引言

隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展,加上經(jīng)濟發(fā)展的需求,為進一步保證輸電質(zhì)量,高電壓變電站的建設(shè)對管型母線(管母)安裝的安全性、可靠性提出了很高的要求。新疆準北750kV變電站項目使用的是6063G-T6-小250/230型鋁鎂合金管型母線,長度為22m,在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn),該管母存在明顯的下墜現(xiàn)象,導(dǎo)致向下的凹型形變(圖1),存在安全隱患、影響導(dǎo)電性能,尤其在風(fēng)速達到6級以上時,形變更加明顯,嚴重影響輸電安全。

為進一步保障管母的安裝質(zhì)量,提高安全性和可靠性,《國家電網(wǎng)公司輸變電工程標(biāo)準工藝》明確要求:大跨距管型母線的下?lián)隙?lt;0.4D。為達到此項安裝標(biāo)準,現(xiàn)有工藝普遍采用管母預(yù)拱的方法,將管母預(yù)制為拱形,再采用反弧垂安裝方法。目前多采用人工預(yù)拱的方法,人工控制手拉葫蘆或千斤頂?shù)倪\動及形變參數(shù),管母的預(yù)拱參數(shù)控制不精確,形變誤差較大,一次性預(yù)拱成功率僅為50%,預(yù)拱質(zhì)量較差,同時消耗大量的人工成本,且在預(yù)拱過程中存在較大的安全隱患。文獻運用ANsYs軟件對長懸臂龍門起重機整機結(jié)構(gòu)進行了有限元計算分析,計算得到主梁的下?lián)隙?文獻提出了采用手拉葫蘆牽引方式管母預(yù)拱工藝:文獻針對比例閥在提高生產(chǎn)效率、易操作方面的應(yīng)用進行了探討:文獻[5]介紹了先進、高效板料折彎機液壓系統(tǒng)的工作過程和原理,可為預(yù)拱儀的液壓系統(tǒng)設(shè)計提供借鑒。文獻提出通過液壓預(yù)拱裝置可提高作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率,但仍需進行人工上料、人工下料。經(jīng)查閱文獻,目前針對高電壓管型母線實現(xiàn)全過程自動化預(yù)拱儀器的研究極為少見。

本研究提出了一種基于液壓系統(tǒng)的全自動管母預(yù)拱儀器的設(shè)計原理,能實現(xiàn)預(yù)拱全工程的自動化控制。本系統(tǒng)主要以液壓系統(tǒng)為動力,利用P1C和組態(tài)軟件開發(fā)控制系統(tǒng),主要包含上料系統(tǒng)、預(yù)拱系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分,通過全自動管母液壓預(yù)拱儀的應(yīng)用,很大程度上可以提高管母的預(yù)拱質(zhì)量,降低人工成本,提高作業(yè)安全性。

1全自動管母液壓預(yù)拱儀的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

全自動管母液壓預(yù)拱儀由上料系統(tǒng)、預(yù)拱系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分組成(圖2),預(yù)拱過程主要包括:(1)自動上料,上料系統(tǒng)將儲存于托盤的待預(yù)拱管母搬運至預(yù)拱位置:(2)自動預(yù)拱,管母放置于預(yù)拱位置后,預(yù)拱系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)開始預(yù)拱動作,并根據(jù)預(yù)定時間進行保壓,確保管母的彈性形變恢復(fù)后,保證預(yù)拱的塑性形變符合設(shè)計要求:(3)自動下料,預(yù)拱動作結(jié)束后,上料系統(tǒng)的液壓缸利用夾具將拱形管母搬運至下料系統(tǒng),下料系統(tǒng)利用皮帶傳輸系統(tǒng),將拱形管母搬運至存放位置,為后期管母的吊裝做好準備。本設(shè)計通過P1C＋組態(tài)軟件對液壓傳動、皮帶運輸?shù)葌鲃臃绞降目刂?實現(xiàn)作業(yè)過程的自動化控制。

2全自動管母液壓預(yù)拱儀的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1自動上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

全自動管母液壓預(yù)拱儀的上料系統(tǒng),由底座、支架立柱、管母儲料板、管母擋板、液壓缸、管母上料卡具等結(jié)構(gòu)組成(圖3),主要通過液壓缸的運動,利用卡具完成管母在上料及下料過程中的搬運工作。其中儲料板由支架立柱至取料口方向向下傾斜,保證取出一根管母后,其他管母在自身重力的作用下,自動向取料口移動至管母擋板131,為下一根管母的取料過程做好準備,液壓缸103的兩端分別較連接于底座和橫梁111,保證在液壓缸103伸縮動作時,液壓缸105圍繞較連接112進行轉(zhuǎn)動。

管母的取料過程如圖3(b)所示,管母整齊地放置于儲料板上,數(shù)量可根據(jù)預(yù)拱需要進行調(diào)整,根據(jù)準北750kV變電站的實際施工需求,儲料板設(shè)計最多可儲存14根管母。取料動作是通過液壓缸103、105實現(xiàn)的:獲得取料動作的指令后,液壓缸103向外伸出,推動液壓缸105以較連接112為中心向上轉(zhuǎn)動,取料卡具101內(nèi)壁與管母接觸且相切后,液壓缸103停止運動,液壓缸105外伸,取出管母(取料過程見圖3(b)虛線部分)。取出管母后,液壓缸103回縮,將管母放置于預(yù)拱系統(tǒng)的指定位置,液壓缸103繼續(xù)回縮,至取料卡具101完全脫離管母,并停止于管母下邊緣15cm,自動上料工序結(jié)束。

