一种新型直线塔挂点金具的研究与应用.pdf

设备管理与维修2023 翼8（下）的操作难度，降低人为错误操作带来的安全隐患，间接提升行车和施工作业安全。（3）降低后期的维护难度和成本，节约资源。（4）可配合原有 GYK、GMS、CIR、6A、轴报、视频和火灾报警装置或设备主机，除实现原有显示器的所有完整功能外，还增加了数据综合统计分析功能，利于设备维护、车辆管理、故障分析、资源共享及车辆组织运营管理。（5）关联数据自动更新功能，提高了设备维护智能化管理水平和数据分析人员工作效率。（6）实现多设备集成式管理和远程监控管理，提高运用单位的工作效率，节约使用成本。（7）提供资源共享接口，提升车辆组织运营管理效率。6结束语自轮运转车辆多种车载设备终端融合的集中显示器技术，实现了对 GYK 设备、视频监控设备、运用安全管理系统（6A）、轴温监测装置、火灾报警装置、机车无线通信电台（CIR）等车载设备终端显示器，在保证相关设备功能完整的前提下进行融合集成，不仅包括机械结构和硬件的集成，还包括软件功能的集成，并增加了数据综合统计分析及多设备集成式管理等功能。将行车所需的所有信息显示在集中显示器上，简化布线、节省空间，更有利于司机观察设备状态，整体更为简洁、美观，并且降低了后期维护难度和成本，降低人为错误操作带来的安全隐患。同时，集中显示器具备数据综合统计分析功能、关联数据自动更新功能，能够实现多设备集中式管理和远程监控管理，提高工作效率。参考文献1姜丹.探究轨道车 GYK 运行控制设备维护管理 J.中国战略新兴产业，2017（12）：159-160援2杜宪.GYK 轨道车运行控制设备的设计与实现 J.河南科技，2014（2）：101.3姜丹.GYK轨道车运行控制设备故障应急处理方法分析 J.现代制造技术与装备，2017（1）：168-169.4羊鸣.轨道车运行控制设备测试系统的设计与实现 D.大连：大连理工大学，2015援5申瑞源.机车车载安全防护系统（6A 系统）总体方案研究 J.中国铁路，2012（12）：1-6.编辑张韵0引言随着城市的发展，社会的用电需求逐步增加，越来越多的输电线路将电能源源不断地输送到千家万户。而架空输电线路在实际运行中，连续两基铁塔由于所处地理环境等原因会存在高差，甚至存在连续两基铁塔一基在山顶，下一基在山底的情况，而同一相两条绝缘子由于型号、长度相同，就会存在一条绝缘子受力另一条相邻绝缘子不受力情况1，在这种情况下长期运行，会造成挂点金具长时间单边受力，出现金属老化和断裂，发生掉串等危险，影响线路安全运行。本文研究一种新型的连接金具，能够随着线路运行工况的变化而自动调节绝缘子的长度和受力，保证双绝缘子尽可能地均匀受力，延长设备使用寿命，保障线路安全运行。1挂点金具运行情况分析1.1挂点金具故障原因据统计，南方电网广东电网有限责任公司 110 kV 及以上导线、地线脱落主要有 3 方面原因：淤铁塔挂点金具断裂；于合成绝缘子断裂；盂导现、地线断线。其中，挂点金具断裂占导、地线脱落事故原因的 70%2。输电金具作为输电线路运行的重要组成部分，其作用是连接绝缘子和铁塔。而挂点金具断裂原因有很多，如：金具的质量问题、金具的疲劳破坏、金具的电化学腐蚀等，其中金具的疲劳破坏致使输电线路发生运行事故最难控制。1.2现有解决方案及弊端为了避免同一相序两条绝缘子受力不均情况发生，通常在下山侧方向加装一个 Z-10 型直角挂板（图 1）。然而这种加装的直角挂板长度固定，受力情况不一定符合现场运行受力。处理受力不均的方法过于粗糙，对于不同的运行工况往往没有达到很好的效果。因为高差的不同，风力的变化，导线负荷的增减3，以及后期线路的消缺改造，都会对直线塔挂点受力造成不同程度的改变。上述方法存在着伸长长度不一定完全符合实际受力，长摘要：设计一种新型的直线塔挂点金具，适用于 110 kV、220 kV 架空输电线路直线铁塔绝缘子挂点处。通过高强度弹簧及防护罩，保证大高差、大档距两铁塔金具的合理力学分配。结合现场实际运行工况调节金具长度，防止出现一基铁塔同一相序两绝缘子挂点金具受力不均导致金具断裂、掉落的风险，为现场运行提供可靠保障，为输电线路检修提供一种新思路。关键词：绝缘子；挂点金具；直线塔；弹性形变中图分类号：TM933文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.69一种新型直线塔挂点金具的研究与应用吕嘉亮，孙天成，温带银，陈剑平，黄诗华（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）骳髉髜设备管理与维修2023 翼8（下）短串调整精确不够，以及对于挂点随时改变受力的情况无法有效解决等问题，仍然存在一定的安全隐患。