CN104368943B - 通用型可调式管母焊接托架 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管型母线焊接工艺配属设备领域，具体涉及一种通用型可调式管母焊接托架。本发明包括轴向支撑座，轴向支撑座上布置有多个轴向导轮，管母架设于轴向导轮上且各轴向导轮的外轮缘配合构成托撑部；通用型可调式管母焊接托架还包括升降机构，升降机构上设置回转支撑座，回转支撑座上的多个周向滚轮的辊面构成接触面；升降机构降低后的接触面最低高度低于轴向支撑座上托撑部处管母的托撑高度，升降机构抬升后的接触面最高高度高于轴向支撑座上托撑部处管母的托撑高度。本发明解决了管母焊接时的在线转动和前后轴向移动能力，从而可在无需机械吊起的情况下实现管母的一次性在线焊接目的，焊接速度和质量均可得到显著提升。
Description
技术领域
本发明属于管型母线焊接工艺配属设备领域，具体涉及一种在无需机械吊起辅助的情况下具备管母的一次性在线焊接能力的通用型可调式管母焊接托架。
背景技术
随着我国经济的高速发展，整个社会对电力的需求日益增大。目前110kV和220KV变电所低压侧均采用10kV、35kV电压等级，随着主变容量的加大，变压器低压侧进线侧的额定电流也在不断加大。常规矩形母线在技术上和结构上越来越难满足母线发热和短路电动力的要求。管型母线(简称管母)作为矩形母线的替代品，其主要应用在我国电力建设工程中电网输电导线与变电站变压器之间的导体连接、输电线路中的跳线、电力设备中的连接导体以及大电流直流融冰装置中作过流导体，是电力输变电系统中关键的部件之一，对输变电系统及电力设备的安全、可靠运行起着至关重要的作用。
管母的焊接安装历来都是一项比较繁琐且耗时耗量的工序。由于单根管母的长度有限，实际使用时往往需要将多根管母依次同轴的进行端部焊接，以连成符合长度的管母组。传统的焊接操作都为通过管母支撑架来实现。管母支撑架大体包括架体，且架体的内侧布置有导向方向与管母轴线平行的滚轮。使用时，需要将管母支撑架布置在同一水平面处，依靠将管母架设在管母支撑架上，通过其沿管母支撑架的前后滑动，来实现多根管母的端部的轴向接驳和焊接目的。上述传统结构存在的缺陷在于：由于管母自身的巨大重量，在仅仅只能沿管母轴向导向的管母支撑架上，如何完整实现管母端部的环绕焊接至关重要。国网公司标准工艺及工程管母安装技术措施中要求管母在焊接过程中应一次成型，避免过多断弧，防止因氧化影响焊接质量的规定,不得中断氩气保护。然而，实际情况却恰恰相反，由于管母在上述焊接过程中无法转动，只能焊接一段后通过吊车吊起再旋转管母，再重新放下管母，以继续焊接下一段，断弧现象的发生显然是不可避免的。即使在焊接中尽可能的排除人的因素，也最多只能单次焊接整个焊接工作量的80％。此外的，由于焊接一段后需要吊起并转动管母以焊接下一段，姑且不论仅一小段端部连接的两段的管母在同时吊起、旋转再重新放置后是否存在焊接同轴度偏差和随之而来的焊接质量问题；在其自身巨大自重下，吊起操作也需要等待焊接成型后的管型母线完全冷却后方可执行，这些都大大增加了焊接的时间，进而也就势必极大的增加了实际的施工工期，最终为施工单位造成了较大困扰。
发明内容
