貨運索道運輸技術(shù)[摘要]貨運索道技術(shù)在物料輸送中發(fā)揮著重要作用，在地形、地勢復(fù)雜的山區(qū)更是最經(jīng)濟的運輸方式之一。工作索是索道設(shè)備的重要組成部件，開展工作索理論的研究以及參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計研究對保證索道運輸?shù)陌踩?、?jīng)濟性具有重要意義。同時，新材料在索道設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用，對施工安全性以及施工效率有明顯的提升。[關(guān)鍵詞]貨運索道；運輸技術(shù)；索道設(shè)備0引言貨運索道運輸技術(shù)在地形復(fù)雜、條件惡劣的輸電線路工程施工中具有特殊的競爭優(yōu)勢，尤其在貨運量較大、現(xiàn)有運輸手段很難甚至無法滿足要求時其作用更加明顯。隨著特高壓等工程的建設(shè)，對貨運索道提出了新的、更高的要求，大起重量、大運量、安全可靠、裝拆靈活的輸電線路工程施工貨運架空索道逐漸被廣泛接受并采用。1索道運輸技術(shù)1．1索道運輸優(yōu)點貨運索道對自然地形的適應(yīng)性較強，具有爬坡能力大、可以跨越山川、克服地障等優(yōu)點。索道的高效、經(jīng)濟、節(jié)能，對環(huán)境影響較小等優(yōu)點決定了其必將在輸電線路施工中得到廣泛的應(yīng)用。貨運索道與其他運輸方式相比有以下優(yōu)點：(1)索道線路長度僅為公路的1／30～1／10，步行盤道的1／3～1／2，線路可隨坡就勢架設(shè)。無需修筑橋梁、涵洞，不需開挖大量土石方，對地形、地貌及自然環(huán)境的破壞小。索道建設(shè)造成的破壞是可恢復(fù)的，但公路和盤道所造成的破壞卻是永久性的。(2)索道運輸基建投資一般比汽車公路和步行盤道少，經(jīng)營費用低，通常僅為汽車的1／5～1／2，經(jīng)濟效益好，投資回收快。索道運輸節(jié)約能源，一般為汽車能耗的1／20～1／10。有文獻在對貨運索道、帶式輸送機、汽車運輸和鐵路運輸?shù)确绞竭M行比較后得出結(jié)論：不論在基建投資還是經(jīng)營費用上，貨運索道都是最經(jīng)濟的，具體見表1所示。表1索道運輸與其他方式經(jīng)濟性比較運輸方式基建投資經(jīng)營費用貨運索道100100帶式輸送機160187汽車運輸104235鐵路運輸187132索道設(shè)計除了要嚴格遵守相關(guān)設(shè)計規(guī)范外，還需要結(jié)合施工地形、地質(zhì)條件，料場的布置以及最重件重量等諸多因素綜合考慮，與其他地面運輸方式相比，具有許多獨特的優(yōu)點：(1)爬坡能力大(往復(fù)式索道可達100％以上)；(2)可以以最短的距離連接起點、終點；(3)占地少，工程量??；(4)基建投資低；(5)可適應(yīng)施工工藝所需位置卸載。1．2索道工作索理論研究方法貨運索道工作索中承載索的設(shè)計計算精度直接影響索道在使用過程中的安全性以及經(jīng)濟合理性，解決該問題的關(guān)鍵是精確的工作索選型設(shè)計計算。懸鏈線理論可以作為懸索理論的精確解，1691年幾何學(xué)家JamesBemalli等人建立了懸鏈線的解。但是因為是超越函數(shù)，計算上的困難使之不能直接應(yīng)用于懸索工程的設(shè)計計算，只能根據(jù)懸索工程的要求采用不同的近似計算方法。研究中工作索選型設(shè)計計算采用了懸鏈線理論與拋物線理論，并對2種理論進行了精確對比分析，應(yīng)用Mathematica實現(xiàn)了超越函數(shù)的求解。拋物線理論是對懸鏈線級數(shù)展開式取前2項進行改造后的計算，它是比懸鏈線簡單得多的代數(shù)函數(shù)理論。拋物線理論中又包括加氏、堀氏和杜氏三種計算方法。加氏和堀氏均是以控制無荷中撓系數(shù)進行，加氏先由定索長條件求出懸索有荷拉力，而后對影響懸索拉力的各因素(彈性伸長、溫度變化及支座位移)分別進行補正。堀氏在加氏的基礎(chǔ)上，重新導(dǎo)入了綜合補正計算式，從而擴大了加氏的使用范圍。