一款用于变电站的融冰工程车

苏晓明 苏华君 单光学

SU Xiao-ming et al

山东岱阳重工机械有限公司 山东泰安 271000

1 前言

近年来，我国很多地区遭遇低温雨雪冰冻天气侵袭，造成变电站停运，线路杆塔倒塌及损坏，导致大面积停电事故，给生产生活造成严重的影响。目前国内采用直流融冰技术设备对电网进行融冰，受体积、质量等因素限制，融冰设备通常安装在货车上使用。由于货车成本高，且变电站内通道狭窄，融冰作业时操控不方便，同时受电源限制，融冰时间较长，影响工作效率，有些地区还采用吊车将人员、跨接导线吊起进行人工挂接，不但效率低，而且存在安全隐患。为克服上述缺点，研制了一款用于变电站的融冰工程车。该车移动灵活，便于操控，不受变电站内通道和动力电源的限制，且安全可靠，如图1所示。

2 总体设计及结构

融冰工程车主要用于变电站承载融冰开关设备，采用蓄电池作为驱动能源，由串激直流电动机提供动力，通过传动轴来驱动后桥车轮转动。前桥为液压转向车桥，制动采用后桥电磁制动，转向通过驾驶室内按钮操作转向和遥控器操作转向；车架采用四道纵梁结构，形成“井”字车架，提高了车架的承载能力和抗扭能力。

融冰工程车主要由底盘、升降装置、柴油发电机组、横向移动装置、支撑装置、控制系统等组成，如图2所示。

融冰工程车设计时需考虑融冰工程车整备质量及车上安装的融冰装置的质量，通过计算确定升降装置、柴油发电机组、横向移动装置的位置，合理分配轴荷。

2.1 底盘

底盘是融冰工程车的主要总成，是承载融冰设备的关键构件，主要由车架、转向系统总成、后驱动桥总成、电机、减速器、电瓶箱、制动系统及电气系统等组成，如图 3 所示。

底盘设计时要考虑融冰设备的高度、尺寸以及变电站内的通道宽度。融冰设备总高度约为3500 mm，底盘承载面应控制在500 mm以下，采用驾驶面板控制和地面无线遥控两种控制方式，工作时可根据场地情况选择控制方式。

车架是融冰工程车的主要承载部件，车架的强度决定了融冰工程车的使用寿命和使用安全。由于行驶中车架承受交变载荷，强度校核时需选取一定的安全系数，由于最高车速为4 km/h，故安全系数选取2.5[1]。

转向系统总成由液压动力单元、桥体、转向拉杆、转向摇臂、主销、调节丝杆、车轮等部件组成。转向系统采用液压缸控制，由电控液动力单元提供动力，为保证设备转向可靠性，选用进口意大利动力单元，液压泵流量为0.75 ml/r，电机功率为0.8 kW。

电机采用串激直流电动机，该电机为高品质牵引电机，功率大，抗过载能力强，具有良好的承载能力和优良的加速性能。电机减速器采用齿轮传动结构，齿轮箱采用焊接结构。电动机选型时需计算匀速行驶时额定功率及车辆爬坡时的瞬时功率[2]。

蓄电池额定电压为48 V，续驶里程应不少于10 km。蓄电池选型时，应先初选型号，按最高速匀速行驶条件计算电动机负荷电流，定义蓄电池的放电深度、平均放电效率、电机及其控制器效率后核算蓄驶里程。

制动系统为电磁制动，由制动控制器、制动盘等组成，制动电压采用24 V直流电压，具有制动平稳、距离短、制动可靠等优点。

2.2 升降装置

升降装置通过升降使得融冰开关装置与高压母线合、分闸，由上、下底架、剪刀叉、液压动力单元、油缸等组成，如图4所示。

上、下底架采用钢板冲压槽钢焊接而成，剪刀叉采用矩形管结构，材质为Q345。

升降装置设计时需根据承载载荷选择电机功率，升降行程按融冰装置工作状态进行设计。升降装置承载为1200 kg，校核计算后选择3 kW电机，工作时升降行程为7000 mm，为方便调整，设计行程为8000 mm，选择4支缸径为φ80 mm的单作用活塞油缸，由电磁换向阀控制实现升降，上升和下降到位安装有限位开关，并辅助机械限位。控制阀选用防爆电磁换向阀。

2.3 柴油发电机组

柴油发电机组为升降装置、横向移动装置及支撑装置等提供电源。柴油发电机组由柴油机、发电机、仪表箱和防雨棚等组成，如图5所示。

柴油机和发电机连接采用弹性联轴器连接，并通过减震器安装在公共底座上。仪表箱安装在柴油机上，在仪表箱上装有控制屏。控制屏能够对机组进行启动、停机、紧急停机的手动控制和操作，还能进行参数测量和实时显示三相电压、三相电流、运行时间、柴油机转速、润滑油的压力、冷却水的温度等。同时具备故障LED显示及故障时关闭油门，使发动机停机。

