适用于配电网台架式设备安装的新型起重机研究
时间：2023-01-23 21:00:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
苗晓鹏，辛少菲，周庆发，张 春
(国网山东省电力公司东营供电公司，山东 东营 257091)
户外主变、真空开关等台架式设备安装是当前配电网建设、大修技改的一项十分重要的工作。目前，搭斜台人工抬吊的方法安全性差，很容易被重物压伤，斜台上设备也容易失稳，设备容易磕碰；
常规起重机械起吊对地形条件要求高，对于地处沿海，虾池、盐池、水塘分布较多地区，无法进场安装，同时租赁台班费用高，资源浪费明显。由此可见，目前台架式设备吊装方法均具有局限性[1-3]，无法适用特殊条件下设备安装。
针对上述问题，该文设计了一种适用于配电网台架式设备安装的新型起重机，该设备的额定起重量要与台架式设备的质量相适应，且适用于各种非常规地形，设备体积轻便、操作方便，成本相对低廉，吊装作业安全可靠。
新型起重机是由三角架[1]、抱箍、滑轮、电动葫芦、小型发电机等单位组成，整体结构如图1所示。架体是由横臂、竖臂、斜臂、滑轮焊接成的三角架结构，套管与竖臂采用插接方式相连，滑轮分别设置在横杆两端，拉绳穿过滑轮固定在电动葫芦上。吊装设备时，可以通过控制器控制电动葫芦装置[2]轻松吊起重量较大的设备，起吊设备不受地形限制，成本低廉，便于携带和安装，起吊过程安全、平稳、有序。
图1 新型起重机结构示意图Fig.1 Structure schematic diagram of the new crane
通过通用桥式起重机桥相关知识[3-5]进行设计，建立新型起重机简易模型如图2所示。该装置技术简单，基本结构只需电动机、滑轮等设备即可，组装方便，只需针对台架式设备及现场环境做针对性调整即可，由于该装置通过抱箍固定在电杆上使用，不受地形限制。
图2 新型起重机简易模型Fig.2 Simple model of the new crane
如图2所示，目标电动葫芦起重功率为P(单位:kW)，重物质量为m(单位:kg),起重装置动滑轮数量为n，考虑传动机构及滑轮组机械效率为η，提升速度为v,进行计算可知:
(1)
由于传动机构及滑轮组机械效率η、电动葫芦起重功率P、动滑轮数量n均为定值，可以画出m与v关系图如图3所示。根据画出的m与v关系图，可以进行技术可行性分析和主要部件选择。
图3 起重质量与提升速度关系Fig.3 Relation of lifting weight to speed
根据便携式起重机的功能需求及基本结构进行设计[6-9]，对研制方案分解为：套管与抱箍，三角架与滑轮，抱箍、电动葫芦及钢丝绳，控制器，小型发电机等5个部分，如图4所示。
图4 新型起重机各部分组成Fig.4 All components of the new crane
套管与抱箍选材时通过材质对比，制定材料参数对比柱形图如图5所示。
图5 材料参数对比柱形图Fig.5 Material parameter comparison column chart
通过试验得出，虽然铝合金材料能够满足正常情况下的技术要求，但如果设备质量加大必然会造成铝制材料变形；
而45号钢和不锈钢材料则能够承受较大的承重，成本不高，但45号钢容易受腐蚀和生锈，综合分析选定不锈钢材料的套管。
同时对套管的长度进行分析研究，根据力学原理，力矩M=F×L(F为套管所受拉力，L为套管长度),在力矩一定的情况下，L越长套管所受拉力就越小，考虑到运输和受力面积，选定套管长度。
三角架与滑轮作为主要支撑机构，主要由横臂、竖臂、斜撑和滑轮组成。三角形具有稳定性，有着稳固、坚定、耐压的特点，因此选择三角支架作为支撑结构。
建立受力分析模型，将选定的材料放入角钢承载力分析表[10-11]中进行验算，选定三角架材料及各臂长度，该装置可以拆解现场组装，尺寸小、质量轻、携带方便。
抱箍、电动葫芦及钢丝绳选择时，电动葫芦功率根据式(1)和图3进行计算分析确定，选择钢丝绳通过式(2)计算：
(2)
式中：d为钢丝绳最小直径，m；
c为选择系数，mm/N1/2；
s钢丝绳最大工作静拉力,N(由起重量决定)。
图6 套管抗压试验垂直偏移量Fig.6 Vertical offsets of casing compression test
切割后的不锈钢管长40 cm、直径8 cm、1根铁管长1.2 m，直径0.05 m，滑轮焊接在一起，制作成三角架主体结构，并在固定好的套管中进行了拉力试验，在横臂的一端施加重力1 500～8 000 N，试验10次，测量三角架形变量，并与目标值进行对比,如表1所示。
表1 三角架拉力试验形变量统计Table 1 Shape variables statistics of tripod tensile test
从表1可以看出，三角架与滑轮拉力试验形变量均小于0.2 mm，满足设计要求。
抱箍、电动葫芦与钢丝绳按照选材进行，将电动葫芦固定于电杆上后，为了测试其机械强度，对其进行了负重抗压试验[15-17]，将电动葫芦部分施加1 500～8 000 N(取g为9.8 N/kg，相当于800 kg的设备)的作用力，试验10次，测量电动葫芦的垂直方向的偏移量，并与目标值进行对比,如图7所示。
图7 电动葫芦抗压试验垂直偏移量Fig.7 Vertical offsets of compression test to the electric hoist
试验表明，钢丝绳能承受800 kg质量形成的拉力，电动葫芦的功率可以带动800 kg的设备，电动葫芦垂直偏移量小于0.1 m，满足设计要求。
为验证吊装设备安全可靠性，在实验基地进行试验，以考察其工作状况。在地形条件复杂的10 kV李宏线3号杆现场进行了初步效果试验。
由于传统起重设备受地形限制无法进入施工现场，现场采用新型起重机进行作业，操作人员通过控制器控制电动葫芦即可安装户外柱上断路器。安装时先用卷扬机将户外断路器升至合适的位置，移动到两电线杆中间，调节控制器将户外断路器降下，即可完成安装过程。该设备的结构紧凑牢固，拆卸安装方便，更换户外柱上断路器的工作人员只需通过简单培训即可掌握设备的安装方法，起吊户外柱上断路器时快速易操作，实用性强，且用时较短。
所设计的新型起重机，经过李屋村等12处台架式设备更换吊装应用，起吊过程安全、平稳、有序，已在公司配网建设现场推广使用，并形成各部门会签意见。从使用情况来看，效果显著，明显提高了杆上设备的吊装效率，降低人工提升重物的作业量，可节省人力、物力和财力，安全可靠，使企业现场作业精益管理水平大幅提升。
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