刁平華 殷林杰 高鵬輝

摘 要：跨海大橋在風(fēng)浪、洋流、荷載和溫差等因素影響下，相鄰的箱梁之間會發(fā)生位移變化，當(dāng)位移變化量超過極限時，會對內(nèi)部敷設(shè)的高壓電纜產(chǎn)生機(jī)械損傷。因此需要在內(nèi)部安裝高壓電纜伸縮補(bǔ)償裝置來消除或補(bǔ)償因相鄰箱梁之間位移變化對高壓電纜的影響。經(jīng)研究，通過一組特定的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)能夠精確的模擬電纜伸縮運動，實現(xiàn)電纜的伸縮補(bǔ)償，在相鄰箱梁之間會發(fā)生位移變化時，起到對電纜的防護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：連桿機(jī)構(gòu);運動軌跡;伸縮補(bǔ)償;防護(hù)作用。

引言

傳統(tǒng)跨海輸送高壓電力的方式是通過敷設(shè)海底電纜或者是架設(shè)高壓線塔。隨著跨海大橋不斷興建，借助大橋平臺，把高壓電纜敷設(shè)在大橋的專用通道內(nèi)，既降低敷設(shè)電纜的費用，又便于線路檢修。

由于風(fēng)浪、洋流、荷載和溫差等因素影響下，跨海大橋相鄰的箱梁之間會頻繁發(fā)生相對位移變化。再者傳統(tǒng)蛇形敷設(shè)電纜的伸縮量很小，且其作用只是為了消除電纜通電時產(chǎn)生的電推力和箱梁熱脹冷縮的應(yīng)力。在沒有電纜伸縮補(bǔ)償裝置時，相鄰箱梁之間發(fā)生大位移變化時，會對內(nèi)部敷設(shè)的電纜產(chǎn)生很大的應(yīng)力，造成機(jī)械損壞，從而影響交通和輸電線路的安全。

1設(shè)計思路

在外力的作用下，相鄰箱梁產(chǎn)生相對位移變化時，縫隙連接處的電纜受到的直接作用力（拉力或壓力）遠(yuǎn)大于其極限破壞荷載時，如果不加以防護(hù)，電纜容易損壞。

如果在相鄰的箱梁的接縫處安裝伸縮補(bǔ)償防護(hù)機(jī)構(gòu)，將電纜置于其中，當(dāng)相鄰的兩段箱梁產(chǎn)生有害相對位移變化時，機(jī)械伸縮機(jī)構(gòu)帶動并防護(hù)電纜按設(shè)計的曲線進(jìn)行運動，實現(xiàn)對電纜的防護(hù)。

2設(shè)計原理

圖1 是一段電纜極限收縮狀態(tài)和極限拉伸狀態(tài)的對比曲線圖。

圖中的A、B、C、D、E（a、b、c、d、e）點為電纜極限收縮（拉伸）狀態(tài)下的切點，且不同狀態(tài)下對應(yīng)的四個圓弧的弧長相等，所以電纜極限拉伸狀態(tài)和極限收縮狀態(tài)下的電纜總長是保持不變的。

圖中L為該段電纜的極限伸縮量。

通過作圖分析不難看出，假如電纜的一端保持不動，另一端做直線運動。則a-A=0;b-B=L/4;c-C=L/2;d-D=3L/4;e-E=L;

設(shè)計一機(jī)械伸縮機(jī)構(gòu)，當(dāng)其運動時，機(jī)構(gòu)中的A，a點保持不動，而機(jī)構(gòu)中的B、C、D、E點分別同時運動至b、c、d、e點。該運動軌跡速率在水平方向上分別為1/4倍速、1/2倍速、3/4倍速和1倍速運動。

在機(jī)構(gòu)中的A、B、C、D、E點分別設(shè)置有電纜固定夾，電纜始終跟隨機(jī)械伸縮機(jī)構(gòu)運動，在伸縮運動過程中，電纜始終處于多點同時受力狀態(tài)，且單點受力小。

3設(shè)計步驟

3.1確定曲線電纜的極限收縮狀態(tài)曲線圖。

先繪制出曲線電纜的理想狀態(tài)下的極限收縮狀態(tài)曲線圖和極限拉伸狀態(tài)曲線圖，并使A、a點重合。如圖2 所示。

繪制時要使電纜的最小曲率半徑大于22.5倍的電纜外徑，并且滿足箱梁內(nèi)部安裝空間要求。

3.2繪制連桿機(jī)構(gòu)原理圖

如圖2 所示，作Bb線段的中垂線與過Aa點的水平線交于1點，連接1-B點并作其延長線與過C點的水平線相較于2點。作2點對C點的對稱點3點，過3點作線段1-2的平行線3-4，并連接1-4線段。過3點作線段3-4的對稱線3-5。其中點1、2、3、4、5都是鉸點，從而構(gòu)成了一組特定的連桿機(jī)構(gòu)。

當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)的一端保持不動，另一端作水平運動時，連桿機(jī)構(gòu)剛好能夠?qū)⑵渖系腁、B、C、D、E上的點同時分別拉到a、b、c、d、e位置，與電纜的伸縮運動軌跡相重合。

機(jī)構(gòu)的連桿原理如圖3所示。

機(jī)構(gòu)由一個四邊鉸接的平行四邊形KJMN和與之鉸接的連桿NP組成，機(jī)構(gòu)的幾個關(guān)鍵點上布置若干電纜固定夾，當(dāng)機(jī)構(gòu)運動時，帶動電纜運動。

為保障輸電可靠穩(wěn)定，過橋高壓電纜一般采用雙路敷設(shè)。當(dāng)兩路電纜都上下垂直敷設(shè)時，伸縮裝置如圖4所示。

當(dāng)相鄰箱梁發(fā)生相對位移時，一側(cè)箱梁內(nèi)的支架通過萬向連桿帶動直線往復(fù)機(jī)構(gòu)直線運動;直線往復(fù)機(jī)構(gòu)又帶動伸縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行伸縮變化。

當(dāng)相鄰箱梁的距離減小時，伸縮機(jī)構(gòu)的連桿向外側(cè)旋轉(zhuǎn)，電纜做橫向收縮運動;當(dāng)距離增大時，伸縮機(jī)構(gòu)的連桿向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，電纜做橫向拉伸運動。

4結(jié)論

研究的跨海大橋內(nèi)敷設(shè)高壓電纜伸縮補(bǔ)償裝置運用特定的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，在相鄰箱梁之間產(chǎn)生相對位移變化時，帶動電纜上的關(guān)鍵點實現(xiàn)設(shè)定運動軌跡的均力倍速運動，實現(xiàn)電纜防護(hù)功能。

同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊、造價可控、免維護(hù)，適用于維護(hù)困難或長期無人值守的工作環(huán)境，十分具有市場推廣價值。

5參考文獻(xiàn)

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