柴油发电机功率选择时应根据用电设备总功率进行选择，并留有一定的后备功率，考虑到设备的使用最大功率为3 kW，选择12 kW陆用柴油发电机。

2.4 横向移动装置

升降装置和底盘上各安装有一套横向移动装置，用于融冰装置的横向移动，横向移动装置由底架总成、液压动力单元等组成。液压动力单元由电机、齿轮泵、电磁换向阀、溢流阀、节流阀、油箱及油缸等组成，如图6所示。

横向移动装置应满足融冰设备横向移动时平稳、安全、可靠的要求。底架采用钢板冲压槽钢焊接而成，上面板采用δ20.0 mm钢板作为设备基础，车轴、车轮采用45#钢调质处理，车轴与车轮采用带防尘圈结构的轴承连接，车轮横向及纵向均安装了限位角铁，轨道采用型钢结构；电机为0.75 kW/220 V，选用缸径为φ40 mm的单作用活塞油缸，行程为350 mm，通过电磁换向阀控制实现横向移动装置往返移动。

2.5 支撑装置

支撑装置分为液压支撑装置和手动支撑装置，支撑装置通过螺栓连接安装在底盘上，用于升降平台举升作业时支撑车体和负载。手动支腿采用螺旋传动结构，通过专用工具旋转丝杠实现升降，其材质为45#钢，承载能力强。液压支撑装置与升降装置共用一套动力单元。

2.6 控制系统

底盘的控制系统是车辆的中枢系统，需根据蓄电池的容量及负载合理选择控制器。该车的底盘控制系统采用美国GE通用组件，可预设工作电压、启动时间、电流极限，具有可靠的过压、欠压、超温自动保护特性。

液压支撑装置、升降装置、横向移动装置的操作采用转换开关进行控制，该控制系统的核心功能在于具有防误操作、安全互锁功能。车辆行驶时柴油发电机组不能启动，并且能够实现液压支撑装置、升降装置、横向移动装置的工作互锁。

3 设计计算

融冰工程车设计时应对底盘纵梁抗弯强度、整车侧倾角、蓄驶里程、最大行驶速度、升降装置上升到最大行程时的时间、附着条件、横向移动装置移动最大速度等进行计算，由于篇幅有限，本文只对整车侧倾角、蓄驶里程、最大行驶速度的计算进行介绍。

3.1 整车侧倾角

融冰工程车总质量为6080 kg，前轴载荷为2655 kg，后轴载荷为3425 kg，前后轴轮距B均为1500 mm，簧载质量质心高度为h=1128 mm。融冰车整车侧倾角度为：

3.2 续驶里程

融冰工程车行驶驱动电动机参数如下：额定功率P=3 kW，额定转速n=1800/1500 r/min，额定电压V=45 V，额定电流为I=90 A，最高转速nmax=3200 r/min。

通过计算，在时速v=5.42 km/h匀速行驶时，所需驱动功率为P1=1.46 kW，电动机的负荷电流为:

蓄电池容量为q=210 Ah，定义蓄电池的放电深度为a=0.7，蓄电池的平均放电效率为η1=0.95，电机及其控制器效率为η2=0.9，

则续航里程S：

3.3 最大行驶速度

融冰车行走驱动电机转速为n=1500 r/min，减速机速比为i1=6.3，后桥主减速比为i2=5.375，7.0-15/5.0实心轮胎直径为r=650 mm，则融冰车运行速度：

4 移动融冰工程车特点

移动融冰工程车具有以下特点：

a. 柴油发电机组为升降装置、横向移动装置等设备提供动力电源，解决了设备工作时电源的限制，具有行驶中为底盘自充电功能；

b. 升降平台升降时可停在任意高度，举升时具有声光报警功能；

c. 底盘行驶具有无极调速功能，行使车速在0～4 km/h可调；

d. 配有外接电源，不用柴油机发电也可操作升降平台升降。

5 结语

此款用于变电站电力线路融冰的移动工程车不但解决了融冰装置承载和移动的困难，而且还解决了变电站内通道狭窄，普通工程车在站内不能行走自如的难题。首批产品已经交付贵州电网变电站使用，目前用户反映使用良好，该工程车将推动融冰工程技术的发展，此移动融冰工程车已获得国家专利技术，专利号为：ZL 201220069554.3。

[1]徐达.专用汽车结构与设计[M].北京:北京理工大学出版社,1998.

[2]王贵明.电动汽车及其性能优化[M].北京:机械工业出版社,2010.