基于電線絕緣桿作業(yè)的防墜器安全支架設(shè)計

1、    基于電線絕緣桿作業(yè)的防墜器安全支架設(shè)計    楊方明 周勝 李文 汪濤 易暢摘 要：湖北省電力有限公司技術(shù)培訓中心致力于培養(yǎng)電力技術(shù)人才，然而在近期的電力技術(shù)培訓工作中，發(fā)現(xiàn)學院進行絕緣桿作業(yè)搭接支接線路引線過程中，部分學員出現(xiàn)下滑及踏空危險情況，進而導致部分學員因此下滑、踏空等遭受防墜器鋼絲繩勒傷。因此，如何解決防墜器掛點可否跟隨人員一起旋轉(zhuǎn)、避免防墜器鋼絲繩影響人員操作就成了亟待解決的問題。為此，本文設(shè)計了一套防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架作為防墜器的新掛點，以解決上述培訓過程中的實際問題。關(guān)鍵詞：防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架;絕緣桿作業(yè)法;受力;拉力試

2、驗近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，配網(wǎng)不停電作業(yè)的需求急劇提升，配網(wǎng)不停電作業(yè)人員資質(zhì)要求逐漸由主業(yè)人員向農(nóng)電工及社會化用工人員放開。第三產(chǎn)業(yè)人員登桿基礎(chǔ)差又很少接觸帶電作業(yè)，因此帶來了配網(wǎng)不停電作業(yè)人員在配網(wǎng)不停電作業(yè)培訓中易產(chǎn)生各種安全隱患的問題1。湖北省電力有限公司技術(shù)培訓中心在10kv配網(wǎng)不停電作業(yè)一、二類項目取證班的學員培訓過程中，發(fā)現(xiàn)在絕緣桿作業(yè)法搭接支接線路引線時，由于學員在桿上需進行頻繁換位作業(yè)，起后備保護用的防墜器鋼絲繩妨礙桿上操作，因此許多學員將防墜器鋼絲繩拉至腋下后進行搭接或斷開支接線路引線作業(yè)，當人員出現(xiàn)突然下滑或踏空時，防墜器鋼絲繩極易對人員產(chǎn)生傷害。為此，本文設(shè)計了

3、一套防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架方案，具體闡述如下：一、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架設(shè)計要求與思路防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架在設(shè)計時首先要考慮是自身穩(wěn)定及安全受力問題;其次是要考慮電桿穩(wěn)定及安全受力問題;第三是要考慮在使用過程中能方便學員在電桿上換位作業(yè)時不至于影響到人員的操作，而且轉(zhuǎn)動換位較為靈活;第四是要考慮防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔支架在電桿上的安裝簡便且好自動定位;第五是要考慮人員在下墜時人員的擺動要小，以防止人員撞桿;最后要考慮整個支架的結(jié)構(gòu)簡湊及重量輕巧2。在設(shè)計防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔支架時考慮到在幾種鋼材型材如工字鋼、槽鋼、角鋼、管材中，在相同重量相同截面相同長度的情況下，管材強度最高且穩(wěn)定性最好，同時管材中方管便于安裝和

4、固定，因此選定一根q235方管（60mm×60mm×4.8mm）和二根q235方管（40mm×40mm×3.8mm）作為防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔支架的主要材料，采用原電桿線路報箍及由角鋼橫擔加工而成的兩根短角鋼作為支撐構(gòu)件，采用十二根原電桿線路長螺桿和兩個定制不銹鋼平面推力球軸承ss51103作為防墜毀器旋轉(zhuǎn)橫擔支架旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，采用兩個厚度5mm的連板及16mm的螺桿為防墜器掛點。其設(shè)計平面圖和示意立體圖如圖1、圖2所示：二、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架強度計算防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架強度計算從以下六個方面來計算：（1）水平主撐桿的抗拉強度能力;（2）斜撐桿的抗壓強度能力;（3）

