越障式单/双线电动飞车的设计与应用

李 辉 郭 昊 李 稳 何龙飞 隆晨海

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410100）

越障式单/双线电动飞车的设计与应用

李 辉 郭 昊 李 稳 何龙飞 隆晨海

（国网湖南省电力公司带电作业中心，长沙 410100）

针对目前走线装置不可翻越间隔棒这一现状，提出一种结构简单，操作方便，可翻越间隔棒，用于单导线和双分裂导线的电动走线装置。该装置采用电机驱动，可有效降低作业人员劳动强度，将有效提升线上作业水平，全面提高设备的可靠性。

越障式；电动；双分裂导线；带电作业；飞车

带电检修是一项危险性较高的作业方式，而在线上行走作业又是带电检修中较为困难的一项工作［1］。但根据相关统计，带电检修常规项目中，需要走线作业的项目较多，但作业人员在导线上行走困难，对人员体力要求较高，特别是在单导线和双分裂导线上行走，劳动强度较大，对技能要求较高，因此在实际工作中，线上行走作业已成为输电线路运行检修作业的难点［2］。通过研制机械装置，改变导线上行走的难度，降低线上作业的劳动强度，将彻底解决目前线路线上检修这一薄弱环节，将有效提升线上作业水平，全面提高设备的可靠性。

1　线上行走装置现状分析

目前，线上行走装置（方法）主要有人工坐线行走，折叠式单线飞车，脚踏式单线/双线飞车以及电动式单线/双线飞车。

1.1人工坐线行走

人工坐线行走是较为常用的一种线上行走方法。该方法不需要使用机械工具，作业人员在做好安全措施后，跨坐在导线上，依靠身体的协调，前后移动到作业位置［3］。这种方式对作业人员的技能和体能的要求较高，且由于体能的限制，作业范围限制在离横担10m范围内［4］，同时，在作业过程中作业人员有翻下导线的风险。

1.2折叠式单线飞车

折叠式单线飞车是目前较为常用的一种走线装置，这种装置结构简单，使用方便，作业人员利用自身重力或地面人员配合，可快速地从横担侧到达作业点［1］。

但是在返回横担时，作业人员处于横担下方，具有一定坡度，需要地面人员配合才能返回，劳动强度较大。且作业时只能用于单导线上，通用性不强。

1.3脚踏式单线/双线飞车

使用脚踏式式单线/双线飞车时，作业人员可坐在飞车内，通过脚踏的方式，带动传动链条来驱动飞车，从而到达作业位置。使用这种装置走线，可对全档导线进行检修，操作简单，省时省力。但是这种装置一般体积较大，重量较重，需要多人配合才能将其安装在导线上，检修时不易携带［1］。同时，该装置无法翻越间隔棒及防震锤，具有一定限制性，通常用于施工时的巡线检查。

1.4电动式单线/双线飞车

电动式飞车使用轮式电机作为驱动装置嵌装于滑轮的轴向中心，解决了人力手拉来驱动飞车的问题，操作简单，作业人员劳动强度较小。但是该装置不能越过导线上的间隔棒，且在双分裂导线上使用时，稳定性不太好，单、双导线的使用转换不方便。

根据上述分析可知，目前还没有能够翻越导线间隔棒及防震锤的走线装置，因此，本文设计一种能翻越间隔棒、稳定性好、单双导线使用转换方便的电动飞车，满足作业人员“单、双”分裂导线输电线路的停、带电走线作业需求。

2　越障式单线/双线电动飞车结构设计

两用电动走线装置包括越障机构、载人装置及控制组件组成，其结构如图 1所示，实物图如图 2所示。

图1　电动飞车结构示意图

图2　电动飞车实物图

2.1越障机构

本装置的越障机构主要包括竖向的左、右两挂架，与挂架上端连接的滑轮，以及嵌装在滑轮轴向中心的轮式电机。

将与挂架连接的滑轮两端轮径设计为一端大一端小，将其小径端端部的外壁设计成齿状条片，使该端形成齿轮式结构。使用时将小径端对应于双分裂导线之间的那一侧安装，因为间隔棒连接于双分裂导线之间，这样在飞车行走至间隔棒在两导线上的连接位置处时，滑轮的内端通过齿状条片增大与间隔棒之间的摩擦力，即增大了飞车越障时的驱动力，使飞车能顺利翻越间隔棒。为了使本飞车在双分裂导线上使用时稳定性更好，将两侧挂架的上端通过连接件连为一体。

