Entwicklung einer Hebvorrichtung für Hochspannungs-Auslöser in komplexen Umgebungen

In den Energieversorgungssystemen haben Hochspannungs-Auslöser in Umspannwerken unter alternder Infrastruktur, schwerer Korrosion, zunehmenden Fehlern und unzureichender Stromdurchflusskapazität des Hauptleiters gelitten, was die Versorgungsreliabilität erheblich beeinträchtigt. Es besteht ein dringender Bedarf an technischen Modernisierungen dieser langjährig im Einsatz stehenden Auslöser. Während solcher Modernisierungen wird üblicherweise nur der Modernisierungsbereich instand gesetzt, während angrenzende Bereiche unter Spannung bleiben. Dieser Betriebsmodus führt jedoch oft zu unzureichendem Abstand zwischen dem umgebauten Gerät und benachbarten lebenden Komponenten, was den Sicherheitsabstandsanforderungen für Hebevorgänge vor Ort nicht gerecht wird—was signifikante Herausforderungen für die regelmäßige Wartungsarbeit darstellt. Insbesondere, wenn angrenzende Bereiche nicht abgeschaltet werden können, sind Großkräne aufgrund räumlicher Einschränkungen nicht in der Lage, Hebeaufgaben auszuführen.

Um die Installation und Wartung von Auslösern in solchen komplexen Umgebungen zu ermöglichen, haben wir die vor Ort auftretenden Herausforderungen analysiert und vorschlagen die Entwicklung eines speziellen Hebegeräts, das für die Handhabung von Auslösern unter eingeschränkten Bedingungen angepasst ist, um robusten Support für die Wartung von Energieversorgungsgeräten zu bieten.

Basierend auf den Designanforderungen und nach Prüfung verschiedener kleiner Kran-Konfigurationen, und unter Berücksichtigung der spezifischen 110 kV Hochspannungs-Auslöser-Installationsumgebung, haben wir festgestellt, dass das Montieren des Hebegeräts direkt auf der Basisstruktur des Auslösers eine bessere Stabilität bietet, Bodenbedingungen ausschließt, besser an komplexe Standorte angepasst ist und durch ein Team von drei Personen schnell montiert und demontiert werden kann (wie unten dargestellt).

I. Konstruktion der Kranantriebe

Gemäß funktionalen Unterschieden werden Kranantriebe in vier Hauptsysteme unterteilt: Hubantrieb, Laufantrieb, Drehantrieb und Schwenkantrieb.

(1) Hubantrieb
Der Hubantrieb besteht aus einer Antriehseinheit, einem Lastgriffvorrichtung, einem Drahtseil-Umlenkungssystem und Hilfs- / Sicherheitsvorrichtungen. Als Energiequellen dienen Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren. Das Drahtseilsystem besteht aus Drahtseilen, Trommelanordnungen und einer Kombination aus beweglichen und festen Rollen. Die Lastgriffvorrichtungen kommen in verschiedenen Formen vor—wie zum Beispiel Hubösen, Tragebalken, Haken, elektromagnetische Greifer und Klauen. Unter Berücksichtigung der Designanforderungen und der Umgebung des Auslöserhebens—and unter Bezugnahme auf kommerziell verfügbare kleine Krane—wurde ein kompakter Winch als Antriehseinheit und ein Haken als Lastgriffvorrichtung ausgewählt.

(2) Laufantrieb
Der Laufantrieb passt die horizontale Position des Krans an, um die Arbeitsplatzposition optimiert zu gestalten. Er beinhaltet typischerweise ein Laufunterstützungssystem und einen Antrieb. Unser Design verwendet ein schienengeführtes Unterstützungssystem, bei dem Stahlräder entlang des U-Profil-Stahls der Auslöserbasis laufen. Dieser Ansatz bietet geringen Rollwiderstand, hohe Tragfähigkeit, starke Umweltanpassungsfähigkeit und einfache Herstellung und Wartung. Angesichts der begrenzten horizontalen Laufdistanz wird das Antriebssystem manuell betrieben, um die Einfachheit zu gewährleisten.

(3) Drehantrieb
Der Drehantrieb besteht aus einer Drehlageranordnung und einem Drehantrieb. Das Drehlager unterstützt die rotierende obere Struktur am festen vertikalen Mast, um eine stabile Drehbewegung zu gewährleisten und das Umkippen oder Ablösen zu verhindern. Der Drehantrieb liefert Drehmoment für die Rotation und überwindet Widerstandskräfte während des Schwengels.