5、斜撐桿的抗壓失穩(wěn)能力;（4）六根主受力螺桿抗剪強度能力;（5）下旋轉(zhuǎn)支架座的抗彎強度能力;（6）電桿抗彎強度能力?，F(xiàn)在水平撐桿選用60mm×60mm×4.8mm的方管制作;斜撐桿選用40mm×40mm×3.8mm的方管制作;螺桿用m16mm的螺桿，其內(nèi)徑為14.35mm;鋼材均為q235鍍鋅鋼材。整體支架各部分受力如圖3、圖4、圖5所示：受力計算為：以人重100kg計算，加上5倍動沖擊系數(shù)，防墜器掛點螺桿處的總重力為g=500kg=5000n;水平方管兩鉸接處水平長700mm，上下抱箍鉸接旋轉(zhuǎn)中心垂直長度為400mm;故：水平方管受拉力：f1=g

6、5;700/400=8750n單根斜撐方管受壓力：f2=g2+f122=10078/2=5039n螺栓最大剪切力為p=f1=8750n。各部分強度計算分別為：（1）水平撐桿許用拉應力=155mpa。水平方管拉應力：1=f1/a1=8750n/（60×60-50.4×504）mm2=8.26mpa由于1=8.26mpa（2）斜撐桿許用壓應力=155mpa。斜撐方管受壓應力：2=f2/a2=5039n/（40×40-32.4×32.4）mm2=9.16mpa由于2=9.16mpa（3）失穩(wěn)計算：斜撐桿受壓易失穩(wěn)，根據(jù)方管失穩(wěn)壓力公式計算。單根斜撐最大壓力：f

7、max=ei/l2=9.8×201×109×（40×403-32.4×32.43）×10-6/（12×806.22）=368225.6n由于fmax=368225.6n>5039n，故斜撐方管失穩(wěn)強度滿足要求。（4）螺桿受剪強度計算。水平撐桿根部（電桿鉸接處）的螺桿受剪力最大，最大剪力為p=8750n;水平撐桿根部螺桿許用剪切強度為：=0.6×155mpa=93mpa水平撐桿根部螺桿最大工作剪切應力：=p/a螺桿=8750n/（3.14×7.1752）=54.2mpa由于=54.2mpa（5）下旋轉(zhuǎn)

8、支架座抗彎強度計算：（由方管60mm×60mm×4.8mm制作）。最大彎矩（在下旋轉(zhuǎn)支架座中部）：mmax=f2×（30+5+20）=2771450（n·mm）下旋轉(zhuǎn)支架座的抗彎截面系數(shù)：wz=（604-50.44）/（6×60）=18076.63（mm3）抗彎工作應力：彎=mmax1/wz=277145/18076.63=1533mpa故下旋轉(zhuǎn)支架座抗彎強度滿足要求。（6）電桿受彎強度計算。電桿因水平撐桿和斜撐桿的作用而受彎，彎曲最大力矩發(fā)生在與下旋轉(zhuǎn)支架座相連接的抱箍中心水平截面處，最大彎矩為：mmax2=f1×400=8750&

9、#215;400=3500000（n·mm）=3.5kn·m電桿采用190mm×15h的鋼筋混凝土電桿，查表知此型號的電桿最大允許彎矩為mmax=33.69kn·m。考慮到此電桿線路為單回路，且風載荷很小，檔距不到15m，且由人員上桿墜落時防墜器對電桿產(chǎn)生的彎矩mmax=35kn·m遠遠小于電桿最大允許彎矩mmax=3369kn·m，故電桿受彎強度滿足要求。三、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架拉力試驗（一）防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架靜拉力試驗及作業(yè)人員工位操作實驗通過在防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架掛板處靜態(tài)懸掛500kg沙包24小時后，卸掉沙包，測量電桿無變形、無裂

