1 nh117-大转角耐张塔放线滑车“三联”方案研究(省送变电张仁强)

大转角耐张塔放线滑车“三联”方案研究1大转角耐张塔放线滑车“三联”方案研究张仁强（江苏省送变电公司，江苏南京211102）摘要：在张力架线施工中，对转角度数较大的耐张塔进行直通放线时，牵引绳在张力牵引导线的过程中对耐张塔放线滑车的中轮产生较大的偏心压力，给架线施工带来了的安全隐患，同时可能造成对导线的损伤。放线滑车支架如果采用“三联”设计，则可有效避免此类问题，但“三联”滑车支架的悬挂方式需要进行合理分析，比较出最优的悬挂方案。关键词：放线滑车三联支架悬挂大转角耐张塔0引言目前架线施工中，转角度数超过60°的耐张转角塔数量较多，甚至出现80°以上的大转角。对该类型的转角塔，出于多种因素的制约，不得不进行直通放线。目前对耐张塔的滑车悬挂一般采取双滑车的形式，从而造成牵引绳通过每个滑车的“包络角”超过了30°，给滑轮造成了较大的压力。而目前大直径导线的广泛采用，使放线滑轮的轮径又大幅度加大，从而降低了滑轮的整体刚度。在上述两个因素的影响下，出现了放线滑轮在通过牵引绳时产生了较大的变形。如图1所示。图1滑车中轮受到偏心压力后的变形情况1大转角耐张塔放线滑车“三联”悬挂方案的提出1.1方案的依据根据《超高压架空输电线路张力架线施工工艺导则》中的要求，对“包络角”超过30°的耐张塔或其他杆塔，必须悬挂双滑车。根据这一理论进行延伸可以得出：大转角耐张塔进行直通放线时，导线对每个滑轮的“包络角”均不能超过30°。我们假设某耐张塔转角度数超过60°，当采取直通放线时，导线对滑轮的“包络角”极有可能超过30°。此时应考虑采取悬挂三个滑车过渡进行直通放线的方案。降低单个滑车受到的压力，同时也避免了导线在通过滑车时由于过大“包络角”而可能产生“劈股”的情况。1.2方案的设计原则(1)运输、吊装方便的原则；(2)导线对三个滑轮的“包络角”尽量相等；(3)走板、抗弯等连接器的通过滑轮时，支架应合理受力。1.3方案的设想及比较1.3.1第一种方案设想如图2所示，第一种方案设想采用三角型桁架连接三个滑车，每个滑车的轴与桁架相应节点采用铰连接，滑车的其他部位与桁架不连接。拉棒（含连接金具）拉棒（含连接金具）拉棒（花篮螺栓）横担图2三联滑车连接设计方案一第五届江苏省电机工程2011年第6辑青年科技论坛论文集(总第151辑)2中间滑车采用V型吊点，可以在横担上的两个挂孔内实现滑车悬挂，同时中间的滑车压力由V型串承载，因此减小桁架的受力，使桁架的结构变得轻巧很多。但是该设计方案最大问题是在走板将要通过滑车时，由于走板的阻力，滑车会产生一定的倾斜。而滑车由于受到支架和拉棒的限制，在发生倾斜位移时，三个滑车的几何位移与支架不能协调，会导致某个滑车的压力完全由支架来承载，会给支架产生瞬时的巨大荷载。如图3分析的情况。1.3.2第二种方案设想如图4所示，此方案就是把第一种方案中间的V型串取消，可以做到在走板通过滑车时，滑车支架位移时与横担和拉棒组成近似平行四边形的变形模式。但该方案最大的缺点就是滑车支架的受力很大，中间滑车所受到的压力将全部由支架来承载，支架可能会设计的较为笨重。1.3.3第三种方案设想如图5所示，缩小滑车支架架尺寸，将三个滑车的间距尽量减小。此方案将三个滑车的间距减小至约50～60mm。减小了支架的尺寸，滑车的悬挂点选择在支架上。这样可以减小支架受到的弯矩。取消滑车原有的“墙板”的边柱。但该设计中，由于横担、拉棒、支架之间构成了一个“梯形”，由于“梯形”的变形特殊性，滑车支架的倾斜可能会发生很大位移，最终会导致某个滑车不受力，增加了其他滑车的“包络角”，甚至可能发生只有单个滑车受力的情况，从而使牵引绳脱离滑车发生“跳槽”现象。如下图6。1.3.4方案的选择比较拉棒（含连接金具）拉棒（含连接金具）拉棒（花篮螺栓）横担图3走板通过滑车和支架时可能产生的位移情况拉棒（含连接金具）拉棒（含连接金具）横担图4三联滑车连接设计方案二横担拉棒（含连接金具）图5三滑车连接设计方案三横担拉棒（含连接金具）牵引绳脱离滑车，造成跳槽图6走板通过时可能造成某个滑车不受力大转角耐张塔放线滑车“三联”方案研究3通过以上三种方案的分析和比较，本着安全和保证施工质量的原则，选择第二种方案是可行的，从第二种方案入手，通过结构合理化，降低滑车支架的总重量。2滑车支架的结构设计2.1支架的结构及其外荷载支架拟采用角钢桁架式结构，并选择对称设计，由图7所示的两个单片桁架，通过中间腹杆连接而成。三个滑车在支架上的布置位置为：当转角度数为90°时，三个滑车的“包络角”近似都为30°。计算时也按上述假设为前提进行验算。根据对称原理，分析时只对单片桁架进行验算，如图7。N1、N2为单个滑车对桁架的压力，T为滑车悬挂拉棒的拉力，其他几何参数见图7中所示。以牵引绳（导线）对滑车包络角为30°，最大牵引力为120kN考虑，单个滑车给桁架造成的外力为：)(6215sin12022sin2kNTN2.2桁架结构内力计算桁架为两片式对称结构，桁架两片各自所受到的滑车压力为31kN。