高空壓接用輕型300 t液壓壓接機(jī)的研制和應(yīng)用

王愛(ài)欽，蔡 涌，于站雨

（河南電力博大科技有限公司，河南 鄭州 450001）

引言

隨著我國(guó)電力的迅速發(fā)展，輸電能力的要求將不斷提高，區(qū)域間的聯(lián)網(wǎng)以及大功率輸送電能的需要也將更加突出。采用大截面架空導(dǎo)線不僅具有輸送功率大、線路損耗小、減少線路回路的優(yōu)點(diǎn)；而且由于采用大截面導(dǎo)線可減少線路走廊數(shù)，從而節(jié)省土地資源，這在我國(guó)土地資源日益緊張和寶貴的今天，有很好的應(yīng)用前景。目前，特高壓電網(wǎng)輸電中1 250 mm2大截面導(dǎo)線是國(guó)內(nèi)架空線路適用最大截面的導(dǎo)線，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)這種導(dǎo)線將迎來(lái)架設(shè)高峰，與其配套施工的工器具的研究工作已經(jīng)全面展開(kāi)，對(duì)其配套金具及施工機(jī)具的研制將提高我國(guó)架空線路送電的整體技術(shù)水平和綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

1 液壓壓接機(jī)的研制分析

1）300 t液壓壓接機(jī)整體重量的控制。常規(guī)壓鉗質(zhì)量為216 kg，外形尺寸較大，施工中搬運(yùn)困難，研制的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)在于選用新型材料替代常規(guī)壓接機(jī)材料，在滿足壓接機(jī)強(qiáng)度需要的前提下，通過(guò)精細(xì)化的受力分析計(jì)算，優(yōu)化各部件的結(jié)構(gòu)，從而縮小300 t液壓壓接機(jī)的外形尺寸和減小重量[1]。

2）壓模的優(yōu)化設(shè)計(jì)。壓模的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量直接關(guān)系到導(dǎo)線壓接質(zhì)量，本項(xiàng)目結(jié)合常規(guī)300 t壓模結(jié)構(gòu)形式，注重提高壓模長(zhǎng)度，減輕重量，減少導(dǎo)線壓接模數(shù)，提高壓接效率。從根本上解決由于壓接模數(shù)過(guò)多而導(dǎo)致壓接導(dǎo)線彎曲變形，提高壓接質(zhì)量，減小高空作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。市場(chǎng)中液壓泵站的規(guī)格種類繁多，同時(shí)，液壓泵站的性能特點(diǎn)和使用要求也存在很大差異。需要分析各類液壓泵站技術(shù)參數(shù)，結(jié)合1 250 mm2截面導(dǎo)線用300 t液壓壓接機(jī)特點(diǎn)，選擇合適的油壓；對(duì)于大噸位液壓接機(jī)，油缸直徑較大，增大液壓油流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)油缸快速充油，提高壓接效率。

2 輕型液壓壓接機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要由液壓泵站、執(zhí)行液壓鉗兩部分組成。液壓泵站主要由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、液壓油箱、操作手柄以及壓力表等其他部件組成。執(zhí)行液壓鉗主要由執(zhí)行活塞、缸體、模具、頂蓋以及模具擋塊等組成，各構(gòu)件為分體式設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同壓接工況，實(shí)現(xiàn)壓接模具的快速更換[2]，如圖1所示。

圖1 液壓壓接機(jī)整機(jī)示意圖

液壓泵站整體體積小、重量輕，輸出額定壓力100 MPa，具有高、低雙速控制，施工壓接效率高，高、低壓系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，自動(dòng)切換，美觀緊湊；執(zhí)行液壓鉗較常規(guī)壓接鉗體積小、重量輕，額定輸出壓力300 t；壓接鉗體主要受力部件選用高強(qiáng)度合金鋼42CrMo材料，有效減小了鉗體的整體體積和重量。

2.1 新型頂蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將常規(guī)矩形結(jié)構(gòu)頂蓋改進(jìn)為圓弧形結(jié)構(gòu)頂蓋，有效減小了頂蓋質(zhì)量32.7%；頂蓋安裝方式由原來(lái)的直推式設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)式，有效增加了鉗頭缸體截面積，提高了整體強(qiáng)度。

2.2 壓接模具優(yōu)化設(shè)計(jì)