10、紋，測量支架各構(gòu)件無變形、無裂紋，支架在懸掛負荷時可在水平方向180°自由旋轉(zhuǎn)，靜旋轉(zhuǎn)阻力由固定螺母的松緊度及不銹鋼推力球軸承阻力共同決定。桿上作業(yè)人員在桿上作業(yè)時能自由換位，且不影響人員進行桿上作業(yè)3。（二）防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架沖擊試驗通過在防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架掛板處懸掛100kg沙包作三次拉力沖擊實驗，卸掉沙包，測量電桿無變形、無裂紋，測量支架各構(gòu)件無變形、無裂紋，支架在懸掛負荷時可在水平方向180°自由旋轉(zhuǎn)，動旋轉(zhuǎn)阻力由固定螺母的松緊度及不銹鋼推力球軸承阻力及人員重量共同決定。且沙包自由墜下時無明顯大幅擺動，極大程度保障了桿上作業(yè)人員突然下墜時不碰桿。四、幾種方案比較上述

11、防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架第一個方案的最大優(yōu)點是采用了三角形支架，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;上下兩旋轉(zhuǎn)部分同一軸心線旋轉(zhuǎn)，保證了上下兩部分的同步旋轉(zhuǎn);上下兩軸承采用較為簡單的平面推力球軸承，兩軸承不受彎力和剪切力，軸承采用不銹鋼推力球軸承，因此軸承好維護;缺點是結(jié)構(gòu)較為笨重，安裝較為煩瑣，旋轉(zhuǎn)角度只有180°左右。第二方案示意圖如圖6：這一方案同樣采用了三角形支架，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;上下兩旋轉(zhuǎn)部分同一軸心線旋轉(zhuǎn)，保證了上下兩部分的同步旋轉(zhuǎn);上下兩軸承采用較為簡單的平面推力球軸承，兩軸承不受彎力和剪切力，軸承采用不銹鋼推力球軸承，因此軸承好維護，同時下支結(jié)構(gòu)進行的簡化，省去了一根斜撐和一個下旋轉(zhuǎn)支架座，大大增加的防墜

12、器旋轉(zhuǎn)橫擔支架的旋轉(zhuǎn)角度，更利于人員的換位;缺點是下?lián)螚U受力較大，需用較大的型材制作，下?lián)螚U的左右兩邊的角度及長度尺寸配合要準確，增加的制作的難度。第三方案示意如圖7：這一方案采用的懸臂梁的設(shè)計，結(jié)構(gòu)相對薄弱，因此抱箍部分應采用加強型的異型抱箍，即抱箍的尺寸加厚加寬，且抱箍右耳長一些，在抱箍右耳上用兩個螺桿固定角鋼支架（用來安裝旋轉(zhuǎn)螺桿和水平撐桿），因此抱箍需單獨用q235或以上的鋼板加工制作后熱鍍鋅處理。水平撐桿既受拉也受彎，因此長度尺寸減小且型號加大;水平撐桿的左端旋轉(zhuǎn)軸采用18mm及以上的高強度t型螺紋螺桿制作。由于旋轉(zhuǎn)部位受到彎矩作用，故在旋轉(zhuǎn)軸兩端的軸承受力較大，且受沖擊力，故應采用加大型號的優(yōu)質(zhì)不銹鋼平面球軸承。此方案結(jié)構(gòu)簡單，受力方式較差，且對電桿的彎曲擠壓較不易計算，加工成本較高。五、結(jié)語在10kv配網(wǎng)不停電作業(yè)長期的實踐培訓教學過程中，大部分學員登桿技能較薄弱，如何處理好學員安全地進行桿上作業(yè)且不影響學員的桿上換位操作，一直是懸而未決的問題。通過對防墜器掛點支架的設(shè)計、制作、實驗、應用四個方面的探索，并根據(jù)培訓中心電桿結(jié)構(gòu)合理地設(shè)計了防墜器旋轉(zhuǎn)橫擔支架，解決了“學員將防墜器鋼絲繩拉至腋下后進行搭接或斷開支接線路引線作業(yè)，當人員出現(xiàn)突然下滑或踏空時，防墜器鋼絲繩極易對人員產(chǎn)生傷害”的問題，進一步保障了學員在10kv配網(wǎng)不停電作業(yè)簡單項目取證實訓中的安全，讓