输电电缆井盖板简易起吊装置的研制_施兢业.pdf

Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期31文章编号：2095-6835（2023）03-0031-03输电电缆井盖板简易起吊装置的研制施兢业（国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏 常州 213000）摘要：目前输电电缆井盖板为重型混凝土盖板，针对使用撬棒及人工肩扛等传统方法开井盖难度大、隐患多，使用吊车起吊所需费用大、部分区域吊车无法到达等问题，研制基于杠杆原理的输电电缆井盖板简易起吊装置。该装置具有拆装和运输方便、省力、安全高效等特点。经现场使用，该装置可节省人力物力，降低安全隐患，提高输电电缆运维检修工作效率。关键词：输电电缆井盖板；杠杆原理；简易；起吊装置中图分类号：TM75文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.0101研究背景由于输电电缆具有占地少、美化城市、稳定性高等优势，在城市中正逐步取代输电架空线路。随着城市化建设的不断加快，输电电缆数量与日俱增，电缆井的数量也随之增加。目前输电电缆井盖板为重型混凝土盖板，长 1.84 m，宽 0.5 m，厚 0.15 m，重达400 kg，给输电电缆运维与检修工作带来较大难度。1.1常用的盖板开启方式目前常用的开启盖板方式有人工撬棒开启、人工肩扛及吊车起吊等。人工撬棒开启方式因工具简单而最为常用，该方法需要 34 人相互配合，由于盖板周围有不锈钢包边，在撬动的过程中易发生打滑，给盖板的开启带来困难，撬棒使用不当则会断裂，从而威胁人身安全，还存在配合不当造成盖板滑落砸伤井内电缆与附属设备的风险，且盖板不锈钢包边会因撬棒的挤压而受损；人工肩扛盖板的方式需 4 人配合，该方式适应性广、应用灵活、不易受场地限制，但抬起时一旦配合不当就会出现如盖板压脚、人员腰闪受伤、踩空跌入沟等人身安全事故；吊车起吊盖板有着安全性强、效率高的优点，但费用较高且需要占用交通道路并设置隔离区，严重影响交通，此外由于吊车本身体积较大，无法到达处于农田、居民区等区域的工作现场，该方法较少使用。1.2研究现状近年来，已有很多运检人员对电缆井盖板的开启进行了不少研究。窦征等1针对人工搬运电缆沟盖板时存在的问题，研制了使用方便、成本低、后期维护简单、安全稳定的电缆沟盖板搬运装置；曹吉领等2利用杠杆原理设计了一套单人就可轻松提升并移动重型盖板的提升装置；谢琼香等3为解决变电站电缆沟普通混凝土盖板因其自身固有缺点导致开合费时费力、威胁施工人员人身安全的问题，研制出一套电缆井盖板橇运辅助工具。2装置的设计本文研制的输电电缆井盖板简易起吊装置具有起吊、转移盖板的功能，由杠杆、吊具、支架和底座 4部分组成。为便于运输和搬运，装置可拆卸。吊具安装在杠杆的首端，通过卸扣与吊钩连接杠杆与吊环，吊环与盖板的防盗螺栓孔相匹配。人员在杠杆尾端下压并移动杠杆，利用杠杆原理达到安全、省力开启盖板的目的。2.1装置的结构该起吊装置由杠杆、吊具、支架和底座 4 部分组成，具体情况如下。2.1.1杠杆部分杠杆部分由杠杆主体及连接支点组成。杠杆主体为钢管，为便于运输，分为 3 截，采用插接并用螺栓固定的方式组装；2 处连接支点为 2 块开孔的钢板，焊接于钢管上，分别用于连接支架及吊具。考虑盖板坚固且表面平直，将装置放置于井面的其他盖板上可保持稳定，因此杠杆与被吊盖板相垂直，将盖板吊起 0.16 m（盖板底部超过井面 1 cm）时，杠杆头部至支架的垂直距离至少应为盖板宽度的 1/2，即0.25 m，计算得出较短端长度至少 0.297 m，为避免起吊过程中盖板与支架碰撞，将较短端长度设置为0.5 m，按照 L1L2=61，计算出较长端长度为 3 m，因此杠杆总长为 3.5 m。考虑钢管的运输和搬运问题，将较长端设计成等科技与创新Science and Technology&Innovation322023 年 第 03 期长的 3 段，每段长度为 1 m，使用内径为 50 mm 的无缝圆钢制作，3 节钢管插接重叠长度设置为 0.2 m，插接部分内径为 48 mm。为了保证组装后的稳定性，考虑在支点处焊接 3块相同尺寸的钢板，在钢板上开直径为 22 mm 的孔用于连接支架。杠杆结构与尺寸如图 1 所示。（a）杠杆长度（b）A 处钢板正面尺寸（c）B 处钢板尺寸图 1杠杆结构与尺寸图（单位：mm）2.1.2吊具部分吊具部分由链条、卸扣、吊钩和吊环组成。使用卸扣连接吊钩与链条，吊具两头依靠吊钩分别与杠杆及吊环连接，吊环与盖板的防盗螺栓孔相匹配。2.1.3支架部分支架部分由钢管和连接座组成，钢管用于连接底座，连接座为槽钢，用于连接杠杆的支点。以转动杠杆的方式将吊起的杠杆移到另一处。支架与杠杆通过螺栓连接，在杠杆的支点处焊接一块钢板，并在钢板上穿孔，用于插入连接螺栓，支架顶端为方形空心钢板，钢板穿孔用于插入连接螺栓，在钢板下方焊接镀锌钢管，底座部分直径较小的圆钢立柱插入镀锌钢管内，转动杠杆即可实现旋转。支架结构与尺寸如图 2 所示。图 2支架结构与尺寸图（单位：mm）2.1.4底座部分底座由立柱、加固片和底板组成，起支持与稳定整个装置的作用，立柱用于插接支架，底板设计成卡口式，依靠卡住盖板来增加稳定性。起吊高度为 0.16 m 时，根据 L1L2=61，计算得出动力臂向下移动的距离为 0.96 m，取支架的圆钢立柱高度为 1 m，直径为 38 mm。