地面用迪尼瑪繩專用收緊裝置研制

夏順俊 趙冬 馬龍 張仁強

摘 要：迪尼瑪繩因具有強度高、絕緣性能好的優點，被廣泛應用于輸電線路架線施工過程中。但在具體的應用過程中，仍存在較多問題，如迪尼瑪繩弧垂高空調整難度較大。基于此，迫切需要研制一種迪尼瑪繩專用收緊裝置，以有效解決迪尼瑪繩弧垂高空調整難題。

關鍵詞：迪尼瑪繩;收緊裝置;輸電線路

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0069-03

Development of Special Tightening Device for Dyneema Rope on the Ground

XIA Shunjun ZHAO Dong MA Long ZHANG Renqiang

（Jiangsu Province Power Transmission Co.， Ltd，Nanjing Jiangsu 211100）

Abstract： Dinima rope is widely used in the construction of transmission line because of its high strength and good insulation performance. But in the specific application process， there are still many problems， such as Dinima rope sag high air conditioning is more difficult. Therefore， it is urgent to develop a special tightening device for dinima rope to effectively solve the whole problem of air conditioning with high sag of dinima rope.

Keywords： Dyneema rope;tightening device;transmission line

1 地面用迪尼瑪繩專用收緊裝置工作原理

地面用迪尼瑪繩專用收緊裝置整體的作業方式采用雙牽引輪繞繩收緊的作業方式，動力傳遞方式為齒輪傳動，運動方式為軸、輪共轉模式，牽引輪兩側均有縱梁板進行支撐和限位，兩側軸端均套有軸承以保證轉動的流暢性[1-3]。根據受力情況的不同，兩側的軸承規格也有所區別，其動力輸出機構參照手扳葫蘆的傳動機構進行改造，動力傳遞安全可靠，傳遞效率高，其工作原理如圖1所示。

該收緊裝置的工作原理為，首先將迪尼瑪繩按照工地常用的繞線方式纏繞至兩個牽引輪上，將各機構定位牢靠檢查無誤后，操作人員對操縱機構施加一定的力，通過操縱機構中的傳動軸將力傳遞到齒輪機構，而后齒輪旋轉帶動牽引輪轉動，迪尼瑪繩在受力后會陷入輪槽內產生一個較大的摩擦力，從而帶動繩子跟隨牽引輪的運動而運動，達到緊繩的目的。該裝置的傳動機構借用減速齒輪組進行力的傳遞，從而達到省力的目的，減速比參照手扳葫蘆的減速比。傳動原理如圖2所示。

首先，操作人員對手柄施加的力會帶動傳動軸進行同向轉動，傳動軸帶動減速齒輪進行轉動，然后減速齒輪又會帶動從動齒輪進行轉動，從動齒輪上開有方孔，和長軸配合同步轉動，實現力的傳遞[4-6]。

由于該裝置為收緊裝置，故其制動性能尤為重要。該裝置的制動原理如圖3所示。

如圖3所示，制動原理采用棘輪機構的單向作業原理，然后選定合適規格的棘輪和棘爪進行配合，保證一定的制動性能。換向主要是通過調節換向開關，然后換向開關會帶動里邊的換向棘輪旋轉，完成向上或向下的換向作業。

2 地面用迪尼瑪繩專用收緊裝置的結構及功能

地面用迪尼瑪繩收緊裝置主要由左縱梁總成、牽引輪、掛板、右縱梁總成、連接立柱、齒輪組、操縱手柄和齒輪罩等組成;由操縱機構輸入動力源通過齒輪傳送到繞繩輪上，從而帶動輪子轉動，進而實現收繩的效果。其主要結構如圖4所示。

