本發(fā)明屬于電力安全監(jiān)測設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種提高組塔轉(zhuǎn)向滑車安全性的方形工器具。

背景技術(shù)：

榆橫～濰坊1000千伏特高壓交流輸變電工程線路工程(6標(biāo)段)全線位于山西省境內(nèi)，線路為兩條單回路架設(shè)，單回路線路全長78.979km，地形比例：35％為山地，65％為高山大嶺無人區(qū)。全線共計(jì)155基，其中耐張塔33基，直線塔122基，塔型全部為角鋼塔。

目前，在輸電線路組塔過程中，普遍將轉(zhuǎn)向滑車連接到一個(gè)由卸扣組成的受力系統(tǒng)上，再分別固定于四個(gè)塔腿的施工孔上。在施工過程中，由卸扣組成的受力系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻受力或橫向受力的情況，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

受力點(diǎn)平衡原理

根據(jù)空間一般力系的簡化結(jié)果，得到空間一般力系平衡的充分必要條件是，力系的主矢和對任一點(diǎn)的主矩均為零，即一般力系平衡的幾何條件是，力系簡化的力矢多邊形和力偶矩多邊形同時(shí)封閉。

力系平衡且m0＝∑m0(fi)＝0

由∑fi＝0、∑m0(fi)＝0向直角坐標(biāo)軸投影，得：

∑fx＝0∑fy＝0∑fz＝0

∑mx＝0∑my＝0∑mz＝0

即空間力系平衡方程基本形式。

1.起吊重量的計(jì)算

設(shè)吊裝構(gòu)件的最大重量為g0，則計(jì)算起吊構(gòu)件的重量：

g＝k1k2g0

式中k1——?jiǎng)雍上禂?shù)，取1.1～1.2；k2——不平衡系數(shù)，取1.05～1.1。

2.調(diào)整大繩的受力計(jì)算

設(shè)起吊構(gòu)件的計(jì)算重量為g，調(diào)整大繩的受力為p，牽引鋼繩的受力為s，調(diào)整大繩與地面夾角為α，牽引鋼繩與桿塔軸線夾角為β，如圖4所示。

根據(jù)節(jié)點(diǎn)力系的平衡原理，可立下面兩個(gè)方程式：

設(shè)∑x＝0，則psinα＝ssinβ；

設(shè)∑y＝0，則g+psinα＝ssinβ。

解方程組得調(diào)整大繩受力為：

式中p——調(diào)整大繩受力(kg)；α——調(diào)整大繩與地面夾角；β——牽引鋼繩與桿塔軸線夾角。

3.牽引鋼繩受力

根據(jù)構(gòu)件起吊方式的不同，牽引鋼繩的受力計(jì)算分為兩種情況：直接牽引及加動(dòng)滑車牽引。(1)直接牽引時(shí)(不計(jì)各滑車的摩擦阻力時(shí))

牽引鋼繩受力為：

(2)采用動(dòng)滑車時(shí)，如不計(jì)動(dòng)滑車的摩擦阻力，則牽引鋼繩的受力為直接牽引時(shí)的1/2，即：

在滑車存在摩擦阻力的情況下，牽引鋼繩需依次通過動(dòng)滑車、朝天滑車、腰滑車、地滑車(轉(zhuǎn)向滑車)，然后引至牽引動(dòng)力。所以牽引鋼繩的實(shí)際受力，需計(jì)算各滑車阻力系數(shù)ε阻的影響。

4.動(dòng)滑車受力

動(dòng)滑車的受力如圖5所示。

根據(jù)力系平衡條件，動(dòng)滑車的受力等于s或2s動(dòng)

5.朝天滑車受力

朝天滑車的受力如圖6所示。根據(jù)起吊方式的不同，其計(jì)算公式分別為：

(1)單吊時(shí)

n＝scosβ1+scosβ2

當(dāng)β1＝β2時(shí)

n＝2scosβ

式中n——朝天滑車受力值(kg)；β、β1、β2——牽引鋼繩與抱桿間的夾角。

(2)雙吊時(shí)