本发明的目的为针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单而使用可靠的通用型可调式管母焊接托架，其可在无需机械吊起的情况下实现管母的一次性在线焊接目的，焊接速度和质量均可得到显著提升。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种通用型可调式管母焊接托架，包括用于托撑管母且导向管母沿轴向位移动作的轴向支撑座，所述轴向支撑座上布置有多个轴向导轮，管母架设于轴向导轮上且各轴向导轮的外轮缘配合构成用于直接接触并导向管母轴向动作的托撑部；其特征在于：通用型可调式管母焊接托架还包括位于轴向支撑座旁侧的可作指定高度升降动作的升降机构，所述升降机构上设置回转支撑座，所述回转支撑座上的多个周向滚轮的辊面构成用于架设和旋转管母的接触面；升降机构降低后的接触面最低高度低于轴向支撑座上托撑部处管母的托撑高度，升降机构抬升后的接触面最高高度高于轴向支撑座上托撑部处管母的托撑高度；
所述回转支撑座外形呈“V”字架状，周向滚轮轮缘至少凸设于构成“V”字架状的回转支撑座的两斜臂内侧壁处，所述周向滚轮轴线平行管母轴线方向布置；升降机构还包括用于顶升回转支撑座以使其产生升降动作的顶升单元，所述顶升单元为液压顶升结构和/或机械顶升结构；
所述顶升单元为螺纹千斤顶，回转支撑座底部向下顺延有延伸臂，延伸臂外形呈管套状且其底端内壁具备内螺纹，顶升单元包括用于与延伸臂间构成螺纹配合的螺栓柱，螺栓柱下方固接升降机构的底部处基座且与基座间构成回转配合；顶升单元还包括便于手握的水平向布置的摇柄部，螺栓柱下段柱面沿周向环套布置直齿，所述直齿齿面平行螺栓柱轴线，所述摇柄部的前端环套于螺栓柱上，摇柄部在其前端处布置棘爪且与螺栓柱的上述直齿间构成彼此啮合且具备单向约束的棘轮棘爪配合。
所述基座上开设有孔，螺栓柱的底端穿设于孔上，孔端和/或孔内布置有推力轴承，螺栓柱与孔间构成轴承转动配合。
轴向支撑座的一侧外壁处水平内凹布置有导向槽，导向槽槽长方向位于铅垂方向上；螺栓柱侧部水平向导向槽处延伸有导向块，导向块与导向槽间构成铅垂方向上的导向配合关系。
回转支撑座底端沿铅垂方向向下凸设有固定环，延伸臂上端套接于固定环内；固定环上贯穿环体布置用于安装紧定螺钉的螺纹孔，延伸臂上端与固定环间构成紧定螺钉式配合。
所述构成“V”字架状回转支撑座的两斜臂均设置用于安放周向滚轮的容纳腔，容纳腔沿斜臂长度方向顺延布置，两斜臂上的容纳腔内布置多个且一一面对称的贯穿孔，所述贯穿孔上穿插有可拔插的销轴，该销轴构成周向滚轮的转轴部。
所述构成“V”字架状回转支撑座的两斜臂所成夹角为60°。
所述轴向支撑座外形呈“V”字架状，轴向导轮外形呈柱筒状且其转轴轴线垂直管母轴线布置；所述构成“V”字架状轴向支撑座的两支撑臂构成轴向导轮的轮轴且该两轮轴所成夹角为60°。
所述轴向导轮和周向滚轮的轮面所用材质均为耐磨型树脂材料。
本发明的有益效果在于：
1)、摒弃了传统支撑结构所导致的无法实现在线连续的一次性焊接的固有缺陷。一方面，通过轴向支撑座的布置，依靠轴向导轮，从而维持了管母的沿其轴向的往复直线动作能力，以便于管母执行焊接前的端部对接等操作。更为重要的是，通过布置有周向滚轮的升降机构，从而在前述管母具备轴向位移能力的同时，又同步的实现了在线的管母周向回转功能。利用周向滚轮与管母外缘的直接接触，从而起到了旋转导向轮的作用，实际上也就是将管母与支撑架间的直接接触变为了可控的滚动接触，进而显然更为方便的实现了管母的转动操作。同时的，升降机构的布置，确保了可按照实际情况在管母旋转和管母平移间随时加以选择的设计思路。这是因为一旦管母需要直线位移，其必然不能与保证其回转的周向滚轮再进行配合，反之亦然。本发明通过升降机构的设计，解决了管母焊接时可控的的在线转动和前后轴向移动能力，从而可在无需机械吊起的情况下实现管母的一次性在线焊接目的，焊接速度和质量均可得到显著提升。
