全自动管母液压预拱仪的设计

引言

随着电力技术的飞速发展,加上经济发展的需求,为进一步保证输电质量,高电压变电站的建设对管型母线(管母)安装的安全性、可靠性提出了很高的要求。新疆准北750kV变电站项目使用的是6063G-T6-小250/230型铝镁合金管型母线,长度为22m,在应用过程中发现,该管母存在明显的下坠现象,导致向下的凹型形变(图1),存在安全隐患、影响导电性能,尤其在风速达到6级以上时,形变更加明显,严重影响输电安全。

为进一步保障管母的安装质量,提高安全性和可靠性,《国家电网公司输变电工程标准工艺》明确要求:大跨距管型母线的下挠度<0.4D。为达到此项安装标准,现有工艺普遍采用管母预拱的方法,将管母预制为拱形,再采用反弧垂安装方法。目前多采用人工预拱的方法,人工控制手拉葫芦或千斤顶的运动及形变参数,管母的预拱参数控制不精确,形变误差较大,一次性预拱成功率仅为50%,预拱质量较差,同时消耗大量的人工成本,且在预拱过程中存在较大的安全隐患。文献运用ANsYs软件对长悬臂龙门起重机整机结构进行了有限元计算分析,计算得到主梁的下挠度:文献提出了采用手拉葫芦牵引方式管母预拱工艺:文献针对比例阀在提高生产效率、易操作方面的应用进行了探讨:文献[5]介绍了先进、高效板料折弯机液压系统的工作过程和原理,可为预拱仪的液压系统设计提供借鉴。文献提出通过液压预拱装置可提高作业质量和作业效率,但仍需进行人工上料、人工下料。经查阅文献,目前针对高电压管型母线实现全过程自动化预拱仪器的研究极为少见。

本研究提出了一种基于液压系统的全自动管母预拱仪器的设计原理,能实现预拱全工程的自动化控制。本系统主要以液压系统为动力,利用P1C和组态软件开发控制系统,主要包含上料系统、预拱系统、下料系统、控制系统四部分,通过全自动管母液压预拱仪的应用,很大程度上可以提高管母的预拱质量,降低人工成本,提高作业安全性。

1全自动管母液压预拱仪的整体结构设计与工作原理

全自动管母液压预拱仪由上料系统、预拱系统、下料系统、控制系统四部分组成(图2),预拱过程主要包括:(1)自动上料,上料系统将储存于托盘的待预拱管母搬运至预拱位置:(2)自动预拱,管母放置于预拱位置后,预拱系统根据设定的参数开始预拱动作,并根据预定时间进行保压,确保管母的弹性形变恢复后,保证预拱的塑性形变符合设计要求:(3)自动下料,预拱动作结束后,上料系统的液压缸利用夹具将拱形管母搬运至下料系统,下料系统利用皮带传输系统,将拱形管母搬运至存放位置,为后期管母的吊装做好准备。本设计通过P1C＋组态软件对液压传动、皮带运输等传动方式的控制,实现作业过程的自动化控制。

2全自动管母液压预拱仪的机械结构设计

2.1自动上料系统结构设计

全自动管母液压预拱仪的上料系统,由底座、支架立柱、管母储料板、管母挡板、液压缸、管母上料卡具等结构组成(图3),主要通过液压缸的运动,利用卡具完成管母在上料及下料过程中的搬运工作。其中储料板由支架立柱至取料口方向向下倾斜,保证取出一根管母后,其他管母在自身重力的作用下,自动向取料口移动至管母挡板131,为下一根管母的取料过程做好准备,液压缸103的两端分别较连接于底座和横梁111,保证在液压缸103伸缩动作时,液压缸105围绕较连接112进行转动。

管母的取料过程如图3(b)所示,管母整齐地放置于储料板上,数量可根据预拱需要进行调整,根据准北750kV变电站的实际施工需求,储料板设计最多可储存14根管母。取料动作是通过液压缸103、105实现的:获得取料动作的指令后,液压缸103向外伸出,推动液压缸105以较连接112为中心向上转动,取料卡具101内壁与管母接触且相切后,液压缸103停止运动,液压缸105外伸,取出管母(取料过程见图3(b)虚线部分)。取出管母后,液压缸103回缩,将管母放置于预拱系统的指定位置,液压缸103继续回缩,至取料卡具101完全脱离管母,并停止于管母下边缘15cm,自动上料工序结束。

