无动力张力机的研制

无动力张力机的研制

张久志

(宁夏送变电工程有限公司宁夏银川750021)

摘要：目前在电网建设过程中，由于施工现场作业面广，点多线长，地形复杂，在导线展放施工中经常涉及通道砍伐和青苗赔偿等问题。此外，跨越带电线路，跨越大江、河流、湖泊、山林深谷、自然保护区等特殊地理环境中的线路施工问题则更为棘手，许多情况下，人员及现有设备无法通过，或者施工成本过高，人员、设备危险性大。而电网建设的趋势恰是跨越带电线路、跨越复杂地形的情况越来越多。为了确保人员安全，保护生态平衡和自然环境，减少青赔费用，研制和应用新型展放导引绳设备（无动力张力机）用于电网建设的架线施工迫在眉睫。无动力张力机的研制减少了动力系统，降低了成本，避免了大气污染，低噪音，具有环保性，提高了电力施工技术机械装备技术实力和技术水平，降低了电网建设成本。提高了经济效益，适应施工生产需求和电网建设的发展趋势。

关键字：导线展放；电网建设；无动力张力机

1.概述

1.1背景介绍

输电线路建设中架线施工是最关键的工序之一，架线施工经历了人工展放（采用人拉肩扛的地面拖拽放线方法）、机械牵引展放（导线在不带张力的情况下用机械设备拖拽牵引展放）和张力架线三个阶段。所谓张力架线就是在高压架空送电线路架线工程中，采用一套机械设备，使导线带一定的张力的情况下展放，不触及地面和任何跨越物。张力架线是目前国内外广泛采用的施工方法，它具有机械牵引放线和人工放线不可比拟的优越性。导线张力架设工作过程如下图1所示。

图1导线张力架设示意图

牵引机在线路的一端收卷钢丝绳通过走板带动导线等，张力机在线路的另一端施加一个与放线方向相反的作用力，即张力，使光缆、导线或钢丝绳离开地面，达到保护导线和减少破坏植被、跨越河流公路等障碍物的目的，并使导线产生一定的预拉力，减少电晕，而且节省人力物力，减少劳动强度，提高工效，提高工程质量。一牵一张力机主要用来在高压输电线路张力架设中展放各种电缆、地线和导线，或通过导引绳展放钢丝绳、用途广泛，是不可缺少的张力架线机械设备。

随着电网建设的不断发展，线路施工作业点多线长，地形复杂，跨越带电线路、跨越复杂地形的情况越来越多，如大江、河流、湖泊、山林深谷、自然保护区等特殊地理环境中的线路施工问题则更为棘手，许多情况下，人员及现有设备无法通过，或者施工成本过高，人员、设备危险性大。

在这些复杂施工环境下，输电线路施工中引入了迪尼玛绳作为导引绳，迪尼玛绳具有强度高：强力是优质钢的10余倍。高模量：仅次于特级碳纤维。低密度：小于水，能漂浮于水面。高强高模聚乙烯纤维的物理性能非常优异。由于具有高结晶度，且不容易于和化学药剂发生反应的化学基团。因此耐水、耐湿、耐化学腐蚀、耐紫外线、因此无须经过耐紫外线处理。耐腐蚀，耐酸碱，具有优异的耐磨性，不仅有高模量，而且柔软，有较长的挠曲寿命，高强高模聚乙烯纤维的熔点在144~152℃之间，短时间暴露于110℃环境不会造成严重的性能降低等。

迪尼玛的展放，以往施工主要使用大型张力机展放和人力软展放。大型张力机因其自身张力较大，一般在5kN左右，迪尼玛绳受力较大，容易损坏，这样展放不经济。人力展放迪尼玛绳不仅在人力物力上不可取，而且在展放容易将表皮损坏，影响使用寿命，加大施工过程中的安全风险。为了确保施工安全，保护生态平衡和自然环境，减少青赔费用，如何有效的进行迪尼玛的展放，并提高施工效率，保证迪尼玛在架线施工中的使用安全，成为了要必须解决的一个课题。研制和应用新型展放导引绳设备用于电网建设的架线施工迫在眉睫。

