САМОХОДНОЕ ТЯГОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОКЛАДКИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СВЯЗИ

Полезная модель относится к области строительства и эксплуатации воздушных линий, преимущественно высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) и линий связи (ЛС) и предназначена для прокладки (проводки) длинномерных изделий (лидер-тросы, тросы, провода, кабели) по несущему проводу или тросу от одной опоры (высотного сооружения) к другой при помощи самоходного тягового устройства.
Самоходные тяговые устройства предназначены для перемещения направляющего троса и тягового лидер-троса по существующему несущему тросу или проводу и используются, например, при работе «под натяжением» без спуска грозотроса ВЛ на землю [Презентация ф. Tesmec 09/11/2010. Stringing Equipment OPGW Reconductoring in Live Line. Presentation-SE-LL-Reconductoring in Live Line-general aspect EN Rev 00b, p.34/46], a также для прокладки самонесущего кабеля (например, типа ОКСН) от одной опоры до другой в т.ч. на переходах через естественные (судоходные реки, горы и др.) и искусственные (железные и автомобильные дороги, пересекаемые ВЛ и ЛС, инженерные сооружения и др.) препятствия [Патент РФ №2360345. Способ прокладки самонесущего оптического кабеля по опорам высоковольтных линий электропередачи на переходах через препятствия]. В обоих случаях используются специальные блоки сдвоенных роликов, которые тяговое устройство при помощи направляющего троса расставляет на расстоянии (10 - 15) м друг от друга на несущем тросе и протаскивает сквозь них тяговый лидер-трос. Это позволяет существенно снизить величину натяжения и провеса лидер-троса, провода или кабеля. Каждый блок роликов состоит (условно) из верхнего и нижнего одинаковых блоков роликов, причем разъемные корпусы верхнего и нижнего блоков жестко соединены друг с другом при помощи общего корпуса. Конструкция каждого блока роликов исключает выпадение и защемление лидер-троса, провода или кабеля при любом положении блока. После окончания работ по прокладке провода или кабеля это же тяговое устройство собирает блоки сдвоенных роликов при обратном ходе.
Большинство самоходных тяговых устройств содержат раму с установленными на ней источником энергии и механическим или электрическим приводом движения, блоком дистанционного управления приводом движения, тяговыми колесами, соединенными с приводом, направляющими элементами, образующими ручей для прохода между ними несущего троса (провода), прижимным устройством с прижимным(ми) роликом(ами), а также средство закрепления длинномерного изделия.
Известно самоходное устройство для проводки длинномерных нитевидных изделий [патент РФ №72794], которое содержит треугольную раму со средствами передвижения по несущему проводу и средством закрепления длинномерного изделия, источник энергии, электрический привод с редуктором и элементами управления. Средства передвижения составлены из высоких реборд с образованием между ними ручьев. Достоинством устройства является небольшая масса, что упрощает процесс его установки вручную на несущий провод. Однако устройство имеет недостатки. Малое тяговое усилие, которое прямо зависит от массы устройства и коэффициента трения между ведущими колесами и проводом не позволяет использовать устройство на больших пролетах, например, на высоковольтных линиях электропередачи. Источник энергии в виде аккумуляторной батареи требует периодической зарядки, что в отдаленных районах выполнения работ вызывает сложности с поиском источника питания для зарядки батареи и связано с потерей времени на процесс зарядки.
Наиболее близким техническим решением является самоходное устройство для воздушной прокладки кабелей [патент РФ №110871], которое содержит раму со средствами передвижения по несущему проводу, имеющими направляющие реборды, средство закрепления длинномерного изделия, источник энергии, электрический привод с редуктором и элементами управления, а также управляемое рычажное прижимное устройство с прижимным роликом. Достоинством устройства является относительно небольшая масса, что упрощает процесс его установки на несущий провод и значительное тяговое усилие, которое зависит от управляемого усилия прижима ведущих колес к проводу. Однако устройство имеет недостатки. При работе устройства усилие прижима определяется установленным взаимным положением тяговых и прижимного колес. Однако преодоление на несущем проводе ВЛ препятствий (соединительные зажимы прессуемые, зажимы соединительные спиральные, зажимы ремонтные спиральные, наледь и пр.) требует автоматического точного изменения положения прижимного колеса в зависимости от профиля препятствия за счет управления приводом прижима, что трудно осуществимо даже при его дистанционном управлении.
