1、高压送电线路张力架线新型一牵一张力机的研制某电业管理局送变电工程公司机械租赁分公司 QC 小组一、小组概况 小组名称 某电业管理局送变电工程公司机械租赁分公司 QC 小组活动课题 高压送电线路张力架线新型一牵一张力机的研制课题类型 创新型 注册日期 2008 年 3 月 6 日注 册 号 2008-016 成立时间 2002 年 2 月 18 日活动时间 2008 年 4月 12月 活动次数 24 次组 长 出 勤 率 100%序号 姓名 年龄 文化程度 职称 小组职务 组内分工1 33 硕士 工程师 组 长 组 织 活 动 2 54 大学 高级工程师 顾 问 协调、技术指导3 27 大学 助
2、理工程师 组 员 资料整理、分析 4 46 大学 工程师 组 员 组 织 实 施 5 25 大学 助理工程师 组 员 实 施 纪 录6 36 大专 技工 组 员 研制、分析实施7 33 中专 技工 组 员 研制、分析实施8 31 中专 技工 组 员 研制、分析实施制表：陈震 日期：2008.4.2二、设备应用简介高压架空送电线路建设中架线施工是最关键的工序之一，主要经历了人工展放1（采用人拉肩扛的地面拖拽放线方法）、机械牵引展放（导线在不带张力的情况下用机械设备拖拽牵引展放）和张力架线三个阶段。所谓张力架线就是在高压架空送电线路架线工程中，采用一套机械设备，使导线带一定的张力的情况下展放，不触
3、及地面和任何跨越物。张力架线是目前国内外广泛采用的施工方法，它具有机械牵引放线或人工放线不可比拟的优越性。国外在 20 世纪 40 年代末期、50 年代初期就开始采用张力架线施工方法，我国自 1958 年开始试行张力架线。采用张力架线必须具有比较先进的张力架线机械设备，即牵引机和张力机。高压架空输电线路张力架线二分裂导线工作过程如下图 1 所示。图 1 高压架空输电线路二分裂导线张力架线工作示意图牵引机在线路的一端收卷钢丝绳通过走板带动导线等，张力机在线路的另一端施加一个与放线方向相反的作用力，即张力，使光缆、导线或钢丝绳离开地面，达到保护导线和减少破坏植被、跨越河流公路等障碍物的目的，并使导
4、线产生一定的预拉力，减少电晕，而且节省人力物力，减少劳动强度，提高工效，提高工程质量。一牵一张力机主要用来在高压输电线路张力架设中展放各种电缆、地线和导线，或通过导引绳展放钢丝绳、用途广泛，是不可缺少的张力架线机械设备。2三、选择课题（一）课题背景2007 年 7 月12 月，我们小组抽查了公司建设的高压送电线路在使用现有国内外一牵一张力机发生的故障记录，分类汇总统计如下：现一牵一张力机缺陷调查统计表线路名称 公里数 打滑不走（次）跑线（次）跳槽卡绳（次）挤压磨绳（次）人身伤害（次）220kV 兴牵线 10 3 0 2 2 0500kV 霍通沙 90 15 2 9 8 1750kV 拉西线 2
5、4 7 1 5 4 0220kV 棉旧线 15 4 1 4 5 0500kV 康北线 50 12 1 6 5 1220kV 兴团线 12 4 0 3 2 0220kV 泉清线 15 3 0 3 4 0合计 216 24 3 16 15 1分项故障（故障数/百公里） 11.11 1.39 7.41 6.94 0.46总故障（故障数/百公里） 27.31制表：屈宏磊 日期：2008.4.7根据上表分析可以看出，现有一牵一张力机存在的不足造成故障发生频繁，平均张力架线每百公里出现 27 次故障。在不断提高工程质量和安全保护增强的环境下，消除进口和国产一牵一张力机存在的不足，满足电网建设发展是刻不容缓
6、急需解决的问题。（二）问题的提出根据使用，目前一牵一张力机无论是进口还是国产的在张力架线中存在一定的隐患和缺陷，影响施工质量、安全和进度，甚至造成线路事故、发生停电和人身伤亡。存在主要问题如下：（1）存在打滑跑线及伤人安全隐患。目前无论进口还是国产的一牵一张力机槽数一般都是按照导线、光缆摩擦力设计的，展放钢丝绳时由于摩擦系数减小，常出现打滑现象，存在跑线造成触电、停电、刮倒跨越架甚至人身伤害安全隐患。3（2）存在跳槽、磨绳质量缺陷。在展放钢丝绳时有积压和易跳槽现象发生，卡死和磨损钢丝绳，影响施工进度和造成损失。（3）现有的 25kN 的一牵一张力机不能满足大截面导线架设施工需求。随着电网建设的