在针对这一课题，我们开展了新型无动力张力机的研制，并在施工中取得了成功。它可以快速的进行迪尼玛的展放，降低了因迪尼玛软展放所带来的安全隐患、并延长了迪尼玛的使用寿命，而且该装置操作简单、成本低，固定资产也得到保值和增值，满足了企业降本增效的要求。

1.2目的和意义

新型无动力张力机的研制具有创新性，减少了动力系统，降低了成本，避免了大气污染，低噪音，具有环保性，性能达到国际先进水平，填补了我公司新型无动力张力机无外配动力技术的空白，提高了电力施工技术机械装备技术实力和技术水平，降低了电网建设成本，增强了科技实力。提高了经济效益，适应施工生产需求和电网建设的发展趋势，具有良好的推广应用前景。

2.无动力张力机研制目标设定

2.1设定无动力张力机对引绳的展放具有一定的可控性：引绳的展放速度和张力的大小可以有限控制、调节。

2.2设定无动力张力机的最大张力为：1T。

设定无动力张力机的持续张力为：0.9T。

2.3设定无动力张力机的最大通过半径是12mm。

2.4设定无动力张力机主轴的最大拖引速度为：2KM/h。

3.技术方案设计及原理

新型无动力张力机的设计主要由控制系统和非控制系统组成，控制系统分为：溢流阀（溢流阀YF-L10H4）和液压阀门。非控制系统主要分为：液压系统和机械系统。

新型无动力张力机设计原理主要分为液压系统和机械系统两大部分。机械系统包括减速箱、滚筒和支架。减速箱设有减速机构，通过减速机构控制滚筒的转速的快慢。支架主要是通过钢管做成的架子，支撑无动力张力机的动力单元。张力机的两个滚筒齿轮2,3和减速器输出齿轮4同时啮合，并保证精确的安装在支架上，从而有效的确保了在支架的支撑下减速箱有效的控制了滚筒速度的大小。在该支架上分别通过轴承和转轴安装有第一张力轮和第二张力轮，该第一张力轮的转轴与动力输出轴的一端啮合，而该动力输出轴的另一端与液压马达的输入端啮合，该液压马达的进口通过管路依次与溢流阀、过滤器、张力表和液压马达的出口连通。

液压部分主要分为：执行元件、控制元件和辅助元件。执行元件包括液压泵，控制元件包括安全阀、张力阀、截止阀以及紧急制动阀，辅助元件包括压力表、管路、液压油箱和液压滤芯。牵引机牵引钢丝绳带动张力机放线机构上的滚筒1运动，滚筒1的滚筒齿轮和减速器输出齿轮9带动滚筒7运动，此时液压马达通过减速输出齿轮9的运动传递给液压马达，即产生泵轴的输入作用力矩，而在泵的出口连接了溢流阀4，借助它的调节液压系统产生压力油，压力油形成阻力矩与作用力矩相平衡。张力表5接在液压泵3与液流阀4之间，显示液压泵4的出口张力，并通过溢流阀4控制张力的大小来控制滚筒1、7转速的快慢。以上是一个放线工序的完成。当在液压油突然泄压情况下，为了保证施工的安全性，可以用脚踩下紧急制动阀8。（如图2所示）

图2无动力张力机整体工况

3.1无动力张力机基本组成

关于无动力新型无动力张力机的设计主要由机械部分和液压部分组成，机械部分分为：减速箱、滚筒和支架。液压部分主要分为：执行元件、控制元件和辅助元件。执行元件包括液压泵，控制元件包括安全阀、张力阀、截止阀以及紧急制动阀，辅助元件包括压力表、管路、液压油箱和液压滤芯。基本组成图见图3