(4) Schwenkantrieb
Bei Jib-Kranaufbauten wird der horizontale Abstand zwischen der Drehachse und dem Zentrum der Lastgriffvorrichtung als "Radius" bezeichnet. Der Schwenkantrieb passt diesen Radius an. Basierend auf den Betriebseigenschaften werden Schwenkantriebe in operative und nicht-operative unterteilt.

Operative Schwenkvorgänge erfolgen unter Last und dienen zur Anpassung des Radius während des Hebenvorgangs—zum Beispiel, um Kollisionen mehrerer Krane zu vermeiden oder genau mit Arbeitsplätzen auszurichten—und erfordern höhere Schwenkgeschwindigkeiten, um die Effizienz zu steigern.

Nicht-operative Schwenkvorgänge erfolgen ohne Last, hauptsächlich, um den Haken vor dem Heben zu positionieren oder den Arm zum Transport zusammenzuklappen. Solche Vorgänge sind selten und verwenden niedrigere Schwenkgeschwindigkeiten.

II. Gewichtsüberlegungen für Hebeausrüstungskomponenten
Da dieses Hebegerät ein modulares, tragbares kleiner Kran ist, ist das Bauteilgewicht entscheidend. Ein zu hohes Gewicht würde die Installation durch ein 2–3-köpfiges Team behindern und möglicherweise eine erfolgreiche Verwendung verhindern. Daher wurden die wichtigsten Bauteile aus Titanlegierung hergestellt, wobei das schwerste einzelne Teil nur 46 kg wiegt—was eine schnelle Montage und Demontage durch ein kleines Team ermöglicht.

III. Hebeverfahren
Das Hebeverfahren für den Hochspannungs-Auslöser mit diesem Gerät ist wie folgt:
Zuerst stellen die Arbeiter eine isolierte Leiter an den U-Profil-Stahl der Auslöserbasis. Von der Leiter aus befestigen sie die Basisplatte des Krans am U-Profil-Stahl mit Hilfe von Führungsrädern, wobei die Führungsräder in den Kanal eingreifen, um das Umkippen oder Fallen zu verhindern.

Nach der Basisinstallation montieren zwei Arbeiter den Kranarm auf dem SE7-Drehlager, dann befestigen sie den kompakten Winch darunter. Anschließend montieren sie nacheinander den Hauptarm, den Hilfsarm und den Hydraulizylinder. Die Hydraulikpumpe und die Steuerknöpfe befinden sich auf Bodenniveau. Sobald es mit Strom versorgt ist, können die Bediener die Hebevorgänge vollständig vom Boden aus durchführen.

Darüber hinaus verfügt der Kran über ein dreifaches Sicherheitsschutzsystem:

• Hochspannungs-Näherungswarnung: Ein elektrisches Feldsensor am Ende des Arms löst Sprachalarme und automatische Bremsung aus, wenn der sicherheitsrelevante Abstand zu benachbarten lebenden Geräten verletzt wird.

• Überlastschutz: Ein Dehnungssensor an der Drahtseilverbindung des Hakens überwacht kontinuierlich das Lastgewicht und den Hebewinkel; Verstöße lösen Alarme und automatische Bremsung aus.

• Stromausfallschutz: Im Falle eines plötzlichen Stromausfalls während des Hebenvorgangs blockiert das System automatisch, um das Fallen der Last zu verhindern.

IV. Vorteile des entworfenen Hebevorrichtung

• Integriert elektrische Feld- und Dehnungssensoren, um Echtzeit-Warnungen bei Hochspannungsnähe und Überlast mit automatischer Bremsung zu geben.

• Verfügt über eine elektrische Schwenklagerbasis, die an der Fachwerkkonstruktion befestigt ist, um eine stabile und steuerbare Bewegung des Armes sicherzustellen.

• Die Hauptstrukturkomponenten (Arm, Stütze, Bodenplatte) verwenden Titanlegierung – für Korrosionsbeständigkeit und erhebliche Gewichtsreduzierung.

• Modulares Design ermöglicht eine einfache Anpassung an verschiedene Plattformen und legt den Grundstein für zukünftige Entwicklung und breitere Anwendungen.

Zusammenfassend verwendet diese Hebevorrichtung Titanlegierung für kritische Komponenten, um das Gewicht drastisch zu reduzieren, bietet eine rationale Funktionszonenabgrenzung für leichtes Montieren/Demontieren und erfordert nur drei Personen für den Betrieb. Sie löst effektiv die Herausforderungen, die durch begrenzte Sicherheitsabstände und komplexe Umgebungen bei der Wartung von Hochspannungs-Schaltanlagen entstehen, und zeichnet sich durch starke Praktikabilität und Potenzial für weite Verbreitung aus.