2.2自动预拱系统结构设计

自动预拱系统是预拱仪的核心工作系统,需根据施工的具体要求及控制指令,合理控制液压缸的运动参数完成预拱工序,且达到预拱精度要求。该系统主要由机架、固定卡具、预拱液压缸、预拱卡具、位移传感器、角度传感器、限位器、液压系统、转角系统、常闭式制动系统等结构组成(具体如图4、图5所示)。上料系统将管母搬运至预拱位置后,固定卡具205固定管母两端,预拱系统开始动作:侧位液压缸通过减速齿轮组获得转角电机的动力,根据控制系统设定的角度,转动至预定位置:预拱液压缸根据设定的动作顺序和伸出长度完成动作,在液压缸推力的作用下,管母发生拱形形变,达到形变参数后进入保压阶段,达到设定保压时间后,预拱系统发出音响信号警报,提示操作人员预拱工序结束,可进入自动下料阶段。

机架201是预拱系统的基础,是固定卡具205、预拱液压缸202、液压系统、转角系统等机构的安装基体,为槽钢焊接而成,需满足预拱过程中的强度、刚度及稳定性要求(图5)。其中固定卡具205通过转轴212较连接于安装支架210,能够随着管母的形变实时调整角度。液压缸202(中位)只进行直线伸缩动作:液压缸202(侧位)较连接于机架上,通过减速齿轮组228获得电动机209的转动动力,预拱动作开始时可根据设定参数转动至管母弧形形变的径向位置,避免在管母形变过程中受到切向推力。

预拱工作过程中,角度传感器208实时监测液压缸202(侧位)的转动角度,当转动角度达到设定参数后,常闭式制动器225断电,进入制动状态,确保预拱动作开始后,侧位液压缸不会因径向受力发生偏移:位移传感器206实时测量液压缸202的伸出量,控制精度为0.1mm,并将位移信号实时传输给控制系统,当伸出量达到设定参数后,液压系统断电,在液控单向阀的作用下进入保压状态:限位器207作为预拱系统的安全保护装置,当管母预拱形变达到设定参数后,若位移传感器失效,则会触发限位器发出信号,预拱系统全部断电,进入保压状态,并发出音响警报信号,避免因位移传感器失效造成的预拱质量不达标和安全事故等情况发生,起到双重保护作用。预拱工序完成后,液压缸202同时回缩至原始位置。

2.3自动下料系统结构设计

下料系统主要由机架、输送带、主动滚筒、电动机传动机构、驱动轮、阻尼板、从动滚筒、引导斜板等组成(图6)。下料系统主要采用皮带输送机构,驱动轮305将电动机304的动力传递至主动滚筒303,带动皮带302转动,皮带上安装若干弹性阻尼板306,阻尼板间距为35cm,保证下料时为管母提供足够的推力,引导斜板301与主动滚筒处皮带相切,并在对应位置设置缺口307,确保阻尼板能无阻力通过。

自动下料工序通过上料系统的液压缸和下料系统配合完成:预拱工序结束后液压缸103向上推动液压缸105转动,上料卡具101将管母与机架分离并提升至设定高度,液压缸105向下料系统方向伸出至输送带上方指定位置,液压缸103回缩带动液压缸向下转动,将管母放置于输送带上,液压缸103继续回缩至卡具101完全脱离管母,而后输送带转动将管母输送至引导斜板上,管母在重力作用下向下滑动至预定位置,输送带停止运动,液压缸103、105按照设定程序恢复最初状态,下料工序结束。

3结语

本研究针对管母预拱问题开发设计了全自动管母液压预拱仪,主要包括上料系统、预拱系统、下料系统、控制系统四部分,可进一步促进管母产生的塑性变形符合预拱需求,提高预拱精度和一次性预拱成功率,同时降低人工成本,与传统预拱方法相比在很大程度上提高了预拱效率,促进了高电压管型母线预拱的标准化建设,同时本设备可实现自动化控制,很大程度上提高了预拱作业安全性。