整個裝置采用分體式模塊化設計，長軸和左、右縱梁之間連接有滾子軸承，減小滾動時產生的摩擦阻力，各總成之間采用螺栓連接，方便拆卸。作業時，將三角掛板固定到一安全牢靠處，然后打開三角掛板（開合式），將迪尼瑪繩纏入牽引輪輪槽內（注：這個設備輪槽結構適用迪尼瑪繩直接纏繞驅動），將三角掛板用螺栓鎖緊，然后操作人員通過操控右端手柄即可實現收繩作業，操縱機構設計有棘輪結構，以防止出現“倒車”現象。

經過多次試驗，輪槽設計為：第一槽為圓弧槽，后邊的槽型均設計為V型切口槽。這既能保證充足的摩擦力，同時也能最大限度地保護迪尼瑪繩。這主要是因為第一槽受力較大，如果做成V型槽，會對迪尼瑪繩造成較大的傷害，故第一槽槽型設計為圓弧槽（見圖5）。

另外，上、下牽引輪排布時，采用常用的錯半槽排布方式（見圖6）。

3 主要理論計算

3.1 掛板強度計算

掛板強度計算如圖7所示。

開孔處的最大剪應力為：

[τmax=1.5VA=1.5Vbh] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，V表示計算平面沿主架體平面作用的剪力（N），取30 000N;A表示計算截面的面積（mm2）;b表示截面寬（mm），為12mm;h表示截面高（mm），為24mm。將相關數據帶入式（1），得出[τmax]為104.2MPa。

掛板采用的是Q345，其材料的抗拉強度為490～675MPa，故掛板強度滿足使用要求。

3.2 收繩速度理論計算

齒輪的減速比為：

[i=n1n2×n3n4=521×523=0.052] ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

按照操作人員1min操縱手柄21下，每三下小齒輪轉一圈計算，1min牽引輪轉的圈數為：

[s=21×13×i=0.364] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

而牽引輪轉一圈的收繩長度：

[l=π·D=314mm] ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? （4）

故改裝置后額的理論收緊速度為：

[V=s×l=0.364×314=114mm/min] ? ? ? ? ? ? （5）

3.3 長軸的扭矩計算

一定直徑的軸所能承受的最大扭矩的計算公式為：

[T=τ×d17.23] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

式中，[τ]表示許用轉應力，[τ=0.8～1.0σ]。長軸的材料采用40Cr，經過調質后其屈服強度為785MPa，軸的直徑為30mm，故推知軸能承受的最大扭矩T=3 328.4N·m。

收繩作業過程中長軸處的扭矩為：

[T1=F×L=30 000×0.08=2 400N·m<T] ? ? &nbsp; ? （7）

式中，[T1]表示實際產生的扭矩（N·m）;F表示實際作用的力（N）;L表示力臂的長度（m）。

故長軸強度滿足使用要求。

3.4 工程應用

目前，該裝置已經進行工程試用，試用狀況良好，滿足工程應用的條件，較好地替代了傳統的迪尼瑪繩收緊方式，試驗現場見圖8。

4 結語

本文研制的地面用迪尼瑪繩專用收緊裝置可確保跨越高鐵、高壓電力線、高速公路架線施工全過程的安全、高效，提升跨越架線施工的安全性。該裝置操作簡單，使用方便，安全性高，有很大的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]高春明，任國強.尼瑪在廊坊的日子[J].華北電業，2008（6）：64-69.

[2]潘志高.高強度迪尼瑪化纖繩在平衡掛線施工中的使用[J].沿海企業與科技，2012（8）：70-72.

[3]馬如海，張彥迪，穆鵬飛.基于四旋翼飛行器在輸電線路上的巡視與檢測[J].信息與電腦，2016（16）：178-180.

[4]張侃.多旋翼無人機在輸電線路巡檢中的運用及發展[J].現代工業經濟和信息化，2013（16）：72-73.

[5]迪尼瑪制高性能電力牽引繩大幅提高中國跨海電纜安裝工程的施工效率[J].新技術新工藝，2011（2）：68.

[6]劉添勝，陳益平，陳凱旋.四旋翼飛行器在臺山輸電巡維的應用[J].電工技術，2014（2）：65-66.