貨運(yùn)索道運(yùn)輸技術(shù)

貨運(yùn)索道運(yùn)輸技術(shù)[摘要]貨運(yùn)索道技術(shù)在物料輸送中發(fā)揮著重要作用，在地形、地勢(shì)復(fù)雜的山區(qū)更是最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式之一。工作索是索道設(shè)備的重要組成部件，開展工作索理論的研究以及參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)研究對(duì)保證索道運(yùn)輸?shù)陌踩浴⒔?jīng)濟(jì)性具有重要意義。同時(shí)，新材料在索道設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)施工安全性以及施工效率有明顯的提升。[關(guān)鍵詞]貨運(yùn)索道；運(yùn)輸技術(shù)；索道設(shè)備0引言貨運(yùn)索道運(yùn)輸技術(shù)在地形復(fù)雜、條件惡劣的輸電線路工程施工中具有特殊的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，尤其在貨運(yùn)量較大、現(xiàn)有運(yùn)輸手段很難甚至無(wú)法滿足要求時(shí)其作用更加明顯。隨著特高壓等工程的建設(shè)，對(duì)貨運(yùn)索道提出了新的、更高的要求，大起重量、大運(yùn)量、安全可靠、裝拆靈活的輸電線路工程施工貨運(yùn)架空索道逐漸被廣泛接受并采用。1索道運(yùn)輸技術(shù)1．1索道運(yùn)輸優(yōu)點(diǎn)貨運(yùn)索道對(duì)自然地形的適應(yīng)性較強(qiáng)，具有爬坡能力大、可以跨越山川、克服地障等優(yōu)點(diǎn)。索道的高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，對(duì)環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)決定了其必將在輸電線路施工中得到廣泛的應(yīng)用。貨運(yùn)索道與其他運(yùn)輸方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)索道線路長(zhǎng)度僅為公路的1／30～1／10，步行盤道的1／3～1／2，線路可隨坡就勢(shì)架設(shè)。無(wú)需修筑橋梁、涵洞，不需開挖大量土石方，對(duì)地形、地貌及自然環(huán)境的破壞小。索道建設(shè)造成的破壞是可恢復(fù)的，但公路和盤道所造成的破壞卻是永久性的。(2)索道運(yùn)輸基建投資一般比汽車公路和步行盤道少，經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低，通常僅為汽車的1／5～1／2，經(jīng)濟(jì)效益好，投資回收快。索道運(yùn)輸節(jié)約能源，一般為汽車能耗的1／20～1／10。有文獻(xiàn)在對(duì)貨運(yùn)索道、帶式輸送機(jī)、汽車運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸?shù)确绞竭M(jìn)行比較后得出結(jié)論：不論在基建投資還是經(jīng)營(yíng)費(fèi)用上，貨運(yùn)索道都是最經(jīng)濟(jì)的，具體見表1所示。表1索道運(yùn)輸與其他方式經(jīng)濟(jì)性比較運(yùn)輸方式基建投資經(jīng)營(yíng)費(fèi)用貨運(yùn)索道100100帶式輸送機(jī)160187汽車運(yùn)輸104235鐵路運(yùn)輸187132索道設(shè)計(jì)除了要嚴(yán)格遵守相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范外，還需要結(jié)合施工地形、地質(zhì)條件，料場(chǎng)的布置以及最重件重量等諸多因素綜合考慮，與其他地面運(yùn)輸方式相比，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)爬坡能力大(往復(fù)式索道可達(dá)100％以上)；(2)可以以最短的距離連接起點(diǎn)、終點(diǎn)；(3)占地少，工程量?。?4)基建投資低；(5)可適應(yīng)施工工藝所需位置卸載。