Анализ конструктивных особенностей и недостатков аналогов позволяет сделать следующие выводы:
- Масса тягового устройства должна быть минимально возможной и не должна превышать предельно допустимую массу поднимаемого груза вручную согласно [ПОТ Р М-007-98 Межотраслевые правила по охране труда при погрузочно-разгрузочных работах и размещении грузов]. При работе одной рукой (другой рукой рабочий держится за опору) предельно допустимая масса устройства не должна превышать 50/2 кг = 25 кг.
- Увеличение тягового усилия при сохранении относительно малой массы устройства, даже при использовании современных материалов покрытия тяговых колес с высоким коэффициентом трения, возможно только при увеличении прижимного усилия тяговых колес к несущему проводу.
- Увеличение тягового усилия должно пропорционально автоматически увеличивать прижимное усилие тяговых колес к проводу (тросу). В этом случае удастся избежать проскальзывания тяговых колес при работе под нагрузкой.
- Преодоление препятствий на несущем проводе (тросе) требует автоматического изменения положения прижимных колес относительно тяговых колес и автоматически регулируемого усилия прижима. Следует отметить, что использование для этой цели подпружиненного прижимного колеса в прижимном устройстве не способствует снижению массы самоходного тягового устройства по следующей причине. Усилие прижима должно быть достаточно большим, чтобы скомпенсировать влияние коэффициента трения тяговых колес на тяговое усилие, а длина хода упругого элемента -достаточно большой, чтобы преодолеть препятствия на несущем проводе без значительного увеличения усилия прижима. Это приводит к усложнению и значительному росту массы и габаритов упругого элемента устройства.
- Автоматическое изменение положения прижимных колес при работе на несущих проводах разного диаметра должно отвечать следующему требованию: прижимное усилие и связанное с ним тяговое усилие должны увеличиваться с увеличением диаметра провода. Это следует из зависимости диаметра провода от длины пролета - чем больше диаметр провода, тем больше пролет и провес провода, и тем больше должно быть тяговое усилие.
- При прочих равных условиях (одинаковом запасе энергии или хода тягового устройства под нагрузкой), источник энергии в виде аккумуляторной батареи проигрывает в массе генератору электрической энергии, работающему в паре с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Кроме того, аккумуляторная батарея требует периодической зарядки, что в отдаленных районах выполнения работ вызывает сложности с поиском источника питания для зарядки батареи и связано с потерей времени на процесс зарядки.
- Надежность устройства повышается при использовании не менее двух приводов тяговых колес, работающих параллельно.
Существенными признаками заявленной полезной модели являются:
- Самоходное тяговое устройство содержит раму. Признак обеспечивает возможность правильного взаимного размещения элементов устройства.
- (Устройство содержит) источник энергии. Обеспечивает возможность автономной работы устройства (его самоходность).
Источник энергии может быть выполнен в виде двигателя внутреннего сгорания и генератора электрической энергии, что обеспечивает уменьшение массы источника энергии. Двигатель внутреннего сгорания может быть снабжен центробежной муфтой. Источник энергии может быть дополнительно снабжен аккумуляторной батареей, которая позволяет осуществить первоначальное возбуждение обмоток генератора электрической энергии и однократный возврат самоходного тягового устройства при аварийной остановке ДВС. Аккумуляторную батарею выбирают минимально необходимой емкости. Такая гибридная силовая установка повышает надежность работы тягового устройства.
- (Устройство содержит) привод движения и тяговые колеса. Обеспечивает возможность передвижения устройства по несущему проводу. Привод движения может быть выполнен в виде электродвигателей, встроенных в тяговые колеса, что обеспечивает уменьшение габаритов и массы устройства. Могут быть использованы стандартные мотор-колеса, например велосипедные. Тяговые колеса обеспечивает преобразование вращательного движения колес в поступательное движение устройства вдоль несущего провода.
- (Устройство содержит) блок дистанционного управления приводом движения, который может иметь возможность связи с пультом дистанционного управления. Это обеспечивает возможность удаленного беспроводного управления тяговым устройством.
- (Устройство содержит) направляющие элементы, закрепленные на раме с возможностью вращения и образующие ручей между ними. Обеспечивает контакт рабочих поверхностей тяговых колес и прижимных колес устройства с несущим проводом.
