车载移动式跨越架的研制

梁益嘉，陈强，吴钢，夏国华

(国家电网湖北省电力公司咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

王家琦

(荆州市元泽石油设备有限公司，湖北 荆州 434000)



车载移动式跨越架的研制

梁益嘉，陈强，吴钢，夏国华

(国家电网湖北省电力公司咸宁供电公司，湖北 咸宁 437100)

王家琦

(荆州市元泽石油设备有限公司，湖北 荆州 434000)

随着科学技术的不断发展,社会进步对电的依赖越发严重,正在新建的超高压以及特高压输电线路施工过程中面临着需要跨越高速公路、电力线路、铁路以及其他障碍物。为此，提出一种高机动性、能够快速自动展开的车载移动式跨越架。车载移动式跨越架的出现有效解决了输电线路施工过程中跨越多种障碍物的技术问题，不仅能够满足施工工序和施工进度要求，还能保证施工的安全运行。介绍了车载移动式跨越架的结构原理，并对车载移动式跨越架进行了可靠性分析，分析结果表明车载移动式跨越架在放线施工过程中安全可靠，完全能够满足放线跨越施工的要求。

车载移动式跨越架；电力跨越放线施工；安全可靠

电力线路施工跨越架是施工作业中跨越公路、铁路及电力线路等障碍物的必备作业工具。当前传统的跨越架搭设方式是使用竹或木质材料，有些地方使用钢管为主材在被跨越物两侧人工搭设脚手架形式的跨越架，以确保放线施工中组成安全防护件，满足放线施工的安全[1～4]。传统的脚手架式跨越架的使用有多种弊端，跨越架搭设和拆除时间长，使用安全隐患大。跨越架存续周期一般超过2周时间，跨越架本身稳定性就不是很高，尤其遇到大风、大雨或者其他不可预测的因素时，跨越架极易发生倒塌等事故，难以保护被跨越物，这是施工单位所不能接受的。跨越架搭设审批难，公路和铁路部门对跨越架的搭设要求严格审查施工安全措施，一般审批流程多，周期长，而且审批条件苛刻，这样就约束了施工工期，难以满足施工工期安排的要求，形成施工误工不能按时完成，需要再次申请审批。搭设跨越架往往需要占用农户的耕地，这也是造成跨越施工困难不可抗因素之一[5～9]。

1 车载移动式跨越架的结构组成

车载移动式跨越架包括：汽车起重机、跨越架附件、跨越架本体等主要部分，具体如图1、图2所示。

移动式跨越架能快速到达各类作业地区而满足快速施工要求，移动式跨越架本体用新型高强度钢材料制作，本体底座通过附件与汽车起重机的旋转举升机构头部相连，并通过旋转举升机构将展开的矩形平台举升到一定高度，再旋转到被跨越物上方，确保跨越施工安全[10]。移动式跨越架的液压系统通过汽车起重机提供的液压动力源将跨越架桁架展开和收拢，展开满足跨越覆盖平台，收拢满足撤卸存放需要。

2 车载移动式跨越架的工作原理

车载移动式跨越架是基于雨伞伸缩原理发明的，由动力系统通过连杆机构将位于滑道周围的桁架组件，展开成一个骨架系统，在桁架组件展开的同时，桁架周围的绳系随之绷紧，绳系与各个方向的桁架组件连成一体，形成一个方形的平台，这个平台就是跨越架封网平台[11]。在跨越施工时，与跨越架相配合的汽车起重机可将跨越架平台送至需要跨越的目标物上方，从而实现对被跨越目标物进行封网覆盖，汽车起重机还为跨越架的伸展和收缩提供动力源。

3 跨越架主要构件的理论计算

3.1 汽车起重机耳座受力分析

图3 汽车起重机起重受力分析

由图3可知：

T′=m1gL2+G1gL4

(1)

L2=L1cosα

(2)

L4=L3cosα

(3)