①直接起吊

n＝2scosβ1+2scosβ2

當(dāng)β1＝β2時(shí)

n＝4scosβ

②加動(dòng)滑輪起吊

n＝2s動(dòng)cosβ1+2s動(dòng)cosβ2

當(dāng)β1＝β2時(shí)

n＝4s動(dòng)cosβ

或

n＝2scosβ

通過現(xiàn)場調(diào)查、驗(yàn)證、測量測試，采用現(xiàn)用的由卸扣組成的受力組件，受力方向僅有1向或2向，力矩分散不足，塔腿僅有一側(cè)的1個(gè)或2個(gè)塔腿處于受力狀態(tài)，容易對塔腿鋼材的內(nèi)部構(gòu)造存在一定的損傷；借助振幅傳感器測量卸扣組成的受力組件在工作過程中的振動(dòng)幅度，通過振動(dòng)幅度計(jì)算受力組件的安全性和損耗情況，確定由卸扣組成的受力組件的使用壽命。

通過以上測量分析，研發(fā)小組確定造成轉(zhuǎn)向滑車安全風(fēng)險(xiǎn)的因素如下：1.施工人員的經(jīng)驗(yàn)不足；2.卸扣規(guī)格不合適；3.未采用合理的轉(zhuǎn)向工具；4.鋼絲繩套設(shè)置方向不合理；5.山區(qū)地形高差大。針對影響安全風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)因素，小組通過研討與考察，確定研發(fā)一種新型的方形工器具作為轉(zhuǎn)向工具，用于消除原來由卸扣組成的不均勻受力或橫向受力的現(xiàn)象，進(jìn)而提高組塔施工轉(zhuǎn)向滑車的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，安裝方便、拆除便捷、安全可靠、提高施工效率的提高組塔轉(zhuǎn)向滑車安全性的方形工器具。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種提高組塔轉(zhuǎn)向滑車安全性的方形工器具，其特征在于：包括主體以及多個(gè)耳朵，主體是由鋼管首尾焊接制成的正方形框體結(jié)構(gòu)，主體的四角以及四邊框體的中心均安裝有耳朵，每邊長中間耳朵朝斜上方45度角；主體的四角均制為圓弧角過渡；在四邊框體中心所安裝的耳朵兩側(cè)均安裝有一個(gè)耳朵。

而且，所述主體的鋼管外徑60mm，內(nèi)徑48mm，壁厚6mm；耳朵的孔徑均為38mm，厚度10mm；中心的耳朵距離相鄰兩個(gè)耳朵各125mm。

而且，所述方形工器具的計(jì)算方法：

(1)利用受力平衡方程計(jì)算牽引鋼繩及轉(zhuǎn)向滑車受力情況；

工作中，轉(zhuǎn)向滑車或地滑車的受力f地＝(1.41～1.6)s或＝2.82s

其中，s為牽引鋼繩的受力，s＝cosαg/cos(α+β)，g為起吊構(gòu)件的實(shí)際重量，α，β分別為調(diào)整大繩與地面夾角和牽引鋼繩與桿塔軸線夾角。

最終，設(shè)計(jì)方形受力器具作為轉(zhuǎn)向工具，保證與鐵塔根開形狀一致，并與四條塔腿的分布情況相匹配，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向滑車所受力向四條塔腿均勻分散，消除原來由卸扣組成的不均勻受力或橫向受力的現(xiàn)象，將力矩分散到方形邊長的鋼管來承受，進(jìn)而提高組塔施工轉(zhuǎn)向滑車的安全性。

(2)利用abaqus有限元計(jì)算分析軟件，采用模擬靜態(tài)試驗(yàn)方法，計(jì)算分析方形工器具的形狀、材料和尺寸，得出適合現(xiàn)場吊裝鋼繩拉力的方形工器具尺寸為方形受力器具，

計(jì)算獲得的具體尺寸外邊長500mm，內(nèi)邊長380mm，外邊長的四個(gè)角為半徑160mm的90°弧長，內(nèi)邊長的四個(gè)角為半徑80mm的90°弧長；

(3)采用一體化低壓鑄造工藝。

而且，所述工器具應(yīng)用安裝方法：

(1)安裝準(zhǔn)備，施工前編制施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，準(zhǔn)備所需工器具，明確各安裝過程的負(fù)責(zé)人員，并對具體情況制定安全技術(shù)措施；

