滑軌伸縮式跨越架的研發(fā)

姚成凱，尹志豪，劉 闖，李坤駿，趙永春

（浙江省建設(shè)工程機(jī)械集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014）

1 研究背景

隨著我國電力電網(wǎng)及交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷升級，輸電線路跨越施工的問題也日益增多。在跨越施工過程中，施工風(fēng)險大、難度高、地形復(fù)雜等特點，一旦在施工過程中發(fā)生事故，后果將影響甚大。

隨著我國高鐵飛速發(fā)展，針對跨越高速鐵路等特殊跨越對施工的安全性提出了更高的要求，同時隨著更多車次高鐵線路的開放，在保證跨越施工的安全性同時，對施工的時間不斷地壓縮，甚至“窗口期”減少至2h，從而對跨越施工（圖1）的效率及安全性提出了更高要求。

圖1 跨越架施工現(xiàn)場

跨越設(shè)施施工風(fēng)險的表現(xiàn)形式主要有以下3種。

1）觸電傷害 由于在帶電體附近或上方作業(yè)，觸電隨時可能發(fā)生，后果慘痛。

2）高處墜落 搭設(shè)跨越架或封頂網(wǎng)都是高處作業(yè)，因此可能發(fā)生高處墜落事件。

3）起重傷害 搭設(shè)金屬結(jié)構(gòu)跨越架時要進(jìn)行起重作業(yè)，可能出現(xiàn)跨越架主柱倒塌等。

2 發(fā)展現(xiàn)狀及難題

針對不同跨越對象和施工環(huán)境，常見的跨越架有腳手架式跨越架、旋轉(zhuǎn)臂式跨越架、吊橋式跨越架等，但是由于“窗口期”的要求，現(xiàn)有的跨越架型式越來越無法適應(yīng)新型施工要求。

腳手架式跨越架，搭設(shè)的隨意性較大，材料消耗大、控制難，安全性也較差；旋轉(zhuǎn)臂式跨越架穩(wěn)定性相對較差，安裝較為困難，在使用時存在不靈活，當(dāng)跨距改變時，需要單獨重新設(shè)計適配跨距的跨越橫梁，不利于跨越架的重復(fù)性利用；吊橋式跨越架整機(jī)自重大，運輸不便，兩側(cè)空中對接同步較難，導(dǎo)致封網(wǎng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵路相關(guān)部門所要求的時間。

所以迫切需要研制一種新型輕質(zhì)、高效封網(wǎng)的跨越架，在滿足安全跨越施工的同時，需要嚴(yán)格控制封網(wǎng)時間、方便施工作業(yè)、降低跨越架的自身重量。

3 設(shè)計要求

3.1 跨越高度

根據(jù)中國鐵路總公司《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（高速鐵路部分）第184 條規(guī)定，架空電線路跨越接觸網(wǎng)時，應(yīng)符合表1 規(guī)定。

表1 超高壓架空電線路距軌面最小垂直距離

根據(jù)表1 要求，設(shè)計的輕質(zhì)、高效封網(wǎng)跨越架的最大跨越高度不小于30m，該參數(shù)滿足中國鐵路部門要求。

3.2 跨越距離

根據(jù)中國鐵路總公司《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（高速鐵路部分）中附圖規(guī)定，客運專線鐵路建筑限界如圖2 所示，可以看出鐵軌線路中線到建（構(gòu)）筑物兩側(cè)距離分別是2.44m，則單軌道為4.88m，現(xiàn)考慮四線路軌道，每條線路之間間距為5.3m，安全距離為10m，則整體寬度為4.88×4+5.3×3+10×2=55.42m，綜合考慮整體跨越距離不小于60m。

圖2 客運專線鐵路建筑限界

3.3 封網(wǎng)寬度

根據(jù)《架空送電線路跨越放線施工工藝設(shè)計手冊》要求，跨越單相導(dǎo)線時研運行電力線路的封網(wǎng)寬度計算結(jié)果為12m，滿足一般跨越要求。

4 方案選擇

4.1 封網(wǎng)大臂結(jié)構(gòu)形式

現(xiàn)有跨越架設(shè)計方案多種多樣，常見的封網(wǎng)大臂形式有旋轉(zhuǎn)、吊橋式、單側(cè)伸縮。吊橋式跨越架人為控制雙側(cè)吊臂，采用插接的方式進(jìn)行對接，在實際實施過程中，兩側(cè)難以保持同步，若實施過程中對接出現(xiàn)差錯，則封網(wǎng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵路部分所要求的時間。