2)、顶升单元与回转支撑座为本发明的核心部分。“V”字架状的回转支撑座，确保了管母在其内放置的转动稳定性。在管母安全放置在回转支撑座内的周向滚轮上时，该处的管母外壁也就稳固的“卡”在其上的两斜臂内侧壁处。顶升单元或为液压顶升单元，从而通过诸如液压缸等动力源的动能驱动，以实现顶升单元的接触面的抬升和降落目的。当然，机械顶升单元如千斤顶等亦可实现上述顶升效果，只需能够确保设计时的按要求实现对于回转支撑座的既定升降效果即可。
3)、本发明的优选方案，顶升单元为螺纹千斤顶，也即是机械顶升机构。一方面，机械顶升机构相对于液压等顶升部件而言，其结构更为简单、体积更为小巧而便于携带、维护简单、对周围环境适应性和独立性更强。尤其符合目前电力建设时常处于山地、荒原等复杂建设环境的需求。另一方面，千斤顶的螺纹配合结构，有利于实现对于回转支撑座上接触面托撑高度的精确微调，也就更便于实现多个管母间的高同轴度，最终为后续的管母的精确回转操作提供保证。更具体而言，顶升单元依靠回转支撑座底部处顺延的管状延伸臂、与管状延伸臂间螺纹配合的螺栓柱以及与螺栓柱间回转配合的基座来实现。通过预先设置与螺栓柱间构成棘轮棘爪配合的摇柄部，每当需要实现升降机构动作时，摇动摇柄部，摇柄部与螺栓柱间产生啮合并驱动螺栓柱产生转动，螺栓柱相对基座和延伸臂的转动驱动延伸臂产生升降动作，从而也就随之实现位于延伸臂上的与之固接的回转支撑座的升降动作，最终确保了对于接触面上的管母的抬升和下路需要。螺栓柱与摇柄部间的棘轮棘爪动作，有利于实现以小范围的动作摆动来提供回转支撑座的顶升动力，并同步确保顶升单元的精准动作，这在本身操作范围就狭小的管母焊接场合时尤为重要。
4)、基座与螺栓柱间的回转动作以推力轴承的轴承转动配合来实现。推力轴承自身可承受极大的轴向推力，对于主要承受向下压力的延伸臂和螺栓柱而言，其显然极为适用。
5)、为保证延伸臂和回转支撑座动作路径的一致性，此处以导向槽配合螺栓柱侧面处的导向块，从而构成沿铅垂方向的导轨式配合关系，最终确保延伸臂乃至回转支撑座能够始终沿铅垂方向作往复动作。回转支撑座上的固定环，确保了其与延伸臂间的分体式的固接配合，以进一步的细化其组成结构。
6)、周向滚轮，实际可设置为沿回转支撑座的斜臂长度方向布置的多个。本发明通过可拔插的销轴以及容纳腔的布置，甚至可将周向滚轮缩减为一对。在需要时，即可通过销轴的插接，从而实现周向滚轮于容纳腔不同位置处的定位安装功能。这样，不但仍能保证对于指定直径管母的稳固支撑需要，同时减少了滚轮数目，简化了整体结构，从而也避免了过多滚轮间所带来的彼此位置干涉现象，一举多得。
7)、轴向支撑座其外框架的形状和构造均与回转支撑座吻合，各斜臂及支撑臂间的夹角也均为指定角度，从而便于在回转支撑座抬升时，其上的接触面在越过托撑部高度后，能够瞬间整体的顶起管母，以确保对于管母的稳定抬升效果，其工作可靠稳定而效率高。
8)、轴向导轮和周向滚轮的轮面材质均选用耐磨型树脂材料，保证了对于铝制管母外壁的保护效果，避免了两者间传统刚性配合所产生的对于管母外壁的硬性刮擦现象。耐磨型树脂材料的软质性也利于增大轮体与管母外壁间的接触面积，其使用强度高、耐磨性好，转动灵活，在管母移动和旋转中对管型母线表面无任何损伤，工作性能极佳。
附图说明
图1为轴向支撑座的正面视图；