杜氏是以控制有荷中撓系數(shù)進行的，通過拉力的二次方程式將2種狀態(tài)的懸索(載荷不同、溫度不同)聯(lián)系起來，杜氏理論無荷中撓系數(shù)小于0．08。本項目應(yīng)用的拋物線理論是對加氏理論以及堀氏理論綜合以后改進的計算模型，可以系統(tǒng)地計算出索道設(shè)計中的各項參數(shù)。實際工程應(yīng)用中，懸鏈線理論(中撓系數(shù)不大于0．2)得到的計算結(jié)果內(nèi)容豐富準(zhǔn)確，但計算過程復(fù)雜，需要專門的計算程序，適合于在關(guān)鍵特殊情況下需要精確計算的索道設(shè)計施工，也可以作為拋物線理論算法的校核計算；拋物線理論結(jié)果簡單，具有簡單易行的特點，在一般工程中(中撓系數(shù)為0．03～0．05)可以正常使用。1．3算法實現(xiàn)在深入研究索道設(shè)計中拋物線理論以及懸鏈線理論的基礎(chǔ)上，針對計算流程與算法開展研究，并應(yīng)用Mathematica與C．NET技術(shù)編制了交互式計算軟件。軟件采用C．NET進行開發(fā)，分為2層系統(tǒng)架構(gòu)：(1)底層內(nèi)核計算采用Mathematica的計算公式，既便于軟件開發(fā)又能保證計算結(jié)果的正確性和精確性；(2)界面表現(xiàn)層采用C通用軟件開發(fā)工具進行開發(fā)，使得軟件界面美觀、簡單易用。用戶不需要掌握Mathematica以及C．NET等技術(shù)即可使用。以某型號索道為例進行了拋物線理論和懸線理論計算比較，該型號索道初始參數(shù)如表2所示，輸出數(shù)據(jù)如表3所示。表2索道初始參數(shù)跨度/m高度/m單次運重/kg運行速度/（m﹒s-1）70020010001.5表3索道理論計算結(jié)果比較2索道設(shè)備2．1工作索布置方案2．1．1雙承載索、單牽引索的工作索布置方案雙承載索、單牽引索的工作索布置方案如圖1所示。往復(fù)式索道具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝與拆除方便的優(yōu)點。循環(huán)式索道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要龐大的回轉(zhuǎn)裝置。對于需要經(jīng)常變換施工現(xiàn)場、靈活架設(shè)，并且拆除要求高的輸變電施工現(xiàn)場建設(shè)，往復(fù)式貨運索道比較適合，該種方案具有以下優(yōu)點：(1)單次運重大，適合應(yīng)用于總運量較大、工效要求較高的線路搶修工作。(2)由于運重由雙承載索分擔(dān)，對承載索錨固點地質(zhì)狀態(tài)要求低。(3)在同等運重下需要配備的承載索直徑小，抗弩眭能好，承載索使用壽命長。(4)承載索展放相對容易。2．1．2單承載索脈動式工作索布置方案單承載索脈動式工作索布置方案如圖2所示。該方案具有如下優(yōu)點：運輸效率高，在運重輕的情況下可沿承載索增加小車數(shù)量，適合常規(guī)線路運輸工作。2．2關(guān)鍵零部件選型與研制2．2．1架空索道工作索根據(jù)經(jīng)驗，承載索采用鋼絲抗拉強度1550～1850MPa的鋼絲繩為宜，牽引索則以采用抗拉強度l700～2000MPa的鋼絲繩為宜。鋼絲繩承受的拉力最大不能超過破斷拉力F。的60％～70％，否則會造成鋼絲繩的塑性變形，不斷減小鋼絲繩的直徑，即不斷減小鋼絲繩的承載能力。鋼絲繩選取有以下性能要求：(1)抗拉強度高，結(jié)構(gòu)密度系數(shù)大。對橫向壓力和擠壓力、橫向沖擊力有較強的抵抗能力。(2)耐磨損，鋼絲繩表面光滑，與卷筒和滑輪等有較大的外接觸表面。(3)耐疲勞，對反復(fù)彎曲的適應(yīng)性強。(4)柔軟，不自轉(zhuǎn)，不扭轉(zhuǎn)，不松散。(5)耐腐蝕。(6)易插接。2．2．2牽引索卡緊機構(gòu)鋁合金滑車尼龍輪下方接觸承載索，與牽引索卡緊機構(gòu)連接部分采用活動蓋板穿銷軸(螺栓)型式。實際使用時先將鋁合金滑車與卡緊機構(gòu)間的銷軸(螺栓)取出，打開活動蓋板以后將滑車放在承載索上，合上蓋板將卡緊機構(gòu)與滑車連接好以后將牽引索放入卡緊機構(gòu)，然后將被運物體與卡緊機構(gòu)扳手相連即可。