7、发展一些高压输电线路导线截面积不断增大，所用钢丝绳直径也随之增大，以前使用的牵引绳直径多为 24mm，现 28mm 的需求逐渐增多，需应用 40kN 的。但目前 40kN 的一牵一张力机数量很少，不能满足工程需求。（三）确定课题围绕以上存在的问题，小组成员运用“头脑风暴法”积极出对策、想办法，提出了三个可供选择的课题，并进行了认真细致的分析、比较。序号 选择课题 优点 缺点或困难 是否选择1通过现有一牵一张力机改造可以应用部分零部件，节省费用机械系统、液压系统全部不符合使用，通过改造可用部件不多，技术难度大，不具有改造价值不选2提出设计方案外委制作一牵一张力机相对比较容易，降低技术难度造价较高
8、，委托国外制作一台40kN 一牵一张力机需要 50 万元左右；委托国内按要求制作一台需要 30 万元左右。不选3 研制新型一牵一张力机提高职工技术能力，降低费用，掌握问题所在，便于消除缺陷需要设计、选择、加工、装配、调试液压系统、机械系统、控制系统等，技术难度大选择制表：屈宏磊 日期：2008.4.10经过小组成员认真的讨论分析，为了更有效地解决问题，降低费用，减少外购产品的依赖性，保证电网无事故高质量的建设，提高电网建设设备能力，更好的推广应用，决定采用第三个课题：高压输电线路张力架线新型一牵一张力机的研制四、设定目标（一）课题目标：研制新型张力架线一牵一张力机，解决现有设备存在的不足，消除
9、打滑跑线、跳槽、磨绳等缺陷，满足特高压电网大截面导线建设张力机需求。4（二）目标值：（1）张力架线故障率由平均每百公里出现 27 次故障，降低到每百公里出现 5 次故障；（2）满足直径 28 钢丝绳的展放技术要求。五、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案小组成员运用“头脑风暴法”对张力机的研制进行了认真的分析，提出了各种想法和建议，经过分析归纳分解出各种可能的方案，形成系统图。5系统图制表：陈震 日期：2008.4.16研制新型一牵一张力机液压制动产生 张力链轮传动增速装置多槽双摩擦卷筒外蹄式制 动器二、张力产生方式选择三、放线机构型式选择四、制动控制装置选择五、机械传动装置选择六、机架辅助装
10、置选择主从连接机械摩擦制动产 生电磁制动产 生空气压缩制动产 生磨心式单卷筒单驱动双驱动链条链轮连接齿轮连接全盘湿式制动器带式制 动器行星齿轮传动 增速单 支撑轴双支撑 轴单吊点双吊点一、张 力 机类型选择主动式张力机（配带发动机）被动式张力机（不配带发动机）6（二）方案的分解选择1、张力机类型分析选择研制一牵一张力机方案一： 研制主动式一牵一张力机（配带发动机）方案一：研制被动式一牵一张力机（不配带发动机）方案一：研制主动式一牵一张力机（配带发动机）分析研制特点 优点 缺点 分析结论配带一台发动机，比较被动式需要增加设计动系统联接、传动机构及液压系统，增加费用约 6 万元。具有反牵功能，可达
11、到需求40kN 张力要求。噪音增大，重量、体积增大，成本增加。造价高，一牵一张力机主要是张力工况，很少用到反牵功能，不经济实用。方案二：研制被动式一牵一张力机（不配带发动机）研制特点 优点 缺点 分析结论不配带发动机，利用张力架线的特点，利用牵引机直接通过线缆对张力机动力，减少动力系统部分设计和制作，结构相对简单，成本低。无废气排放，噪音小，重量、体积减小，成本降低，可达到需求40kN 张力要求。不具有反牵功能造价低，高环保型，去除实用性不大的功能，具有很高的性价比。通过上述对两种张力机方案的分析对比可看出，达到同样张力功能，被动式一牵一张力机无废气排放，噪音小，重量轻、体积小、造价低，结论7