图2为顶升机构的正面视图；
图3为轴向支撑座和顶升机构组装完成后的侧视图；
图4为图3去除摇柄部和轴向导轮后的俯视图。
图示各标号与本发明的各部件名称对应关系如下：
a-容纳腔b-管母
10-轴向支撑座11-轴向导轮12-导向槽13-支撑臂
20-回转支撑座
21-周向滚轮22-斜臂23-固定环24-贯穿孔25-销轴
30-顶升单元31-延伸臂32-螺栓柱32a导向块33-摇柄部
40-基座41-推力轴承
具体实施方式
为便于理解，此处结合图示对本发明的具体结构及工作流程作以下进一步阐述：
本发明的具体构造如图1-4所示，包括基座40，基座40上沿管母轴向并排布置轴向支撑座10和回转支撑座20，其中回转支撑座20底部固接螺纹千斤顶，也即顶升单元30。螺纹千斤顶配合回转支撑座20构成整个的顶升机构。轴向支撑座10布置外形呈“V”字状的夹口，如图1所示，构成该夹口的两支撑臂13上套设耐磨型树脂材料的辊轮，该辊轮构成轴线垂直管母b轴线的轴向导轮11。回转支撑座20亦布置有外形呈“V”字状的夹口，如图2所示，该夹口和前述轴向支撑座10的夹口均夹角为60°。构成回转支撑座20的夹口的两斜臂22均为具备空心状容纳腔a的支架结构。容纳腔a沿管母b轴向方向贯穿布置多个贯穿孔24。容纳腔a内可放置周向滚轮21，周向滚轮21的轮轴即为穿插在贯穿孔24处的销轴25。每当需要在指定贯穿孔24处安置周向滚轮21，只需拔出销轴25并将周向滚轮21放置于容纳腔a的该贯穿孔24对应位置时，再插入销轴25即可，操作简便快捷。
顶升单元30也即螺纹千斤顶与回转支撑座20间的整体构造，如图2-3所示，包括沿铅垂方向至上而下布置的回转支撑座20下延伸的固定环23、与固定环23间构成固接配合的管状延伸臂31、与管状延伸臂31间构成同轴螺纹配合的螺栓柱32、与螺栓柱32间构成推力轴承式回转配合的基座40。螺栓柱32与轴向支撑座10的架体间布置导向块32a与导向槽12的导轨式配合，以限定整个顶升单元30的升降路径。螺栓柱32柱面处布置与其构成单向约束的棘轮棘爪配合的摇柄部33，以通过人力手动操作，即可实现螺栓柱32的动作以及回转支撑座20的升降操作。
本发明实际工作时，首先将之沿每道管母b轴向依次布置两个以上，以便于实现托撑功能。调低回转支撑座20的托撑高度，以露出轴向支撑座10，各轴向支撑座10间托撑部所在面等高度。根据待放置管母b的直径，确定各回转支撑座20上销轴25与贯穿孔24的对应位置。当开始进行焊接前，先将两管母b依次放置在各轴向支撑座10上，确定两管母b同高度，在其中一个管母的待配合端部套入用于连接两管母b且口径小于各管母b的管母连接筒。通过量取两管母b相邻端面间距等操作，确定两管母b间的位置一致性，再通过推送其中一个无管母连接筒的管母b沿轴向支撑座10的轴向导轮11动作，从而使其对合入前述管母连接筒内，此时两管母b同时套设在管母连接筒内且其两端部间存在焊接间距。在两管母b端部位置对确定后，摇动摇柄部33，抬升回转支撑座20，此时多个本装置应当同步进行或依次轮换进行，并同步以仪器监控两管母b在抬升时的同轴度。两管母b在回转支撑座20的顶升下，脱离轴向支撑座10的托撑部的托撑面，并在回转支撑座20的接触面的顶升下取代上述托撑部，而实现回转支撑座20的接触面与管母b的转动配合。在管母b完全脱离轴向支撑座10的托撑部且回转支撑座20的高度位置调节完毕后，两管母b同轴度稳定，之后即可进行端部焊接操作。焊接一段管母b端部时，直接通过以既定速度不断的周向向管母b施予转动力，管母b即可沿回转支撑座20的周向滚轮21产生动作，从而实现管母b的可控速度转动的一次性焊接效果。
