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便攜式電動絕緣絞磨的研制

陶留海高嵩楊朝鋒張建輝郭棟崔磊
（國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052）

本成果是以清潔能源鋰電池組驅(qū)動電動機，磨輥為絕緣材料的便攜式電動絞磨，其具有重量輕，無噪音，操作簡單，通用性強、雙向無極變速等特點。能夠配合絕緣傳遞繩在帶電作業(yè)、臨近帶電導(dǎo)線等復(fù)雜條件下進(jìn)行工器具傳遞等起重作業(yè)，具有很好的推廣前景。

便攜式；電動；絕緣絞磨

1 引言

國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司負(fù)責(zé)運維500kV及以上超特高壓交直流輸電線路及接地極線路共計124條，合計里程8630.1km，開展輸電線路技術(shù)改造、應(yīng)急搶修、帶電作業(yè)等專業(yè)化檢修工作。桿塔上下的工器具材料傳遞是輸電線路高空作業(yè)的主要工序，由于超特高壓輸電線路桿塔較高，工器具材料的傳遞占用大量的作業(yè)時間和人力，造成作業(yè)周期長，人員疲憊，不利于安全可靠供電和安全生產(chǎn)。因此，改善桿塔上下工器具材料傳遞方式，降低作業(yè)人員勞動強度是亟待解決的問題。

2 問題分析

為了尋求具體癥結(jié)所在，我們對檢修作業(yè)工器具傳遞過程進(jìn)行了詳細(xì)分析和調(diào)查，確定問題的難點在于機動絞磨較重，不利于運輸。具體表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）檢修作業(yè)種類

2014年輸電中心承擔(dān)了許多大修技改及帶電作業(yè)任務(wù)，絕大部分任務(wù)都是鐵塔由高空作業(yè)完，如帶電作業(yè)、防鳥害大修、防風(fēng)偏改造和防雷改造等。

（2）桿塔上下傳遞典型工器具材料調(diào)查分析

帶電作業(yè)和塔上停電檢修等工作需要上下傳遞大量工器具及材料，主要包括檢修工器具、超特高壓帶電作業(yè)組合工器具、復(fù)合絕緣子串、重錘片組、500kV直線玻璃絕緣子串等，其重量都在30kg～282kg左右。

（3）傳統(tǒng)機動絞磨自身重量大，搬運困難

由于傳統(tǒng)汽、柴油機絞磨重量較重，約為80kg～100kg，平地搬運時需要四名員工同時搬運，山區(qū)搬運時需要六人搬運，勞動強度大，絞磨的使用和搬用變成了主要矛盾。

（4）帶電作業(yè)時，傳統(tǒng)絞磨金屬磨輥與絕緣繩摩擦后的金屬碎屑會附著在繩索上，降低繩索電阻值，存在安全隱患。

目前輸電中心開展的常規(guī)作業(yè)桿塔上下傳遞的工器具材料均不超過300kg，而汽、柴油機絞磨的額定負(fù)荷一般為3t、5t，遠(yuǎn)超實際需要工作負(fù)荷，雖然滿足了安全性的要求，但是設(shè)備都比笨重，現(xiàn)場搬運難度，在地形不好時，工作人員寧肯用人工拉繩提升重物也不愿搬運絞磨。

針對此種狀況，我們設(shè)計制造了一種工器具——絕緣電動絞磨，很好的解決了上述問題。

圖1 便攜式電動絕緣絞磨最佳方案圖

3 設(shè)定目標(biāo)

研制一種牽引力不小于3000N，總重量不超過30kg，便于現(xiàn)場人工搬運、適合絕緣繩帶電作業(yè)傳遞要求的便攜式電動絕緣絞磨。使用絞磨后能實現(xiàn)如下目標(biāo)：

