货运索道运输技术

货运索道运输技术
货运索道运输技术
[摘要]货运索道技术在物料输送中发挥着重要作用，在地形、地势复杂的山区更是最经
济的运输方式之一。

工作索是索道设备的重要组成部件，开展工作索理论的研究以及参数化、标准化的设计研究对保证索道运输的安全性、经济性具有重要意义。

同时，新材料在索道设备创新设计中的应用，对施工安全性以及施工效率有明显的提升。

[关键词]货运索道；运输技术；索道设备
0 引言
货运索道运输技术在地形复杂、条件恶劣的输电线路工程施工中具有特殊的竞争优势，尤其在货运量较大、现有运输手段很难甚至无法满足要求时其作用更加明显。

随着特高压等工程的建设，对货运索道提出了新的、更高的要求，大起重量、大运量、安全可靠、装拆灵活的输电线路工程施工货运架空索道逐渐被广泛接受并采用。

1 索道运输技术
1．1 索道运输优点
货运索道对自然地形的适应性较强，具有爬坡能力大、可以跨越山川、克服地障等优点。

索道的高效、经济、节能，对环境影响较小等优点决定了其必将在输电线路施工中得到广泛的应用。

货运索道与其他运输方式相比有以下优点：
(1)索道线路长度仅为公路的1／30～1／10，步行盘道的1／3～1／2，线路可随坡就势架设。

无需修筑桥梁、涵洞，不需开挖大量土石方，对地形、地貌及自然环境的破坏小。

索道建设造成的破坏是可恢复的，但公路和盘道所造成的破坏却是永久性的。

(2)索道运输基建投资一般比汽车公路和步行盘道少，经营费用低，通常仅为汽车的1／5～1／2，经济效益好，投资回收快。

索道运输节约能源，一般为汽车能耗的1／20～1／10。

有文献在对货运索道、带式输送机、汽车运输和铁路运输等方式进行比较后得出结论：不论在
基建投资还是经营费用上，货运索道都是最经济的，具体见表1所示。

索道设计除了要严格遵守相关设计规范外，还需要结合施工地形、地质条件，料场的布置以及最重件重量等诸多因素综合考虑，与其他地面运输方式相比，具有许多独特的优点：
(1)爬坡能力大(往复式索道可达100％以上)；
(2)可以以最短的距离连接起点、终点；
(3)占地少，工程量小；
(4)基建投资低；
(5)可适应施工工艺所需位置卸载。

1．2 索道工作索理论研究方法
货运索道工作索中承载索的设计计算精度直接影响索道在使用过程中的安全性以及经济合理性，解决该问题的关键是精确的工作索选型设计计算。

悬链线理论可以作为悬索理论的精确解，1691年几何学家James Bemalli等人建立了悬链线的解。

但是因为是超越函数，计算上的困难使之不能直接应用于悬索工程的设计计算，只能根据悬索工程的要求采用不同的近似计算方法。

研究中工作索选型设计计算采用了悬链线理论与抛物线理论，并对2种理论进行了精确对比分析，应用Mathematica实现了超越函数的求解。

抛物线理论是对悬链线级数展开式取前2项进行改造后的计算，它是比悬链线简单得多的代数函数理论。

抛物线理论中又包括加氏、堀氏和杜氏三种计算方法。

加氏和堀氏均是以控制无荷中挠系数进行，加氏先由定索长条件求出悬索有荷拉力，而后对影响悬索拉力的各因素(弹性伸长、温度变化及支座位移)分别进行补正。

堀氏在加氏的基础上，重新导入了综合补正计算式，从而扩大了加氏的使用范围。

杜氏是以控制有荷中挠系数进行的，通过拉力的二次方程式将2种状态的悬索(载荷不同、温度
不同)联系起来，杜氏理论无荷中挠系数小于0．08。

本项目应用的抛物线理论是对加氏理论以及堀氏理论综合以后改进的计算模型，可以系统地计算出索道设计中的各项参数。

实际工程应用中，悬链线理论(中挠系数不大于0．2)得到的计算结果内容丰富准确，但计算过程复杂，需要专门的计算程序，适合于在关键特殊情况下需要精确计算的索道设计施工，也可以作为抛物线理论算法的校核计算；抛物线理论结果简单，具有简单易行的特点，在一般工程中(中挠系数为0．03～0．05)可以正常使用。