12、具有更高的性价比。为此我们选择研制被动式一牵一张力机。2、张力产生方式的分析选择方案目标要求：张力制动产生方式的选择是张力机设计的关键步骤，它对张力机的整体结构、使用性能和造价影响很大。保证张力平稳，不受放线速度的影响，能够随时无级迅速调整张力大小。目前有四种张力产生方式分别分析如下。张力产生方案选择 原理 优点 缺点 结论液压制动（图 2）通过液压泵、液压阀等液压元件组成液压系统，经高压溢流阀节流而产生张力阻力矩。能无机控制张力的大小；平稳；受速度影响小；易实现过载保护；散热容易。液压元件多，包括管路系统、油箱等，维护检修技术要求较高；易发生漏油等现象。技术要求高，难度大，但张力调节稳定，安
13、全性高，适合电网建设安全技术要求。机械摩擦制动（图3）通过在张力机上的放线机构直接施加机械摩擦阻力矩得到张力。结构简单；成本低；维护方便；重量轻。摩擦材料受温度、速度影响大，张力不稳；张力调节不方便。摩擦片需经常更换，张力不稳，适用于 10kN 左右小张力工况。电磁制动（图 4）利用电磁感应在张力机放线机构转盘上产生涡流的原理，使放线机构产生阻力矩。操作方便；结构较简单；噪音小。整机造价较高；低速性能差；必须有电源。须配备电源，架线也地施工无电源，不方便。张力不稳，不实用。空气压缩制动（图5）利用放线机构驱动气泵（空气压缩机）而产生阻力矩的原理，压缩气体直接排放空中，结构较简单，省去复杂的管路
14、系统、油箱、散热等噪音大，张力的平稳性较差，制动功率小。易漏气，产生的张力小，不稳定，不实用。被动式张力机张力产生液压制动产 生张力机械摩擦制动产生张力电磁制 动产 生张力空气压缩制动产生张力8装置。图 2 液压制动张力示意图 图 3 机械摩擦制动张力示意图1放线机构; 2增速器; 3液压马达; 1 放线机构;2 制动鼓;3 制动带;4 液压缸4高压溢流阀; 5散热器 ; 6辅助液压泵 5截止阀;6手动液压泵;7蓄能器图 4 电磁制动张力示意图 图 5 空气压缩制动张力示意图1放线机构;2增速器;3涡流制动装置;4制动器; 1放线机构;2增速器;3 空气压缩机;9结论5电气控制装置;6电源;7
15、电动机;8链传动 4流量控制;5链传动增速装置利用机械摩擦制动产生张力试验如图 6 所示。摩擦材料受温度、速度影响大，张力不稳；张力调节不方便。液压缸易漏油，摩擦片需经常更换，不能满足设计目标。图 6 机械摩擦制动产生张力试验图通过上述对四种张力产生方式的分析和对比可以看出，液压制动产生张力方式虽然比其它三种方式技术难度大，但张力稳定，张力大小调节方便，安全性高。因此确定选择张力产生方式为液压制动。3、放线机构型式分析选择方案目标要求：张力放线时，导线通过张力机上的放线机构逐一展放到线路杆塔上。因此放线机构对北展放后的导线能否保持原来在线轴上的完好程度有很大关系；同时对张力机整机结构也有很大影
16、响。放线机构除要求体积小外，更重要的是在导线通过它展放的任何时候不会被损坏。放线机构有多槽双摩擦卷筒、单槽双摩擦轮、槽链式卷筒、磨芯式放线卷筒、多轮滚压式放线机构、履带式滚压式放线机构等六种。液压制动张力产生方式常用的放线机构是多槽双摩擦卷筒和磨芯式放线卷筒。张力机放线机构方案多槽双摩擦卷筒磨芯式单卷筒单驱动双驱动链条连轮连接齿轮连接主从连接10放线机构方案选择 原理特点 优点 缺点 结论多槽双摩擦卷筒由两个轴线平行、前后错半个槽布置的多槽卷筒组成。结构简单，安全可靠。底槽直径加工要求精度高，外形尺寸大。需要一定的尾部张力，安全性高磨芯式放线卷筒成腰鼓形，表面是两个向中间倾斜的锥面。导线在卷筒
17、上缠几圈，展放时线缆不断向中间滑移。结构简单，重量轻导线在展放中相互挤压滑移，容易损伤导线，尾部张力要求大适用低电压等级，对导线磨损要求不高的场合由上述分析比较，确定选择多槽双摩擦卷筒。多槽双摩擦卷筒根据卷筒衬垫材料磨擦系数的大小，可分为单驱动卷筒和双驱动卷筒。它们的性能特点分析如下：多槽双摩擦卷筒方案选择 原理特点 优点 缺点 结论单驱动卷筒采用主从连接（如图7（a） ） ，由一个主动卷筒和一个从动卷筒组成，从动卷筒不传递阻力矩。前后卷筒直径可以不相等，加工要求精度低卷筒要求磨擦系数大，出现打滑现象存在打滑安全隐患双驱动卷筒前后两个驱动卷筒上镶嵌大齿轮，通过小齿轮与两个大齿轮同时啮合连接，两
