少了施工投入。 图 2 拆卸连接块示意图1.1.4铰链的个数可以随着滑车轮片直径的大小进行适当增减。此外，为了防止走板在通过滑车时损坏轮片，铰链设计成圆柱形。为了导向和向上承托走板，同时兼具防止走板在滑车上产生侧向的滑移，下盖板和后拖板上各设计了几处导向块。1.1.5走板牵引板上所安装的光电计数器和无线发射器，大齿轮及小齿轮等机构可以将牵引钢绳发生的位移检测出来，并转换成无线信号传输给远程控制中心，远程控制中心以此为依据来调节两台牵引机的转速，从而控制牵引钢绳不会发生较大的位移，并最终控制280kN旋转连接器不会进入到走板内而引起破坏；1.1.6所有无线发射元件都集成在一个控制盒内，控制电压为24V，由一台36AH的可充电锂离子电池持续供电，供电时长可达72小时。1.2主要技术参数表1主要技术参数表型 号TSZB2-（6）8/50额定负荷500kN钢绳规格6*36SW+IWR,直径32.5mm滑轮个数11铰链中心距116mm铰链个数4个自 重463kg尺 寸长1374mm宽1482mm高147mm电源电压12V(可以连续供电72 h)1.3主要结构 1.3.1主体结构部分示意图（见图3）1.钢丝绳牵板 2.小滚轮 3.轴承8109 4.中间隔圈 5.滚轮销 6.圆螺母M4.51.5 7.大滚轮 8.铜套 9.大齿轮 10.小齿轮 11.小齿轮销 12.弹垫10 13.螺母M10 14.铰链式连接块 15.铰链销 16.牵板 17.连接销 18.垫圈24 19.圆螺母M241.5 20.旋转连接器 21.中间段 22.尾段图3 走板主体结构示意图1.3.2部分结构示意图（见图4、图5） 图4 钢丝绳牵引板 1.拆卸连接块 2.侧连接块 3.短连接块 4.中间连接块 5.旋转连接块 6.尾段连接块 7.铜管 8.内六角螺栓 图5 牵板零件图2 组合式双牵引走板设计计算2.1 走板结构及工作原理 “二牵（六）八”走板见图3，包括牵引板,牵引钢绳、监控装置、铰链、后拖板及防扭锤。其中牵引板由下盖板、上盖板、夹紧轮、监控装置、铜套、滚轮轴、大滚轮、导向块、大齿轮、小齿轮等构成。牵引钢绳一端穿过牵引板一侧的两个夹紧轮后，再依次绕过3个大滚轮和大齿轮，然后从牵引板另一侧的两个夹紧轮穿出，最后其两端分别通过旋转连接器与主牵引绳相连。工作过程中，当两台牵引机带动牵引钢绳发生位移并带动大齿轮旋转时，大齿轮带动小齿轮旋转，与小齿轮联运的监控装置捕捉到位移信号，并发射到牵引场的主操作台电脑上，电脑再根据此信号，控制两台牵引机的运行速度，使牵引钢绳发生的位移在可控范围内。铰链由铰链连接块及铰链销轴连接而成，为了防止铰链在通过滑车时损坏轮片，将其设计成了圆柱形。后拖板由紧固螺栓、拆卸连接块、侧连接块、中间连接块等主要部件构成。其中拆卸连接块通过3个紧固螺栓连接到两端的侧连接块上，两端侧连接块则通过中间连接块焊接到一起，形成一个整体。通过拆卸连接块的安拆，从而实现在“二牵（六）走板“二牵（八）”走板之间的转换。防捻锤由若干个防捻锤连接块及防捻锤销轴连接而成，防捻锤尾端做成半圆球形，防止在走板通过滑车时防捻锤损伤导线。铰链连接块及防捻锤连接块只能绕着各自销轴上下转动，而不能左右或其它方向的转动。防捻锤的作用是防止整个走板倾翻。单根牵引钢绳的牵引力为280kN。2.2 钢丝绳牵板和滚轮销 钢丝绳牵板结构见图6。牵板为对称结构，为提高计算精度降低计算量这里取1/2进行建模，建立三维实体模型。在输出剖分及计算结果图片时为了更加更加直观，采用Ansys的显示对称功能进行整体显示。