越障式單/雙線電動(dòng)飛車(chē)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 輝 郭 昊 李 穩(wěn) 何龍飛 隆晨海

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410100）

越障式單/雙線電動(dòng)飛車(chē)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 輝 郭 昊 李 穩(wěn) 何龍飛 隆晨海

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，長(zhǎng)沙 410100）

針對(duì)目前走線裝置不可翻越間隔棒這一現(xiàn)狀，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可翻越間隔棒，用于單導(dǎo)線和雙分裂導(dǎo)線的電動(dòng)走線裝置。該裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可有效降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，將有效提升線上作業(yè)水平，全面提高設(shè)備的可靠性。

越障式；電動(dòng)；雙分裂導(dǎo)線；帶電作業(yè)；飛車(chē)

帶電檢修是一項(xiàng)危險(xiǎn)性較高的作業(yè)方式，而在線上行走作業(yè)又是帶電檢修中較為困難的一項(xiàng)工作［1］。但根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，帶電檢修常規(guī)項(xiàng)目中，需要走線作業(yè)的項(xiàng)目較多，但作業(yè)人員在導(dǎo)線上行走困難，對(duì)人員體力要求較高，特別是在單導(dǎo)線和雙分裂導(dǎo)線上行走，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，對(duì)技能要求較高，因此在實(shí)際工作中，線上行走作業(yè)已成為輸電線路運(yùn)行檢修作業(yè)的難點(diǎn)［2］。通過(guò)研制機(jī)械裝置，改變導(dǎo)線上行走的難度，降低線上作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，將徹底解決目前線路線上檢修這一薄弱環(huán)節(jié)，將有效提升線上作業(yè)水平，全面提高設(shè)備的可靠性。

1　線上行走裝置現(xiàn)狀分析

目前，線上行走裝置（方法）主要有人工坐線行走，折疊式單線飛車(chē)，腳踏式單線/雙線飛車(chē)以及電動(dòng)式單線/雙線飛車(chē)。

1.1人工坐線行走

人工坐線行走是較為常用的一種線上行走方法。該方法不需要使用機(jī)械工具，作業(yè)人員在做好安全措施后，跨坐在導(dǎo)線上，依靠身體的協(xié)調(diào)，前后移動(dòng)到作業(yè)位置［3］。這種方式對(duì)作業(yè)人員的技能和體能的要求較高，且由于體能的限制，作業(yè)范圍限制在離橫擔(dān)10m范圍內(nèi)［4］，同時(shí)，在作業(yè)過(guò)程中作業(yè)人員有翻下導(dǎo)線的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2折疊式單線飛車(chē)

折疊式單線飛車(chē)是目前較為常用的一種走線裝置，這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，作業(yè)人員利用自身重力或地面人員配合，可快速地從橫擔(dān)側(cè)到達(dá)作業(yè)點(diǎn)［1］。

但是在返回橫擔(dān)時(shí)，作業(yè)人員處于橫擔(dān)下方，具有一定坡度，需要地面人員配合才能返回，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。且作業(yè)時(shí)只能用于單導(dǎo)線上，通用性不強(qiáng)。

1.3腳踏式單線/雙線飛車(chē)

使用腳踏式式單線/雙線飛車(chē)時(shí)，作業(yè)人員可坐在飛車(chē)內(nèi)，通過(guò)腳踏的方式，帶動(dòng)傳動(dòng)鏈條來(lái)驅(qū)動(dòng)飛車(chē)，從而到達(dá)作業(yè)位置。使用這種裝置走線，可對(duì)全檔導(dǎo)線進(jìn)行檢修，操作簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。但是這種裝置一般體積較大，重量較重，需要多人配合才能將其安裝在導(dǎo)線上，檢修時(shí)不易攜帶［1］。同時(shí)，該裝置無(wú)法翻越間隔棒及防震錘，具有一定限制性，通常用于施工時(shí)的巡線檢查。