18、个卷筒始终同转速运转，都传递阻力矩。 （如图 7（c） ）结构简单，安装方便，可采用较小的衬垫材料。卷筒要求加工精度高，设计复杂，小齿轮磨损快，经常更换。安全稳定性高，检查维护方便11两个卷筒上镶嵌大链轮，首先通过链条连接，其中一个卷筒再通过链条链轮与小链轮连接，两个卷筒都传递阻力矩。（如图 7（b） ）链条传动磨损小，不必经常更换可采用较小的衬垫材料。结构较复杂，加工精度要求高安全性高，但链条安全隐患不易发现，检查维护困难图 7 双摩擦卷筒两卷筒之间联接示意图(a)主、从联接；(b)链条、链轮联接；(c)齿轮联接1导线；2大链轮；3小链轮；4输入轴；5大齿圈；6小齿轮利用双摩擦卷筒和链条、链
19、轮联接放线机构的试验如图 8 所示。链条传动磨损小，不必经常更换可采用较小的衬垫材料，但存在安全性高，但链条安全隐患不易发现，检查维护的缺点，应用不好。12结论图 8 双摩擦卷筒和链条、链轮联接放线机构的试验经上表分析比较我们选择放线机构为多槽双摩擦卷筒通过齿轮连接的双驱动方式。4、制动器的分析选择方案目标要求：同车辆安装制动器一样，张力机上也必须安装制动器，在停止转动时施加制动力，对保证安全作业起着极其重要的作用。制动器在张力产生系统发生故障张力消失时可以迅速制动，防止跑线，另外在放线过程中临时停机时，防止出现低速爬行。制动器主要有带式制动器、全盘式湿式制动器、外蹄式制动器。制动器方案选择
20、原理特点 优点 缺点 结论带式制动器（如图 9）由制动带和卷筒上的制动鼓组成，带上安装摩擦材料，通过液压缸活塞杆的伸缩来实现制动或松开。结构简单，安装方便，费用低受温度影响大，经常更换摩擦材料，液压缸经常维护制动不可靠全盘式湿式制动器(如图 10)放在液压马达的高速轴上，不承受弯矩控制方便，安全可靠 价格相对较高制动控制迅速，方便蹄式制动器(如图 11)设置在液压马达或减速机的输出轴上，制动鼓安装在轴上，制动蹄上装有摩擦蹄片，通过液压缸实现制动或松开。费用较低，维护方便结构复杂，长需更换摩擦片由于制动缸的反映速度造成紧急制动时制动缓慢13结论结论图 9 带式制动装置结构图图 图 10 全盘式湿
21、式制动器原理图 图 11 内蹄式制动器原理图经上述比较我们分析出全盘式湿式制动器能够达到更好的方案目标要求。 因此选择全盘式湿式制动器。5、机械传动装置的分析选择方案目标要求：张力机的放线机构通过牵引机牵引钢丝绳、导线带动时，根据放线速度要求，转速比较低，一般只有 20-100r/min，而各种执行元件（如液压泵、液压马达等）的额定转速都比较高在 2000 r/min 左右，因此放线机构必须经过机械传动装置达到需要的转速。张力机一般常用链传动增速装置和行星齿轮传动增速器。传动装置方案选择 原理特点 优点 缺点 结论链传动增速装置由大链轮、小链轮和链条组成，大链轮放在放线卷筒上，小链轮放在液压马
22、达的轴上，形成一定的增速比。布置灵活，传动效率高，结构简单传动没有齿轮平稳，链条易跳齿打滑稳定性差，有打滑现象行星齿轮传动增速放在液压马达的高速轴上，可以根据不同的要求选择传动比增速。体积小，重量轻，效率高，实现同轴传动结构复杂，加工精度高，价格相对较高稳定可靠，维护方便14结论经上述分析比较我们选择行星齿轮传动增速器实现机械传动。6、机架及辅助装置的分析选择方案目标要求：机架及辅助装置是张力机重要支撑机构，必须保证具有足够的强度，满足自重和带张力条件下的负载要求，张力机的运输和吊放必须方便。机架及辅助装置 原理特点 优点 缺点 结论单支撑轴单吊点采用中心单轴作为主支撑梁，底部安装轮胎梁，采用