根据对称原理，两片桁架之间的连接杆件不参与受力计算，按构造要求配置。考虑动荷系数为1.2，不平衡系数为1.2，走板通过滑车的冲击系数为1.4，因此计算时考虑单个滑车对单片桁架产生的压力N为：.5kN62.41.21.2131N因此受力简图可以简化为图8形式。从图8中进行受力分析，杆件⑧为原滑车的边柱槽钢，其强度已经经过验算并满足要求，将杆件⑧的作用力简化到节点处，这样杆件⑧不参与受力验算。杆件①、②、③组成一个静定结构体系[1]，且3根杆件均为铰接连接，杆件中不存在弯矩。其余杆件均为零杆，其在桁架中主要起稳定作用。计算过程：拉棒拉力（支座反力）T：kNTTN4.75245cos2N21通过节点A计算杆件①、③轴压力F1、F3：kNFkNFNFFTN8.94.6245cos60sin45cos60cosF3113111根据对称，杆件②的轴压力F2=F1=62.4kN。其中杆件①、②承受压力，杆件③承受拉力。2.3支架结构强度及稳定验算对杆件①分析：由于杆件①承受轴向压力，需要对其进行稳定验算：杆件①虽然被中间腹杆分成3段，但是其在垂直桁架平面的方向上没有收到外部约束，因此其计算长度为2080mm。由于两端可看做铰支，长度系数取1。根据三类压杆的长细比极限值来确定该压杆所属类型[2]，角钢采用Q235材料：1012PpE;6.61basS经过验算选取角钢型号为Q235L100×6。则角钢的长细比为：pil10421008.021其中：——压杆长度系数，取1；l——压杆长度，取2.08m；i——截面最小惯性半径，取2cm。通过计算，可以看出杆件①属于细长杆类别。其临界压应力为：图7桁架结构形式及其外部荷载情况图8桁架结构受力简图第五届江苏省电机工程2011年第6辑青年科技论坛论文集(总第151辑)418722Ecr（MPa）其中：cr——杆件临界压应力；E——弹性模量，取206GPa。因此杆件①允许的临界荷载crF为：1.223AFcrcr（kN）考虑走板冲击时的安全系数为3（注1），因此kNFkNcr.21873.1223F1（注1：走板冲击安全系数目前较难确定其具体数值，需要根据试验确定。）因此杆件①、②选择Q235L100×6型号角钢能够满足要求。杆件③：主要承受拉力，且拉力较小，角钢型号取决于强度验算，根据构造要求及使用耐久性，选择Q235L80×6型号角钢。桁架中间的腹杆：根据构造要求，其长细比应该满足如下条件：sp按最长杆件⑦为计算依据，选择合适角钢型号进行试算，可以得出Q235L40×3角钢能够满足要求，其长细比为86.1。考虑送电线路野外施工及运输的特殊性，桁架要求有足够的刚度以防止变形，因此中间腹杆采用Q235L50×4。桁架最终的设计图如图9所示，真实模型如图10所示。2.4连接螺栓抗剪强度验算根据滑车的悬挂方式，螺栓的受力情况主要为以下几类：(1)中间的滑车与桁架的连接螺栓主要承受滑车的剪力，其大小为62.5kN，考虑走板冲击安全系数为2，该螺栓的抗剪强度不得低于125kN。选择8.8级M24螺栓螺栓的有效截面积为1306mm2。抗剪强度为:1306mm2×320MPa/1000=418kN。安全系数：418/125=3.3[3](2)桁架两端的螺栓需要承受的荷载有：①中间滑车产生压力传递到两边的荷载；②中间滑车的自重及桁架的自重。中间滑车产生的压力传递到两边的荷载P1大小为：kN5721.2262.5P1其中：1.2为不平衡系数，2为冲击系数。由桁架自重及中间滑车自重传递到两边的荷载2P为：kNP6.722.1100028.93002702桁架两端螺栓承受的荷载P为:kNPPP.78121选择8.8级M20螺栓。螺栓的有效截面积为975.8mm2。抗剪强度为：975.8mm2×320MPa/1000=312kN。安全系数：312/81.7=3.8[3]桁架重量：根据计算，桁架的总重量（不含滑图10桁架加工真实模型图9桁架设计整体效果图大转角耐张塔放线滑车“三联”方案研究5车）约为270kg，在可以接受的范围之内。3结论上述滑车支架的方案设计，已经在220kV大唐电厂—苏庄变送电线路工程大转角耐张塔直通放线施工中得到了成功应用。从试验中可以得到以下几个方面的结论：（1）在滑车支架的重量和尺寸上，未给运输和吊装造成很大困难。在分片后运输，组装后吊装是较为简便的。（2）走板冲击后，滑车支架的倾斜不大，未发生变形，开裂等情况。其强度和刚度能够满足使用要求。（3）未发生导线刮、卡滑车支架的现象，导线的通过性良好。通过试验，还需有待改进的地方有：（1）支架的材料宜改成轻质高强材料，进一步方便施工。（2）滑车的中轮宜改为高强轻质材料，增加中轮的强度和刚度，减小中轮在通过牵引绳时的变形程度。参考文献：[1]龙驭球，包世华.结构力学教程[M].北京:高等教育出版社,2000.[2]范钦珊.材料力学[M].北京:清华大学出版社,2004.[3]DL/T875-2004,输电线路施工机具设计、试验基本要求[S].作者简介：张仁强（1977－），男，江苏宜兴人，工程师，从事电力线路施工技术管理工作，E-mail：[e-mail]。