蘇曉明 蘇華君 單光學(xué)

SU Xiao-ming et al

山東岱陽重工機械有限公司 山東泰安 271000

1 前言

近年來，我國很多地區(qū)遭遇低溫雨雪冰凍天氣侵襲，造成變電站停運，線路桿塔倒塌及損壞，導(dǎo)致大面積停電事故，給生產(chǎn)生活造成嚴重的影響。目前國內(nèi)采用直流融冰技術(shù)設(shè)備對電網(wǎng)進行融冰，受體積、質(zhì)量等因素限制，融冰設(shè)備通常安裝在貨車上使用。由于貨車成本高，且變電站內(nèi)通道狹窄，融冰作業(yè)時操控不方便，同時受電源限制，融冰時間較長，影響工作效率，有些地區(qū)還采用吊車將人員、跨接導(dǎo)線吊起進行人工掛接，不但效率低，而且存在安全隱患。為克服上述缺點，研制了一款用于變電站的融冰工程車。該車移動靈活，便于操控，不受變電站內(nèi)通道和動力電源的限制，且安全可靠，如圖1所示。

2 總體設(shè)計及結(jié)構(gòu)

融冰工程車主要用于變電站承載融冰開關(guān)設(shè)備，采用蓄電池作為驅(qū)動能源，由串激直流電動機提供動力，通過傳動軸來驅(qū)動后橋車輪轉(zhuǎn)動。前橋為液壓轉(zhuǎn)向車橋，制動采用后橋電磁制動，轉(zhuǎn)向通過駕駛室內(nèi)按鈕操作轉(zhuǎn)向和遙控器操作轉(zhuǎn)向；車架采用四道縱梁結(jié)構(gòu)，形成“井”字車架，提高了車架的承載能力和抗扭能力。

融冰工程車主要由底盤、升降裝置、柴油發(fā)電機組、橫向移動裝置、支撐裝置、控制系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

融冰工程車設(shè)計時需考慮融冰工程車整備質(zhì)量及車上安裝的融冰裝置的質(zhì)量，通過計算確定升降裝置、柴油發(fā)電機組、橫向移動裝置的位置，合理分配軸荷。

2.1 底盤

底盤是融冰工程車的主要總成，是承載融冰設(shè)備的關(guān)鍵構(gòu)件，主要由車架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成、后驅(qū)動橋總成、電機、減速器、電瓶箱、制動系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等組成，如圖 3 所示。

底盤設(shè)計時要考慮融冰設(shè)備的高度、尺寸以及變電站內(nèi)的通道寬度。融冰設(shè)備總高度約為3500 mm，底盤承載面應(yīng)控制在500 mm以下，采用駕駛面板控制和地面無線遙控兩種控制方式，工作時可根據(jù)場地情況選擇控制方式。

車架是融冰工程車的主要承載部件，車架的強度決定了融冰工程車的使用壽命和使用安全。由于行駛中車架承受交變載荷，強度校核時需選取一定的安全系數(shù)，由于最高車速為4 km/h，故安全系數(shù)選取2.5[1]。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)總成由液壓動力單元、橋體、轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向搖臂、主銷、調(diào)節(jié)絲桿、車輪等部件組成。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用液壓缸控制，由電控液動力單元提供動力，為保證設(shè)備轉(zhuǎn)向可靠性，選用進口意大利動力單元，液壓泵流量為0.75 ml/r，電機功率為0.8 kW。

電機采用串激直流電動機，該電機為高品質(zhì)牽引電機，功率大，抗過載能力強，具有良好的承載能力和優(yōu)良的加速性能。電機減速器采用齒輪傳動結(jié)構(gòu)，齒輪箱采用焊接結(jié)構(gòu)。電動機選型時需計算勻速行駛時額定功率及車輛爬坡時的瞬時功率[2]。

蓄電池額定電壓為48 V，續(xù)駛里程應(yīng)不少于10 km。蓄電池選型時，應(yīng)先初選型號，按最高速勻速行駛條件計算電動機負荷電流，定義蓄電池的放電深度、平均放電效率、電機及其控制器效率后核算蓄駛里程。

制動系統(tǒng)為電磁制動，由制動控制器、制動盤等組成，制動電壓采用24 V直流電壓，具有制動平穩(wěn)、距離短、制動可靠等優(yōu)點。

2.2 升降裝置

升降裝置通過升降使得融冰開關(guān)裝置與高壓母線合、分閘，由上、下底架、剪刀叉、液壓動力單元、油缸等組成，如圖4所示。

上、下底架采用鋼板沖壓槽鋼焊接而成，剪刀叉采用矩形管結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345。

升降裝置設(shè)計時需根據(jù)承載載荷選擇電機功率，升降行程按融冰裝置工作狀態(tài)進行設(shè)計。升降裝置承載為1200 kg，校核計算后選擇3 kW電機，工作時升降行程為7000 mm，為方便調(diào)整，設(shè)計行程為8000 mm，選擇4支缸徑為φ80 mm的單作用活塞油缸，由電磁換向閥控制實現(xiàn)升降，上升和下降到位安裝有限位開關(guān)，并輔助機械限位。控制閥選用防爆電磁換向閥。

2.3 柴油發(fā)電機組

柴油發(fā)電機組為升降裝置、橫向移動裝置及支撐裝置等提供電源。柴油發(fā)電機組由柴油機、發(fā)電機、儀表箱和防雨棚等組成，如圖5所示。

柴油機和發(fā)電機連接采用彈性聯(lián)軸器連接，并通過減震器安裝在公共底座上。儀表箱安裝在柴油機上，在儀表箱上裝有控制屏?？刂破聊軌?qū)C組進行啟動、停機、緊急停機的手動控制和操作，還能進行參數(shù)測量和實時顯示三相電壓、三相電流、運行時間、柴油機轉(zhuǎn)速、潤滑油的壓力、冷卻水的溫度等。同時具備故障LED顯示及故障時關(guān)閉油門，使發(fā)動機停機。