常規(guī)300 t液壓壓接機(jī)適用Φ80壓接鋁模長(zhǎng)度117 mm，輕型300 t適用Φ80壓接鋁模長(zhǎng)度126 mm。常規(guī)壓接機(jī)壓接模數(shù)較多，壓接鋁管變形量大，易彎曲，新型的鋁模、鋼模加大了模具長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)8模數(shù)壓接完成，提高導(dǎo)線壓接效率和壓接質(zhì)量，降低高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，壓接效率提升33.3%。

壓接模具與鉗體活塞和上模具定位塊為卡槽式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，壓接模具中間設(shè)計(jì)有環(huán)形槽，同時(shí)在活塞和上模具定位塊上設(shè)計(jì)伸縮式定位銷，模具安裝到位后伸縮式定位銷伸出卡在模具環(huán)形槽內(nèi)部，防止模具在壓接過(guò)程中的前后移動(dòng)，安全可靠，如圖2所示。

圖2 卡槽式模具結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為液壓系統(tǒng)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)齒輪泵和柱塞泵工作。液壓回路由低壓回路（10 MPa）和高壓回路（20～100 MPa）組成，兩回路的低壓齒輪泵和高壓柱塞泵同軸驅(qū)動(dòng)，集成閥單元件一體化設(shè)計(jì)。其中低壓到高壓狀態(tài)的切換是由壓力限壓閥自動(dòng)完成，最大工作壓力限制方式由溢流閥調(diào)節(jié)。

2.4 液壓鉗缸體螺紋強(qiáng)度受力分析

2.4.1 缸體承受的力

在液壓鉗工作過(guò)程中，缸體主要承受以下幾方面的力。

1）F1：液壓油缸無(wú)桿腔超高油壓對(duì)活塞底座內(nèi)壓力傳遞到缸體的內(nèi)螺紋。

2）F2：液壓油缸無(wú)桿腔超高油壓對(duì)缸體壁的內(nèi)壓力，100 MPa。

3）F3：液壓鉗頂蓋對(duì)鉗口的壓力。

以上各力的大小計(jì)算如下：

式中：P為油缸內(nèi)壓力，100 MPa；A為油缸活塞底面積，A=3.14×0.1952/4=29 860×10-6m2。

缸體材料的σ=930 MPa；材料的許用應(yīng)力為930 MPa/2=465 MPa；材料的許用剪切力為465×0.577=268.3 MPa

2.4.2 螺紋強(qiáng)度計(jì)算

螺紋規(guī)格M215×3，螺紋長(zhǎng)度為64 mm，螺紋的抗剪系數(shù)nτ=3，抗彎系數(shù)nb=3，因此螺紋的許用剪應(yīng)力和彎應(yīng)力均為930 MPa/3=310 MPa。

1）螺紋抗擠壓計(jì)算：

式中：d2為螺紋中徑，215 mm；h=0.541p，p=3；z為螺紋數(shù) =64/3=21.33，取 21。

2）螺紋抗剪切強(qiáng)度校核：

式中：D 為螺紋大徑，218 mm；b=0.75p，p=3；z為螺紋數(shù) =64/3=21.33，取 21。

3）螺紋抗彎曲校核：

結(jié)論：缸體與底座連接的螺紋強(qiáng)度是足夠的。

2.5 壓接機(jī)疲勞試驗(yàn)

液壓壓接機(jī)進(jìn)行壓接試驗(yàn)次數(shù)16 561次，滿足液壓壓接機(jī)疲勞試驗(yàn)要求，且在中國(guó)電力科學(xué)研究進(jìn)行型式試驗(yàn)，完成壓接機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)、液壓密封性能檢測(cè)、額定負(fù)荷以及超負(fù)荷檢測(cè)等，壓接機(jī)性能設(shè)計(jì)滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及壓接施工要求。

3 結(jié)語(yǔ)

研制輕型300 t液壓壓接機(jī)通過(guò)增加液壓系統(tǒng)的壓力，減小執(zhí)行部件的外徑，選用高強(qiáng)度合金鋼合適的處理工藝，提高新型壓接機(jī)的整體強(qiáng)度，降低整體重量，體積比傳統(tǒng)壓接鉗減小了29.1%；新型壓接模具設(shè)計(jì)采用環(huán)槽定位，保證頂蓋兩側(cè)受力均勻，新型的鋁模、鋼模加大了模具長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)8模數(shù)壓接完成，提高導(dǎo)線壓接效率和壓接質(zhì)量，降低高空作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，壓接效率提升33.3%。300 t液壓壓接機(jī)填補(bǔ)完善了國(guó)內(nèi)1 250 mm2導(dǎo)線接續(xù)管壓接技術(shù)的空白，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益明顯，具有十分重要的意義。