Закрепление направляющих элементов на раме обеспечивает уменьшение габаритов и массы устройства за счет уменьшения хода роликов прижимного устройства из-за отсутствия дополнительного перемещения на высоту реборд тяговых колес. Вращение направляющих элементов уменьшает потери на трение при контакте с несущим проводом.
- (Устройство содержит) прижимное рычажное устройство с прижимными роликами. Обеспечивает увеличение усилия прижима тяговых колес к несущему проводу, что обеспечивает увеличение тягового усилия.
- (Устройство содержит) средство закрепления длинномерного изделия. Обеспечивает силовую связь тягового устройства с длинномерным изделием. Может включать в себя устройство для предотвращения перекручивания длинномерного изделия - вертлюг.
- На рабочих поверхностях тяговых колес размещен бесконечный транспортирующий ремень. Обеспечивает механическую связь и выравнивание скоростей вращения электродвигателей тяговых колес, повышенное тяговое усилие, облегчает преодоление препятствий на несущем проводе, уменьшает ударные нагрузки за счет распределения нагрузки по линии контакта ремня и несущего провода (троса). Кроме того предотвращает преждевременный износ рабочих поверхностей тяговых колес от контакта с поверхностью несущего провода (троса). Повышает надежность работы тягового устройства при выходе из строя одного из приводов колес.
- Прижимное рычажное устройство соединено со средством закрепления длинномерного изделия. Обеспечивает при помощи рычажной передачи автоматическое преобразование тягового усилия в прижимное усилие устройства с заданным усилением. При этом повышенное прижимное усилие, в свою очередь, позволяет при малой массе тягового устройства избежать проскальзывания тяговых колес при работе под нагрузкой и достичь максимального тягового усилия, обеспечиваемого приводом движения. Прижимное устройство может быть снабжено демпфером колебаний, который предотвращает механические колебания прижимного устройства и обеспечивает плавную работу тягового устройства.
- Транспортирующий ремень выполнен из материала с высоким коэффициентом трения и с рифлеными рабочими поверхностями (на наружной и внутренней поверхностях). Указанный ремень, например, [Транспортирующие ремни с бесшовным покрытием. Сайт ООО «ТПК «Белтимпэкс», 2013. URL: http://belt.beltmarket.ru/tr.html], либо [Двусторонние зубчатые приводные ремни. Сайт ООО «ТПК «Белтимпэкс», 2013. URL: http://belt.beltmarket.ru/s04.html] содержит внутреннюю и наружную рабочие поверхности с ярко выраженными рифлениями и имеет высокий коэффициент трения по металлу и пластмассе. Применение такого ремня позволяет увеличить тяговое усилие устройства, а также способствует преодолению препятствий на несущем проводе (тросе) за счет формы рабочих поверхностей.
- На рабочих поверхностях прижимных роликов размещен бесконечный транспортирующий ремень. Способствует преодолению преград на несущем проводе (тросе) за счет формы и расположения рабочей поверхности ремня под углом к оси несущего провода (троса).
Данные существенные признаки полезной модели позволяют получить технический результат, который заключается в повышении прижимного усилия при малой массе тягового устройства, что позволяет избежать проскальзывания тяговых колес при работе под нагрузкой и достичь максимального тягового усилия, обеспечиваемого приводом движения.
Существенными отличительными признаками полезной модели являются:
- На рабочих поверхностях тяговых колес размещен бесконечный транспортирующий ремень.
- Прижимное устройство соединено со средством закрепления длинномерного изделия.
Для частных случаев выполнения устройства:
- Транспортирующий ремень выполнен из материала с высоким коэффициентом трения и с рифлеными рабочими поверхностями.
- На рабочих поверхностях прижимных роликов размещен бесконечный транспортирующий ремень.
На фиг. 1-3 представлен пример самоходного тягового устройства для прокладки воздушных линий электропередачи. На фиг. 1 представлен общий вид устройства, установленного на несущий провод. На фиг. 2 представлен вид устройства на этапе его установки на несущий провод. На фиг. 3 представлена верхняя часть устройства в момент преодоления препятствия на несущем проводе.
