10m铝合金智慧路灯灯杆的设计与生产_李海洋.pdf

，（）上海电气技术收稿日期：第一作者简介：李海洋（），女，硕士，工程师，主要从事铝合金产品开发工作 铝合金智慧路灯灯杆的设计与生产李海洋王洪卓唐鸿洋刘述崇王乐洋李柏林辽宁忠旺集团有限公司辽宁辽阳 摘要：铝合金材料质量轻，热处理后具有良好的机械性能、物理性能及抗腐蚀性能，用于制作灯杆具有质量轻、耐腐蚀、免维护等优势。设计了一种 铝合金智慧路灯灯杆，对灯杆进行有限元分析，得到位移和应力分布。制订灯杆的生产技术路线，并完成样件试制，确认了灯杆设计方案的可行性。关键词：铝合金；灯杆；设计；生产中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，：；设计背景智慧路灯是智慧城市的重要组成部分，广泛应用于智慧城市建设中。灯杆是智慧路灯智能模块的主要物理载体，采用铝合金材料制作灯杆，有利于实现灯杆的轻量化，便于运输和安装。铝合金具有抗腐蚀性，能够延长灯杆的使用寿命，降低维护成本。目前，对于智慧路灯灯杆的研究主要集中于智能系统的搭建及应用方面，对于铝合金智慧路灯灯杆的研究还较少。庄晓波等研究了智慧路灯及灯杆国内外标准化的进展，提出智慧路灯灯杆在应用过程中出现开裂等问题，强调智慧路灯灯杆强度校核的重要性。席美蕾等对太阳能路灯灯杆进行有限元分析，并对灯杆提出合理的优化方案。笔者基于现阶段研究成果，设计了一种 铝合金智慧路灯灯杆，并通过有限元分析与样件生产试制，确认铝合金智慧路灯灯杆的可行性。铝合金智慧路灯 铝合金智慧路灯以灯杆为基础，搭载环境监测传感器、摄像头、显示屏等智能设备，在具备照明功能的基础上实现智能控制、城市监控、信息发布、环境监测等功能，可以广泛应用于市政道路及厂区。铝合金智慧路灯如图所示。灯杆结构 铝合金智慧路灯灯杆主要分为悬臂组件、杆体组件、装饰底部三部分，结构如图所示。悬臂组件由直臂、直臂筋板、悬臂套筒、弯臂组成。杆体组件由立杆、定位板、电器衬板组成，立杆断面如图所示。装饰底部由底座法兰、底座筋板、装饰管、电器门垫板、电器门盖板组成。上海电气技术 ，（）图 铝合金智慧路灯图灯杆结构图立杆断面有限元分析 铝合金智慧路灯灯杆高，属于典型高耸结构，受风载荷影响较大。对此，模拟分析静风载荷作用下灯杆的应力与变形。根据 高耸结构设计标准 的要求，确定基本风压为 ，对垂直于轴方向的受力面施加均布风载荷。灯杆的允许最大应力为 ，允许最大偏移量为 。笔者使用三维软件建立模型，并通过模拟软件进行分析。由于智慧路灯相较于传统路灯增加了智能设备，因此在建立模型时已将智能设备的影响加入灯杆中。由于装饰底部固定于地面上，因此约束装饰底部底座法兰固定位置的全部自由度。按照 一般工业用铝及铝合金挤压型材，参照以往设计经验，灯杆型材部分采用 工业用铝，板材部分采用 工业用铝，材料性能参数见表。表材料性能参数材料弹性模量 泊松比密度（）通过有限元模拟，分析出静风载荷作用下灯杆的位移及应力，分别如图、图所示。由图、图可见，在基本风压为 的静风载荷作用下，灯杆的最大位移量为 ，小于允许最大位移量，灯杆在杆体组件处受到最大应力，为 ，小于允许最大应力。由此可见，灯杆的强度和刚度满足要求。生产试制 技术路线 铝合金智慧路灯灯杆各部分零件主要由型材和板材加工而成，加工工艺除锯切、铣削、钻孔、攻丝外，还包含冲压和拉弯，连接方式采用焊接、铆接、螺接三种。灯杆主要零件的技术路线见表。挤压生产灯杆是智慧路灯的主要结构，生产中控制灯杆的强度及工艺性能对于保障智慧路灯的质量而言至关重要。灯杆中的直臂、直臂筋板、悬臂套筒、弯臂、，（）上海电气技术图灯杆位移图灯杆应力立杆、定位板、底座法兰、底座筋板、装饰管均采用挤表灯杆主要零件技术路线零件技术路线悬臂组件直臂熔铸、挤压、锯切、铣销、拉弯、焊接直臂筋板、悬臂套筒、弯臂熔铸、挤压、锯切、铣销、钻孔、焊接杆体组件立杆熔铸、挤压、锯切、铣销、钻孔、焊接及铆接定位板熔铸、挤压、锯切、铣销、焊接电器衬板熔铸、冲压、锯切、铣销、钻孔装饰底部底座法兰、底座筋板熔铸、挤压、锯切、铣销、焊接装饰管熔铸、挤压、锯切、铣销、钻孔、焊接电器门垫板熔铸、冲压、激光下料、铣销、焊接、钻孔、攻丝电器门盖板熔铸、冲压、锯切、钻孔、螺接压型材加工而成。