2.2载人装置

载人装置包括连杆架、载人架以及脚蹬架。连杆架包括上端连接于连接板下侧、平行布置的两连杆和将两连杆连接为一体的固定板，固定板上连接有靠背式座椅和可伸缩的脚蹬架，脚蹬架包括纵向杆和横向杆，纵向杆的下端连接于横向杆长度方向的中部、上端连接于固定板上，纵向杆包括两根套接杆，其中一根套接杆的下端插入另一根套接杆的上端内，然后通过两套接杆上不同高度处的径向插销定位以调节长度。

2.3控制组件

控制组件包含有电源、控制器及其他附属件。电源固定于活动架上，控制器固定在连杆架上，连接电线均从各连接件的内部穿过。

3　电动飞车强度校核

3.1电动飞车的工作参数

飞车的主要工作参数如下：

主动轮直径 d=400mm；飞车最大行走速度v=30m/min；飞车自重 G1=28kg；确定载重量 G2= 100kg；飞车主动轮与导线摩擦系数f=0.26（忽略不同气候条件下的情况；飞车最大爬坡角度α=30°。

3.2强度校核

1）滑轮部位强度校核

在使用电动飞车的过程中，滑轮受力分析如图3所示，Gz为电动飞车、及作业人员自重之和；F1为滑轮外宽螺栓对滑轮的剪切力。F2为滑轮与底板连接处拉力。考虑到传递绝缘软梯时的冲击系数k=1.1，F1=kGz/2=704N，F2=kGz=1408N。

图3　滑轮受力分析图

计算得到滑轮外框应力σ1：

计算得到控制滑轮与底板连接处应力σ2：

式中，S1、S2为滑轮两连接螺栓横截面积，分别为28.3mm2、78.5mm2。

城市的地方特色根植于城市本身的自然环境和文化环境之中，具有很强的稀缺性和不可替代性，是城市核心竞争力所在。塑造具有鲜明个性的城市形象，深挖地方特色，通过科学、合理的开发与塑造，将城市形象外化于具体的事件之中，灌输给大众，对于提升城市的品牌形象具有独特的效果。如2018、2019年的环广西公路自行车世界巡回赛就巧妙地将赛道与广西特色的山水风光、人文特色相结合，鲜明地塑造了地区形象。

由上述计算结果可知，在使用电动飞车过程中，滑轮部位满足抗拉强度要求。

2）横梁强度校核

横梁受力分析如图4所示。

图4　横梁受力分析图

由图3可知，横梁中点处受弯矩最大，其值为M=F1L/2=15360N·mm。

中点处截面可将其简化如图5所示。

图5　中点截面图

截面抗弯截面模量为

截面所受的弯曲应力为：

由上述分析可得，该行走装置满足强度要求。

3）飞车在爬坡状态下的受力分析

在倾斜状态下，主动轮所受到的力如下：重力G1+G2、支反支持力N、摩擦力Ff（动力）、滚动阻力 Fg（由于此值较小，故忽略不计）。其平衡方程为

图6　飞车倾斜状态受力分析图

4）飞车所需驱动扭矩M的计算

因为有爬坡角度，故G1+G2产生的水平分力为

（G1+G2）产生的垂直分力与导线间的摩擦力为

按照上述设计参数，在忽略滚动阻力的条件下

即最大摩擦力应等于最大阻力，tanα=f=0.26，则α =14.6°。

从式中可以看出，要想提高小车的爬坡能力，措施有两个方面：①提高主动轮和导线间的摩擦系数；②提高主动轮上作用的重力。

依据此理论，如果想要使飞车爬坡能力达到30°，则相应的F1和Ff分别为

如果要使Ff增大到等于F1，则相应的驱动扭矩为128N·m。

5）驱动电机的选型

根据扭矩和功率的关系式

式中，P为驱动功率；M为驱动扭矩；n为转速。

对此电动飞车，转速n为

将转速带入驱动功率计算式中，则

要保证该电动飞车能够正常运转，则至少应选用 320W的电机作为驱动装置，本飞车采用 450W的电机，可以满足单、双分裂导线的走线要求。

4　越障式电动飞车的应用

越障式电动飞车可应用在单导线和双分裂导线（包括子导线水平分布和子导线垂直分布）中，为了使本飞车能在单导线和双分裂导线之间方便的转换使用，将两挂架的下端与连接板之间采用螺纹连接的结构，同时使上端连接件与挂架之间为可拆卸连接。