图3基本组成图

液压油箱的介绍：液压油箱用来储存保证液压系统工作所需的油液的容器。

液压油箱的原理图为

图4液压油箱的原理图

3.2液压部分设计

斜盘轴向柱塞泵XB-F40的介绍:

轴向柱塞泵是采用配油盘配油，缸体旋转，靠变量头变量的斜盘式轴向柱塞泵。该泵采用液压静力平衡的最佳油膜厚度设计，使缸体与配油盘、滑靴与变量头之间处于纯液体摩擦下运转，具有结构简单、体积小、噪音低、效率高、寿命长和有自吸能力等优点。斜盘轴向柱塞泵XB-F40外形尺寸图：（如图3所示）

斜盘轴向柱塞泵XB-F40的技术参数：

表1斜盘轴向柱塞泵XB-F40的技术参数表

溢流阀的选择：

通过对无动力张力机的整体设计，溢流阀的介绍为：

溢流阀的定义：一种液压压力控制阀。在液压设备中主要起定压溢流作用，稳压，系统卸荷和安全保护作用。

稳压作用：溢流阀串联在回油路上，溢流阀产生背压运动部件平稳性增加。

对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过载能力大，噪声小。

溢流阀YF-L10H4的参数表：

表2溢流阀YF-L10H4的参数表

滚筒的直径计算：

所以通过计算，其滚筒为直径为290mm

槽型的选择：

张力机槽型主要分为浅槽型和深槽型两种，而本次无动张力机的研制，主要是针对ф4~ф12的迪尼玛，所以选用浅槽型最好。如图4所示：

要保证张力轮在承受最大力情况下，迪尼玛绳同张力轮之间不会打滑。必须满足：

浅槽型槽型的参数计算为：

R≥0.5d

0.4d˃h˃0.3d

t˃5+2R

R为地槽直径，mm

h为槽深，mm

d使用最大迪尼玛的直径，d=12mm

槽型的选择：

t为节距

通过计算的：低槽直径R>6.36mm，节距：t>17mm，

槽深4.8mm>h>3.6mm

所以，关于槽型选择的具体值为：

R=7mm；

t=18mm；

h=4mm。

张力轮槽数的确定：

n为迪尼玛在张力轮上有效的缠绕圈数

u为迪尼玛和轮槽之间的摩擦系数：取u=0.15

T1为张力机的最大张力：T1=10KN

T2为尾部张力：T1≤0.1KN

通过计算取得圈整数：n=6

通过新型无动力张力机的具体工作原理及结构，绘制出了无动力张力机装置图如图5所示。

图5无动力张力机装置图

3.3液压原理简介

新型的无动力张力机，包括由机械部分和液压部分，该机械部分通过减速箱、滚筒和支架组成，液压部分主要由执行元件、控制元件和辅助元件组成，其特征在于：牵引机牵引钢丝绳带动新型无动力张力机放线机构上的导线（1）运动，从而使张力轮（2）,（3）转动，带动液压马达（张力工况时起泵的作用）旋转，即产生了泵的输入作用力矩，从而在泵的出口链接高压溢流阀（7），借助它的调压系统产生压力油，压力油形成阻力矩与作用力矩相平衡。张力表（5）是接在液压泵（4）与溢流阀（7）之间，显示液压泵（4）的出口压力。见原理图1