由于管母b与周向滚轮21间的滚动配合灵敏性，只需适当施力即可保证管母b的回转操作。甚至可通过在管母外b壁固接转动把手，以进一步方便施力，此处就不再赘述。
为便于进一步理解，此处增加以下实施案例：
实施案例：
采用传统管母支撑架焊接工艺：
安徽阜阳(阜二)500千伏变电站采用传统支撑架的焊接方式，我们对其部分管母焊接头焊接时间做了统计，如下表1：
表1：阜阳(阜二)500千伏变电站管母焊接时间统计
通过上述统计，不难发现，采用传统焊接支撑架的管母焊接安装工艺，平均每个焊接头大约需要耗时2.5h，而整个500kV区管母焊接大约至少需要15天时间，周期极长。
采用本发明的通用型可调式管母焊接托架的焊接工艺：
安徽淮南孔店500千伏变电站为安徽省电力公司2014年投资建设的重点项目之一，本工程500千伏主母线采用斜拉悬吊式管型母线。表2为孔店变500千伏区管母材料统计。
表2：淮南孔店500千伏变电站500kV区管母(LDRE-T6Φ250/230)材料统计：
在查阅施工图纸中得知500kV区管母跨距53m的共9根，跨距56m的共3根，25m的共6根。依据材料表得出全站管母共计42处焊接点。由上述可知，孔店变管母焊接工作量大，且孔店变电站为迎峰度夏工程，工期较为紧迫。
在孔店变管母焊接施工时，我们使用了本发明的测试结构，并对42处焊接头压接时间进行统计，得出使用本发明的通用型可调式管母焊接托架后各管母焊接的时间，具体参见表3。
表3：淮南孔店500千伏变电站使用通用型可调式管母焊接托架后管母焊接时间统计
通过对管母焊接时间的统计可知：相较于传统的焊接支撑架，本发明可使平均每处焊接头的焊接时间降低为1.35h，平均焊接时间缩短近一半，其施工总工期也随之骤减，成效显著。
经过项目部质检员、专业监理工程师对焊接完成后的管母焊接处进行检查，其各项指标满足验收规范要求，合格率达到100％，达到预期目标。
通过上述实施例，可以看出，本发明具备了纯机械操作、操作简便性高、工作稳定性好、调节精度强、管母平移和旋转幅度可控性高、成本低廉而体积小巧便于携带等诸多优点。焊接一处接头的时间缩短为1.4h左右，同时无需在焊接时执行额外的吊起等操作，实现了在线的一次焊接成型，避免了断弧现象，一次成焊率达到100％。同时，管母在移动中，支撑架也不会对管母外壁造成刮、蹭等划伤现象，亦能适用于不同型号不同直径的管母。本发明工作可靠稳定，市场前景广阔。
Claims (8)
1.一种通用型可调式管母焊接托架，包括用于托撑管母且导向管母沿轴向位移动作的轴向支撑座(10)，所述轴向支撑座(10)上布置有多个轴向导轮(11)，管母架设于轴向导轮(11)上且各轴向导轮(11)的外轮缘配合构成用于直接接触并导向管母轴向动作的托撑部；其特征在于：通用型可调式管母焊接托架还包括位于轴向支撑座(10)旁侧的可作指定高度升降动作的升降机构，所述升降机构上设置回转支撑座(20)，所述回转支撑座(20)上的多个周向滚轮(21)的辊面构成用于架设和旋转管母的接触面；升降机构降低后的接触面最低高度低于轴向支撑座(10)上托撑部处管母的托撑高度，升降机构抬升后的接触面最高高度高于轴向支撑座(10)上托撑部处管母的托撑高度；