当本飞车在单导线上使用时，将连接两挂架上端的连接件拆下，将连接板连同挂架一起旋转90°，然后再旋转该挂架，使其上的滑轮与保持不动挂架上的滑轮以一个大径端朝外，另一个以大径端朝内的挂接于导线上，以保证飞车的安全滑行。连接板旋转时，载人机构也旋转90°，操作人员位于导线的一侧进行检修操作。

为了使不同身高的操作人员操作本飞车时感觉舒服，将座椅采用靠背式液压升降装置，脚蹬架设置为可伸缩的结构，可根据不同人员的身高进行调节，使作业人员在检修时更方便，更灵活。

5　结论

本文研制一种可翻越导线间隔棒的单线/双线电动飞车，通过将滑轮设计成一端大一端小，小径端为齿轮式结构，实现越障功能。采用轮式电机驱动，作业人员坐在座椅上，通过按钮可操控飞车，操作简单，制动可靠，可降低劳动强度，满足架空输电线路检修走线作业的需求。

［1］ 邹德华. 两用电动走线装置的设计和应用［J］. 湖南电力， 2013， 33（9）： 84-85.

［2］ 岑阿毛. 输配电线路施工技术大全［M］. 昆明： 云南科技出版社， 2004.

［3］ 尚大伟. 高压架空输电线路施工操作指南［M］. 北京：中国电力出版社， 2007.

［4］ 国家电网公司. 电力安全工作规程（电力线路部分）［M］. 北京： 中国电力出版社， 2013.

［5］ 徐守琦. 特高压线路多功能组合式飞车的研制［J］.电力建设， 2008， 32（5）： 43-46.

［6］ 郭胜田. 防舞动相间间隔棒走线检查典型经验［J］.中国电业， 2015， 22（9）： 23-25.

［7］ 董吉谔. 电力金具手册［M］. 北京： 中国电力出版社，2001.

［8］ 孙惠涛. 特高压大跨越档地线越障出线装置的研制及应用［J］. 机电信息， 2015， 15： 11-13.

［9］ 王珂. 防止高处作业坠落的基本要求［J］. 电力安全技术， 2008（12）： 61-62.

［10］ 张汉文， 梅仁龙. 利用走线滑车快速安装变电构架［J］. 中国电力， 1959（23）： 49-51， 27.

李 辉，男，工程师，国网湖南省电力公司带电作业中心，主要研究方向为输电线路带电检修。

基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统

近日，国家知识产权局公布专利“基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统”，申请人为铁道第三勘察设计院集团有限公司。

本发明提供一种基于柔性输电的电气化铁路贯通式同相供电系统，该系统包括将三相交流电源转换为同相序的交流27.5kV的牵引变电所、基于柔性输电的功率贯通分区所，通过所述分区所将相邻的第1牵引所和第2牵引所的相邻供电区间电气上进行柔性连通，使得第1牵引所和第2牵引所供电范围内为同一相牵引电，与第1牵引所和第2牵引所构成了贯通式同相供电系统。

本发明的效果是该系统使得相邻的两座牵引变电所供电范围内实现电气上贯通，无电分相消除了电分相对高速动车组、重载电力机车速度及运输能力影响；提高了两座牵引变电所供电范围内的交直交机车再生电能的吸收率8%～12%。

Design and Application of Engine Device for Obstacle Negotiation Single/Double Line

Li Hui Guo Hao Li Wen He Longfei Long Chenhai
（State Grid Hunan Electric Power Company Live Working Center， Changsha 410007）

In view of the current line walk device could not throw over spacer. This paper proposal a engine device which can throw over spacer of single/double line， and it has simple structure， and is easy to operate. The device uses the motor drive whic can effectively reduce the labor intensity operations， and it will effectively enhance the level of live working operations.

obstacle type； engine； double split line； live working； engine device

湖南省群众性创新项目（5216AD150009）