23、单吊点结构。体积小、简单，运输方便，重量轻 单吊点重心不宜找到，吊卸可能不平稳 采用科学方法找准重心，能够保持平稳 双支撑轴双吊点采用两根轴作为支撑梁，底部安装两个或四个轮胎，每根梁分别焊接一个吊点。牢固性高、吊卸 运输平稳重量大，笨重体积大、笨重，运输转场不方便经上述分析，考虑到一牵一张力机的重量较轻，经计算使用单支撑轴完全可以满足强度要求，吊点放到中心上吊卸就会平稳。因此选择单支撑轴单吊点机构。（三）确定最佳方案经过以上对各种分解方案的分析试验和对比选择后，小组确定了性能稳定、安全可靠，经济可行，性价比高的能够实现目标的最佳方案。研制新型一牵一张力机液压 制动产生张力多槽双摩擦卷筒张 力
24、产 生方 式放 线 机 构型 式制 动 控 制装 置机 械 传 动装 置机 架 辅 助装 置双 驱动 齿轮连接全盘湿式制动 器行星齿轮传动增速单支撑轴 单 吊点被动式张力机15制图：王峰 日期：2008.4.25六、制定对策 研制被动式一牵一液压制动张力机对策表如下：方案 对策 目标 措施 地点 完成时间 负责人研制被动式一牵一张力机液压制动产生张力1、张力的大小可无级调节；2、张力值及系统压力直观显示3、最大力:40KN持续张力:35KN最高速度:5Km/h1、设计液压原理 图；2、液压元件的选择；3、控制系统设计。机械租赁分公司2008 年5 月 10日陈李一震民16多槽齿轮连接双驱动摩擦
25、卷筒1、最大适用导线、地线、光缆直径：35mm ；钢丝绳直径：52mm；2、不出现打滑跑线现象；3、不出现挤压磨绳和调槽现象1、设计卷筒及槽型、槽数，确保不打滑、不挤压；2、设计保护装置，防止调槽跑线；3、卷筒、齿轮的机械加工沈阳齿轮厂2008 年6 月 20日陈周占震东机架和辅助装置1、 单点起吊，转场运输方便；2、 强度高，安全可靠3、 体积小重量轻、1、 设计绘制图纸；2、 机械加工机械租赁分公司2008 年6 月 30日周唐占洪东安全盘式湿式制动器1、液压保护，失压即制动，防止张力消失2、停机时迅速制动1、 设计技术参数2、 选型采购；机械租赁分公司2008 年7 月 10日王屈宏峰磊
26、行星齿轮传动1、 传动平稳2、 满足传动比要求1、设计技术参数2、选型采购；3、连接法兰的设计制作。机械租赁分公司2008 年7 月 10日屈李宏一磊民装配精度要求高1、满足形位误差要求2、配合可靠1、控制机械系统装配公差，保证配合； 2、合理科学的设计安装液压管路机械租赁分公司2008 年7 月 15日李李久春良喜制表：陈震 日期：2008.4.30七、对策实施针对所制定的对策，措施实施如下：实施一：液压制动产生张力1、 张 力 机 的 工作原 理张力部分采用液压制动方式，控制张力的原理如下图 12 所示：牵引机牵引钢丝绳带动张力机放线机构上的导线 1 运动，从而使张力轮 2、3 转动，通过
27、增速机构 4带动液压马达（张力工况时起泵的作用）旋转，即产生泵轴的输入作用力矩，而在17泵的出口连接了高压溢流阀 5，借助它的调节液压系统产生压力油，压力油形成阻力矩与作用力矩相平衡。张 力 表 6 接 在 液 压 泵 5 与 液 流 阀 7 之 间 ， 显 示 液 压 泵5 的 出 口 压 力 ， 系统产生的热量有散热器 5 散热。液压马达（作泵运转）出口处的压力大小可以通过高压溢流阀从大到小连续调节，液压系统的压力与张力机放线机构出口处导线上的张力成正比。12 3 45 6 7 9 8 8油 箱图 12 张 力 机 液 压 制 动 示 意 图1导 线 2、 3张 力 轮 4增 速 机 构
28、5液 压 泵6张 力 表 7溢 流 阀 8散 热 器 9过 滤 器根据机械和液压知识可计算出，放线张力 T 和液压系统的压力p 关系为：（1） imsdDPiqT式中p泵进出口压力差 pa； T放线张力 N； D s张力机卷筒底径 m； ds导线直径 m； q泵排量 m3/r； i总传动比； m液压马达机械效率； i减速机传动效率。液压系统采用定量泵，排量 q、 传动比 i、效率 m和 i 、卷筒底径 Ds和导线直径 ds固定不变的。因此从（1）式可以看出通过溢流阀控制液压系统的压力p，即可以很方便的无级控制导线上张力 T 的大小。182、设计液压原理图难点：液压系统是牵张机工作的主要系统，必
