新型多分裂角钢联板及其装配工装设计

肖聪

摘要： 联板是输电线路悬垂线路中的重要组成部分，目前常用的联板是有整块钢板切割而成，其材料利用率低，联板重量过重，且联板抗弯性能达不到海外工程要求，鉴于以上原因，本文设计了多分裂角钢联板，设计过程采用有限元仿真分析，确保了产品性能，并且设计了专用装配工装，保证了生产效率，目前多分裂角钢联板已投用到巴西美丽山二期输电线路，产品成本有了可观的降低。

关键词：角钢联板;节约成本;有限元分析;优化设计

1  引言

联板是输电线路悬垂线路中的重要组成部分，其在输电线路工程所用的电力金具中用于双联绝缘子串及多联绝缘子串的并联组装，绝缘子串与两根导线及多跟导线的组装等。目前常用的联板一种是由整块钢板切割而成，使得其加工材料利用率较低，此外传统联板面积较大、质量也较重，一方面造成了加工材料的浪费，另一方面也增加了金具串的重量，对线路的承重能力提出了较高的要求。另一种常用的联板虽然是由多个小部件构成，但是其抗弯性较差，在施工或后续使用时很容易发生弯折，严重影响了联板的使用寿命，降低了金具串的可靠性。

而此次新型角钢联板的应用项目——巴西美丽山二期项目，对联板抗弯性能要求非常高，新型角钢联板的设计即基于以上原因，本文将主要对其及生产装配工装的设计进行阐述。

2  设计主要涉及的海外标准

IEC 61284 架空线路--金具要求和试验

IEC 60060-1 高电压试验技术 第1部分：一般定义和试验要求

IEC 61467 标称电压1000V以上架空输电线路绝缘装置--绝缘装置交流电弧测试

NBR 7095 输电线路、高压和超高压变电站电工器材

NBR 6323 钢铁或铸铁产品热浸镀锌技术标准

3  产品设计说明

3.1 外观设计

巴西美丽山二期工程共使用了三种型号角钢联板，一种六分裂角钢联板，两种四分裂角钢联板，因为结构相似，本文只提及四分裂角钢联板中的一种型号。六分裂及四分裂角钢联板的装配图如图1所示，六分裂角钢联板由五块连接板和角钢连接而成，四分裂角钢联板由三块连接板和角钢连接而成，在连接板两面均有角钢连接，称对称结构，保证了联板的抗弯性能。每种联板的角钢结构中均包含三角结构，三角结构的稳定性保证了装配完整的联板整体呈刚性，不会变形，在连接作用上与整板切割的联板性能一致。

3.2 有限元分析

本文仅以四分裂角钢为例，角钢联板中：板材料为Q345R，角钢材料为Q235。上部大板中间孔施加210KN主动力，整体联板四个角孔各自施加方向相反的4个反力52.5KN，板与角钢采用螺栓连接，如图2所示。为提高划分质量及计算效率网格，将模型中的倒角面以及细小特征予以合理删除如角钢的倒角圆弧去掉，建立有限元分析三维模型如图3所示。需要注意的是，此处的螺栓连接不采用实体建模，而是采用beam梁连接，一方面提高建模效率，一方面保证了计算精度，某beam梁建模如图4所示。

为提高计算精度和计算效率，采用扫掠以及多区划分模型网格，保证尽可能的生成六面体单元，网格划分如图5所示，共生成节点220751个，单元30481个。试验近似为线性，模型施加如图2所示的载荷的十分之一，模型边界条件设置如图6所示。

计算得到角钢联板的应力分布和变形结果如图7所示。可以看出，角钢联板最大应力处位于钢板中间圆孔部位，随着外部载荷的增加，该孔处的应力随之逐渐增加，发生破坏，这与设计的初衷是相符的。

3.3 材料节约

与整板切割的同规格联板相比，角钢联板的材料利用率有显著提升，以六分裂角钢联板为例，整板切割材料利用率为42%（如图8所示），而角钢联板的材料利用率可达80%以上，每套产品减重3kg。美丽山二期工程中六分裂角钢联板累计5000余套，可节省原材料40吨左右。

4  工装设计

因为角钢联板配件较多，因此装配时间较长，工时成本过高，因此我们设计了专用装配工装，图9为工装设计图，工装整体呈工作台状，供两名工人同时操作，台面上为放置角钢联板螺栓的螺栓底座，螺栓底座的六角沉孔内壁进行打磨，以便于装配完取出产品，进行装配时先将所有螺栓依次放置在螺栓底座内，然后依次摆放角钢、连接板、角钢，螺栓依次上垫片拧紧螺母即可，因螺栓拧紧而不易取出的产品，使用工装自带的撬棒即可撬出。经测试，使用装配工装，角钢联板装配速度比工人纯手工装配速度提升6倍以上，使得工时不再是角钢联板大批量生产的瓶颈。

5  投用效果

美丽山二期项目是巴西第二大水电站——美丽山水电站（装机容量1100万千瓦）的送出工程。工程途经帕拉州、米纳斯州、里约州等5个州，将新建2518公里输电线路及两端换流站，输电能力400万千瓦。项目计划于2020年投运。这将是美洲第二条特高压直流输电线路，可与美丽山一期形成良好的协同效应，共同将巴西北部的清洁水电资源直接输送到东南部的负荷中心。

目前巴西美丽山二期工程的角钢联板已全部交付使用，三种型号共万余套，产品得到了业主的好评，从生产成本来讲，节约原材料可达50%，考虑工时成本后，成品成本降低约20%。

螺栓型角鋼联板联板结构简单、设计巧妙，整体重量较轻，这样不仅有效地降低了金具串的重量，也节约了联板的加工材料，提高了加工材料的利用率，目前产品已成功应用于巴西美丽山二期直流输电线路，该成果可以直接在其他工程上推广使用。可借助该项目的研制成果开拓新市场，其收益十分可观。

参考文献

[1]董吉谔.电力金具手册[M].中国电力出版社，2010 150-194.

[2] GB/T 2314-2008，电力金具通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]赵强，左石.输电线路金具理论与应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

[4]曾攀 ，有限元分析及应用[M]，清华大学出版社，2008