1.4電動(dòng)式單線/雙線飛車(chē)

電動(dòng)式飛車(chē)使用輪式電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置嵌裝于滑輪的軸向中心，解決了人力手拉來(lái)驅(qū)動(dòng)飛車(chē)的問(wèn)題，操作簡(jiǎn)單，作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較小。但是該裝置不能越過(guò)導(dǎo)線上的間隔棒，且在雙分裂導(dǎo)線上使用時(shí)，穩(wěn)定性不太好，單、雙導(dǎo)線的使用轉(zhuǎn)換不方便。

根據(jù)上述分析可知，目前還沒(méi)有能夠翻越導(dǎo)線間隔棒及防震錘的走線裝置，因此，本文設(shè)計(jì)一種能翻越間隔棒、穩(wěn)定性好、單雙導(dǎo)線使用轉(zhuǎn)換方便的電動(dòng)飛車(chē)，滿足作業(yè)人員“單、雙”分裂導(dǎo)線輸電線路的停、帶電走線作業(yè)需求。

2　越障式單線/雙線電動(dòng)飛車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩用電動(dòng)走線裝置包括越障機(jī)構(gòu)、載人裝置及控制組件組成，其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，實(shí)物圖如圖 2所示。

圖1　電動(dòng)飛車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　電動(dòng)飛車(chē)實(shí)物圖

2.1越障機(jī)構(gòu)

本裝置的越障機(jī)構(gòu)主要包括豎向的左、右兩掛架，與掛架上端連接的滑輪，以及嵌裝在滑輪軸向中心的輪式電機(jī)。

將與掛架連接的滑輪兩端輪徑設(shè)計(jì)為一端大一端小，將其小徑端端部的外壁設(shè)計(jì)成齒狀條片，使該端形成齒輪式結(jié)構(gòu)。使用時(shí)將小徑端對(duì)應(yīng)于雙分裂導(dǎo)線之間的那一側(cè)安裝，因?yàn)殚g隔棒連接于雙分裂導(dǎo)線之間，這樣在飛車(chē)行走至間隔棒在兩導(dǎo)線上的連接位置處時(shí)，滑輪的內(nèi)端通過(guò)齒狀條片增大與間隔棒之間的摩擦力，即增大了飛車(chē)越障時(shí)的驅(qū)動(dòng)力，使飛車(chē)能順利翻越間隔棒。為了使本飛車(chē)在雙分裂導(dǎo)線上使用時(shí)穩(wěn)定性更好，將兩側(cè)掛架的上端通過(guò)連接件連為一體。

2.2載人裝置

載人裝置包括連桿架、載人架以及腳蹬架。連桿架包括上端連接于連接板下側(cè)、平行布置的兩連桿和將兩連桿連接為一體的固定板，固定板上連接有靠背式座椅和可伸縮的腳蹬架，腳蹬架包括縱向桿和橫向桿，縱向桿的下端連接于橫向桿長(zhǎng)度方向的中部、上端連接于固定板上，縱向桿包括兩根套接桿，其中一根套接桿的下端插入另一根套接桿的上端內(nèi)，然后通過(guò)兩套接桿上不同高度處的徑向插銷(xiāo)定位以調(diào)節(jié)長(zhǎng)度。

2.3控制組件

控制組件包含有電源、控制器及其他附屬件。電源固定于活動(dòng)架上，控制器固定在連桿架上，連接電線均從各連接件的內(nèi)部穿過(guò)。

3　電動(dòng)飛車(chē)強(qiáng)度校核

3.1電動(dòng)飛車(chē)的工作參數(shù)

飛車(chē)的主要工作參數(shù)如下：

主動(dòng)輪直徑 d=400mm；飛車(chē)最大行走速度v=30m/min；飛車(chē)自重 G1=28kg；確定載重量 G2= 100kg；飛車(chē)主動(dòng)輪與導(dǎo)線摩擦系數(shù)f=0.26（忽略不同氣候條件下的情況；飛車(chē)最大爬坡角度α=30°。