29、须设计合理正确的液压工作原理，本张力机液压系统采用无动力驱动，散热器的驱动也依靠被动的液压油路产生，可以减少动力装置。目前在国内还没有这种设计的产品，一般都附带发动机产生动力。原理设计：国外有采用组合插装阀结构，主系统运行平稳，散热系统靠插装背压取得动力，管路简单，但散热系统不能调节，设计加工制作复杂；国内一般采用液压阀背压获得张力和散热驱动力，管路复杂，易损坏，运行不稳定。因此一般常采用配带发动机产生补油和动力，弥补不足。液压系统由主液压马达（作液压泵使用） 、散热器液压马达、控制元件（各种阀）和辅助元件（过滤器、油箱、油管、散热器等）组成。根据本张力机的实际工况，对其进行液压原理设计，可分
30、为主系统、散热系统和辅助系统等组成。主系统的工作职责主要为张力的产生、张力的控制；散热系统的工作职责为液压油的散热；辅助系统主要为张力轮的制动控制。在辅助系统之间设置一个蓄能器，通过辅助系统对其进行充压，保证工作开始前的制动器的打开。主系统和辅助系统两个系统存在内在的联系，在两个系统之间设置一个蓄能器，当主系统和辅助系统连接后，蓄能器可以对主系统的泄漏，起到补充泄漏的作用，使系统能够平稳的运行。制动方式采用密封式液压制动器，当系统出现压力突然下降的情况，制动器会自动关闭，保证导线张力不消失，防止下落，保证安全作业。图 13 为设计的液压原理简图。19图 13 张力机液压原理简图创新点：采用无外
31、配动力装置，利用组合插装阀结构，并在组合插装阀管路上装配散热马达调速装置，适合冬夏环境需要，解决了同类进口设备散热马达不能调速的不足。3、液压元件的选择 液压系统由液压泵，压力控制阀、方向控制阀等各种阀，油箱，油管，过滤器，散热器，液压马达、蓄能器等组成。难点:1、组合插装阀的设计加工; 2、液压泵的设计选择; 3、散热系统设计选择。选择过程：1、根据液压原理的设计要求，对液压元件进行选择，搜集大量的国内外知名的液压件厂家的产品样本，选择适合本系统液压元件。2、根据现有液压产品实际情况，国内液压产品的使用性能有限，所以本系统的主要部件采用国外液压产品的著名公司产品，辅助元件采用国内知名液压件产
32、品。3、进行市场调研，选择最佳的性能价值比，即保证液压元件的使用寿命，同时20将生产成本将到最低。4、组合插装阀的设计加工原理复杂，没有加工图纸，加工精度高。分析研究国外产品，消化吸收。利用计算机仿真设计分析，创新性设计出具有调速功能的插装阀，根据研制的目标设计图纸，外委专业厂家制作，如图 14 所示。图 14 自行设计加工的插装阀5、液压泵的选择由于无动力外补油装置，要求液压泵必须具有较好的自吸性，同时满足系统设计要求的转速、压力、排量的组合优化要求，选择的意大利 MAZUCHI 齿轮液压泵如图 15 所示。6、散热系统满足能量散热要求，同时具有一定的流量和压力要求，防止寒冷天气易发生爆裂的
33、现象。散热器选择的为德国 AKG 产品，如图 16 所示。图 15 选择的意大利 MAZUCHI 液压泵 图 16 选择的德国 AKG 散热器214、控制系统设计控制系统装置要求安全可靠，操作方便，可随时无级迅速调整张力大小，张力值及系统压力直观显示，速度平稳；停止时即可制动，安全可靠，无爬行现象；液压保护，失压即制动，发生故障张力消失时能快速制动，防止线缆落地或触及被跨越物，因此选用的元件必须性能稳定，根据液压元件国内外现状选择的主要为国外进口品牌产品。图 17 为设计加工的控制面板。图 17 设计加工的控制面板实施二：多槽齿轮连接双驱动摩擦卷筒参考国外张力机成功的设计经验，结合本张力机的实
