高壓輸電線路施工用新型智能張力機(jī)的研制

高曉莉 劉建鋒 景國明 王剛

摘要：目前高壓架線施工所用的張力機(jī)，存在設(shè)備先進(jìn)性不高、可靠性低、安全性沒有特色等問題。為提高電力施工張力架線的施工安全和施工質(zhì)量，增強(qiáng)電力施工設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)備，本文介紹一種新型智能張力機(jī)。新型智能張力機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、智能控制系統(tǒng)、工作狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)提示等方面均有較大的創(chuàng)新與改進(jìn)。

關(guān)鍵字：高壓架線;智能張力機(jī);智能控制;機(jī)械工程

0、引言

在高壓架線施工過程中，為避免導(dǎo)線在放線時與地面等障礙物發(fā)生接觸磨損，需利用張力機(jī)給導(dǎo)線連續(xù)施加一個與放線方向相反的作用力[1]。但隨著施工環(huán)境逐漸由平原地區(qū)轉(zhuǎn)向高山深海，傳統(tǒng)的張力機(jī)已無法適應(yīng)現(xiàn)代化施工進(jìn)程。以往的張力機(jī)功能相對簡單，只能單一地實(shí)現(xiàn)啟動某個按鍵完成相應(yīng)的功能，例如工作狀態(tài)的獲取、發(fā)送報(bào)警等簡單信號，這些方法雖然穩(wěn)定性好，而且方便操作，但現(xiàn)階段工程增多，施工要求提高，從業(yè)人員更加追求高效、舒適、可操作性強(qiáng)和方便性[2]。本文將介紹一種新型智能張力機(jī)，在適應(yīng)復(fù)雜多變的施工環(huán)境同時，可實(shí)時進(jìn)行安全檢查提示、多種施工模式為導(dǎo)線持續(xù)提供穩(wěn)定的張力等。

1、新型智能張力機(jī)結(jié)構(gòu)

新型智能張力機(jī)在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)張力機(jī)相似，主要由張力輪、減速機(jī)、行走輪等裝置組成[3]，如圖1-1所示。

①張力輪是為導(dǎo)線提供張力的兩個摩擦卷筒，通常稱之為雙摩擦卷筒[4]。雙摩擦卷筒上均開有凹槽，便于導(dǎo)線在放線過程中可以有規(guī)律的進(jìn)行放線，不至于導(dǎo)線相互纏繞，其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。在施工過程中，張力輪轉(zhuǎn)速過快時可能導(dǎo)致導(dǎo)線溜線，張力輪轉(zhuǎn)速過慢時可能導(dǎo)致導(dǎo)線張力過大。

②減速機(jī)的作用是，在智能控制系統(tǒng)的輔助下通過傳感器采集液壓系統(tǒng)壓力，采用閉環(huán)實(shí)時控制改變液壓元件開度，調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力，保證張力偏差不高于5%，保持導(dǎo)線張力恒定，避免出現(xiàn)因放線速度變化，引起張力變化，導(dǎo)致導(dǎo)線跳動的現(xiàn)象。

③行走輪的作用是，在施工過程需要將設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)場轉(zhuǎn)移時，便于設(shè)備的牽引運(yùn)輸。

2、新型智能張力機(jī)控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是新型智能張力機(jī)的核心技術(shù)，主要由發(fā)動機(jī)ECU、數(shù)傳電臺、主控制器、人機(jī)界面、GPS終端、預(yù)留遙控等幾部分組成。如圖2-1

針對張力機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，設(shè)置有數(shù)據(jù)傳輸電臺等元器件，可將二者組在一起實(shí)現(xiàn)對張力機(jī)的控制[4]。預(yù)留的有線遙控接口可擴(kuò)展有線遙控、多機(jī)聯(lián)控、便攜式遙控器。人機(jī)界面和GPS終端，可實(shí)時控制監(jiān)測內(nèi)置發(fā)動機(jī)啟動、熄火、油門、報(bào)警，且內(nèi)置牽引、送線控制，實(shí)時顯示當(dāng)前牽引力、牽引速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

3、新型智能張力機(jī)操控功能

①安全保護(hù)