1．2索道工作索理論研究方法貨運(yùn)索道工作索中承載索的設(shè)計(jì)計(jì)算精度直接影響索道在使用過(guò)程中的安全性以及經(jīng)濟(jì)合理性，解決該問(wèn)題的關(guān)鍵是精確的工作索選型設(shè)計(jì)計(jì)算。懸鏈線理論可以作為懸索理論的精確解，1691年幾何學(xué)家JamesBemalli等人建立了懸鏈線的解。但是因?yàn)槭浅胶瘮?shù)，計(jì)算上的困難使之不能直接應(yīng)用于懸索工程的設(shè)計(jì)計(jì)算，只能根據(jù)懸索工程的要求采用不同的近似計(jì)算方法。研究中工作索選型設(shè)計(jì)計(jì)算采用了懸鏈線理論與拋物線理論，并對(duì)2種理論進(jìn)行了精確對(duì)比分析，應(yīng)用Mathematica實(shí)現(xiàn)了超越函數(shù)的求解。拋物線理論是對(duì)懸鏈線級(jí)數(shù)展開式取前2項(xiàng)進(jìn)行改造后的計(jì)算，它是比懸鏈線簡(jiǎn)單得多的代數(shù)函數(shù)理論。拋物線理論中又包括加氏、堀氏和杜氏三種計(jì)算方法。加氏和堀氏均是以控制無(wú)荷中撓系數(shù)進(jìn)行，加氏先由定索長(zhǎng)條件求出懸索有荷拉力，而后對(duì)影響懸索拉力的各因素(彈性伸長(zhǎng)、溫度變化及支座位移)分別進(jìn)行補(bǔ)正。堀氏在加氏的基礎(chǔ)上，重新導(dǎo)入了綜合補(bǔ)正計(jì)算式，從而擴(kuò)大了加氏的使用范圍。杜氏是以控制有荷中撓系數(shù)進(jìn)行的，通過(guò)拉力的二次方程式將2種狀態(tài)的懸索(載荷不同、溫度不同)聯(lián)系起來(lái)，杜氏理論無(wú)荷中撓系數(shù)小于0．08。本項(xiàng)目應(yīng)用的拋物線理論是對(duì)加氏理論以及堀氏理論綜合以后改進(jìn)的計(jì)算模型，可以系統(tǒng)地計(jì)算出索道設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)參數(shù)。實(shí)際工程應(yīng)用中，懸鏈線理論(中撓系數(shù)不大于0．2)得到的計(jì)算結(jié)果內(nèi)容豐富準(zhǔn)確，但計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，需要專門的計(jì)算程序，適合于在關(guān)鍵特殊情況下需要精確計(jì)算的索道設(shè)計(jì)施工，也可以作為拋物線理論算法的校核計(jì)算；拋物線理論結(jié)果簡(jiǎn)單，具有簡(jiǎn)單易行的特點(diǎn)，在一般工程中(中撓系數(shù)為0．03～0．05)可以正常使用。1．3算法實(shí)現(xiàn)在深入研究索道設(shè)計(jì)中拋物線理論以及懸鏈線理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)計(jì)算流程與算法開展研究，并應(yīng)用Mathematica與C．NET技術(shù)編制了交互式計(jì)算軟件。軟件采用C．NET進(jìn)行開發(fā)，分為2層系統(tǒng)架構(gòu)：(1)底層內(nèi)核計(jì)算采用Mathematica的計(jì)算公式，既便于軟件開發(fā)又能保證計(jì)算結(jié)果的正確性和精確性；(2)界面表現(xiàn)層采用C通用軟件開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)，使得軟件界面美觀、簡(jiǎn)單易用。用戶不需要掌握Mathematica以及C．NET等技術(shù)即可使用。以某型號(hào)索道為例進(jìn)行了拋物線理論和懸線理論計(jì)算比較，該型號(hào)索道初始參數(shù)如表2所示，輸出數(shù)據(jù)如表3所示。表2索道初始參數(shù)跨度/m高度/m單次運(yùn)重/kg運(yùn)行速度/（m﹒s-1）70020010001.5表3索道理論計(jì)算結(jié)果比較2索道設(shè)備2．1工作索布置方案2．1．1雙承載索、單牽引索的工作索布置方案雙承載索、單牽引索的工作索布置方案如圖1所示。