所述回转支撑座(20)外形呈“V”字架状，周向滚轮(21)轮缘至少凸设于构成“V”字架状的回转支撑座(20)的两斜臂(22)内侧壁处，所述周向滚轮(21)轴线平行管母轴线方向布置；升降机构还包括用于顶升回转支撑座(20)以使其产生升降动作的顶升单元(30)，所述顶升单元(30)为液压顶升结构和/或机械顶升结构；
所述顶升单元(30)为螺纹千斤顶，回转支撑座(20)底部向下顺延有延伸臂(31)，延伸臂(31)外形呈管套状且其底端内壁具备内螺纹，顶升单元(30)包括用于与延伸臂(31)间构成螺纹配合的螺栓柱(32)，螺栓柱(32)下方固接升降机构的底部处基座(40)且与基座(40)间构成回转配合；顶升单元(30)还包括便于手握的水平向布置的摇柄部(33)，螺栓柱(32)下段柱面沿周向环套布置直齿，所述直齿齿面平行螺栓柱轴线，所述摇柄部(33)的前端环套于螺栓柱(32)上，摇柄部(33)在其前端处布置棘爪且与螺栓柱(32)的上述直齿间构成彼此啮合且具备单向约束的棘轮棘爪配合。
2.根据权利要求1所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：所述基座(40)上开设有孔，螺栓柱(32)的底端穿设于孔上，孔端和/或孔内布置有推力轴承(41)，螺栓柱(32)与孔间构成轴承转动配合。
3.根据权利要求1或2所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：轴向支撑座(10)的一侧外壁处水平内凹布置有导向槽(12)，导向槽(12)槽长方向位于铅垂方向上；螺栓柱(32)侧部水平向导向槽(12)处延伸有导向块(32a)，导向块(32a)与导向槽(12)间构成铅垂方向上的导向配合关系。
4.根据权利要求1或2所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：回转支撑座(20)底端沿铅垂方向向下凸设有固定环(23)，延伸臂(31)上端套接于固定环(23)内；固定环(23)上贯穿环体布置用于安装紧定螺钉的螺纹孔，延伸臂(31)上端与固定环(23)间构成紧定螺钉式配合。
5.根据权利要求1或2所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：所述构成“V”字架状回转支撑座(20)的两斜臂(22)均设置用于安放周向滚轮(21)的容纳腔(a)，容纳腔(a)沿斜臂(22)长度方向顺延布置，两斜臂(22)上的容纳腔(a)内布置多个且一一面对称的贯穿孔(24)，所述贯穿孔(24)上穿插有可拔插的销轴(25)，该销轴(25)构成周向滚轮(21)的转轴部。
6.根据权利要求1或2所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：所述构成“V”字架状回转支撑座(20)的两斜臂(22)所成夹角为60°。
7.根据权利要求1或2所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：所述轴向支撑座(10)外形呈“V”字架状，轴向导轮(11)外形呈柱筒状且其转轴轴线垂直管母轴线布置；所述构成“V”字架状轴向支撑座(10)的两支撑臂(13)构成轴向导轮(11)的轮轴且该两轮轴所成夹角为60°。
8.根据权利要求7所述的通用型可调式管母焊接托架，其特征在于：所述轴向导轮(11)和周向滚轮(21)的轮面所用材质均为耐磨型树脂材料。
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