1．3 算法实现
在深入研究索道设计中抛物线理论以及悬链线理论的基础上，针对计算流程与算法开展研究，并应用Mathematica与C．NET技术编制了交互式计算软件。

软件采用C．NET进行开发，分为2层系统架构：
(1)底层内核计算采用Mathematica的计算公式，既便于软件开发又能保证计算结果的正确性和精确性；
(2)界面表现层采用C通用软件开发工具进行开发，使得软件界面美观、简单易用。

用户不需要掌握Mathematica以及C．NET等技术即可使用。

以某型号索道为例进行了抛物线理论和悬线理论计算比较，该型号索道初始参数如表2所示，输出数据如表3所示。

表2 索道初始参数
表3 索道理论计算结果比较
2 索道设备
2．1 工作索布置方案
2．1．1 双承载索、单牵引索的工作索布置方案双承载索、单牵引索的工作索布置方案如图1所示。

往复式索道具有结构简单、安装与拆除方便的优点。

循环式索道结构复杂，需要庞大的回转装置。

对于需要经常变换施工现场、灵活架设，并且拆除要求高的输变电施工现场建设，往复式货运索道比较适合，该种方案具有以下优点：
(1)单次运重大，适合应用于总运量较大、工效要求较高的线路抢修工作。

(2)由于运重由双承载索分担，对承载索锚固点地质状态要求低。

(3)在同等运重下需要配备的承载索直径小，抗弩眭能好，承载索使用寿命长。

(4)承载索展放相对容易。

2．1．2 单承载索脉动式工作索布置方案
单承载索脉动式工作索布置方案如图2所示。

该方案具有如下优点：运输效率高，在运重轻的情况下可沿承载索增加小车数量，适合常规线路运输工作。

2．2 关键零部件选型与研制
2．2．1 架空索道工作索
根据经验，承载索采用钢丝抗拉强度1 550～1 850 MPa的钢丝绳为宜，牵引索则以采用抗拉强度l 700～2 000 MPa的钢丝绳为宜。

钢丝绳承受的拉力最大不能超过破断拉力F。

的60％～70％，否则会造成钢丝绳的塑性变形，不断减小钢丝绳的直径，即不断减小钢丝绳的承载能力。

钢丝绳选取有以下性能要求：
(1)抗拉强度高，结构密度系数大。

对横向压力和挤压力、横向冲击力有较强的抵抗能力。

(2)耐磨损，钢丝绳表面光滑，与卷筒和滑轮等有较大的外接触表面。

(3)耐疲劳，对反复弯曲的适应性强。

(4)柔软，不自转，不扭转，不松散。

(5)耐腐蚀。

(6)易插接。

2．2．2 牵引索卡紧机构
铝合金滑车尼龙轮下方接触承载索，与牵引索卡紧机构连接部分采用活动盖板穿销轴(螺栓)型式。

实际使用时先将铝合金滑车与卡紧机构间的销轴(螺栓)取出，打开活动盖板以后将滑车放在承载索上，合上盖板将卡紧机构与滑车连接好以后将牵引索放入卡紧机构，然后将被运物体与卡紧机构扳手相连即可。

由于重物重力通过杠杆原理增力以后带动上压块压紧下压块实现牵引索卡紧。

此时开动索道牵引机即可实现小车带载上、下运行。

2．2．3 托索轮
MC尼龙，又名铸型尼龙，是一种高分子聚合物，具有下列优点：质量轻，不产生噪音，机械性能好，回弹性良好；具有耐磨性和自润滑性，化学稳定性好；对异物埋没性，非粘附性。