往復(fù)式索道具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝與拆除方便的優(yōu)點(diǎn)。循環(huán)式索道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要龐大的回轉(zhuǎn)裝置。對(duì)于需要經(jīng)常變換施工現(xiàn)場(chǎng)、靈活架設(shè)，并且拆除要求高的輸變電施工現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)，往復(fù)式貨運(yùn)索道比較適合，該種方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)單次運(yùn)重大，適合應(yīng)用于總運(yùn)量較大、工效要求較高的線路搶修工作。(2)由于運(yùn)重由雙承載索分擔(dān)，對(duì)承載索錨固點(diǎn)地質(zhì)狀態(tài)要求低。(3)在同等運(yùn)重下需要配備的承載索直徑小，抗弩眭能好，承載索使用壽命長(zhǎng)。(4)承載索展放相對(duì)容易。2．1．2單承載索脈動(dòng)式工作索布置方案單承載索脈動(dòng)式工作索布置方案如圖2所示。該方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸效率高，在運(yùn)重輕的情況下可沿承載索增加小車數(shù)量，適合常規(guī)線路運(yùn)輸工作。2．2關(guān)鍵零部件選型與研制2．2．1架空索道工作索根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，承載索采用鋼絲抗拉強(qiáng)度1550～1850MPa的鋼絲繩為宜，牽引索則以采用抗拉強(qiáng)度l700～2000MPa的鋼絲繩為宜。鋼絲繩承受的拉力最大不能超過(guò)破斷拉力F。的60％～70％，否則會(huì)造成鋼絲繩的塑性變形，不斷減小鋼絲繩的直徑，即不斷減小鋼絲繩的承載能力。鋼絲繩選取有以下性能要求：(1)抗拉強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)密度系數(shù)大。對(duì)橫向壓力和擠壓力、橫向沖擊力有較強(qiáng)的抵抗能力。(2)耐磨損，鋼絲繩表面光滑，與卷筒和滑輪等有較大的外接觸表面。(3)耐疲勞，對(duì)反復(fù)彎曲的適應(yīng)性強(qiáng)。(4)柔軟，不自轉(zhuǎn)，不扭轉(zhuǎn)，不松散。(5)耐腐蝕。(6)易插接。2．2．2牽引索卡緊機(jī)構(gòu)鋁合金滑車尼龍輪下方接觸承載索，與牽引索卡緊機(jī)構(gòu)連接部分采用活動(dòng)蓋板穿銷軸(螺栓)型式。實(shí)際使用時(shí)先將鋁合金滑車與卡緊機(jī)構(gòu)間的銷軸(螺栓)取出，打開活動(dòng)蓋板以后將滑車放在承載索上，合上蓋板將卡緊機(jī)構(gòu)與滑車連接好以后將牽引索放入卡緊機(jī)構(gòu)，然后將被運(yùn)物體與卡緊機(jī)構(gòu)扳手相連即可。由于重物重力通過(guò)杠桿原理增力以后帶動(dòng)上壓塊壓緊下壓塊實(shí)現(xiàn)牽引索卡緊。此時(shí)開動(dòng)索道牽引機(jī)即可實(shí)現(xiàn)小車帶載上、下運(yùn)行。2．2．3托索輪MC尼龍，又名鑄型尼龍，是一種高分子聚合物，具有下列優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕，不產(chǎn)生噪音，機(jī)械性能好，回彈性良好；具有耐磨性和自潤(rùn)滑性，化學(xué)穩(wěn)定性好；對(duì)異物埋沒性，非粘附性。實(shí)踐證明，在同等條件下，當(dāng)載荷為鋼絲繩強(qiáng)度11％，24％，34％時(shí)，尼龍繩輪上鋼絲繩壽命分別是鋼制繩輪上鋼絲繩壽命的11，5，3倍，由此可見MC尼龍能有效減少對(duì)鋼絲繩的磨損，大大提高鋼絲繩的使用壽命。托、壓索輪直徑不能為鋼絲繩捻距的整數(shù)倍。2．2．4高度可調(diào)節(jié)、底部可微調(diào)的支撐塔架本項(xiàng)目中塔架部分主要采用鋼管，高度可以調(diào)節(jié)。