3.2強(qiáng)度校核

1）滑輪部位強(qiáng)度校核

在使用電動(dòng)飛車(chē)的過(guò)程中，滑輪受力分析如圖3所示，Gz為電動(dòng)飛車(chē)、及作業(yè)人員自重之和；F1為滑輪外寬螺栓對(duì)滑輪的剪切力。F2為滑輪與底板連接處拉力。考慮到傳遞絕緣軟梯時(shí)的沖擊系數(shù)k=1.1，F(xiàn)1=kGz/2=704N，F(xiàn)2=kGz=1408N。

圖3　滑輪受力分析圖

計(jì)算得到滑輪外框應(yīng)力σ1：

計(jì)算得到控制滑輪與底板連接處應(yīng)力σ2：

式中，S1、S2為滑輪兩連接螺栓橫截面積，分別為28.3mm2、78.5mm2。

城市的地方特色根植于城市本身的自然環(huán)境和文化環(huán)境之中，具有很強(qiáng)的稀缺性和不可替代性，是城市核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。塑造具有鮮明個(gè)性的城市形象，深挖地方特色，通過(guò)科學(xué)、合理的開(kāi)發(fā)與塑造，將城市形象外化于具體的事件之中，灌輸給大眾，對(duì)于提升城市的品牌形象具有獨(dú)特的效果。如2018、2019年的環(huán)廣西公路自行車(chē)世界巡回賽就巧妙地將賽道與廣西特色的山水風(fēng)光、人文特色相結(jié)合，鮮明地塑造了地區(qū)形象。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，在使用電動(dòng)飛車(chē)過(guò)程中，滑輪部位滿足抗拉強(qiáng)度要求。

2）橫梁強(qiáng)度校核

橫梁受力分析如圖4所示。

圖4　橫梁受力分析圖

由圖3可知，橫梁中點(diǎn)處受彎矩最大，其值為M=F1L/2=15360N·mm。

中點(diǎn)處截面可將其簡(jiǎn)化如圖5所示。

圖5　中點(diǎn)截面圖

截面抗彎截面模量為

截面所受的彎曲應(yīng)力為：

由上述分析可得，該行走裝置滿足強(qiáng)度要求。

3）飛車(chē)在爬坡?tīng)顟B(tài)下的受力分析

在傾斜狀態(tài)下，主動(dòng)輪所受到的力如下：重力G1+G2、支反支持力N、摩擦力Ff（動(dòng)力）、滾動(dòng)阻力 Fg（由于此值較小，故忽略不計(jì)）。其平衡方程為

圖6　飛車(chē)傾斜狀態(tài)受力分析圖

4）飛車(chē)所需驅(qū)動(dòng)扭矩M的計(jì)算

因?yàn)橛信榔陆嵌龋蔊1+G2產(chǎn)生的水平分力為

（G1+G2）產(chǎn)生的垂直分力與導(dǎo)線間的摩擦力為

按照上述設(shè)計(jì)參數(shù)，在忽略滾動(dòng)阻力的條件下

即最大摩擦力應(yīng)等于最大阻力，tanα=f=0.26，則α =14.6°。

從式中可以看出，要想提高小車(chē)的爬坡能力，措施有兩個(gè)方面：①提高主動(dòng)輪和導(dǎo)線間的摩擦系數(shù)；②提高主動(dòng)輪上作用的重力。

依據(jù)此理論，如果想要使飛車(chē)爬坡能力達(dá)到30°，則相應(yīng)的F1和Ff分別為

如果要使Ff增大到等于F1，則相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)扭矩為128N·m。

5）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型

根據(jù)扭矩和功率的關(guān)系式

式中，P為驅(qū)動(dòng)功率；M為驅(qū)動(dòng)扭矩；n為轉(zhuǎn)速。

對(duì)此電動(dòng)飛車(chē)，轉(zhuǎn)速n為

將轉(zhuǎn)速帶入驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算式中，則

要保證該電動(dòng)飛車(chē)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則至少應(yīng)選用 320W的電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，本飛車(chē)采用 450W的電機(jī)，可以滿足單、雙分裂導(dǎo)線的走線要求。