悬臂套筒实物如图所示，弯臂实物如图所示，立杆实物如图所示，底座法兰实物如图所示，底座筋板实物如图 所示，装饰管实物如图 所示。在挤压生产时，挤压材料采用 铝棒，淬火采用穿水冷却，经过人工时效，达到 状态。通过上述挤压生产工序，提高铝合金型材的力学性能及加工性能，满足后期生产要求。图悬臂套筒实物 焊接生产悬臂组件、杆体组件、装饰底部均需要焊接连接，为保证灯杆后期拼装不受影响，对焊接质量要求较高，均采用熔化极惰性气体保护焊。悬臂组件焊上海电气技术 ，（）图弯臂实物图立杆实物图底座法兰实物图 底座筋板实物图 装饰管实物接时，将直臂、弯臂与悬臂套筒焊接，直臂筋板采用断续焊接的形式与直臂连接，起到提高悬臂组件强度的作用。为便于杆体组件后期与装饰底部组装，在立杆下部焊接定位板，如图 所示。装饰底部由装饰管与底座法兰、底座筋板焊接而成，电器门垫板通过采用满焊形式连接于装饰管上。图 焊接定位板 组件连接悬臂组件与杆体组件采用铆接方式连接，悬臂组件通过开口沉头抽芯铆钉连接于杆体组件上。杆体组件由上至下套入紧固抱箍及装饰底部后，通过定位板确定安装位置。杆体组件与装饰底部的底座法兰焊接，在焊接过程中，采用焊枪固定，转动杆体组件及装饰底部的方式进行，保证焊接质量。为保证灯杆强度与连接牢固，使用紧固抱箍将杆体组件与装饰杆上部通过紧定螺栓固定。铝合金智慧路灯实际应用如图 所示。图 铝合金智慧路灯实际应用（下转第 页）上海电气技术 ，（）强度进行计算。在额定短路电流开断试验 中，不同的恢复电压接线方式直接影响喷口表面电场强度，采用型式试验标准试验条件判断高压断路器所处的试验环境，作为喷口的设计条件。对喷口表面电场强度进行计算，可以确定喷口表面电场强度的分布情况，有利于喷口设计时优化喷口形态，选择喷口材料，并考虑绝缘介质对喷口产生的影响。这一研究方法也可以反向应用于判断研制过程中的高压断路器在额定短路电流开断试验及其它相似开断试验中大、小喷口发生表面放电的可能性。参 考 文 献高压交流断路器：黎斌 高压电器设计 版北京：机械工业出版社，王仁甫断流容量试验回路中四参数瞬态恢复电压的计算 高压电器，（）：王春艳，魏建巍 高压开关用灭弧喷口材料改进及制造工艺研究河南科技，（）：袁端鹏，陈蕊，郝留成，等 成型工艺对高压开关灭弧喷口的性能影响研究绝缘材料，（）：袁端鹏，罗军，林生军，等 基于 填料的高压开关用灭弧喷口材料性能研究 绝缘材料，（）：张无波基于数值仿真的可分离连接器电场分析和结构优化 上海电气技术，（）：，冯亚清，马志瀛高压真空断路器灭弧室处表面电场计算与绝缘设计 电工技术，（）：林秀岳，聂一雄，朱铁超，等高压开关柜三维瞬态电场计算研究高压电器，（）：施源 杂散电感对混合式限流直流断路器影响的分析上海电气技术，（）：（编辑：岚）（上接第 页）结束语铝合金作为轻质高强度材料，具有良好的耐腐蚀性、装饰性及循环回收性，符合我国绿色发展的基本战略，在智慧城市建设中大有可为。笔者结合铝合金材料自身优势，设计了一种 铝合金智慧路灯灯杆。通过设计建模，有限元分析，制订挤压、焊接等技术路线，最终完成样件试制，并应用于实际道路中，取得良好效果。铝合金智慧路灯灯杆在智慧城市建设中切实可行，具有一定的发展前景。参 考 文 献方亮智能灯杆在智慧城市中的应用探讨智能城市，（）：陈颖智慧灯杆在智慧城市中的应用电脑编程技巧与维护，（）：肖辉，李文超，朱应昶，等多功能智慧灯杆系统应用研究照明工程学报，（）：焦奕硕，张雷智慧灯杆在新型智慧城市中的应用智能城市，（）：庄晓波，黄峰 路灯、智能路灯和多功能路灯的标准进展 年中国照明论坛 半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛，苏州，席美蕾，朱成虎，龚俊杰，等 太阳能路灯灯杆的有限元研究机械制造与自动化，（）：（编辑：尔东）规范先行诚信至上创新驱动合作共赢