由于重物重力通過杠桿原理增力以后帶動上壓塊壓緊下壓塊實現(xiàn)牽引索卡緊。此時開動索道牽引機即可實現(xiàn)小車帶載上、下運行。2．2．3托索輪MC尼龍，又名鑄型尼龍，是一種高分子聚合物，具有下列優(yōu)點：質(zhì)量輕，不產(chǎn)生噪音，機械性能好，回彈性良好；具有耐磨性和自潤滑性，化學(xué)穩(wěn)定性好；對異物埋沒性，非粘附性。實踐證明，在同等條件下，當(dāng)載荷為鋼絲繩強度11％，24％，34％時，尼龍繩輪上鋼絲繩壽命分別是鋼制繩輪上鋼絲繩壽命的11，5，3倍，由此可見MC尼龍能有效減少對鋼絲繩的磨損，大大提高鋼絲繩的使用壽命。托、壓索輪直徑不能為鋼絲繩捻距的整數(shù)倍。2．2．4高度可調(diào)節(jié)、底部可微調(diào)的支撐塔架本項目中塔架部分主要采用鋼管，高度可以調(diào)節(jié)。主要調(diào)節(jié)方式包括：(1)通過加、減標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進行調(diào)節(jié)；(2)通過底部調(diào)節(jié)裝置進行高度微調(diào)節(jié)。每個支腿之間采用鋼絲繩柔性連接，以實現(xiàn)支腿在合適的位置固定。2．2．5緩沖與釋放措施為了系統(tǒng)運行可靠、減小抱索器與推爪之間的沖擊力是相當(dāng)必要的。設(shè)貨車速度為V，小車以0.95V、0.9V及0.85V的初速度運行時，比較分析小車與貨車的沖擊力情況，貨車趕上小車所需時間及站房配置關(guān)系。當(dāng)小車速度為0.95V時，沖擊力最小、追趕時間長、站房長；當(dāng)小車速度為0.9V時，沖擊力小、追趕時間短、站房短；當(dāng)小車速度為0.85V時，沖擊力較小、追趕時間較短、站房較短。因此，選用0.9V即1.125m/s作為裝載小車的初速度。那么，當(dāng)空車臨近時，PC機發(fā)出指令，停在與鋼繩平行的裝載小車專用軌道上，裝滿煤灰的小車由電動絞車拖動以1.125m/s的初速度運行，空車追上小車后，貨車上的抱索器與小車上設(shè)置的推爪接觸，從而推動小車與貨車同步運行，在運行中煤灰自行卸到貨車上。卸完物料后，小車被推上其軌道的斜坡段，利用斜坡高差讓推爪與抱索器脫離接觸，使重車釋放裝載小車。2．3設(shè)備工程測試與應(yīng)用2007-2008年間，陸續(xù)完成了多個型號的索道現(xiàn)場數(shù)據(jù)測試和工程應(yīng)用，測試結(jié)果表明：軟件輸出的計算結(jié)果與現(xiàn)場測試結(jié)果相當(dāng)吻合’J。現(xiàn)場應(yīng)用的最大跨距為820m，高差為380m，應(yīng)用情況表明研究成果為輸電線路施工索道的設(shè)計、使用與維護提供了有力技術(shù)支持。歸集匯總后，研制了A與B兩個系列索道。A系列索道設(shè)備適合大跨度、大起重量的輸電線路搶修工程，一般可應(yīng)用于特高壓線路或大跨越線路的搶修工作；B系列的索道適合于中小跨度、較小起重量的常規(guī)輸電線路搶修工程。研發(fā)的系列貨運施工索道已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輸電線路施工工程中，與人力、畜力運輸相比取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。以750kV蘭白線VIII標(biāo)段黑龍江送變電公司多個現(xiàn)場平均計算，經(jīng)濟效益比較如圖4—5所示。3結(jié)論輸電線路施工貨運索道研究成果為我國電網(wǎng)建設(shè)提供了良好的技術(shù)支撐和保障，顯著提高了運輸效率，節(jié)約了成本和人力，對提升我國輸變電施工建設(shè)水平起到了促進作用。目前，陸續(xù)開展了的新型貨運索道向大傾角、長運距、大運量方向發(fā)展。輸送能力、運行速度、貨車的有效載重量分別向輸送能力多、運行速度高、有效載量大的方向發(fā)展，也是今后索道技術(shù)發(fā)展趨勢。4參考文獻[1]單圣滌，工程索道[M]．北京：中國林業(yè)出版社，2000：1-84．[