Устройство состоит из рамы 1 с откидной частью 2 с ручкой R, источника энергии, содержащего двигатель внутреннего сгорания 3 и генератор электрической энергии 4, привода движения с тяговыми колесами 5, блока дистанционного управления приводом движения 6, который может иметь возможность связи с пультом дистанционного управления (на чертежах не показан), бесконечного транспортирующего ремня 7, направляющих роликов 8, качающегося рычага 9, прижимного устройства 10, прижимных роликов 11, средства закрепления длинномерного изделия 12. Буквами на фиг. 1-3 дополнительно обозначены: d - диаметр несущего провода (троса), D -диаметральный размер препятствия на несущем проводе (тросе), l, L - плечи рычажной передачи прижимного устройства, R - ручка для переноски, подъема и установки устройства, s - зазор между транспортирующим ремнем и прижимными роликами, S - зазор между подвижной и неподвижной частями рамы 1, Z - быстродействующий механический зажим откидной части рамы 2.
Устройство содержит раму 1, на которой шарнирно закреплена ее откидная часть 2 с ограничителем поворота (не показан). Откидная часть рамы 2 имеет в своей верхней части ручку R для переноса, подъема на опору и установки устройства не несущий провод. В рабочем положении обе части рамы 1 и 2 соединены быстродействующим механическим зажимом Z. При установке устройства откидная часть 2 в раскрепленном состоянии поворачивается относительно неподвижной части рамы 1 до упора под действием силы тяжести (фиг. 2). Откидная часть обеспечивает зазор S, необходимый для установки тягового устройства на несущий провод. Величина зазора S превышает максимальный диаметр несущего провода d (D). В нижней части рамы 1 жестко закреплен источник энергии, состоящий из двигателя внутреннего сгорания 3, соединенного, например, при помощи зубчатого ремня с генератором электрической энергии 4. Там же закреплен блок управления приводом движения 6, который может иметь возможность связи с беспроводным пультом дистанционного управления (ПДУ). Блок дистанционного управления 6 снабжен аккумулятором малой емкости для питания блока и возбуждения обмоток генератора 4. Емкость аккумулятора может быть увеличена до минимально необходимой для однократного возврата самоходного тягового устройства при аварийной остановке ДВС. В верхней части рамы 1 жестко закреплены тяговые колеса 5 со встроенными электродвигателями. Направляющие ролики 8 закреплены с возможностью вращения на раме 1 и на ее откидной части 2 так, что в рабочем положении последней образуют ручей между ними для размещения изделия. На рабочих поверхностях тяговых колес 5 размещен транспортирующий ремень 7, выполненный из материала с высоким коэффициентом трения и с рифлеными рабочими поверхностями. В средней части рамы размещено рычажное прижимное устройство 10 с прижимными роликами 11, расположенными так, чтобы обеспечивался зазор s между транспортирующим ремнем и прижимными роликами. Величина зазора s должна превышать максимальный диаметр несущего провода d (D). Прижимные ролики 11 могут иметь вогнутую в поперечном сечении рабочую поверхность для дополнительного центрирования на несущем проводе. На рабочих поверхностях прижимных роликов 11 может быть размещен дополнительный бесконечный транспортирующий ремень. Прижимное устройство 10 механически связано со средством закрепления длинномерного изделия 12, например, при помощи рычажной передачи. Плечи l и L рычажной передачи прижимного устройства выбраны так, чтобы обеспечить преобразование тягового усилия в повышенное прижимное усилие. Средство закрепления 12 может располагаться в рабочем положении с любой из двух сторон тягового устройства для работы в прямом и в обратном направлениях за счет переустановки закрепленного на раме 1 качающегося рычага 9.
