基于横向支撑的输变电设备小型移动吊车设计

林志军 李晓斌 曾 远 杨保健

1广东电网有限责任公司江门供电局 广东 江门 529030；2五邑大学机电工程学院 广东 江门 529020

基于横向支撑的输变电设备小型移动吊车设计

林志军1李晓斌1曾 远1杨保健2

1广东电网有限责任公司江门供电局 广东 江门 529030；2五邑大学机电工程学院 广东 江门 529020

当前的电网工程的建设规模不断扩大，大多数输变电设备体积大、重量重，且变电站作业空间小，通常对输变电设备的维护和检修都是断电操作。论文设计了一款基于横向支撑的输变电设备小型移动吊车，它具有结构稳定、操作灵活方便、作业半径小等优点，在保证不断电、不影响人们正常工作和生活的前提下，满足在扩建站临近带电设备时进行设备检修、安装等施工作业的特殊需求。

移动吊车；横向支撑；立柱；侧臂；不断电

0 引言

当前的电网工程的建设规模不断扩大，设备停电管理是维系电力系统正常稳定运行的关键。对输变电设备进行检修和维可以延长设备使用寿命，对提高系统运行可靠性具有重要作用[1]。但是大多数输变电设备体积大、重量重，而变电站作业空间小，为确保作业安全，需应用大型吊装设备进行作业。通常在扩建变电站内对临近带电设备的安装、检修都是停电操作（如图1所示），由于设备停电吊装耗时较长，电网可靠性供电面临挑战。

鉴于此，本文拟设计开发一款基于横向支撑的输变电工程小型移动吊车，可以满足在扩建站临近带电设备时进行设备检修、安装等施工作业。既可以提升施工作业的安全性和简便性，又缩短施工作业耗时，基本可以杜绝以往临近设备更换需要长时间停电的缺点，大大提升了电网可靠性供电和设备的可利用率，有利于于提升供电企业的供电服务水平[2]。

图1 配电站瓷瓶的安装

图2 110kV配电站局部平面布置图

图3 移动吊车总体结构图(1底座；2轮子；3配电站支柱；4、10侧臂；5卷扬机；6旋转座；7横梁

1 移动吊车总体结构设计

基于横向支撑的小型移动吊车是一种通过液压举升及伸缩系统来实现重物的升降、回转，并通过两支侧臂获得横向支撑的专用设备，主要由轮子、底座、推杆、铝合金立柱、卷扬机、液压杆、吊钩、侧臂等组成。其中，移动式底座尺寸为1500mm(长)*1000mm（宽），侧腿长约2500mm，吊车立柱高1500mm，横梁伸出总长2500mm，吊车总质量约0.8T，起吊重量大于0.5T，吊装高度为3m。它具有结构稳定、操作灵活方便、作业空间小等优点，是节能高效的电力设备吊运装备，可广泛用于配电站里诸如瓷瓶等重量大、质地脆、安装高度高等设备的吊装。

输变电工程小型移动吊车穿梭在配电站的支柱之间，实现瓷瓶等电力设备的吊装。作业区间为2.5m×2 m的“日”字型矩阵，如图2所示。为了避免移动吊车在作业过程中失去稳定性，设计的安全装置有力矩限制器、上升极限位置限制器、侧臂支撑装置等[5-6]。作业时力矩限制器限制吊车的倾翻力矩，当吊车起重量达到额定值时，发出信号，进而停止工作，防止移动吊车因超力矩而发生倾翻事故；上升极限位置限制器在起重臂接近最大角度时，限位开关打开，发出警报，防止起重臂过卷扬；而最重要的一个安全装置是侧臂支撑装置，在确定吊车的吊装位置后，将吊车的两支侧臂张开成120度，分别紧固在1号支柱和3号支柱上，从而形成一个顶角为120度的等腰三角形，保证吊车的立柱在整个吊装过程中的稳定性，如图3所示。

2 关键部件强度校核

侧臂和立柱是移动吊车作业时承受应力最为复杂的零部件。侧臂是移动吊车作业时连接吊车立柱和配电站支柱的重要横向支撑件，吊装作业完毕可拆卸。在整个瓷瓶吊装作业过程中，因为吊车横梁要旋转和俯仰，致使侧臂所受的力较为复杂，其结构强度关系着整个吊车的作业稳定性[3，4]。侧臂两侧靠环形卡扣分别与吊车立柱和配电站支柱连接，中间为中空的方管结构。

由于移动吊车模型过于复杂，导致有限元分析不能够很好地收敛。故对物理模型做了简化，如图4所示。设定作用在吊钩上的重力为5000N，在四个脚轮及侧臂与配电站支柱之间的位置设定为全约束，并对吊车立柱、侧臂和横梁划分网格，进行有限元模拟。节点数为18574，单元数为5379。应力与应变分布如图5和图6所示。

由图5可见，侧臂、立柱及横梁所受的应力均较小且较均匀。其中，立柱中部的转动关节至与侧臂连接处所受应力较大，约为2×108Pa。由图6可见，整个立柱所产生的应变较大且比较均匀，转动关节处应变量最大，约为6×10-4。应力应变分布均在起重机设计规范内[5]，符合要求。

图4 网格划分与边界

图5 应力分布

图6 应变分布

3 结论

本文建立了移动吊车的结构有限元模型，利用simulate软件对移动吊车的立柱及侧臂结构进行强度分析，从而得到立柱应力较大的区域和应力分布规律，为输变电工程小型移动吊车的开发奠定了理论基础。

[1]张文卓.试论输变电设备检修现状及检修方案[J].技术探讨，2015，5（6）：99

[2]林晓珊.影响配电网工程带电作业的因素及安全管理[J].科技与创新，2015,19

[3]张强,林博.汽车起重机活动支腿结构改进设计[J].工程机械，2011,42（9）：22-25

[4]欧沩滨，郭学祥.基于Patran的汽车起重机车架及支腿有限元分析[J].建筑机械，2011：88-91.

[5] GB/T 3811—2008 起重机设计规范[S].

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