旋轉(zhuǎn)式跨越架是先將封網(wǎng)桿懸掛在旋轉(zhuǎn)臂下滑車?yán)?，然后旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動就位，直至旋轉(zhuǎn)臂另一端搭在鐵路對側(cè)跨越架替上并可靠連接固定，最后采用拉索將封網(wǎng)桿拉開固定。但是單一的整體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在使用過程中存在一定變數(shù)，若跨距改變，則需重新進(jìn)行設(shè)計，不利于資源的循環(huán)利用，同時穩(wěn)定性較差。

單側(cè)伸縮式跨越架，通過單側(cè)逐漸頂推封網(wǎng)大臂至另一側(cè)（封網(wǎng)橫梁固定在封網(wǎng)大臂下端），封網(wǎng)時間較長，且大臂易彎曲，安全性稍差。

對比以上方式，從安裝時間、安全性、適應(yīng)工程方面綜合考慮，最終選擇滑軌伸縮式，大臂采用伸縮嵌套式，三節(jié)大臂嵌套組合安裝，使得整個封網(wǎng)大臂結(jié)構(gòu)緊湊，收縮狀態(tài)長度約1 輛貨車車廂長度，相比于吊橋式跨越架的整體大臂結(jié)構(gòu)，更方便工程運輸。待到封網(wǎng)時，同側(cè)同時通過驅(qū)動傳動系統(tǒng)，使得封網(wǎng)大臂伸縮式展開，實現(xiàn)導(dǎo)線防護(hù)網(wǎng)系統(tǒng)與伸縮主臂同步運行，相比于其他形式的跨越架，其特點在于封網(wǎng)橫梁無需單獨安裝，與伸縮主臂同步伸展安裝，安裝速度快，封網(wǎng)施工時間短；雙側(cè)大臂同時進(jìn)行封網(wǎng)，空中進(jìn)行對接。圖3 為嵌套式伸縮大臂三維圖。

圖3 嵌套式伸縮大臂三維示意圖

4.2 伸縮接觸形式

常見的伸縮接觸形式有滾輪式與摩擦塊形式。對于滾輪滑軌式伸縮方式，其伸縮臂節(jié)之間通過滾輪和面接觸，二者之間是點接觸，同時伸縮大臂重量重，易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，伸展或回收時，容易出現(xiàn)卡死受阻。

而摩擦塊滑軌面接觸伸縮的方法，其伸縮臂節(jié)之間是面面接觸，中間通過MGB 作為中間介質(zhì)材料，MGB 材料一般用于大型重載、有腐蝕不易加油或重大型水利工程項目的工況。如弧門支絞軸承、大載荷滑輪軸承、止推軸承、關(guān)節(jié)軸承等，相較于其他MG 系列材料，MGB 材料更具有水潤滑、自潤滑、摩擦系數(shù)小、免維護(hù)、耐磨損、耐腐蝕、能承受中載荷、抗沖擊、機(jī)加工性能好等特性，正因為這些突出的特點，使它在國內(nèi)外的水利水電、船舶、起重、橋梁、建筑、紡織等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。綜合對比考慮，本方案采用摩擦塊滑軌面接觸的方式（圖4）。

圖4 摩擦塊接觸示意圖

4.3 臂架對接裝置

為實現(xiàn)雙側(cè)伸縮大臂順利實現(xiàn)空中對接（圖5、圖6），采用凸、凹對接頭形式，當(dāng)兩側(cè)封網(wǎng)大臂準(zhǔn)備就位，通過傳動裝置及鏈條組件，嵌套的伸縮臂逐節(jié)展開，則伸縮臂的用對接裝置使兩側(cè)封網(wǎng)大臂連接。

圖5 對接裝置

圖6 空中對接

4.4 電纜卷繩形式

當(dāng)跨越架收回時，電纜線還在伸縮大臂中，若不及時拉出，則會造成伸縮大臂將電纜繩擠壓損壞。傳統(tǒng)采用人力拉的形式，電纜繩較粗，會耗費很大人力且不安全。本次設(shè)計中采用彈簧式電纜卷筒進(jìn)行卷繩。電纜卷筒是自動卷取電力電纜的機(jī)械裝置，采用渦卷彈簧作為動力，旋轉(zhuǎn)卷筒收、放電纜，自身不消耗電能，自動、靈活；設(shè)置了可逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，卷筒正、反都可轉(zhuǎn)動，渦卷彈簧單向傳遞動力，不會因逆轉(zhuǎn)而折斷彈簧。

