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（國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052）

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、臨近帶電導線等復雜條件下進行工器具傳遞等起重作業，具有很好的推廣前景。

便攜式；電動；絕緣絞磨

1 引言

國網河南省電力公司檢修公司負責運維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，開展輸電線路技術改造、應急搶修、帶電作業等專業化檢修工作。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時間和人力，造成作業周期長，人員疲憊，不利于安全可靠供電和安全生產。因此，改善桿塔上下工器具材料傳遞方式，降低作業人員勞動強度是亟待解決的問題。

2 問題分析

為了尋求具體癥結所在，我們對檢修作業工器具傳遞過程進行了詳細分析和調查，確定問題的難點在于機動絞磨較重，不利于運輸。具體表現為以下幾個方面：

（1）檢修作業種類

2014年輸電中心承擔了許多大修技改及帶電作業任務，絕大部分任務都是鐵塔由高空作業完，如帶電作業、防鳥害大修、防風偏改造和防雷改造等。

（2）桿塔上下傳遞典型工器具材料調查分析

帶電作業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、超特高壓帶電作業組合工器具、復合絕緣子串、重錘片組、500kV直線玻璃絕緣子串等，其重量都在30kg～282kg左右。

（3）傳統機動絞磨自身重量大，搬運困難

由于傳統汽、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）帶電作業時，傳統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作業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荷一般為3t、5t，遠超實際需要工作負荷，雖然滿足了安全性的要求，但是設備都比笨重，現場搬運難度，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 設定目標

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

（1）提升300kg重物，地面搬運及拉繩作業人員由10名減少到3名。

（2）提升300kg重物至100m高度，作業時間由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

根據實際需求，反算電機功率，電池容量，牽引繩型號等數據，使其滿足現場實用及安全要求。

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）可求出磨輥轉速

n=0.8 rpm/s=48 rpm/min

由式（3）可求出電動機轉矩（扭矩）

T=150N·m

根據計算結果，選擇電機功率為750W電機，扭矩大于150N·m，電機具有正反轉功能的無刷直流電機。

（2）渦輪蝸桿減速器

根據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，并且其輸入轉速為2000 rpm/min，根據計算要求減速機輸出轉速要大于48rpm/min，我們選擇50rpm/min，因此要求減速機速比為40，其輸出轉矩180N·m，大于150N·m。滿足磨輥的轉速需求。

（3）尼龍磨輥

根據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≤1mm。

②設備固定，主要是將尼龍磨輥通過四顆螺栓固定在轉軸上。

（4）鋰電池組

根據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

經過精心設計、制作、安裝等多道工序的實施，最終產品實物制作成形。

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

表1 方案對比分析

①尺寸測量，主要檢查設備整體尺寸，長、寬、高誤差均≤1mm；

②稱重，設備重量為25kg；

③設備固定，將設備固定在桿塔上時，在滿負荷條件下，均可固定牢靠。

④牽引力，可有效提升300kg重物，滿負荷運行1h，電池無明顯發熱，磨輥無打滑現象。

⑤牽引速度，滿負荷時的速度可達到16m/min，提升100m高度只需6 min。

6 效益分析

（1）經濟效益分析

體現在諸多方面：人工費，差旅、住宿費，車輛使用費，提前送電帶來的經濟效益。僅取其中易量化的人工費進行分析：當年可為公司節約人工成本7.68萬元，以后每年可為公司節約人工成本約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，對工農業正常生產和社會穩定有重要貢獻。

②減少作業時間，降低作業人員勞動強度，提高工作效率。

③提高了檢修人員工作時的安全性。

7 標準化

（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準化作業指導書”。

（2）該成果已經完成專利申請2項，其中實用新型專利1項（專利號ZL2014 2 0452377.6），發明專利1項（申請號：201410391825.0）。并發表論文1篇。

（3）本項目成果是在國內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、技改和帶電作業中提升重量在300kg以內的重物提升工作。本成果重量控制在30kg以內，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、安全系數高等優點，填補了國內便攜式電動絕緣絞磨的空白。在全國電力行業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. 絕緣絞磨固定技術研究[J].城市建設理論研究：電子版，2014（36）.

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