图1无动力张力机液压原理图

3.4无动力张力机整体工况测试

本无动力张力机，包括减速箱、滚筒和支架所述的减速箱设有减速机构，通过减速机构控制滚筒的转速的快慢。所述的支架主要是通过钢管做成的架子，支撑无动力张力机的动力单元。张力机的两个滚筒齿轮2,3和减速器输出齿轮4同时啮合，并保证精确的安装在支架上，从而有效的确保了在支架的支撑下减速箱有效的控制了滚筒速度的大小。液压部分主要分为：执行元件、控制元件和辅助元件。执行元件包括液压泵，控制元件包括安全阀、张力阀、截止阀以及紧急制动阀，辅助元件包括压力表、管路、液压油箱和液压滤芯。牵引机牵引钢丝绳带动张力机放线机构上的滚筒1运动，滚筒1的滚筒齿轮和减速器输出齿轮9带动滚筒7运动，此时液压马达通过减速输出齿轮9的运动传递给液压马达，即产生泵轴的输入作用力矩，而在泵的出口连接了溢流阀4，借助它的调节液压系统产生压力油，压力油形成阻力矩与作用力矩相平衡。张力表5接在液压泵3与液流阀4之间，显示液压泵4的出口张力，并通过溢流阀4控制张力的大小来控制滚筒1、7转速的快慢。以上是一个放线工序的完成。当在液压油突然泄压情况下，为了保证施工的安全性，可以用脚踩下紧急制动阀8。在该支架上分别通过轴承和转轴安装有第一张力轮和第二张力轮，该第一张力轮的转轴与动力输出轴的一端啮合，而该动力输出轴的另一端与液压马达的输入端啮合，该液压马达的进口通过管路依次与溢流阀、过滤器、张力表和液压马达的出口连通。

此无动力张力机在我公司的多条施工线路施工中得以应用，并取得了良好的口碑与经济效益，该QC成果也获得了公司质量管理优秀奖，同时也获得了实用新型专利，在创新改进过程中我们不断在努力。

4.无动力张力机研究成果创新点

4.1可控性

无动力张力机通过溢流阀和液压阀门，对引绳的展放具有一定的可控性：

主要是可以控制引绳的展放速度2km/h；

无动力张力机的最大张力达到1T；

无动力张力机的持续张力保持在0.9T。

4.2可靠性

新型无动力张力机采用牵引机牵引被动驱动，通过液压系统和机械系统协同作用，当系统压力突然下降的情况，制动器就会关闭，保证导线张力不消失，防止下落，保证安全作业。

4.3环保性

新型的无动力张力机减少了动力系统，噪音低，避免了大气污染。同时，该成果占地面积小，保护生态平衡和自然环境，减少青赔费用，具有环保性。

5、经济效益及社会效益

5.1无发动机，减少能源消耗和噪音，无大气污染，具有高环保性，降低对人体的伤害。

5.2无动力张力机在现场施工中发挥良好效果，轻巧便于运输，适用于各种地形，大大减小了大型牵张设备进场所需的修路费用。

5.3经现场测试该成果整体性能已达到国际先进水平，它的应用可减少公司对张力架线机械设备对外采购的依赖性，有效提高企业经济效益。

5.4无动力张力机的研制，其最小张力远低于普通张力机的最小放线张力，特别适用于迪尼玛绳及其它绳索的张力展放，大大提高了电力放线施工的安全性，大大减少人力和财力、物力的浪费，有效的解决了无人机和迪尼玛绳展放的绳索易断等不安全，效率低的问题。

5.5该无动力张力机应用广泛，适用于各种电压等级的施工，适应当前电网建设的发展趋势，为支撑现代化电网安全施工提供了有力的技术保障，同时也填写了我公司无动力张力机的空白。

6、参考文献

[1]雷天觉主编《新编液压工程手册》北京：北京理工大学出版社1998.

[2]黄宏甲、黄谊、王积伟主编《液压与气压传动》北京：机械工业出版社2001Pedrycz

[3]刘连山主编《流体传动与控制》北京：人民交通出版社1983

[4]张利平、邓钟明主编《液压气动系统设计手册》北京：机械工业出版社1997

[5]成大先主编《机械设计手册》第三版第三卷化学工业出版社2001

[6]成大先主编《机械设计手册》第四版第四卷化学工业出版社2002

[7]路甬祥主编《液压气动设计手册》北京：机械工业出版社2003