34、际工况，对张力轮双摩擦卷筒、齿轮、尼龙瓦进行设计、校核、绘制图纸，根据本厂实际情况没有大型零件的加工能力，采取外委加工方式。选择好的尼龙瓦生产厂家，订购尼龙瓦片。1、 双摩擦张力轮卷筒的设计 张力轮卷筒是张力机作业的主要机构，通过线缆在卷筒上缠绕一定的圈数产生的摩擦力矩来带动卷筒转动，卷筒再和相应的制动装置通过各种增速机构后带动液压泵和液压马达转动，通过液压系统得到阻力矩。根据所需张力和放线速度的大小以及通过导线的直径要求对张力轮卷筒进行受力分析，进而确定卷筒的直径、槽型22和槽数。张力放线机主卷筒槽底直径 D 按下式计算：D40d100mm式中 d-导线直径，mm。取 d=35 mm，可的
35、D=1300 mm张力放线卷筒衬垫应采用高强耐磨材料制成，选用 MC 铸造尼龙。2、张力轮卷筒槽形设计张力机主卷筒衬垫应保证不损伤导线，放线卷筒槽数应保证尾部导线张力500N 时不打滑。（1） 槽型的计算图 18 所示设计为浅槽型。 h图 浅 槽 型tR图 18 浅槽型各参数关系为：cdR53.0ch.4t2式中： mR槽 底 半 径 ，ddcc 5.32大h槽 深 ， mt节 距 ，23其尺寸为 25.17R，96.12h4.39t取 ， ， 。3060（2）张力轮槽数的确定一般厂家设计张力机时一般只考虑展放导线的状况，很少注意实际上一牵一张力机很多情况也展放钢丝绳，摩擦系数选择的大，因此展
36、放钢丝绳易出现打滑现象。为保证在 500N 的尾部拉力情况下，最大张力展放钢丝绳时不打滑。必须选用钢丝绳与尼龙的摩擦系数，使槽数满足尾部张力的大小。 36.5.04ln13.2ln211 T钢丝绳和张力轮槽之间的摩擦系数，取 =0.13式中： 包 绕 圈 数导 线 在 张 力 轮 上 的 有 效n圆整后取 6T1张力机最大张力，T1=40 KNT2尾部张力，T20.5KN为解决展放钢丝绳，常出现打滑的现象。与尼龙瓦片接触导线比钢丝绳的摩擦系数大，一般设计以导线计算，这里根据实际以钢丝绳计算，解决了问题。3、设计保护装置，防止调槽跑线为解决易跳槽和磨绳的现象，采用安装护板防止线缆出槽发生安全危险
37、，增加槽间距宽度适合粗线缆通过不发生磨绳产生破坏。4、卷筒、齿轮的机械加工卷筒和齿轮是放线机构的关键主要部件，二者相配合，加工时必须保证形位公差，确保同轴度和径向跳动在设计范围内。采取的加工工艺为：（1）用卷板机卷筒焊接；（2）制作卷筒内部筋板，与卷筒焊接一体；（3）加工卷筒中心孔，以中心孔为基准，车削卷筒外表面至规定尺寸；（4）镗削铸造 MC 尼龙瓦内表面，使之与卷筒外表面尺寸匹配；24（5）钻孔攻丝在卷筒外表面镶嵌铸造 MC 尼龙瓦;(6) 加工卷筒中心孔为基准，车削铸造 MC 尼龙瓦至规定的槽型尺寸；（7）加工齿轮并进行热处理；（8）卷筒和齿轮镶嵌为一体。图 19 为设计加工的放线卷筒。
38、图 19 设计加工的卷筒和齿轮实施三：机架和辅助装置1、设计绘制图纸按照单支撑轴和单点起吊的方案，根据张力机自重和负载力，并依据保证 3 倍的安全系数，设计、校核机械系统，绘制装配图以及零件图，保证强度大、重量小，运输方便。2、机械加工张力机的两个放线机构卷筒齿轮和减速器输出齿轮同时啮合，必须保证机架体上两个放线机构卷筒中心轴的安装孔、减速器安装法兰的平行度以及位置精度，否则将无法安装不能使用。设计科学合理的加工工艺保证使用要求，采取镗孔、焊接、大型立式车床一次镗孔完成，保证各个精度要求。张力轮与轴配合、轴与架体横梁配合、减速机输出齿轮与张力轮大齿轮配合，因此必须保证正确的焊接。各个机构焊接冷
39、却后必然发生变形，如何控制变形是主要解决的问题。采用设计加工胎具的方式，保证焊接前后的位置度，确保不发生变形。图 20 为加工焊接中的机架。25图 20 加工焊接中的机架实施四：全盘式湿式制动器1、设计技术参数制动器是确保作业安全可靠不可缺少的部件，在临时停机、紧急停机或过载保护停机等情况下，起制动防止跑线的作用。采用湿式全盘式制动器，具有液压释放，操作简单，反映时间快，安全可靠，散热能力大、磨损小，制动平稳等特点。主系统和制动管路相通，一旦主系统失压，发生故障张力消失时，制动器就能快速制动，防止线缆落地或触及被跨越物。选择的制动器要保证额定制动力矩要大于计算制动器输出力矩制动的 1.5 倍。
