高壓輸電線路施工用新型智能張力機的研制

高曉莉 劉建鋒 景國明 王剛

摘要：目前高壓架線施工所用的張力機，存在設備先進性不高、可靠性低、安全性沒有特色等問題。為提高電力施工張力架線的施工安全和施工質量，增強電力施工設施基礎設備，本文介紹一種新型智能張力機。新型智能張力機在機械結構、智能控制系統、工作狀態實時監測數據存儲、設備維護保養提示等方面均有較大的創新與改進。

關鍵字：高壓架線;智能張力機;智能控制;機械工程

0、引言

在高壓架線施工過程中，為避免導線在放線時與地面等障礙物發生接觸磨損，需利用張力機給導線連續施加一個與放線方向相反的作用力[1]。但隨著施工環境逐漸由平原地區轉向高山深海，傳統的張力機已無法適應現代化施工進程。以往的張力機功能相對簡單，只能單一地實現啟動某個按鍵完成相應的功能，例如工作狀態的獲取、發送報警等簡單信號，這些方法雖然穩定性好，而且方便操作，但現階段工程增多，施工要求提高，從業人員更加追求高效、舒適、可操作性強和方便性[2]。本文將介紹一種新型智能張力機，在適應復雜多變的施工環境同時，可實時進行安全檢查提示、多種施工模式為導線持續提供穩定的張力等。

1、新型智能張力機結構

新型智能張力機在結構上與傳統張力機相似，主要由張力輪、減速機、行走輪等裝置組成[3]，如圖1-1所示。

①張力輪是為導線提供張力的兩個摩擦卷筒，通常稱之為雙摩擦卷筒[4]。雙摩擦卷筒上均開有凹槽，便于導線在放線過程中可以有規律的進行放線，不至于導線相互纏繞，其結構如圖1-2所示。在施工過程中，張力輪轉速過快時可能導致導線溜線，張力輪轉速過慢時可能導致導線張力過大。

②減速機的作用是，在智能控制系統的輔助下通過傳感器采集液壓系統壓力，采用閉環實時控制改變液壓元件開度，調整液壓系統壓力，保證張力偏差不高于5%，保持導線張力恒定，避免出現因放線速度變化，引起張力變化，導致導線跳動的現象。

③行走輪的作用是，在施工過程需要將設備進行轉場轉移時，便于設備的牽引運輸。

2、新型智能張力機控制系統

智能控制系統是新型智能張力機的核心技術，主要由發動機ECU、數傳電臺、主控制器、人機界面、GPS終端、預留遙控等幾部分組成。如圖2-1

針對張力機機械結構和控制系統，設置有數據傳輸電臺等元器件，可將二者組在一起實現對張力機的控制[4]。預留的有線遙控接口可擴展有線遙控、多機聯控、便攜式遙控器。人機界面和GPS終端，可實時控制監測內置發動機啟動、熄火、油門、報警，且內置牽引、送線控制，實時顯示當前牽引力、牽引速度、發動機轉速等參數。

3、新型智能張力機操控功能

①安全保護

智能牽引機的智能控制系統接收操作面板油門旋鈕輸出信號，通過J1939總線控制發動機油門。剎車開關不在制動位，張力機無法啟動，同時點亮報警指示燈，避免液壓系統未建立壓力，導線帶動張力機轉動，導致失壓跑線事故。針對在張力工況且剎車關閉時，張力機長時間停車并再次啟動的“失速溜車”現象，設計控制系統，在設備釋放剎車時，首先控制主泵對液壓系統補充壓力油，使液壓馬達回油測液體靜壓力與設備負載相平衡。由此，當剎車釋放后，因液體靜壓力的平衡作用，避免了液壓馬達在設備外負載作用下產生液壓沖擊，防止溜線現象，確保放線安全。

②數據傳輸GPRS物聯網系統

牽張設備可通過無線電進行數據、圖片和視頻電信號傳輸，在本地設備顯示器上實時查看。實現牽張場數據傳輸互通，牽張機參數相互顯示，并進行智能控制等操作[5]。

通過一臺數據終端將牽引機的工作狀態數據通過GPRS網絡傳輸至服務器[6-8]，使用任意可聯網的計算機終端都可查看當前及歷史數據，便于監控人員及時觀察張力機工作狀態，為現場人員提供維修方案，便于現場維修。還可對整機控制系統遠程數據下載、上傳，實現遠程參數設定，遠程排除由于參設設定不當引起的設備故障，結構圖如3-1所示，

③工作狀態監測存儲

設備狀態實時監測儲存，并可通過U盤拷貝所存儲數據，離線查看。設備顯示器具備可插拔U口可以識別≤16GB的U盤，用于存儲設備需要記錄的工作狀態及參數。

液壓系統裝有多個壓力傳感器，張力輪裝有速度檢測傳感器，可實時監測張力機工作狀態，控制器帶有存儲功能，可存儲液壓系統壓力數據、張力輪速度數據、張力數據、發動機工作狀態數據，設備故障報警，自診斷，存儲、輸出故障代碼，在人機界面上實時監測和儲存設備工作狀態在線查看或通過U盤拷貝指定數據，離線查看，方便維修人員查閱、維修。其中張力機工作狀態參數記錄圖如3-2所示

④設備維護保養提示

按照發動機工作小時數，對發動機和液壓系統常規保養和檢查項目進行提示，包括發動機機油、機油濾芯、燃油濾芯、油水分離器濾芯，液壓系統液壓油濾芯等必要更換提示，機械系統定期潤滑提示，包括（1）發動機機油、機油濾芯、燃油濾芯、油水分離器濾芯，液壓系統液壓油濾芯等必要更換提示。（2）機械系統定期潤滑提示，牽引輪、進線輥輪磨損等檢查提示。（3）保養逾期，警告，停機。如圖3-3所示

4、結語

針對目前高壓架線施工過程中張力機存在的不足，結合工程機械的發展方向，吸取過去張力機的優點，本文介紹了一種新型智能張力機，具有智能控制，多重安全檢查提示、安全保護、智能操作、數據傳輸GPRS物聯網系統、工作狀態監測存儲、設備維護保養提示等現代化智能張力機。隨著城市化進程的不斷推進，高壓架線施工的基礎設施需要跟上工程機械發展的腳步，新型智能張力機一方面它能為我國電網建設裝備提供核心競爭力，另一方面能有效降低施工安全風險、提高工作效率。

參考文獻

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[3]高優梁，劉建鋒，黃超勝，毋本鑫，高曉莉，楊杰，馬軍旭，高志龍.智能牽張機研究現狀與發展趨勢[J].現代制造技術與裝備，2021，57（01）：207-210.

[4]周俊華.大卷筒底徑的液壓張力機結構設計[J].企業技術開發（下半月），2011，30（4）：11-12.

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[7]黃超勝. 牽張設備遠程無線監測管理系統的研究與開發[D].浙江大學，2006.

[8]李愿明. SAQ-250牽引機遙控器的設計研究[D].華南理工大學，2016.

作者簡介：高曉莉、1980年10月，女，漢，河南鄭州、碩士、高級工程師、研究方向：機械設計