1）釋放電纜 當(dāng)跨越架伸縮主臂伸出時，卷繞在卷筒上的供電電纜在牽引力的作用下，隨之釋放，保持跨越架連續(xù)供電，與此同時，原放松狀態(tài)的渦卷彈簧繞軸卷緊，為卷曲電纜做準(zhǔn)備。

2）卷曲電纜 當(dāng)跨越架伸縮主臂返回時，牽引力對電纜的作用被解除，此時渦卷彈簧開始釋放能量，驅(qū)動卷筒，以相應(yīng)的速度把電纜卷繞在卷筒上。

5 滑軌伸縮式跨越架工作原理及創(chuàng)新點

5.1 總體示意圖

滑軌伸縮式跨越架總體結(jié)構(gòu)如圖7 所示，伸縮大臂共3 節(jié)大臂，層層嵌套，該圖為防護(hù)網(wǎng)展開形式。

圖7 滑軌伸縮式跨越架總體示意圖

5.2 性能參數(shù)

滑軌伸縮式跨越架性能參數(shù)如表2 所示。

表2 性能參數(shù)表

5.3 工作原理

前期通過儀器進(jìn)行找正、調(diào)平、定位，并檢測誤差，有助于高效完成對接及封網(wǎng)工作。

滑軌伸縮式跨越架利用鏈條傳動系統(tǒng)驅(qū)動大臂完成封網(wǎng)過程。首先將操作臺上旋鈕旋至進(jìn)入狀態(tài)，兩邊同時啟動動力系統(tǒng)，驅(qū)動臂節(jié)二向前伸出至指定位置；停止后，繼續(xù)驅(qū)動臂節(jié)三向前，裝有凹對接裝置的一側(cè)伸縮主臂先行伸出到指定位置，裝有凸對接裝置的一側(cè)伸縮主臂減檔慢行；當(dāng)兩側(cè)錐端端部距離為1000mm 時，停止凸對接裝置一側(cè)伸縮主臂向前驅(qū)動，然后通過觀察視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳遞的影像，來判斷紅外激光射線是否與標(biāo)靶中心同心；如不同心可通過液壓支架上的油缸來調(diào)節(jié)校正，直到紅外激光射線尋到靶心中心；繼續(xù)驅(qū)動，當(dāng)對接限位指示燈亮?xí)r，對接裝置對接完成。

5.4 創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用

1）嵌套伸縮式大臂 三節(jié)大臂高度集成化，整個伸縮主臂收縮狀態(tài)長度約一輛貨車車廂長度，運輸更方便，安裝拆卸更快捷。

2）防護(hù)桿緩沖裝置 具有減震、吸震作用。當(dāng)發(fā)生事故工況時，該裝置可降低沖擊能量對伸縮主臂的沖擊破壞；同時當(dāng)兩側(cè)封網(wǎng)大臂對接不同步時，可有效防止封網(wǎng)橫梁的扭曲。

3）封網(wǎng)橫梁同步展放技術(shù) 防護(hù)桿緩沖裝置與伸縮大臂通過螺栓等連接在一起，封網(wǎng)橫梁固定在兩側(cè)的防護(hù)桿緩沖裝置內(nèi)，可以實現(xiàn)與伸縮大臂同時伸出與縮回，縮短封網(wǎng)時間，提高效率。

4）可調(diào)節(jié)承重支架結(jié)構(gòu) 通過豎直油缸與水平油缸的相互作用，解決了兩側(cè)伸縮大臂在高空封網(wǎng)過程難以對中的難題，同時對伸縮大臂起到支撐作用。

5）高空自鎖、解鎖對接裝置 相較于雙軌推進(jìn)式跨越架、吊橋式跨越架、旋轉(zhuǎn)臂式跨越架，該對接裝置為首次提出；該對接裝置可以保證雙側(cè)伸縮大臂在高空實現(xiàn)對接，縮短封網(wǎng)時間。

6 結(jié)語

本次研制成功的滑軌伸縮式跨越架，是一種理論用于實際的創(chuàng)新，適用于跨越高鐵、公路等重要線路。整體結(jié)構(gòu)可重復(fù)利用，有利于資源的節(jié)省。同時在跨越過程中，雙側(cè)同時伸縮，節(jié)約大量時間，滿足鐵路部門“窗口”時間的要求。為不停電跨越施工提供了一種新的施工方法，保障施工安全。