柴油發(fā)電機功率選擇時應(yīng)根據(jù)用電設(shè)備總功率進行選擇，并留有一定的后備功率，考慮到設(shè)備的使用最大功率為3 kW，選擇12 kW陸用柴油發(fā)電機。

2.4 橫向移動裝置

升降裝置和底盤上各安裝有一套橫向移動裝置，用于融冰裝置的橫向移動，橫向移動裝置由底架總成、液壓動力單元等組成。液壓動力單元由電機、齒輪泵、電磁換向閥、溢流閥、節(jié)流閥、油箱及油缸等組成，如圖6所示。

橫向移動裝置應(yīng)滿足融冰設(shè)備橫向移動時平穩(wěn)、安全、可靠的要求。底架采用鋼板沖壓槽鋼焊接而成，上面板采用δ20.0 mm鋼板作為設(shè)備基礎(chǔ)，車軸、車輪采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，車軸與車輪采用帶防塵圈結(jié)構(gòu)的軸承連接，車輪橫向及縱向均安裝了限位角鐵，軌道采用型鋼結(jié)構(gòu)；電機為0.75 kW/220 V，選用缸徑為φ40 mm的單作用活塞油缸，行程為350 mm，通過電磁換向閥控制實現(xiàn)橫向移動裝置往返移動。

2.5 支撐裝置

支撐裝置分為液壓支撐裝置和手動支撐裝置，支撐裝置通過螺栓連接安裝在底盤上，用于升降平臺舉升作業(yè)時支撐車體和負載。手動支腿采用螺旋傳動結(jié)構(gòu)，通過專用工具旋轉(zhuǎn)絲杠實現(xiàn)升降，其材質(zhì)為45#鋼，承載能力強。液壓支撐裝置與升降裝置共用一套動力單元。

2.6 控制系統(tǒng)

底盤的控制系統(tǒng)是車輛的中樞系統(tǒng)，需根據(jù)蓄電池的容量及負載合理選擇控制器。該車的底盤控制系統(tǒng)采用美國GE通用組件，可預(yù)設(shè)工作電壓、啟動時間、電流極限，具有可靠的過壓、欠壓、超溫自動保護特性。

液壓支撐裝置、升降裝置、橫向移動裝置的操作采用轉(zhuǎn)換開關(guān)進行控制，該控制系統(tǒng)的核心功能在于具有防誤操作、安全互鎖功能。車輛行駛時柴油發(fā)電機組不能啟動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支撐裝置、升降裝置、橫向移動裝置的工作互鎖。

3 設(shè)計計算

融冰工程車設(shè)計時應(yīng)對底盤縱梁抗彎強度、整車側(cè)傾角、蓄駛里程、最大行駛速度、升降裝置上升到最大行程時的時間、附著條件、橫向移動裝置移動最大速度等進行計算，由于篇幅有限，本文只對整車側(cè)傾角、蓄駛里程、最大行駛速度的計算進行介紹。

3.1 整車側(cè)傾角

融冰工程車總質(zhì)量為6080 kg，前軸載荷為2655 kg，后軸載荷為3425 kg，前后軸輪距B均為1500 mm，簧載質(zhì)量質(zhì)心高度為h=1128 mm。融冰車整車側(cè)傾角度為：

3.2 續(xù)駛里程

融冰工程車行駛驅(qū)動電動機參數(shù)如下：額定功率P=3 kW，額定轉(zhuǎn)速n=1800/1500 r/min，額定電壓V=45 V，額定電流為I=90 A，最高轉(zhuǎn)速nmax=3200 r/min。

通過計算，在時速v=5.42 km/h勻速行駛時，所需驅(qū)動功率為P1=1.46 kW，電動機的負荷電流為:

蓄電池容量為q=210 Ah，定義蓄電池的放電深度為a=0.7，蓄電池的平均放電效率為η1=0.95，電機及其控制器效率為η2=0.9，

則續(xù)航里程S：

3.3 最大行駛速度

融冰車行走驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為n=1500 r/min，減速機速比為i1=6.3，后橋主減速比為i2=5.375，7.0-15/5.0實心輪胎直徑為r=650 mm，則融冰車運行速度：

4 移動融冰工程車特點

移動融冰工程車具有以下特點：

a. 柴油發(fā)電機組為升降裝置、橫向移動裝置等設(shè)備提供動力電源，解決了設(shè)備工作時電源的限制，具有行駛中為底盤自充電功能；

b. 升降平臺升降時可停在任意高度，舉升時具有聲光報警功能；

c. 底盤行駛具有無極調(diào)速功能，行使車速在0～4 km/h可調(diào)；

d. 配有外接電源，不用柴油機發(fā)電也可操作升降平臺升降。

5 結(jié)語

此款用于變電站電力線路融冰的移動工程車不但解決了融冰裝置承載和移動的困難，而且還解決了變電站內(nèi)通道狹窄，普通工程車在站內(nèi)不能行走自如的難題。首批產(chǎn)品已經(jīng)交付貴州電網(wǎng)變電站使用，目前用戶反映使用良好，該工程車將推動融冰工程技術(shù)的發(fā)展，此移動融冰工程車已獲得國家專利技術(shù)，專利號為：ZL 201220069554.3。

[1]徐達.專用汽車結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1998.

[2]王貴明.電動汽車及其性能優(yōu)化[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.