Тяговое устройство работает следующим образом. Устройство за ручку R поднимают на опору (высотное сооружение). Раскрепляют быстродействующий зажим Z. При удержании устройства за ручку R открываются зазоры S и s, необходимые для его установки на несущий провод, а устройство разворачивается на некоторый угол для большего удобства установки (фиг. 2). При этом прижимные ролики 11 автоматически располагаются в горизонтальном положении под действием силы тяжести на элементы прижимного устройства 10. Тяговое устройство устанавливают транспортирующим ремнем 7 на несущий провод и происходит выравнивание устройства в вертикальной плоскости. Откидную часть рамы 2 приводят в рабочее положение и закрепляют зажимом Z на раме 1. Таким закреплением создают жесткую опору для оси вращения прижимного устройства 10 и создают страховочное средство вокруг несущего провода, предотвращающее падение тягового устройства в аварийных ситуациях при вращении устройства вокруг несущего провода. Присоединяют конец длинномерного изделия к средству закрепления 12 через вертлюг. Заводят ДВС и устанавливают требуемый уровень частоты вращения. В частных случаях выполнения устройства уровень частоты вращения можно регулировать при помощи ПДУ. При наборе частоты вращения ДВС включается центробежная муфта и механически связывает его с генератором 4, который начинает вырабатывать электрическую энергию. По сигналу ПДУ включают приводы тяговых колес 5 со встроенными электродвигателями в нужном направлении и с нужной скоростью вращения. Тяговое устройство начинает движение по несущему проводу. На начальном этапе движения тяговое усилие обеспечивается силой трения транспортирующего ремня 7 о несущий провод, возникающей под действием силы тяжести самого тягового устройства. При дальнейшем движении средство закрепления 12 воздействует тяговым усилием на прижимное устройство 10, заставляя его поворачиваться вокруг оси и прижимать один из роликов 11 к несущему проводу. Рычажная система прижимного устройства обеспечивает преобразование тягового усилия в дополнительное усилие прижима пропорционально отношению плеч L/1. При этом рычажная система обеспечивает усилие прижима большее, чем величина тягового усилия. Демпфер колебаний (на фиг. 1-3 не показан) предотвращает механические колебания прижимного устройства 10 и обеспечивает плавную работу тягового устройства. При встрече с препятствием на несущем проводе рифленые рабочие поверхности транспортирующего ремня 7 входят с контакт с препятствием и поднимают переднее тяговое колесо 5 на высоту препятствия (фиг. 3). При этом рама 1 поворачивается на небольшой угол, что приводит к временному увеличению усилия прижима и тягового усилия, что способствует преодолению препятствия. При дальнейшем движении величина усилия прижима стабилизируется. При сходе с препятствия величина прижима уменьшается, а затем также стабилизируется. При достижении следующей опоры движение устройства останавливают и при необходимости либо переносят через опору для работы на следующем пролете, либо включают реверс для сбора установленных сдвоенных блоков. В последнем случае сила воздействия сдвоенных блоков на средство закрепления 12 поворачивает прижимное рычажное устройство 10 так, что в работу вступает второй прижимной ролик 11, который обеспечивает прижим устройства к несущему проводу. Блок дистанционного управления 6 по командам с беспроводного ПДУ обеспечивает выполнение следующих команд: «Вперед/Назад» с заданной скоростью - подача напряжения нужной полярности и величины на встроенные электродвигатели; «Стоп» принудительное или автоматическое (при потере радиосвязи блока и пульта дистанционного управления) обесточивание встроенных электродвигателей»; «Аварийный стоп» - принудительная остановка ДВС; «Частота вращения ДВС» - установка уровня частоты вращения от минимальной до максимальной. При обесточивании тяговых электродвигателей происходит самоторможение устройства. В частных случаях выполнения устройства с управлением посредством ПДУ доступны все перечисленные команды, возможно выполнение команды «Частота вращения ДВС» - установка уровня частоты вращения от минимальной до максимальной. При минимальной частоте вращения центробежная муфта ДВС разомкнута и вал генератора 4 не вращается. В случае аварийной остановки ДВС возврат тягового устройства возможен либо путем его вытягивания за лидер-трос или проложенное изделие, либо за счет энергии дополнительного аккумулятора малой емкости (при его наличии).
Примером реализации полезной модели является самоходное тяговое устройство массой около 23 кг, развивающее максимальное тяговое усилие до 700 Н. Источник энергии устройства выполнен на базе ДВС Honda GX-25 и генератора электрической энергии AAG5118 (28В, 35А) [Генераторы AAG, Model: AAG5118. Сайт ООО ″Искра АЕ», 2013. URL: http://www.iskramotor.ru/item-generator-aag5118-1442.html]. Тяговые колеса выполнены на основе мотор-редукторов MBG36F (24В) [Electric Bike and Kits, MBG36F, Mini Front Motor. Сайт GOLDEN MOTOR, 2013. URL: http://goldenmotorshop.com/product/60.html]. Транспортирующий ремень выполнен, например, с покрытием NP 385 [Приводные ремни. Транспортирующие (протяжные) ремни с бесшовным покрытием производства компании MULCO (Германия). Сайт ООО «ТПК «Белтимпэкс», 2013. URL: http://belt.beltmarket.ru/tr01.html].