通过以上分析，将现有做法弊端和急需解决问题总结如下：（1）增加固定连结金具，现场受力情况分析依据不足，直角挂板型号及长度固定，无法完全匹配现场运行工况。（2）额外增加金具，再次增加金具质量问题导致断裂等故障的概率。为了保证输电直线塔挂点双绝缘子尽可能地均匀受力，本文提出的新型直线塔挂点金具，用于解决输电直线塔挂点受力不均匀的问题。在实际检修中，如果一座直线塔在山顶，另外一座直线塔在山脚，两座塔的高差可达 40 m，容易出现一侧承受大部分的导线向下的垂直荷载，而另外一侧因导线向上的分力而弯曲变形，不利于线路的安全可靠运行。2技术方案针对此问题，本文创新性地研制一种新型可调节金具，适用于该类环境的运行场景。本设计基于弹簧的弹性形变特性，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并将机械能转化成弹性势能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将弹性势能转化为机械能或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。而当两基铁塔高差较大时，可通过弹簧的弹性形变来改变金具的长度，来适应现场的实际受力情况。确保不会发生一个绝缘子受力，一个绝缘子不受力所产生的疲劳破坏。为了确保该金具的稳定性，在弹簧两侧增加活动轨道，以防弹簧超过使用年限过长产生断裂危害。可调节金具主要组成部分如图2 所示。可调节金具通过螺栓将上挂点吊环与铁塔横担相连，通过螺栓与下挂点吊环与绝缘子球头挂环相连接，该金具上水平支撑架相对与下水平支撑架两侧固定安装有两个上垂直支撑架，上、下垂直支撑架之间通过第二锁紧螺栓固定连接，上水平支撑架与下水平支撑架之间设有连接弹簧，连接弹簧两端分别通过吊环固定件固定，吊环固定件包括销轴，销轴固定安装在上水平支撑架或下水平支撑架内，且销轴一端还固定安装有安装环。上下水平支撑架材料为热锌镀钢。上水平支撑架与下水平支撑架相对一侧均开设两个连接槽，当该金具受力以后依靠弹簧的塑性形变来改变金具长度，本文选择弹簧材料的时考虑其使用条件（载荷性质、大小及循环特性、工作持续时间、工作温度等）以及加工、热处理和经济性等因素。为了保障弹簧能够可靠地工作，其材料除应满足具有较高的强度极限和屈服极限外，还必须具有较高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性、塑性和良好的热处理工艺性等。实践中应用广泛的是弹簧钢，其品种又有碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢等。本文选择铬钒钢作为弹簧材料，该材料向钢中添加钒（如50CrVA），可细化钢的结构，提高钢的强度和韧性。这种材料具有良好的抗疲劳和抗冲击性能，可以在-40耀210 益的温度下可靠地工作，适用于输电线路高强度受力，设计实验最大破坏强度为 150 kN，可满足 110 kV、220 kV 甚至 500 kV 电缆的受力，弹簧两侧设计上下垂直支撑导轨，谨防弹簧塑性形变甚至破坏时所需要的拉力。3应用及成效3.1应用该成果已于 2021 年在广东电网公司江门供电局输电管理一所检修工作中试用，结合其试用过程中整体计划及作业过程应用步骤如下：淤通过输电线路基础资料，筛选出大高差档距的直线塔，制定工作计划，排查出挂点双绝缘子疑似受力不均的杆塔位置；于通过无人机精细化巡视工作，对铁塔中的挂点金具进行拍摄和分析，锁定需要更换新型直线塔挂点金具的铁塔；盂逐步将旧式金具更换为新型直线塔挂点金具。3.2成效（1）筛选出挂点双绝缘子疑似受力不均的杆塔。此方法的实现主要是对输电基础数据进行分析处理，主要是针对杆塔明细表中的垂直档距差距大的直线塔进行初步筛选，筛选后制定出相应的大档距直线档表格数据，针对表格内容做好实际的排查工作安排和计划，合理选择工作成员并分配工作，制定最优排查路线。（2）无人机精细化巡视。使用无人机能近距离观察直线塔挂点是否存在明显受力不均的情况，当观察到明显受力不均的挂点后，使用无人机拍摄挂点金具真实照片，并检查金具损伤老化程度，提前发现线路缺陷，并对缺陷部位记录留底。（3）更换金具并总结。基于弹簧的弹性形变特性，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，并将机械能转化成弹性势能，而在卸载后弹簧的变形消失并回复到原状，同时将弹性势能转化为机械能或动能。弹簧的载荷与变形之比称为弹簧刚度，刚度越大，则弹簧越硬。当两基铁塔高差较大时，通过弹簧的弹性形变来改变金具的长度，来适应现场的实际受力情况。4总结新型直线塔挂点金具应用总结如下：（1）已经在 3 条线路共 8 基铁塔使用，铁塔加装张力调节器后，悬垂串会根据各悬挂点受力不同，伸长或缩短串长已达到受力平衡，保证线路安全运行。