基于有限元法的輸電線路高空作業平臺力學分析

田旭偉，張愿強，莫 鈞，胡 品，普應平

（云南電網有限責任公司紅河供電局，云南 紅河661100）

0 引 言

高空作業平臺是一種承載作業人員、工具、材料和其它施工機具在空中指定位置進行各種安裝、維修等作業的專用高空作業設備。由于該設備是用來載人進行作業，因此，對其安全性的要求很高。目前的移動作業平臺主要有吊籃式，作業車高舉式幾種形式［1－5］。

本文通過建立適用于220 kV線路的輸電線路高空作業車1∶1模型，通過對上人檢修的情況進行力學分析，得到了該情況下高空作業平臺的受力分布情況。

1 模型建立

1.1 三維模型建立

本模型根據某供電公司擬投入服役的輸電線路高空作業車進行1∶1建模。如圖1所示，該作業車使用L4×40的Q235角鋼制作。作業平臺本體的尺寸為40 cm×60 cm×50 cm（長×寬×高）；電纜支承部分使用O4×40的鋼管。各部分均使用焊接連接，以保證使用的安全性和功能性。

為進行有限元分析，將在大型通用有限元仿真軟件ANSYS中所需的物理特性參數列于表1。

表1 材料物理特性參數

圖1 高空作業平臺計算模型

1.2 網格劃分

本文所建立的實體模型根據實物制作，因此其結構十分復雜。既有規則體的部分，又有許多不規則體的部分。對于規則體本文使用指定統一基準尺寸1 mm命令進行分網操作；而對于一些精細的不規則模型可選擇特定線、面進行等份劃分或設定首尾步長比率劃分。剖分的精度對結果的影響較大，本文的剖分局部結果如圖2所示。

2 邊界條件施加

本文將導線模擬為兩端鉸支，長為1．5 m的桿，為模擬作業平臺在兩邊導線掛點高差較大情況下的特點，將作業平臺模型放置在導線右端支承處0．25 m處。在有限元模型中將導線兩端固定，在本作業平臺的底部施加1 500 kN的均布荷載，以模擬作業人員跨坐在平臺上時的工況。

圖2 有限元模型局部圖

3 結果與討論

從圖3仿真結果可以看出，高空作業平臺的本體在作業人員登上后，其最大位移出現在MX處。平臺各處所受的軸力均較小。觀察圖3（b）所示的等效應力（von mise stress）分布圖可以發現，最大的應力為3．7 MPa，出現在滑車槽底與導線接觸處，均遠小于導線及滑車所采用材料的屈服強度。各連接點之間的應力值均較小，在3．7 kPa～0．41 MPa之間，連接穩定。

仿真結果表明，本預備投入使用的輸電線路高空作業平臺所使用的結構設計規范，受力符合安全要求。

圖3 仿真結果