高空压接用轻型300 t液压压接机的研制和应用

王爱钦，蔡 涌，于站雨

（河南电力博大科技有限公司，河南 郑州 450001）

引言

随着我国电力的迅速发展，输电能力的要求将不断提高，区域间的联网以及大功率输送电能的需要也将更加突出。采用大截面架空导线不仅具有输送功率大、线路损耗小、减少线路回路的优点；而且由于采用大截面导线可减少线路走廊数，从而节省土地资源，这在我国土地资源日益紧张和宝贵的今天，有很好的应用前景。目前，特高压电网输电中1 250 mm2大截面导线是国内架空线路适用最大截面的导线，未来一段时间内这种导线将迎来架设高峰，与其配套施工的工器具的研究工作已经全面展开，对其配套金具及施工机具的研制将提高我国架空线路送电的整体技术水平和综合竞争实力。

1 液压压接机的研制分析

1）300 t液压压接机整体重量的控制。常规压钳质量为216 kg，外形尺寸较大，施工中搬运困难，研制的关键点和难点在于选用新型材料替代常规压接机材料，在满足压接机强度需要的前提下，通过精细化的受力分析计算，优化各部件的结构，从而缩小300 t液压压接机的外形尺寸和减小重量[1]。

2）压模的优化设计。压模的结构及质量直接关系到导线压接质量，本项目结合常规300 t压模结构形式，注重提高压模长度，减轻重量，减少导线压接模数，提高压接效率。从根本上解决由于压接模数过多而导致压接导线弯曲变形，提高压接质量，减小高空作业的劳动强度。

3）动力系统的设计。市场中液压泵站的规格种类繁多，同时，液压泵站的性能特点和使用要求也存在很大差异。需要分析各类液压泵站技术参数，结合1 250 mm2截面导线用300 t液压压接机特点，选择合适的油压；对于大吨位液压接机，油缸直径较大，增大液压油流量，实现对油缸快速充油，提高压接效率。

2 轻型液压压接机结构设计

主要由液压泵站、执行液压钳两部分组成。液压泵站主要由汽油发动机、液压泵、液压油箱、操作手柄以及压力表等其他部件组成。执行液压钳主要由执行活塞、缸体、模具、顶盖以及模具挡块等组成，各构件为分体式设计，可根据不同压接工况，实现压接模具的快速更换[2]，如图1所示。

图1 液压压接机整机示意图

液压泵站整体体积小、重量轻，输出额定压力100 MPa，具有高、低双速控制，施工压接效率高，高、低压系统一体化设计，自动切换，美观紧凑；执行液压钳较常规压接钳体积小、重量轻，额定输出压力300 t；压接钳体主要受力部件选用高强度合金钢42CrMo材料，有效减小了钳体的整体体积和重量。

2.1 新型顶盖的结构设计

将常规矩形结构顶盖改进为圆弧形结构顶盖，有效减小了顶盖质量32.7%；顶盖安装方式由原来的直推式设计为旋转式，有效增加了钳头缸体截面积，提高了整体强度。

2.2 压接模具优化设计

常规300 t液压压接机适用Φ80压接铝模长度117 mm，轻型300 t适用Φ80压接铝模长度126 mm。常规压接机压接模数较多，压接铝管变形量大，易弯曲，新型的铝模、钢模加大了模具长度，实现8模数压接完成，提高导线压接效率和压接质量，降低高空作业劳动强度，压接效率提升33.3%。

压接模具与钳体活塞和上模具定位块为卡槽式结构设计，压接模具中间设计有环形槽，同时在活塞和上模具定位块上设计伸缩式定位销，模具安装到位后伸缩式定位销伸出卡在模具环形槽内部，防止模具在压接过程中的前后移动，安全可靠，如图2所示。

图2 卡槽式模具结构示意图

2.3 液压系统设计

汽油发动机作为液压系统的动力，驱动齿轮泵和柱塞泵工作。液压回路由低压回路（10 MPa）和高压回路（20～100 MPa）组成，两回路的低压齿轮泵和高压柱塞泵同轴驱动，集成阀单元件一体化设计。其中低压到高压状态的切换是由压力限压阀自动完成，最大工作压力限制方式由溢流阀调节。

2.4 液压钳缸体螺纹强度受力分析

2.4.1 缸体承受的力

在液压钳工作过程中，缸体主要承受以下几方面的力。

1）F1：液压油缸无杆腔超高油压对活塞底座内压力传递到缸体的内螺纹。

2）F2：液压油缸无杆腔超高油压对缸体壁的内压力，100 MPa。

3）F3：液压钳顶盖对钳口的压力。

以上各力的大小计算如下：

式中：P为油缸内压力，100 MPa；A为油缸活塞底面积，A=3.14×0.1952/4=29 860×10-6m2。

缸体材料的σ=930 MPa；材料的许用应力为930 MPa/2=465 MPa；材料的许用剪切力为465×0.577=268.3 MPa

2.4.2 螺纹强度计算

螺纹规格M215×3，螺纹长度为64 mm，螺纹的抗剪系数nτ=3，抗弯系数nb=3，因此螺纹的许用剪应力和弯应力均为930 MPa/3=310 MPa。

1）螺纹抗挤压计算：

式中：d2为螺纹中径，215 mm；h=0.541p，p=3；z为螺纹数 =64/3=21.33，取 21。

2）螺纹抗剪切强度校核：

式中：D 为螺纹大径，218 mm；b=0.75p，p=3；z为螺纹数 =64/3=21.33，取 21。

3）螺纹抗弯曲校核：

结论：缸体与底座连接的螺纹强度是足够的。

2.5 压接机疲劳试验

液压压接机进行压接试验次数16 561次，满足液压压接机疲劳试验要求，且在中国电力科学研究进行型式试验，完成压接机结构强度检测、液压密封性能检测、额定负荷以及超负荷检测等，压接机性能设计满足行业标准及压接施工要求。

3 结语

研制轻型300 t液压压接机通过增加液压系统的压力，减小执行部件的外径，选用高强度合金钢合适的处理工艺，提高新型压接机的整体强度，降低整体重量，体积比传统压接钳减小了29.1%；新型压接模具设计采用环槽定位，保证顶盖两侧受力均匀，新型的铝模、钢模加大了模具长度，实现8模数压接完成，提高导线压接效率和压接质量，降低高空作业劳动强度，压接效率提升33.3%。300 t液压压接机填补完善了国内1 250 mm2导线接续管压接技术的空白，经济社会效益明显，具有十分重要的意义。