（2）设计防脱落活动轨道，防止弹簧超过使用年限过长产生断裂危害。（3）从根本上解决了传统方式无受力依据的错误做法，为输图 2可调节金具结构组成图 1直角挂板骳髉髝设备管理与维修2023 翼8（下）电运行提供可行的科学依据。综上所述，本成果达到了预期的目标，产品的性能得到了验证和完善，可以开展进一步的推广。5结束语新型直线塔挂点金具可以结合双串合成绝缘子现场实际受力情况，依靠弹簧的弹性形变实现双串绝缘子长短的合理分配，确保其不会发生一串受力一串不受力的情况，而常用的手段增加金具直角挂板，延伸长度不够科学合理，单纯增加长度也会影响现场实际运行情况。此金具能自动调整挂点受力，随时满足线路受力的需要，减少金具疲劳损伤的可能，延长设备工作寿命，减少后期维护和检修的成本，保障线路在运行安全可靠的前提下，提高其经济性。参考文献1王晓杰，许军，林朝晖，等.输电线路复合绝缘子温升现象及其成因分析 J.电瓷避雷器，2022（5）：165-171.2陈军君，胡加瑞，谢亿，等.典型工业区输电线路架金具腐蚀失效分析 J.腐蚀科学与防护技术，2013，25（6）：508-513.3张研，杨蕾，张军.输电线路导地线和金具极限状态设计参数研究 J.河海大学学报（自然科学版），2020，48（1）：79-86.编辑李波0引言2019 年 1 月，国家煤炭安全部门发布公告呼吁国内外科研机构和机器人技术公司积极与煤矿企业合作，促进煤矿机器人产业的发展进程，2020 年 6 月中国移动联合阳煤和华为合作的首个 5G 智能煤矿竣工，也标志着 5G+智能化煤矿建设迈出了意义重大的一步。对于综合机械化掘进技术方面，国内国外发展的智能化和无人化程度都较低1-2。在连续采煤掘进技术方面，目前美、德、英等国家在已经实现了全遥控控制，但我国起步较晚，国内首台连采机 ML340 如图 1 所示。在掘锚一体化掘进技术方面，国外的研究领先于国内，国外目前能够实现半自动化水平。1目前煤矿掘进机智能化研发应用情况当前随着国家政策的引导，智能化技术在煤矿掘进机中的应用越来越普遍，目前 5 种类型的煤矿机器人的研发应用情况如表 1 所示。2掘进机智能化技术及其特征智能化技术广泛应用于掘进机的自动截割系统、操作系统、信息显示系统，可以有效收集掘进机工作过程中的参数数据收集工作，从各个不同工作流程中，实现煤矿截割、装运及行走等各种不同工作环节的智能化控制3。智能掘进需要各类机器人精密协同的工作，需要具备以下智能化特征：淤环境和自身的状态感知；于行为自主决策；盂动作精准执行等。煤矿井下精确自主定位技术目前主要有基于视觉的导航技术、惯性导航技术、室内定位技术、多传感器融合技术等。西安科技大学马宏伟等研究了在煤矿井下无 GPS 的环境下，提出了通过激光雷达的 SLAM 技术实现机器人的位姿估计和环境地图构建（图 2）4。（1）煤智能截割技术中煤岩识别是掘进机截割头高度自适应调节的基础，国内学者实现通过振动检测、煤岩灰度值和纹理以及煤岩反射光谱等不同方法进行煤岩识别的理论基础和技术体系。掘进机的自动截割技术直接决定了巷道掘进前进工作面的延续性和完整性。中国矿业大学的王苏彧提出了一种有关纵轴式掘进机记忆截割的控制方法，田劼介绍了掘进机记忆截割控制方法5。（2）掘进机远程监控技术。煤矿巷道中工作面环境复杂、粉尘严重、劳动量大，安全隐患较多，因此实现掘进施工的无人化离不开远程监控系统，而远程监控系统需要施工环境监控技术和机器自身故障诊断技术。目前我国采用虚拟现实技术构建数字综掘工作面，执行“虚实同步、数据驱动、远程干预、人机协作”的掘进机工作策略，达到了设备远程监控的目的。掘进机的工作环境恶劣，较易发生故障，目前国内在掘进机截割部、截割系统故障诊断问题上已有理论基础和技术（图 3图 4）。（3）煤矿掘进装备需要引入机器人技术。掘进机中的液压执行机构是非线性、多输入、多输出系统。随着综掘工作面的自动化水平日新月异，需要将工业机器人控制理念引入进来，在机器摘要：煤炭在未来很长一段时间内仍然将是国内备受欢迎的能源。随着信息科技的飞速发展，煤矿巷道掘进机的智能化和无人化将是发展必然的趋势。掘进和回采是煤矿生产的重要环节，采掘技术及其装备水平直接决定了快速掘进能否实现，智能化和无人化需要人工智能、5G 传输、远程控制、物联网、智能截割技术以及机器人技术等新兴技术的引入，同时我国的掘进机技术理论基础薄弱，需要加强投入来突破关键核心技术。关键词：巡检机器人；机械化掘进；掘锚一体化；远程监控中图分类号：TD672文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.08D.70煤矿掘进机的智能化发展与挑战李扬（阳泉煤业集团华越机械有限公司，山西阳泉045000）骳髊髒