式中，T′翻转力矩；L1为副臂长度；L2为负载力臂；L3为副臂重心距销轴孔距离；L4为副臂自重力臂；

α角为吊臂工作仰角； G1为副臂自重；m1为负载质量；

g为重力加速度。

由《车载移动式桁架伸缩简易型线路施工跨越架研制项目技术协议》可得最大翻转力矩T′=54513N·m。

同理由式(1)、(2)、(3)得副臂对O1点翻转力矩T=65280N·m。

3.2 水平起升状态受力分析

由项目输入条件可知汽车起重机的摆臂油缸所提供的最小启动转矩M≥480000N·m，由图4可知跨越架自重产生的负载力矩为：

M′=(L6+L9)gG2

(4)

式中，M′为跨越架自重产生的负载力矩；L6为跨越架收拢时重心离销轴孔距离；L9为汽车起重机第一级吊臂长度；G2为跨越架自重。

由《车载移动式桁架伸缩简易型线路施工跨越架研制项目技术协议》可得：M′=240000N·m。

因为M>M′，故吊车水平起升跨越架时，吊车摆臂液压缸推力满足要求。

图4 跨越架起升时受力分析

(5)

同理可得T1=40000N·m。

3.3 跨越架展开受载后受力分析

由图5可知，以O1点为圆心，O2点所受力矩为：

(6)

T3=m2g(L5+L8)+G2g(L5+L7)

(7)

图5 跨越架起升展开承载受力分析

3.4 跨越架桁架受载分析

桁架结构受力分析如图6所示，由力矩平衡公式有：

Gl2+G1l4=Fl3sinβ

(8)

式中，G为桁架自重；F为绳子张力；β为夹角；G1为负载重量；l4为负载在桁架力臂长度；l3为绳子距跨越架端部固定点长度；l2为桁架重心力臂长度；l1为固定点距间距。

图6 跨越架桁架组件受力分析

由《车载移动式桁架伸缩简易型线路施工跨越架研制项目技术协议》可得:F=13200N。

4 跨越架主要构件的有限元分析

4.1 跨越架底座有限元分析

图7 车载移动式跨越架底座受力分析

由上述分析结果可知，跨越架底座受到的最大转矩为T=65280N·m，而且，跨越架底座受到的最大载荷为静载荷，跨越架底座受力模型可简化为如图7所示。图中O1、O2为跨越架底座与汽车起重机相连耳座的简化固定点，转矩T为等效负载。

跨越架模拟分析边界条件如图8所示，模型划分网格图如图9所示，分析结果模型应力分布情况如图10所示。

图8 跨越架底座有限元分析边界条件

图9 跨越架底座网格化模型

图10 跨越架底座受载后应力分布模型

4.2 跨越架桁架组件有限元分析

跨越架桁架模拟分析边界条件如图11所示，模型划分网格图如图12所示，分析结果模型应力分布情况如图13所示。

图11 桁架组件有限元分析边界条件

图12 跨越架桁架组件网格化模型

5 结论

图13 跨越架桁架组件受载后应力分布

1)提出了一种新型的放线施工跨越架，通过以上受力分析和计算，证明该跨越架原理简单、科学合理。应用该跨越架可大大提高施工人员作业的安全性和可靠性，同时可提高跨越作业的效率，缩短施工周期，降低施工成本。

2)提出的车载移动式跨越架在进行放线跨越施工时，能够降低跨越施工带来的损失，增加了放线跨越施工的安全性和可靠性，提高了施工的速度，从长远来看，车载移动式跨越架的使用，是电力线路建设的未来发展方向。

3)移动式跨越架是一种能够自行伸展和回收，在一定高度履盖各类被跨物，能满足公路、铁路、电力线路的跨越施工。研究成果对当前线路跨越施工能力、安全性和便捷性是个革命性推进。

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[编辑] 计飞翔

2016-06-13

国网湖北省电力公司第一批科技项目(5215L01400DQ)。

梁益嘉(1972-)，男，工程师，现主要从事电力输电线路建设和工程管理方面的研究工作；通信作者：王家琦， 412665806@qq.com。

TM753

A

1673-1409(2016)28-0050-05

[引著格式]梁益嘉，陈强，吴钢，等.车载移动式跨越架的研制[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(28)：50～54.