2.2自動預(yù)拱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動預(yù)拱系統(tǒng)是預(yù)拱儀的核心工作系統(tǒng),需根據(jù)施工的具體要求及控制指令,合理控制液壓缸的運動參數(shù)完成預(yù)拱工序,且達到預(yù)拱精度要求。該系統(tǒng)主要由機架、固定卡具、預(yù)拱液壓缸、預(yù)拱卡具、位移傳感器、角度傳感器、限位器、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)角系統(tǒng)、常閉式制動系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成(具體如圖4、圖5所示)。上料系統(tǒng)將管母搬運至預(yù)拱位置后,固定卡具205固定管母兩端,預(yù)拱系統(tǒng)開始動作:側(cè)位液壓缸通過減速齒輪組獲得轉(zhuǎn)角電機的動力,根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)定的角度,轉(zhuǎn)動至預(yù)定位置:預(yù)拱液壓缸根據(jù)設(shè)定的動作順序和伸出長度完成動作,在液壓缸推力的作用下,管母發(fā)生拱形形變,達到形變參數(shù)后進入保壓階段,達到設(shè)定保壓時間后,預(yù)拱系統(tǒng)發(fā)出音響信號警報,提示操作人員預(yù)拱工序結(jié)束,可進入自動下料階段。

機架201是預(yù)拱系統(tǒng)的基礎(chǔ),是固定卡具205、預(yù)拱液壓缸202、液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)角系統(tǒng)等機構(gòu)的安裝基體,為槽鋼焊接而成,需滿足預(yù)拱過程中的強度、剛度及穩(wěn)定性要求(圖5)。其中固定卡具205通過轉(zhuǎn)軸212較連接于安裝支架210,能夠隨著管母的形變實時調(diào)整角度。液壓缸202(中位)只進行直線伸縮動作:液壓缸202(側(cè)位)較連接于機架上,通過減速齒輪組228獲得電動機209的轉(zhuǎn)動動力,預(yù)拱動作開始時可根據(jù)設(shè)定參數(shù)轉(zhuǎn)動至管母弧形形變的徑向位置,避免在管母形變過程中受到切向推力。

預(yù)拱工作過程中,角度傳感器208實時監(jiān)測液壓缸202(側(cè)位)的轉(zhuǎn)動角度,當(dāng)轉(zhuǎn)動角度達到設(shè)定參數(shù)后,常閉式制動器225斷電,進入制動狀態(tài),確保預(yù)拱動作開始后,側(cè)位液壓缸不會因徑向受力發(fā)生偏移:位移傳感器206實時測量液壓缸202的伸出量,控制精度為0.1mm,并將位移信號實時傳輸給控制系統(tǒng),當(dāng)伸出量達到設(shè)定參數(shù)后,液壓系統(tǒng)斷電,在液控單向閥的作用下進入保壓狀態(tài):限位器207作為預(yù)拱系統(tǒng)的安全保護裝置,當(dāng)管母預(yù)拱形變達到設(shè)定參數(shù)后,若位移傳感器失效,則會觸發(fā)限位器發(fā)出信號,預(yù)拱系統(tǒng)全部斷電,進入保壓狀態(tài),并發(fā)出音響警報信號,避免因位移傳感器失效造成的預(yù)拱質(zhì)量不達標(biāo)和安全事故等情況發(fā)生,起到雙重保護作用。預(yù)拱工序完成后,液壓缸202同時回縮至原始位置。

2.3自動下料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

下料系統(tǒng)主要由機架、輸送帶、主動滾筒、電動機傳動機構(gòu)、驅(qū)動輪、阻尼板、從動滾筒、引導(dǎo)斜板等組成(圖6)。下料系統(tǒng)主要采用皮帶輸送機構(gòu),驅(qū)動輪305將電動機304的動力傳遞至主動滾筒303,帶動皮帶302轉(zhuǎn)動,皮帶上安裝若干彈性阻尼板306,阻尼板間距為35cm,保證下料時為管母提供足夠的推力,引導(dǎo)斜板301與主動滾筒處皮帶相切,并在對應(yīng)位置設(shè)置缺口307,確保阻尼板能無阻力通過。

自動下料工序通過上料系統(tǒng)的液壓缸和下料系統(tǒng)配合完成:預(yù)拱工序結(jié)束后液壓缸103向上推動液壓缸105轉(zhuǎn)動,上料卡具101將管母與機架分離并提升至設(shè)定高度,液壓缸105向下料系統(tǒng)方向伸出至輸送帶上方指定位置,液壓缸103回縮帶動液壓缸向下轉(zhuǎn)動,將管母放置于輸送帶上,液壓缸103繼續(xù)回縮至卡具101完全脫離管母,而后輸送帶轉(zhuǎn)動將管母輸送至引導(dǎo)斜板上,管母在重力作用下向下滑動至預(yù)定位置,輸送帶停止運動,液壓缸103、105按照設(shè)定程序恢復(fù)最初狀態(tài),下料工序結(jié)束。

3結(jié)語

本研究針對管母預(yù)拱問題開發(fā)設(shè)計了全自動管母液壓預(yù)拱儀,主要包括上料系統(tǒng)、預(yù)拱系統(tǒng)、下料系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分,可進一步促進管母產(chǎn)生的塑性變形符合預(yù)拱需求,提高預(yù)拱精度和一次性預(yù)拱成功率,同時降低人工成本,與傳統(tǒng)預(yù)拱方法相比在很大程度上提高了預(yù)拱效率,促進了高電壓管型母線預(yù)拱的標(biāo)準化建設(shè),同時本設(shè)備可實現(xiàn)自動化控制,很大程度上提高了預(yù)拱作業(yè)安全性。