主要調(diào)節(jié)方式包括：(1)通過(guò)加、減標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié)；(2)通過(guò)底部調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行高度微調(diào)節(jié)。每個(gè)支腿之間采用鋼絲繩柔性連接，以實(shí)現(xiàn)支腿在合適的位置固定。2．2．5緩沖與釋放措施為了系統(tǒng)運(yùn)行可靠、減小抱索器與推爪之間的沖擊力是相當(dāng)必要的。設(shè)貨車速度為V，小車以0.95V、0.9V及0.85V的初速度運(yùn)行時(shí)，比較分析小車與貨車的沖擊力情況，貨車趕上小車所需時(shí)間及站房配置關(guān)系。當(dāng)小車速度為0.95V時(shí)，沖擊力最小、追趕時(shí)間長(zhǎng)、站房長(zhǎng)；當(dāng)小車速度為0.9V時(shí)，沖擊力小、追趕時(shí)間短、站房短；當(dāng)小車速度為0.85V時(shí)，沖擊力較小、追趕時(shí)間較短、站房較短。因此，選用0.9V即1.125m/s作為裝載小車的初速度。那么，當(dāng)空車臨近時(shí)，PC機(jī)發(fā)出指令，停在與鋼繩平行的裝載小車專用軌道上，裝滿煤灰的小車由電動(dòng)絞車拖動(dòng)以1.125m/s的初速度運(yùn)行，空車追上小車后，貨車上的抱索器與小車上設(shè)置的推爪接觸，從而推動(dòng)小車與貨車同步運(yùn)行，在運(yùn)行中煤灰自行卸到貨車上。卸完物料后，小車被推上其軌道的斜坡段，利用斜坡高差讓推爪與抱索器脫離接觸，使重車釋放裝載小車。2．3設(shè)備工程測(cè)試與應(yīng)用2007-2008年間，陸續(xù)完成了多個(gè)型號(hào)的索道現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)試和工程應(yīng)用，測(cè)試結(jié)果表明：軟件輸出的計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果相當(dāng)吻合’J。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的最大跨距為820m，高差為380m，應(yīng)用情況表明研究成果為輸電線路施工索道的設(shè)計(jì)、使用與維護(hù)提供了有力技術(shù)支持。歸集匯總后，研制了A與B兩個(gè)系列索道。A系列索道設(shè)備適合大跨度、大起重量的輸電線路搶修工程，一般可應(yīng)用于特高壓線路或大跨越線路的搶修工作；B系列的索道適合于中小跨度、較小起重量的常規(guī)輸電線路搶修工程。研發(fā)的系列貨運(yùn)施工索道已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輸電線路施工工程中，與人力、畜力運(yùn)輸相比取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以750kV蘭白線VIII標(biāo)段黑龍江送變電公司多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)平均計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益比較如圖4—5所示。3結(jié)論輸電線路施工貨運(yùn)索道研究成果為我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)提供了良好的技術(shù)支撐和保障，顯著提高了運(yùn)輸效率，節(jié)約了成本和人力，對(duì)提升我國(guó)輸變電施工建設(shè)水平起到了促進(jìn)作用。目前，陸續(xù)開展了的新型貨運(yùn)索道向大傾角、長(zhǎng)運(yùn)距、大運(yùn)量方向發(fā)展。輸送能力、運(yùn)行速度、貨車的有效載重量分別向輸送能力多、運(yùn)行速度高、有效載量大的方向發(fā)展，也是今后索道技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。4參考文獻(xiàn)[1]單圣滌，工程索道[M]．北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2000：1-84．[