全自動(dòng)管母液壓預(yù)拱儀的設(shè)計(jì)

引言

隨著電力技術(shù)的飛速發(fā)展,加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,為進(jìn)一步保證輸電質(zhì)量,高電壓變電站的建設(shè)對(duì)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(zhǔn)北750kV變電站項(xiàng)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(dá)到6級(jí)以上時(shí),形變更加明顯,嚴(yán)重影響輸電安全。

為進(jìn)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(zhǔn)工藝》明確要求:大跨距管型母線的下?lián)隙?lt;0.4D。為達(dá)到此項(xiàng)安裝標(biāo)準(zhǔn),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\(yùn)動(dòng)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(shí)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(xiàn)運(yùn)用ANsYs軟件對(duì)長懸臂龍門起重機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元計(jì)算分析,計(jì)算得到主梁的下?lián)隙?文獻(xiàn)提出了采用手拉葫蘆牽引方式管母預(yù)拱工藝:文獻(xiàn)針對(duì)比例閥在提高生產(chǎn)效率、易操作方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討:文獻(xiàn)[5]介紹了先進(jìn)、高效板料折彎機(jī)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(jì)提供借鑒。文獻(xiàn)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(jìn)行人工上料、人工下料。經(jīng)查閱文獻(xiàn),目前針對(duì)高電壓管型母線實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)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(dòng)管母預(yù)拱儀器的設(shè)計(jì)原理,能實(shí)現(xiàn)預(yù)拱全工程的自動(dòng)化控制。本系統(tǒng)主要以液壓系統(tǒng)為動(dòng)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(dòng)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(dòng)管母液壓預(yù)拱儀的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理

全自動(dòng)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(dòng)上料,上料系統(tǒng)將儲(chǔ)存于托盤的待預(yù)拱管母搬運(yùn)至預(yù)拱位置:(2)自動(dòng)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(dòng)作,并根據(jù)預(yù)定時(shí)間進(jìn)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(jì)要求:(3)自動(dòng)下料,預(yù)拱動(dòng)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(yùn)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(yùn)至存放位置,為后期管母的吊裝做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)通過P1C＋組態(tài)軟件對(duì)液壓傳動(dòng)、皮帶運(yùn)輸?shù)葌鲃?dòng)方式的控制,實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的自動(dòng)化控制。

2全自動(dòng)管母液壓預(yù)拱儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)管母液壓預(yù)拱儀的上料系統(tǒng),由底座、支架立柱、管母儲(chǔ)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(yùn)動(dòng),利用卡具完成管母在上料及下料過程中的搬運(yùn)工作。其中儲(chǔ)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(dòng)向取料口移動(dòng)至管母擋板131,為下一根管母的取料過程做好準(zhǔn)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(dòng)作時(shí),液壓缸105圍繞較連接112進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

管母的取料過程如圖3(b)所示,管母整齊地放置于儲(chǔ)料板上,數(shù)量可根據(jù)預(yù)拱需要進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)準(zhǔn)北750kV變電站的實(shí)際施工需求,儲(chǔ)料板設(shè)計(jì)最多可儲(chǔ)存14根管母。取料動(dòng)作是通過液壓缸103、105實(shí)現(xiàn)的:獲得取料動(dòng)作的指令后,液壓缸103向外伸出,推動(dòng)液壓缸105以較連接112為中心向上轉(zhuǎn)動(dòng),取料卡具101內(nèi)壁與管母接觸且相切后,液壓缸103停止運(yùn)動(dòng),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(dòng)上料工序結(jié)束。

2.2自動(dòng)預(yù)拱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)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(yùn)動(dòng)參數(shù)完成預(yù)拱工序,且達(dá)到預(yù)拱精度要求。該系統(tǒng)主要由機(jī)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(dòng)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(yùn)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(dòng)作:側(cè)位液壓缸通過減速齒輪組獲得轉(zhuǎn)角電機(jī)的動(dòng)力,根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)定的角度,轉(zhuǎn)動(dòng)至預(yù)定位置:預(yù)拱液壓缸根據(jù)設(shè)定的動(dòng)作順序和伸出長度完成動(dòng)作,在液壓缸推力的作用下,管母發(fā)生拱形形變,達(dá)到形變參數(shù)后進(jìn)入保壓階段,達(dá)到設(shè)定保壓時(shí)間后,預(yù)拱系統(tǒng)發(fā)出音響信號(hào)警報(bào),提示操作人員預(yù)拱工序結(jié)束,可進(jìn)入自動(dòng)下料階段。

機(jī)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(jī)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(qiáng)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(shí)時(shí)調(diào)整角度。液壓缸202(中位)只進(jìn)行直線伸縮動(dòng)作:液壓缸202(側(cè)位)較連接于機(jī)架上,通過減速齒輪組228獲得電動(dòng)機(jī)209的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力,預(yù)拱動(dòng)作開始時(shí)可根據(jù)設(shè)定參數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測液壓缸202(側(cè)位)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度達(dá)到設(shè)定參數(shù)后,常閉式制動(dòng)器225斷電,進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài),確保預(yù)拱動(dòng)作開始后,側(cè)位液壓缸不會(huì)因徑向受力發(fā)生偏移:位移傳感器206實(shí)時(shí)測量液壓缸202的伸出量,控制精度為0.1mm,并將位移信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng),當(dāng)伸出量達(dá)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(jìn)入保壓狀態(tài):限位器207作為預(yù)拱系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置,當(dāng)管母預(yù)拱形變達(dá)到設(shè)定參數(shù)后,若位移傳感器失效,則會(huì)觸發(fā)限位器發(fā)出信號(hào),預(yù)拱系統(tǒng)全部斷電,進(jìn)入保壓狀態(tài),并發(fā)出音響警報(bào)信號(hào),避免因位移傳感器失效造成的預(yù)拱質(zhì)量不達(dá)標(biāo)和安全事故等情況發(fā)生,起到雙重保護(hù)作用。預(yù)拱工序完成后,液壓缸202同時(shí)回縮至原始位置。

2.3自動(dòng)下料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下料系統(tǒng)主要由機(jī)架、輸送帶、主動(dòng)滾筒、電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)輪、阻尼板、從動(dòng)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(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)輪305將電動(dòng)機(jī)304的動(dòng)力傳遞至主動(dòng)滾筒303,帶動(dòng)皮帶302轉(zhuǎn)動(dòng),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(shí)為管母提供足夠的推力,引導(dǎo)斜板301與主動(dòng)滾筒處皮帶相切,并在對(duì)應(yīng)位置設(shè)置缺口307,確保阻尼板能無阻力通過。

自動(dòng)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(dòng)液壓缸105轉(zhuǎn)動(dòng),上料卡具101將管母與機(jī)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(dòng)液壓缸向下轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)將管母輸送至引導(dǎo)斜板上,管母在重力作用下向下滑動(dòng)至預(yù)定位置,輸送帶停止運(yùn)動(dòng),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(duì)管母預(yù)拱問題開發(fā)設(shè)計(jì)了全自動(dòng)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(jìn)一步促進(jìn)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(shí)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(jìn)了高電壓管型母線預(yù)拱的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),同時(shí)本設(shè)備可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,很大程度上提高了預(yù)拱作業(yè)安全性。