（1）提升300kg重物，地面搬運及拉繩作業(yè)人員由10名減少到3名。

（2）提升300kg重物至100m高度，作業(yè)時間由15min縮短為6min。

4 提出各種方案確定最佳方案

皮帶傳動式、“一”形布局減速器傳動、“L”形布局減速器傳動三個方案的對比分析見表1。

小組根據(jù)綜合比較，選擇方案三：“L”形布局減速器傳動。確定最佳方案，如圖1所示。

5 組織實施

（1）帶剎車功能的無刷直流電機

根據(jù)實際需求，反算電機功率，電池容量，牽引繩型號等數(shù)據(jù)，使其滿足現(xiàn)場實用及安全要求。

已知牽引力F=300kg=3000N，牽引速度V=0.25m/s，磨輥半徑r=0.05m。

P=F·V （1）

V=2∏r·n （2）

T=F·r （3）

由式（1）可求出電機功率

P=750W

由式（2）可求出磨輥轉(zhuǎn)速

n=0.8 rpm/s=48 rpm/min

由式（3）可求出電動機轉(zhuǎn)矩（扭矩）

T=150N·m

根據(jù)計算結(jié)果，選擇電機功率為750W電機，扭矩大于150N·m，電機具有正反轉(zhuǎn)功能的無刷直流電機。

（2）渦輪蝸桿減速器

根據(jù)前面方案選擇時確定的尺寸，繪制出渦輪蝸桿減速器的加工制造圖紙。因電動機已選擇，并且其輸入轉(zhuǎn)速為2000 rpm/min，根據(jù)計算要求減速機輸出轉(zhuǎn)速要大于48rpm/min，我們選擇50rpm/min，因此要求減速機速比為40，其輸出轉(zhuǎn)矩180N·m，大于150N·m。滿足磨輥的轉(zhuǎn)速需求。

（3）尼龍磨輥

根據(jù)前面方案選擇時確定的尺寸，直徑D=10cm=0.1m，r=D/2=0.05m。

①尺寸測量，主要檢查長、寬、高，尺寸誤差應(yīng)≤1mm。

②設(shè)備固定，主要是將尼龍磨輥通過四顆螺栓固定在轉(zhuǎn)軸上。

（4）鋰電池組

根據(jù)前面的計算和所選擇的電動機功率為750W，鋰電池組額定電壓為48V，輸出電流16A，容量30A·h。

（5）組裝加工、試驗測試

經(jīng)過精心設(shè)計、制作、安裝等多道工序的實施，最終產(chǎn)品實物制作成形。

將組裝好的設(shè)備在受托單位進(jìn)行了性能檢測。主要從尺寸、重量、設(shè)備固定、載重、提升速度五個方面進(jìn)行參數(shù)測試。

表1 方案對比分析

①尺寸測量，主要檢查設(shè)備整體尺寸，長、寬、高誤差均≤1mm；

②稱重，設(shè)備重量為25kg；

③設(shè)備固定，將設(shè)備固定在桿塔上時，在滿負(fù)荷條件下，均可固定牢靠。

④牽引力，可有效提升300kg重物，滿負(fù)荷運行1h，電池?zé)o明顯發(fā)熱，磨輥無打滑現(xiàn)象。

⑤牽引速度，滿負(fù)荷時的速度可達(dá)到16m/min，提升100m高度只需6 min。

6 效益分析

（1）經(jīng)濟(jì)效益分析

體現(xiàn)在諸多方面：人工費，差旅、住宿費，車輛使用費，提前送電帶來的經(jīng)濟(jì)效益。僅取其中易量化的人工費進(jìn)行分析：當(dāng)年可為公司節(jié)約人工成本7.68萬元，以后每年可為公司節(jié)約人工成本約15萬元。

（2）社會效益分析

①減少了線路的停電時間，保證社會正常用電，對工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)和社會穩(wěn)定有重要貢獻(xiàn)。

②減少作業(yè)時間，降低作業(yè)人員勞動強度，提高工作效率。

③提高了檢修人員工作時的安全性。

7 標(biāo)準(zhǔn)化

（1）編制出《便攜式絕緣電動絞磨使用說明書》；“便攜式電動絕緣絞磨”的使用，納入公司“便攜式電動絕緣絞磨提升重物標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書”。

（2）該成果已經(jīng)完成專利申請2項，其中實用新型專利1項（專利號ZL2014 2 0452377.6），發(fā)明專利1項（申請?zhí)枺?01410391825.0）。并發(fā)表論文1篇。

（3）本項目成果是在國內(nèi)首次成功采用鋰電池組作為清潔能源，帶剎車功能的無刷電機作為驅(qū)動，高強尼龍作為磨輥、無極變速的新型便攜式電動絕緣絞磨，適用于輸電線路大修、技改和帶電作業(yè)中提升重量在300kg以內(nèi)的重物提升工作。本成果重量控制在30kg以內(nèi)，1-2名員工即可完成搬運工作，有效的降低勞動強度，提高工作效率，具有實用、操作簡單、重量輕、安全系數(shù)高等優(yōu)點，填補了國內(nèi)便攜式電動絕緣絞磨的空白。在全國電力行業(yè)具有很好的推廣前景。

圖2 便攜式電動絕緣絞磨實物圖

[1]鄭瑞東，楊亮，李長武. 絕緣絞磨固定技術(shù)研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（36）.

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