智能牽引機(jī)的智能控制系統(tǒng)接收操作面板油門旋鈕輸出信號，通過J1939總線控制發(fā)動機(jī)油門。剎車開關(guān)不在制動位，張力機(jī)無法啟動，同時點(diǎn)亮報(bào)警指示燈，避免液壓系統(tǒng)未建立壓力，導(dǎo)線帶動張力機(jī)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致失壓跑線事故。針對在張力工況且剎車關(guān)閉時，張力機(jī)長時間停車并再次啟動的“失速溜車”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，在設(shè)備釋放剎車時，首先控制主泵對液壓系統(tǒng)補(bǔ)充壓力油，使液壓馬達(dá)回油測液體靜壓力與設(shè)備負(fù)載相平衡。由此，當(dāng)剎車釋放后，因液體靜壓力的平衡作用，避免了液壓馬達(dá)在設(shè)備外負(fù)載作用下產(chǎn)生液壓沖擊，防止溜線現(xiàn)象，確保放線安全。

②數(shù)據(jù)傳輸GPRS物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

牽張?jiān)O(shè)備可通過無線電進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖片和視頻電信號傳輸，在本地設(shè)備顯示器上實(shí)時查看。實(shí)現(xiàn)牽張場數(shù)據(jù)傳輸互通，牽張機(jī)參數(shù)相互顯示，并進(jìn)行智能控制等操作[5]。

通過一臺數(shù)據(jù)終端將牽引機(jī)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器[6-8]，使用任意可聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)終端都可查看當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)，便于監(jiān)控人員及時觀察張力機(jī)工作狀態(tài)，為現(xiàn)場人員提供維修方案，便于現(xiàn)場維修。還可對整機(jī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)下載、上傳，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定，遠(yuǎn)程排除由于參設(shè)設(shè)定不當(dāng)引起的設(shè)備故障，結(jié)構(gòu)圖如3-1所示，

③工作狀態(tài)監(jiān)測存儲

設(shè)備狀態(tài)實(shí)時監(jiān)測儲存，并可通過U盤拷貝所存儲數(shù)據(jù)，離線查看。設(shè)備顯示器具備可插拔U口可以識別≤16GB的U盤，用于存儲設(shè)備需要記錄的工作狀態(tài)及參數(shù)。

液壓系統(tǒng)裝有多個壓力傳感器，張力輪裝有速度檢測傳感器，可實(shí)時監(jiān)測張力機(jī)工作狀態(tài)，控制器帶有存儲功能，可存儲液壓系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)、張力輪速度數(shù)據(jù)、張力數(shù)據(jù)、發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)備故障報(bào)警，自診斷，存儲、輸出故障代碼，在人機(jī)界面上實(shí)時監(jiān)測和儲存設(shè)備工作狀態(tài)在線查看或通過U盤拷貝指定數(shù)據(jù)，離線查看，方便維修人員查閱、維修。其中張力機(jī)工作狀態(tài)參數(shù)記錄圖如3-2所示

④設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)提示

按照發(fā)動機(jī)工作小時數(shù)，對發(fā)動機(jī)和液壓系統(tǒng)常規(guī)保養(yǎng)和檢查項(xiàng)目進(jìn)行提示，包括發(fā)動機(jī)機(jī)油、機(jī)油濾芯、燃油濾芯、油水分離器濾芯，液壓系統(tǒng)液壓油濾芯等必要更換提示，機(jī)械系統(tǒng)定期潤滑提示，包括（1）發(fā)動機(jī)機(jī)油、機(jī)油濾芯、燃油濾芯、油水分離器濾芯，液壓系統(tǒng)液壓油濾芯等必要更換提示。（2）機(jī)械系統(tǒng)定期潤滑提示，牽引輪、進(jìn)線輥輪磨損等檢查提示。（3）保養(yǎng)逾期，警告，停機(jī)。如圖3-3所示

4、結(jié)語

針對目前高壓架線施工過程中張力機(jī)存在的不足，結(jié)合工程機(jī)械的發(fā)展方向，吸取過去張力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，本文介紹了一種新型智能張力機(jī)，具有智能控制，多重安全檢查提示、安全保護(hù)、智能操作、數(shù)據(jù)傳輸GPRS物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、工作狀態(tài)監(jiān)測存儲、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)提示等現(xiàn)代化智能張力機(jī)。隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高壓架線施工的基礎(chǔ)設(shè)施需要跟上工程機(jī)械發(fā)展的腳步，新型智能張力機(jī)一方面它能為我國電網(wǎng)建設(shè)裝備提供核心競爭力，另一方面能有效降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)、提高工作效率。

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作者簡介：高曉莉、1980年10月，女，漢，河南鄭州、碩士、高級工程師、研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)