实践证明，在同等条件下，当载荷为钢丝绳强度11％，24％，34％时，尼龙绳轮上钢丝绳寿命分别是钢制绳轮上钢丝绳寿命的11，5，3倍，由此可见MC尼龙能有效减少对钢丝绳的磨损，大大提高钢丝绳的使用寿命。

托、压索轮直径不能为钢丝绳捻距的整数倍。

2．2．4 高度可调节、底部可微调的支撑塔架
本项目中塔架部分主要采用钢管，高度可以调节。

主要调节方式包括：(1)通过加、减标准节进行调节；(2)通过底部调节装置进行高度微调节。

每个支腿之间采用钢丝绳柔性连接，以实现支腿在合适的位置固定。

2．2．5缓冲与释放措施
为了系统运行可靠、减小抱索器与推爪之间的冲击力是相当必要的。

设货车速度为V，小车以0.95V、0.9V 及0.85V的初速度运行时，比较分析小车与货车的冲击力情况，货车赶上小车所需时间及站房配置关系。

当小车速度为0.95V 时，冲击力最小、追赶时间长、站房长；
当小车速度为0.9V 时，冲击力小、追赶时间短、站房短；
当小车速度为0.85V 时，冲击力较小、追赶时间较短、站房较短。

因此，选用0.9V 即1.125m/s 作为装载小车的初速度。

那么，当空车临近时，PC机发出指令，停在与钢绳平行的装载小车专用轨道上，装满煤灰的小车由电动绞车拖动以
1.125m/s 的初速度运行，空车追上小车后，货车上的抱索器与小车上设置的推爪接触，从而推动小车与货车同步运行，在运行中煤灰自行卸到货车上。

卸完物料后，小车被推上其轨道的斜坡段，利用斜坡高差让推爪与抱索器脱离接触，使重车释放装载小车。

2．3 设备工程测试与应用
2007-2008年间，陆续完成了多个型号的索道现场数据测试和工程应用，测试结果表明：软件输出的计算结果与现场测试结果相当吻合’J。

现场应用的最大跨距为820 m，高差为380 m，应用情况表明研究成果为输电线路施工索道的设计、使用与维护提供了有力技术支持。

归集汇总后，研制了A与B两个系列索道。

A系列索道设备适合大跨度、大起重量的输电线路抢修工程，一般可应用于特高压线路或大跨越线路的抢修工作；B系列的索道适合于中小跨度、较小起重量的常规输电线路抢修工程。

研发的系列货运施工索道已经广泛应用于输电线路施工工程中，与人力、畜力运输相比取得了明显的经济效益和社会效益。

以750 kV兰白线VIII标段黑龙江送变电公司多个现场平均计算，经济效益比较如图4—5所示。

3 结论
输电线路施工货运索道研究成果为我国电网建设提供了良好的技术支撑和保障，显著提高了运输效率，节约了成本和人力，对提升我国输变电施工建设水平起到了促进作用。

目前，陆续开展了的新型货运索道向大倾角、长运距、大运量方向发展。

输送能力、运行速度、货车的有效载重量分别向输送能力多、运行速度高、有效载量大的方向发展，也是今后索道技术发展趋势。

4 参考文献
[1]单圣涤，工程索道[M]．北京：中国林业出版社，2000：1-84．
[2]白雪松，缪谦．货运施工索道悬索理论计算模型研究[J]．电网技术，2008，32(22)：90- 94．
[3]郑丽凤．架空索道悬链线理论研究[D]．福州：福建农林大学，2002．
[4]王志勇．MC尼龙在架空索道中的运用[J]．装备技术，2005(3)：27—28．
[5]白雪松，缪谦，王立军，等．货运施工索道工作索计算软件开发与应用[J]．电力设，2009，30(2)：41—44．
组员：苏炳洲、陈玲玲、乜祥、马帅、何杨、林斯禹、崔铭捷。