图6 钢丝绳牵板零件图 利用SOLID45单元进行剖分，加位移边界条件：（1）在销孔内表面加Y方向的位移约束；（2）在对称边界处加对称边界条件，约束Z方向的位移。力边界条件：在两半圆块连接处的三个孔处加水平竖直力，分别为：17466，53755；46，33222；15579，2190，单位N.（如图中红线所示）。有限元分析结果见图7，最大应力为249.5MPa，最大应力出现在与铰链销连接部分的根部。材料为16Mn，其屈服极限为345MPa，强度极限为510MPa。按第四强度理论，等效应力小于屈服极限。3倍载荷时，按线弹性理论，结构最大等效应力将大于屈服极限，但最大应力出现在结构变化部位，是应力集中区域，局部屈服后，材料发生塑性变形，但只是局部区域，结构主体不会发生屈服。图7 Mises等效应力图滚轴销等效应力如图8，最大等效应力为235MPa。材料为40Cr，屈服极限785MPa，强度极限为980MPa。最大等效应力小于其屈服极限。3倍载荷工况下，按线弹性理论，最大等效应力也小于屈服极限。图8 滚轴销Mises等效应力图2.3 铰链式连接块及铰链销铰链式连接块的结构见图9所示。图9 铰链式连接块的零件图由于需要对铰链销进行结构分析，因此模型按接触问题进行非线性分析。首先建立连接块和铰链销装配的实体模型，在铰链式连接块与铰链销的接触面加接触对，固定下面铰链式连接块的下端，在上面铰链式连接块的上端孔上加向上的载荷280kN。铰链销中间的上表面应力值最大见图10，其应力值为620MPa。铰链销材料为18Cr2NiW（机械设计手册没有查到该材料，取18Cr2Ni4WA的力学性能）。屈服极限为835MPa，强度极限为1180MPa。铰链销的第四强度理论等效应力小于屈服极限。铰链销最大变形为0.38mm。图10 铰链销等效应力2.4 牵板结构分析牵板的结构见图5所示。边界条件见图11，位移边界条件：（1）在牵板（一半）上部四个孔处施加竖直方向的位移约束；（2）在牵板对称面处加对称边界条件。力边界条件：在图示的孔上加力，如图中红色线所示，合力大小为280 kN。图11 牵板边界条件有限元应力分析结果见图12。最大应力值为449MPa，最大应力值出现在侧连接块与铰链连接的吊耳孔内侧。最大位移为0.068mm。牵板材料为16Mn，屈服极限345MPa，强度极限为449MPa。孔内壁第四强度理论应力大于材料的屈服极限，等于强度极限。牵板各部位的最大等效应力为60MPa，远远小于屈服极限。图12 牵板等效应力2.5 牵板螺栓结构分析 螺栓群受力见图13。采用的螺栓为M20,12.9级。图13牵板螺栓受力图牵板螺栓受剪切，其剪切应力为：螺栓等级为12.9级，剪切许用应力为：由于，145.5432，因此，牵板螺栓满足剪切强度条件。因为：由于，因此，牵板螺栓满足3倍剪切变形条件。3 结束语 2009年6月，中国电力科学研究院针对我公司自行研制的 “特高压双牵引走板”进行全面技术鉴定。试验鉴定结果完全满足设计需要，达到预期效果，符合中华人民共和国电力行业标准中输电线路施工机具设计、试验基本要求。此项研究成果已于2009年4月收到国家知识产权局专利受理通知。该双牵引走板已在向家坝上海800kV特高压直流输电线路工程皖3A标段放线施工中得到成功应用，该走板的两段式设计很好的解决了过滑车受力状态及走板抗弯能力问题，为安全施工提供了保证。参考文献:1.濮良贵等.机械设计（第七版）M，北京：高等教育出版社，2001.2.钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册（上册）M，北京：中国建筑工业出