跨海大橋內(nèi)敷設(shè)高壓電纜伸縮補償裝置研究

刁平華 殷林杰 高鵬輝

摘 要：跨海大橋在風浪、洋流、荷載和溫差等因素影響下，相鄰的箱梁之間會發(fā)生位移變化，當位移變化量超過極限時，會對內(nèi)部敷設(shè)的高壓電纜產(chǎn)生機械損傷。因此需要在內(nèi)部安裝高壓電纜伸縮補償裝置來消除或補償因相鄰箱梁之間位移變化對高壓電纜的影響。經(jīng)研究，通過一組特定的平行四邊形連桿機構(gòu)能夠精確的模擬電纜伸縮運動，實現(xiàn)電纜的伸縮補償，在相鄰箱梁之間會發(fā)生位移變化時，起到對電纜的防護作用。

關(guān)鍵詞：連桿機構(gòu);運動軌跡;伸縮補償;防護作用。

引言

傳統(tǒng)跨海輸送高壓電力的方式是通過敷設(shè)海底電纜或者是架設(shè)高壓線塔。隨著跨海大橋不斷興建，借助大橋平臺，把高壓電纜敷設(shè)在大橋的專用通道內(nèi)，既降低敷設(shè)電纜的費用，又便于線路檢修。

由于風浪、洋流、荷載和溫差等因素影響下，跨海大橋相鄰的箱梁之間會頻繁發(fā)生相對位移變化。再者傳統(tǒng)蛇形敷設(shè)電纜的伸縮量很小，且其作用只是為了消除電纜通電時產(chǎn)生的電推力和箱梁熱脹冷縮的應(yīng)力。在沒有電纜伸縮補償裝置時，相鄰箱梁之間發(fā)生大位移變化時，會對內(nèi)部敷設(shè)的電纜產(chǎn)生很大的應(yīng)力，造成機械損壞，從而影響交通和輸電線路的安全。

1設(shè)計思路

在外力的作用下，相鄰箱梁產(chǎn)生相對位移變化時，縫隙連接處的電纜受到的直接作用力（拉力或壓力）遠大于其極限破壞荷載時，如果不加以防護，電纜容易損壞。

如果在相鄰的箱梁的接縫處安裝伸縮補償防護機構(gòu)，將電纜置于其中，當相鄰的兩段箱梁產(chǎn)生有害相對位移變化時，機械伸縮機構(gòu)帶動并防護電纜按設(shè)計的曲線進行運動，實現(xiàn)對電纜的防護。

2設(shè)計原理

圖1 是一段電纜極限收縮狀態(tài)和極限拉伸狀態(tài)的對比曲線圖。

圖中的A、B、C、D、E（a、b、c、d、e）點為電纜極限收縮（拉伸）狀態(tài)下的切點，且不同狀態(tài)下對應(yīng)的四個圓弧的弧長相等，所以電纜極限拉伸狀態(tài)和極限收縮狀態(tài)下的電纜總長是保持不變的。

圖中L為該段電纜的極限伸縮量。

通過作圖分析不難看出，假如電纜的一端保持不動，另一端做直線運動。則a-A=0;b-B=L/4;c-C=L/2;d-D=3L/4;e-E=L;

設(shè)計一機械伸縮機構(gòu)，當其運動時，機構(gòu)中的A，a點保持不動，而機構(gòu)中的B、C、D、E點分別同時運動至b、c、d、e點。該運動軌跡速率在水平方向上分別為1/4倍速、1/2倍速、3/4倍速和1倍速運動。

在機構(gòu)中的A、B、C、D、E點分別設(shè)置有電纜固定夾，電纜始終跟隨機械伸縮機構(gòu)運動，在伸縮運動過程中，電纜始終處于多點同時受力狀態(tài)，且單點受力小。

3設(shè)計步驟

3.1確定曲線電纜的極限收縮狀態(tài)曲線圖。

先繪制出曲線電纜的理想狀態(tài)下的極限收縮狀態(tài)曲線圖和極限拉伸狀態(tài)曲線圖，并使A、a點重合。如圖2 所示。

繪制時要使電纜的最小曲率半徑大于22.5倍的電纜外徑，并且滿足箱梁內(nèi)部安裝空間要求。

3.2繪制連桿機構(gòu)原理圖

如圖2 所示，作Bb線段的中垂線與過Aa點的水平線交于1點，連接1-B點并作其延長線與過C點的水平線相較于2點。作2點對C點的對稱點3點，過3點作線段1-2的平行線3-4，并連接1-4線段。過3點作線段3-4的對稱線3-5。其中點1、2、3、4、5都是鉸點，從而構(gòu)成了一組特定的連桿機構(gòu)。

當連桿機構(gòu)的一端保持不動，另一端作水平運動時，連桿機構(gòu)剛好能夠?qū)⑵渖系腁、B、C、D、E上的點同時分別拉到a、b、c、d、e位置，與電纜的伸縮運動軌跡相重合。

機構(gòu)的連桿原理如圖3所示。

機構(gòu)由一個四邊鉸接的平行四邊形KJMN和與之鉸接的連桿NP組成，機構(gòu)的幾個關(guān)鍵點上布置若干電纜固定夾，當機構(gòu)運動時，帶動電纜運動。

為保障輸電可靠穩(wěn)定，過橋高壓電纜一般采用雙路敷設(shè)。當兩路電纜都上下垂直敷設(shè)時，伸縮裝置如圖4所示。

當相鄰箱梁發(fā)生相對位移時，一側(cè)箱梁內(nèi)的支架通過萬向連桿帶動直線往復(fù)機構(gòu)直線運動;直線往復(fù)機構(gòu)又帶動伸縮機構(gòu)進行伸縮變化。

當相鄰箱梁的距離減小時，伸縮機構(gòu)的連桿向外側(cè)旋轉(zhuǎn)，電纜做橫向收縮運動;當距離增大時，伸縮機構(gòu)的連桿向內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)，電纜做橫向拉伸運動。

4結(jié)論

研究的跨海大橋內(nèi)敷設(shè)高壓電纜伸縮補償裝置運用特定的平行四邊形連桿機構(gòu)，在相鄰箱梁之間產(chǎn)生相對位移變化時，帶動電纜上的關(guān)鍵點實現(xiàn)設(shè)定運動軌跡的均力倍速運動，實現(xiàn)電纜防護功能。

同時該裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊、造價可控、免維護，適用于維護困難或長期無人值守的工作環(huán)境，十分具有市場推廣價值。

5參考文獻

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