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新型输电线路杆塔标识牌夹具的研究

摘要：笔者在分析输电线路标识牌夹具现状的基础上，研究了一种新型的能快捷安装的简易标识牌夹具，并从材料、强度、结构方面进行了优选，进行了装配质量的验证和现场试用。新型标识牌夹具实现了避免使用螺栓紧固夹具、避免登高作业的设计目标，从而最大程度的减少了安装作业时需要登高组装的零件数量。本研究提供了标识牌夹具结构设计和安装方面的新思路，有较大的应用和参考价值。

关键词：杆塔标识牌夹具；弹簧锁紧；
Abstract: Based on the analysis of the current situation of transmission line signboard fixture, the author studies a new simple signboard fixture structure which can be installed quickly, optimizes it from the aspects of material, strength and structure, and verifies the assembly quality and field trial. The new signboard fixture realizes the design goal of avoiding the use of bolt fastening fixture and climbing operation, so as to minimize the number of parts that need to be assembled by climbing during installation operation. This study provides a new idea for the structural design and installation of signboard fixture, which has great application and reference value.
Key words: iron tower signboard fixture; Spring locking;
0引言
电网建设关系国家能源安全和国民经济命脉。电力输送是电网的重要环节，输电线路分为架空线路和电缆线路。架空线路杆塔是输电线路的重要组成部分，为确保线路正常安全运行、杆塔信息等被准确地识别，杆塔上必须设置线路名称、杆号以及必要的安全、防护等标志，这些标识牌须规范牢固地安装固定在杆塔上。
目前输电线路杆塔标识牌安装夹具耗材量较大、价格较高、安装复杂，部分夹具安装后不利于运维检修人员登杆操作，增大了作业风险。为简化标识牌安装工作量、减少标识牌安装维护成本、提高输电线路标识牌维护的作业安全性，业内对此展开了大量的研究。本文提出了一种新型杆塔标识牌安装夹具，对以往标识牌夹具的结构、安装方式进行了较大程度的优化。
1问题的提出与分析
针对现有标识牌夹具的缺点，确定了新型标识牌夹具的研究目标：减少夹具安装工作量和高空组装的零件数量。从以下3方面开展研究工作：1）减少零件之间的螺栓连接；2）减少（或避免）夹具与角钢的螺栓连接；3）减少（或避免）登高作业。本文从结构设计、材料选择等角度实现夹具的优化。
2新型标识牌夹具的研制
2.1功能分解
1）连接和支撑标识牌：夹具应具备连接标识牌的支撑部件，并应具有一定强度，抵抗大风造成的载荷，并应能有效防止锈蚀或腐蚀。
2）夹紧杆塔：夹具应与杆塔的部件可靠连接，并方便安装操作。
2.2方案及可行性
结合研究目标及功能分解，提出了一种可避免登高作业，无需在杆塔上安装螺栓的新型标识牌夹具方案。该方案采用弹簧锁紧结构与杆塔角钢连接，标识牌夹具与标识牌在地面完成组装，使用专用支撑杆将连接好标识牌的夹具支撑到安装位置后卡入杆塔角钢，再拉动夹具旋转，使得夹具卡入角钢锁紧，夹具设置了专用限位设置，安装后无法松脱。
从结构设计及加工制造的角度，新型夹具采用钣金结构，利用弹簧锁锁舌的斜面与角钢配合卡入，在弹簧力的作用下完成锁紧。钣金结构加工快、成本低，通过合理的结构设计可保证强度，符合此次设计的目标。
2.3结构设计
4.1、锁舌（尾部带弹簧）
4.2、卡具牌
4.3、锁壳牌
4、夹具
3、拉筋
2、角钢
1、标识牌

图1、新型夹具结构图
如图1所示，新型杆塔夹具安装在杆塔约5米的角钢上。夹具通过锁舌、弹簧将角钢卡紧后，无需紧固螺栓即可卡紧在杆塔角钢上，且夹具的锁舌与卡具两个部件形成固定的限位，使得夹具锁紧后不会脱落。夹具整体采用钣金结构，易于加工，制作快速方便。

图2、新型夹具装配图
表1、 杆塔标识牌夹具主要结构明细表
序号
零件名称
型号
材质
测试项目
1、
卡具
C-01
201/304
应力测试、耐腐蚀试验、锁紧试验
2、
锁盒
C-02
201/304
锁舌配合试验
3、
锁舌
C-03
201/304
与锁盒配合试验、锁紧试验
4、
标识牌支撑条
C-04
镀锌Q235
/

2.4材料分析
表2、 杆塔标识牌夹具材料比较
材料名称
抗拉强度
屈服强度
密度
耐腐蚀性能
Q235(碳素结构钢)
370-500(MPa)
≥235(MPa)
7.85g/cm3
易腐蚀
201（不锈钢）
≥520(MPa)
≥205(MPa)
7.93g/cm3
不易腐蚀
3003（铝合金）
142-178(MPa)
≥115(MPa)
2.63g/cm3
不易腐蚀
输电杆塔标识牌夹具通常采用镀锌碳素结构钢（Q235），此次标识牌夹具要求卡具和弹性锁舌的强度和耐腐蚀性能均应良好。从性价比和强度方面考虑，杆塔夹具中的卡具、锁舌采用201（不锈钢）板，其余部分采用镀锌Q235。3003（铝合金）的折弯加工性能较差，未采用。
2.5强度分析
在此次标识牌夹具设计中，卡具与角钢配合限位的部位，是应力集中较为薄弱的环节，因此对该部件进行了有限元分析，在加载100kg的情况校验了卡具挂耳部分的应力及应变量，均远低于极限值。

图3、卡具强度分析
在图3的应变量分析中，最大形变为1.086e-002,最小形变为1.000e-030,即最大形变量为0.01086mm，可忽略。最大应力为45.436MPa<201不锈钢的屈服应力（292MPa）。即该夹具在最薄弱零件处的应力集中位置强度是足够的。
2.6加工装配
新型杆塔标识牌夹具零件采用钣金经激光切割后折弯加工，加工速度快，成本低，夹具与标识牌通过M16螺栓连接。

图4、锁舌与锁壳配合试验
如图4所示，进行夹具的锁舌与锁壳的装配试验，检查高度（H1-H2）和宽度（B1-B2）配合尺寸，检查锁舌的极限位置尺寸A1、A2满足设计值要求。
3使用方法
夹具与标识牌在地面连接后，形成整体，再举升到5米高度后，经挂接角钢、旋转卡紧两步即可完成安装工作。

图5、新型标识牌夹具安装的步骤

图6、现场安装
4社会效益
输电线路标识牌是保证输电线路安全稳定运行的重要措施，标识牌的安装和维护是输电线路运维检修作业中工作量大、作业繁琐的一项工作，因此对标识牌夹具的改进和优化一直受到业内的重视，并对此展开了大量的研究。通过研究、讨论、实践、优化和改进，降低了标识牌的制作、安装成本，减少了标识牌安装、拆卸和维护的工作量，对于提高电网维护效率、减少运维成本有重大意义，具有较大的社会价值。

5结语
本文在分析输电线路杆塔现有标识牌夹具缺点的基础上，研究制作了一种可减少安装工作量、避免登高作业的新型杆塔标识牌夹具，具有成本低、安装简便、作业安全性高的特点，可应用于角钢铁塔及钢管杆塔的角钢连接处，改善了标识牌安装作业条件，有利于输电线路标识牌的规范设置。

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-全文完-