槽钢高为 200 mm，支架总高度为 1.2 m。底座结构与尺寸如图 3 所示。图 3底座结构与尺寸图（单位：mm）杠杆、支架及底座的组装效果如图 4 所示。图 4装置组装效果图（单位：mm）2.2理论论证已知重型盖板质量为 400 kg，设定动力臂与阻力臂的比值为 L1L2=61，取重力加速度 g=10 m/s2，根据杠杆原理的公式 F1L1=F2L2，计算得出：N 766661000 41221.LLFF=在静止状态下，一个人所能施加的最大下压力等于自身重力。成人男性可施加压力的平均值为 630670 N，因此可得出结论，最多 2 人即可使用该省力杠杆吊起盖板。常用重型盖板的尺寸规格为 1 840 mm500 mm150 mm，起吊高度应大于盖板高度 150 mm，设定起吊高度为 160 mm，根据 L1L2=61 计算得出动力5003 0001 3531 0001 000A10 mm钢板B310 mm钢板1003014030杠杆230 孔杠杆322 孔50钢板DN40 钢管20 螺栓85100D=22侧面底板正面圆钢立柱100加固片50501517镀锌管230 挂绳孔钢板加固片同拆装接口钢板拆装接口圆钢立柱钢板底座钢管501517右Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期33臂向下移动的距离为 960 mm，因此，当起吊装置初始为水平状态时，只要保证装置高度大于 960 mm 即可将盖板吊起到 160 mm。因此通过理论论证，该输电电缆井盖板简易起吊装置的杠杆尺寸和高度尺寸满足要求。可实现省力起吊重型电缆井盖板的目标。2.3选材及参数考虑钢材成本低廉、强度高，通过渡漆和热磷处理可增强抗腐蚀能力。虽然钢材质量较大，但能够满足参数、强度和经济性要求。因此选择钢材加工制成装置的杠杆、支架及底座部分，以热镀锌的方式进行防腐处理。吊具各部分根据设计进行采购。装置各部分材料及参数如表 1 所示。表 1材料及参数汇总表部位材料名称型号/尺寸杠杆无缝钢管 1非插接端内径 50 mm插接端内径 48 mm钢板 A、B厚度 10 mm支架槽钢厚度 10 mm无缝钢管 2DN40底座立柱圆钢外径 38 mm加固片钢板厚度 10 mm底座钢板厚度 8 mm吊具吊钩LC3800KG链条直径 8 mm卸扣7/8-8，WLL2T吊环直径 10 mm3使用效果经过多次现场试验，该输电电缆井盖板简易起吊装置达到了预期的使用效果。仅需 2 人相互配合即能完成安装及起吊盖板任务，拆装方便，可用一般工程车运输，可完全取代吊车、人工肩抬、撬棒等各类盖板开启方式。3.1拆装及运输方便该装置分为杠杆、支架、底座及吊具 4 部分，各部分通过插接及螺栓固定方式组装，安装、拆卸均可在 2 min 内完成，非常简便；各部件可放置于一般工程车中，便于搬运及运输。3.2安全高效使用该装置起吊电缆井盖板时，只需 2 人在杠杆尾部进行按压及选择杠杆的操作，可在 20 s 内完成盖板的起吊；各部位连接可靠、强度高，现场使用中未发生连接部位滑脱、断裂等情况；全程无需接触被起吊盖板，人员距离盖板较远，大大降低了安全风险。3.3稳定性高该装置底座设计为卡口式设计，可扣住电缆井盖板，加固片增加了立柱的稳定性，起吊时装置平稳，起吊过程顺畅，未出现装置倾倒、摇晃的情况；经过多次使用后，装置各部位未发生变形及断裂现象，可长期使用。4总结该输电电缆井盖板简易起吊装置具有拆装及运输方便、安全高效、稳定性高、灵活性高和不影响交通等优点，减少了开启盖板所需的人力物力，节约了输电电缆运检成本，降低了开启盖板过程中的安全隐患，电缆运检工作效率得到提高，可在输电电缆运检工作中推广使用。参考文献：1窦征，齐飞，孙鹏.变电站电缆沟盖板搬运装置设计J.农村电工，2021，29（6）：28.2曹吉领，冯超，张冲标，等.一种新型电缆井盖板提升小车的研制J.电力设备管理，2021（6）：200-201.3谢琼香，吴伟力，陈基顺.电缆沟盖板撬运辅助工具的研制J.机电信息，2016（33）：127-128.作者简介：施兢业（1992），男，硕士，工程师，主要从事输电电缆运检工作。（编辑：张超）（上接第 30 页）University of pennsylvania，2003.6CASTILLO P，LOZANO R，DZULA E.Modellingand control of mini-flying machines J .IEEEcontrol systems magazine，2006，26（3）：122-124.7 LEISHMANJG.Principlesofhelicopteraerodynamics M .Cambridge：Cambridgeuniversity press，2016.8KANELLAKOPOULOS I，KREIN PT.Integral-action nonlinear control of induction motorsJ.IFAC proceedings volumes，1993，26（2）：117-120.9KRSTI M，IOANNIS K，PETAR K.Nonlinear andadaptive control designM.USA，New Jersey：Wiley-interscience，1995.作者简介：郭诚（1990），男，硕士研究生在读，研究方向为旋翼飞行器运动控制。（编辑：丁琳）