40、2、选型采购经过市场调研，比较世界各地制动器性能和价格，选择性价比较高的意大利戴纳密克全盘式湿式制动器，额定制动力矩是计算制动器输出力矩制动的 3 倍，达到性能要求。如图 21 所示。图 21 意大利全盘式湿式制动器26实施五：行星齿轮传动机械传动系统对整个设备致关重要，直接关系到机械效率和工作平稳性。1、设计技术参数采用两级减速系统，第一级为行星齿轮减速器，体积小，为主减速机构；末级为单输入、双输出开式齿轮减速器。根据张力和速度大小的要求选择合适的传动比，达到符合作业工况的要求。张力轮的转速 为导 线n（2）SDVn导 线导 线 则总传动比 为总i（3）导 线马 达导 线马 达总 Vnsi根
41、据式（3）计算的总传动比选择合适的减速器确定，确定第一级行星齿轮减速器和末级开式齿轮的传动比。2、选型采购经过市场调研，比较世界各地制动器性能和价格，选择性价比较高的意大利戴纳密克行星齿轮减速器。如图 22 所示。3、连接法兰的设计加工液压泵和减速器的连接需要安装过渡连接法兰，必须具有规定范围内的安装位置精度、同轴度等形位公差，否则高速运转时将出现震动，损坏液压泵和减速器。科学地设计过渡安装连接法兰，制定合理加工工艺和胎具，保证加工精度要求。图 23 为设计加工的连接法兰。27图 22 选择的减速机 图 23 设计加工的连接法兰实施六：装配精度要求高1、控制机械系统装配公差，保证配合在装配过程
42、中，制定一套装配方案，使整体装配灵活、快捷1、张力机的装配过程中有些部件的装配精度要求很高，张力轮与轴配合、轴与架体横梁配合、减速机输出齿轮与张力轮大齿轮配合，这些部件的装配精度都很高。2、按照机械设计手册设计要求选择合理的配合方式和配合间隙，严把质量关，使各部件加工尺寸在尺寸公差以及形位公差范围内。3、根据设计的张力轮实际尺寸以及减速机输出齿轮尺寸，确定张力机架体上的两个张力轮轴的定位孔，保证张力轮齿轮和减速机输出齿轮精确配合。如下图 24 为三个齿轮的正确啮合。图 24 三个齿轮的正确啮合4、根据减速机的接口尺寸设计安装板，将减速机固定在安装板上，根据设计尺寸和张力轮齿轮与减速机齿轮实际运
43、行情况，将安装板焊接固定。5、将液压马达减速机、制动器的连接、紧固。图 25 为装配中的张力机。28图 25 装配中的张力机2、合理科学的设计安装液压管路 液压管路的设计必须符合整个系统压力和流量要求，并且布局合理。根据系统特点，设计了多个集成块，使管路简单，减少管路和连接点，避免了漏油又节省了管件。根据压力和流量要求计算设计各个管路。图 26 液压管路的设计安装，图 27为打磨喷漆后的张力机。图 26 液压管路的设计安装 图 27 打磨喷漆后的张力机八、确认效果（一）性能检验（1）模拟试验测试经过小组成员认真严格的实施对策，产品各部件设计、加工完成和最后的总装配，2008 年 7 月 18
44、日产品样机研制出来。产品研制后在厂内进行了一周的模拟试验运行（见图 28） ，测试出性能参数和性能特点。29图 28 模拟试验中的张力机 性能参数：最大张力 40KN；持续张力 35KN；最高速度 5Km/h；张力轮直径 1300 mm；最大适用导线、地线、光缆直径 35mm；适用连接器直径 60mm；张力机能够实现张力可以任意无机调节，张力值及系统压力直观显示，速度平稳；制动器工作稳定，散热器散热效果良好，各部件工作稳定牢固有效，运行平稳。性能特点：适用于光缆、导线和钢丝绳的展放；可随时无级迅速调整张力大小，张力值及系统压力直观显示，速度平稳；停止制动，安全可靠，无爬行现象；液压保护，失压即制动，发生故障张力消失时能快速制动，防止线缆落地或触及被跨越物；噪音小，具有高环保性；操作简单，使用可靠，单点起吊，转场运输方便。（2）现场实际测试该研制成果经厂内模拟施工现场测试运行各方面性能指标达到设计目标，符合施工技术要求后，于 2008 年 7 月 29 日至 12 月 20 日在施工现场实际运行约 5 个月，架线 108 公里，图 29 为张力机正在施工现场使用的照片。图 29 正在施工现场使用中的张力机
