基于电线绝缘杆作业的防坠器安全支架设计

杨方明 周胜 李文 汪涛 易畅

摘 要：湖北省电力有限公司技术培训中心致力于培养电力技术人才，然而在近期的电力技术培训工作中，发现学院进行绝缘杆作业搭接支接线路引线过程中，部分学员出现下滑及踏空危险情况，进而导致部分学员因此下滑、踏空等遭受防坠器钢丝绳勒伤。因此，如何解决防坠器挂点可否跟随人员一起旋转、避免防坠器钢丝绳影响人员操作就成了亟待解决的问题。为此，本文设计了一套防坠器旋转横担支架作为防坠器的新挂点，以解决上述培训过程中的实际问题。

关键词：防坠器旋转横担支架;绝缘杆作业法;受力;拉力试验

近年来，随着社会经济的迅猛发展，配网不停电作业的需求急剧提升，配网不停电作业人员资质要求逐渐由主业人员向农电工及社会化用工人员放开。第三产业人员登杆基础差又很少接触带电作业，因此带来了配网不停电作业人员在配网不停电作业培训中易产生各种安全隐患的问题[1]。湖北省电力有限公司技术培训中心在10kV配网不停电作业一、二类项目取证班的学员培训过程中，发现在绝缘杆作业法搭接支接线路引线时，由于学员在杆上需进行频繁换位作业，起后备保护用的防坠器钢丝绳妨碍杆上操作，因此许多学员将防坠器钢丝绳拉至腋下后进行搭接或断开支接线路引线作业，当人员出现突然下滑或踏空时，防坠器钢丝绳极易对人员产生伤害。为此，本文设计了一套防坠器旋转横担支架方案，具体阐述如下：

一、防坠器旋转横担支架设计要求与思路

防坠器旋转横担支架在设计时首先要考虑是自身稳定及安全受力问题;其次是要考虑电杆稳定及安全受力问题;第三是要考虑在使用过程中能方便学员在电杆上换位作业时不至于影响到人员的操作，而且转动换位较为灵活;第四是要考虑防坠毁器旋转横担支架在电杆上的安装简便且好自动定位;第五是要考虑人员在下坠时人员的摆动要小，以防止人员撞杆;最后要考虑整个支架的结构简凑及重量轻巧[2]。

在设计防坠毁器旋转横担支架时考虑到在几种钢材型材如工字钢、槽钢、角钢、管材中，在相同重量相同截面相同长度的情况下，管材强度最高且稳定性最好，同时管材中方管便于安装和固定，因此选定一根Q235方管（60mm×60mm×4.8mm）和二根Q235方管（40mm×40mm×3.8mm）作为防坠毁器旋转横担支架的主要材料，采用原电杆线路报箍及由角钢横担加工而成的两根短角钢作为支撑构件，采用十二根原电杆线路长螺杆和两个定制不锈钢平面推力球轴承SS51103作为防坠毁器旋转横担支架旋转构件，采用两个厚度5mm的连板及Φ16mm的螺杆为防坠器挂点。其设计平面图和示意立体图如图1、图2所示：

二、防坠器旋转横担支架强度计算

防坠器旋转横担支架强度计算从以下六个方面来计算：

（1）水平主撑杆的抗拉强度能力;

（2）斜撑杆的抗压强度能力;

（3）斜撑杆的抗压失稳能力;

（4）六根主受力螺杆抗剪强度能力;

（5）下旋转支架座的抗弯强度能力;

（6）电杆抗弯强度能力。

现在水平撑杆选用60mm×60mm×4.8mm的方管制作;斜撑杆选用40mm×40mm×3.8mm的方管制作;螺杆用M16mm的螺杆，其内径为14.35mm;钢材均为Q235镀锌钢材。

整体支架各部分受力如图3、图4、图5所示：

受力计算为：以人重100kg计算，加上5倍动冲击系数，防坠器挂点螺杆处的总重力为G=500kg=5000N;

水平方管两铰接处水平长700mm，上下抱箍铰接旋转中心垂直长度为400mm;

故：水平方管受拉力：

F1=G×700/400=8750N

单根斜撑方管受压力：

F2=G2+F122=10078/2=5039N

螺栓最大剪切力为P=F1=8750N。

各部分强度计算分别为：

（1）水平撑杆许用拉应力[σ]=155MPa。

水平方管拉应力：

σ1=F1/A1=8750N/（60×60-50.4×504）mm2=8.26MPa

由于σ1=8.26MPa<[σ]=155MPa，故水平方管抗拉强度满足要求。

（2）斜撑杆许用压应力[σ]=155MPa。

斜撑方管受压应力：

σ2=F2/A2=5039N/（40×40-32.4×32.4）mm2=9.16MPa

由于σ2=9.16MPa<[σ]=155MPa，故斜撑方管抗压强度满足要求。

（3）失稳计算：斜撑杆受压易失稳，根据方管失稳压力公式计算。

单根斜撑最大压力：

FMax=ηEI/L2

=9.8×201×109×（40×403-32.4×32.43）×10-6/（12×806.22）

=368225.6N

由于FMax=368225.6N>5039N，故斜撑方管失稳强度满足要求。

（4）螺杆受剪强度计算。

水平撑杆根部（电杆铰接处）的螺杆受剪力最大，最大剪力为P=8750N;

水平撑杆根部螺杆许用剪切强度为：

[τ]=0.6×155MPa=93MPa

水平撑杆根部螺杆最大工作剪切应力：

τ=P/A螺杆=8750N/（3.14×7.1752）=54.2MPa

由于τ=54.2MPa<[τ]=93MPa，故受剪應力最大的螺杆剪强度满足要求。