4　越障式電動(dòng)飛車(chē)的應(yīng)用

越障式電動(dòng)飛車(chē)可應(yīng)用在單導(dǎo)線和雙分裂導(dǎo)線（包括子導(dǎo)線水平分布和子導(dǎo)線垂直分布）中，為了使本飛車(chē)能在單導(dǎo)線和雙分裂導(dǎo)線之間方便的轉(zhuǎn)換使用，將兩掛架的下端與連接板之間采用螺紋連接的結(jié)構(gòu)，同時(shí)使上端連接件與掛架之間為可拆卸連接。

當(dāng)本飛車(chē)在單導(dǎo)線上使用時(shí)，將連接兩掛架上端的連接件拆下，將連接板連同掛架一起旋轉(zhuǎn)90°，然后再旋轉(zhuǎn)該掛架，使其上的滑輪與保持不動(dòng)掛架上的滑輪以一個(gè)大徑端朝外，另一個(gè)以大徑端朝內(nèi)的掛接于導(dǎo)線上，以保證飛車(chē)的安全滑行。連接板旋轉(zhuǎn)時(shí)，載人機(jī)構(gòu)也旋轉(zhuǎn)90°，操作人員位于導(dǎo)線的一側(cè)進(jìn)行檢修操作。

為了使不同身高的操作人員操作本飛車(chē)時(shí)感覺(jué)舒服，將座椅采用靠背式液壓升降裝置，腳蹬架設(shè)置為可伸縮的結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同人員的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，使作業(yè)人員在檢修時(shí)更方便，更靈活。

5　結(jié)論

本文研制一種可翻越導(dǎo)線間隔棒的單線/雙線電動(dòng)飛車(chē)，通過(guò)將滑輪設(shè)計(jì)成一端大一端小，小徑端為齒輪式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)越障功能。采用輪式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，作業(yè)人員坐在座椅上，通過(guò)按鈕可操控飛車(chē)，操作簡(jiǎn)單，制動(dòng)可靠，可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足架空輸電線路檢修走線作業(yè)的需求。

［1］ 鄒德華. 兩用電動(dòng)走線裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］. 湖南電力， 2013， 33（9）： 84-85.

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李 輝，男，工程師，國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司帶電作業(yè)中心，主要研究方向?yàn)檩旊娋€路帶電檢修。

基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統(tǒng)

近日，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布專(zhuān)利“基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統(tǒng)”，申請(qǐng)人為鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司。

本發(fā)明提供一種基于柔性輸電的電氣化鐵路貫通式同相供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括將三相交流電源轉(zhuǎn)換為同相序的交流27.5kV的牽引變電所、基于柔性輸電的功率貫通分區(qū)所，通過(guò)所述分區(qū)所將相鄰的第1牽引所和第2牽引所的相鄰供電區(qū)間電氣上進(jìn)行柔性連通，使得第1牽引所和第2牽引所供電范圍內(nèi)為同一相牽引電，與第1牽引所和第2牽引所構(gòu)成了貫通式同相供電系統(tǒng)。

本發(fā)明的效果是該系統(tǒng)使得相鄰的兩座牽引變電所供電范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電氣上貫通，無(wú)電分相消除了電分相對(duì)高速動(dòng)車(chē)組、重載電力機(jī)車(chē)速度及運(yùn)輸能力影響；提高了兩座牽引變電所供電范圍內(nèi)的交直交機(jī)車(chē)再生電能的吸收率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

湖南省群眾性創(chuàng)新項(xiàng)目（5216AD150009）