吊裝設(shè)備時(shí)，準(zhǔn)確掌握該設(shè)備的重量，以防起重機(jī)械超負(fù)荷吊裝；

熟悉施工地點(diǎn)周圍環(huán)境，有針對性地提出預(yù)防措施；

(2)連接，通過手板葫蘆及鋼絲繩套依次連接方形工器具的四角的耳朵與塔腿對應(yīng)部分；通過卸扣連接轉(zhuǎn)向滑車與方形工器具，連接時(shí)選取合適規(guī)格的卸扣、鋼絲繩套，確保連接牢固。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1輕便易操，提高工作效率，該方形工器具材料用量少，重量輕，一套工器具組合后重量僅10kg，輕便易操作，兩人配合緊固螺栓即可完成安裝，不需要再增加工作人員。新型方形工器具在組塔施工中應(yīng)用后，平均每個(gè)桿塔節(jié)約勞動(dòng)力5名，節(jié)約了人工成本30萬元、材料成本45萬元，施工周期縮短了30天，總計(jì)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本90萬元。

2.質(zhì)量可靠，確保施工安全，基于受力點(diǎn)平衡原理所研究的方形工器具，首先通過了abaqus有限元仿真模擬試驗(yàn)；后期通過在工程中的實(shí)施應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)研究的方形工器具能夠滿足施工現(xiàn)場吊裝的最大拉力4.5噸，經(jīng)過時(shí)長一個(gè)月的吊裝后，對方形工器具進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)方形工器具整體沒有屈服變形。而在正常施工中，牽引繩的拉力均不超過此最大拉力。因此，通過45#鋼一體鑄造的方形工器具強(qiáng)度符合現(xiàn)場施工受力需要，強(qiáng)度高，不易變形損壞、可長期重復(fù)使用不需經(jīng)常報(bào)廢更新，符合安全要求，能夠有效提高轉(zhuǎn)向滑車安全性。

3.受力穩(wěn)定，保證施工質(zhì)量，基于受力點(diǎn)平衡原理設(shè)計(jì)研究的方形工器具在初期實(shí)驗(yàn)應(yīng)用過程中沒有出現(xiàn)卸扣受力不均的現(xiàn)象，有效提高了施工的安全性，此外相比原有的卸扣吊裝方式，也盡可能避免了塔材的磕碰，較大程度上保證了施工工藝質(zhì)量。

4、通過現(xiàn)場調(diào)查、驗(yàn)證、測量測試和成果應(yīng)用實(shí)踐，該成果在榆橫～濰坊1000千伏特高壓交流輸變電工程線路工程(6標(biāo)段)中得到應(yīng)用，相比傳統(tǒng)卸扣組裝，新型方形工器具的應(yīng)用提高了施工安全和質(zhì)量，達(dá)到了使用方便的目的，同時(shí)有效的節(jié)約了土地和人力資源，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有良好的推廣前景。

附圖說明

圖1為方形工器具示意圖；

圖2為圖1中局部剖視圖；

圖3為方形工器具安裝示意圖；

圖4調(diào)整大繩、牽引鋼繩受力計(jì)算圖；(a)受力圖；(b)力三角圖

圖5動(dòng)滑車受力圖；

圖6朝天滑車受力圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種提高組塔轉(zhuǎn)向滑車安全性的方形工器具，

包括主體1以及多個(gè)耳朵2，主體是由鋼管首尾焊接制成的正方形框體結(jié)構(gòu)，主體的鋼管外徑60mm，內(nèi)徑48mm，壁厚6mm，主體的四角以及四邊框體的中心均安裝有耳朵，每邊長中間耳朵朝斜上方45度角；

主體的四角均制為圓弧角過渡，提升安全性；

為了便于調(diào)整，在四邊框體中心所安裝的耳朵兩側(cè)均安裝有一個(gè)耳朵，中心的耳朵距離相鄰兩個(gè)耳朵各125mm，

上述耳朵的孔徑均為38mm，厚度10mm，采用低壓鑄造工藝制成。

方形工器具的計(jì)算方法：

(1)利用受力平衡方程計(jì)算牽引鋼繩及轉(zhuǎn)向滑車受力情況，代替原來的簡單估測方法，提高轉(zhuǎn)向滑車受力組件的科學(xué)性；

工作中，轉(zhuǎn)向滑車或地滑車的受力f地＝(1.41～1.6)s或＝2.82s

其中，s為牽引鋼繩的受力，s＝cosαg/cos(α+β)，g為起吊構(gòu)件的實(shí)際重量，α，β分別為調(diào)整大繩與地面夾角和牽引鋼繩與桿塔軸線夾角。

最終，設(shè)計(jì)方形受力器具作為轉(zhuǎn)向工具，保證與鐵塔根開形狀一致，并與四條塔腿的分布情況相匹配，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向滑車所受力向四條塔腿均勻分散，消除原來由卸扣組成的不均勻受力或橫向受力的現(xiàn)象，將力矩分散到方形邊長的鋼管來承受，進(jìn)而提高組塔施工轉(zhuǎn)向滑車的安全性。

(2)利用abaqus有限元計(jì)算分析軟件，采用模擬靜態(tài)試驗(yàn)方法，計(jì)算分析方形工器具的形狀、材料和尺寸，得出適合現(xiàn)場吊裝鋼繩拉力的方形工器具尺寸為方形受力器具，

本實(shí)施例計(jì)算獲得的具體尺寸外邊長500mm，內(nèi)邊長380mm，外邊長的四個(gè)角為半徑160mm的90°弧長，內(nèi)邊長的四個(gè)角為半徑80mm的90°弧長；選用45#鋼低壓鑄造而成。

經(jīng)過計(jì)算得出的方形工器具尺寸，在輸電線路鐵塔組立、放緊線施工、變電施工及各類檢修運(yùn)維施工中不同規(guī)格的角鋼上均適用此方形工器具，不需要配置多種規(guī)格，通用性強(qiáng)，適用范圍廣；此外，45#鋼，材料市場供應(yīng)充足，容易采購，機(jī)械加工簡單，單套模具生產(chǎn)加工成本僅600元，加工制作在保證質(zhì)量可靠的同時(shí)還能降低成本，推廣應(yīng)用效果顯著。

(3)采用一體化低壓鑄造工藝，提高器具強(qiáng)度的同時(shí)提高產(chǎn)能，低壓鑄造工藝相對簡單，具備鑄造利用率高、鑄件強(qiáng)度高、氣體等雜物卷入少等優(yōu)勢，采用低壓鑄造可在一定程度上提高器具強(qiáng)度的同時(shí)提高產(chǎn)能，具備相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。

上述方形工器具設(shè)計(jì)制作方法

通過小組內(nèi)部研討和相關(guān)計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的方式，確定受力工器具基本形狀為方形，并與鐵塔根開形狀一致，四角角度與鐵塔腿的分布情況相匹配，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向滑車的受力向四向分散，改變原來不穩(wěn)定的受力方向。

通過對比市面上相關(guān)的可用鋼材，選定45#鋼作為鑄造方形工器具的材料。45#鋼作為常用的中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，退火、正火比調(diào)質(zhì)時(shí)要稍好，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。該鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其綜合力學(xué)性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼，當(dāng)直徑大于80mm時(shí)，經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火后，其力學(xué)性能相近，對中、小型模具零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強(qiáng)度和韌性，而大型零件，則以正火處理為宜。

對比模具鑄造相關(guān)工藝，如高壓鑄造、低壓鑄造、重力鑄造，根據(jù)方形工器具的相關(guān)規(guī)格要求，選定低壓鑄造的方式，在保證方形工器具質(zhì)量和壽命的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，具備一定的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

通過autocad制圖軟件設(shè)計(jì)方形工器具工程圖，并標(biāo)注相應(yīng)的生產(chǎn)工藝要求，導(dǎo)出方形工器具的三維圖(主視圖、俯視圖、左視圖)，方便專業(yè)鑄造工廠設(shè)計(jì)相應(yīng)的一體化低壓鑄造模具并生產(chǎn)鑄造。

研發(fā)小組堅(jiān)持“工匠精神”，設(shè)置了嚴(yán)格的方形工器具的受力試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場施工試驗(yàn)，針對理論情況與真實(shí)情況的差異，逐步完善設(shè)計(jì)圖紙，提高方形工器具設(shè)計(jì)方案的可靠性和穩(wěn)定性，保證特高壓組塔施工的質(zhì)量和安全。

工器具應(yīng)用安裝方法

安裝準(zhǔn)備，施工前編制施工組織設(shè)計(jì)或施工方案，準(zhǔn)備所需工器具，明確各安裝過程的負(fù)責(zé)人員，并對具體情況制定安全技術(shù)措施。如吊裝設(shè)備時(shí)，準(zhǔn)確掌握該設(shè)備的重量，以防起重機(jī)械超負(fù)荷吊裝。熟悉施工地點(diǎn)周圍環(huán)境，有針對性地提出預(yù)防措施。

連接，通過手板葫蘆及鋼絲繩套依次連接方形工器具的a、c和b、d四角的耳朵與塔腿對應(yīng)部分；通過卸扣連接轉(zhuǎn)向滑車與方形工器具，連接時(shí)選取合適規(guī)格的卸扣、鋼絲繩套，確保連接牢固。

盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。