张力架线系统导线与滑车动力学仿真

[摘要]随着超、特高压输电线路的不断施工建设，架线施工技术从人力展放逐渐转变为全程机械化施工，传统张力架线工程计算不能体现导线及牵引绳动态张力变化和滑车竖向荷载变化，采用虚拟样机技术进行仿真，可弥补这一不足。利用ADAMS软件，构建张力架线仿真系统的模型，使牵引绳和导线在张力、牵引力和重力的共同作用下完成动态展放过程。通过理论公式保证了模型的正确性，并分析了导线和滑车的动态特性，对现场的施工建设提供依据和参考。

[关键词]输电工程 张力架线系统 ADAMS 导线 滑车

[中图分类号]T5 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2015）05-0114-01

随着我国电力事业的蓬勃发展，施工工艺和技术也有了很大进步。张力架线已经成为架线施工中最重要的一道施工工序。但架线施工现场复杂，作业面积大而无法进行全程实验。目前，国内研究输电线路张力架设的仿真系统，是将理论公式的结果在图纸上显示出来。而研究动态架线过程仿真的还很少。本文利用ADAMS软件进行仿真，提取导线张力及滑车竖向荷载，与传统计算结果对比验证仿真模型的正确性和可靠性，并对仿真结果进行分析总结，为张力架线施工设计提供参考和依据。

一、张力架线仿真系统模型建立

（一）施加牵引绳和导线的轴套力

在ADAMS软件中没有直接建立绳索类大变形物体建模的工具。利用Bushing连接模型的建模方案可以真实地模拟钢丝绳的运动、缠绕和振动，得到了最为广泛的应用。利用齿轮齿条副来模拟钢丝绳的建模方法，可以得到较为理想的仿真速度，但不能实现钢丝绳的缠绕。本文采用Bushing连接来构建导线及牵引绳，并与滑轮、牵引机和张力机间添加接触力的方法来建模。

（二）施加构件接触碰撞力

经研究表明仿真快慢主要取决于接触力数量。但仿真求解时，导线和牵引绳单元数量巨大，仿真的速度会十分缓慢，甚至软件可能无法满足要求导致数据过大，仿真失败。为让仿真全过程能够高效顺利的完成就必须控制接触力数量。

为了尽可能减少接触力数量。本文简化了张力架线系统模型。只对架线过程中的导线、牵引绳张力和滑车竖向荷载进行研究，不对牵、张设备与导线和牵引绳缠绕受力进行研究。值得注意的是，定义模型的接触约束时，需要不断调整刚度系数，否则会出现导线切入滑车，或从滑车上弹出的现象。同时选择合理的设置求解器也是保证仿真顺利进行的关键。

二、张力架线仿真系统模型实例分析

采用工程实际中一孤立档跨越段。1号塔左侧为张力场，2号塔右侧为牵引场。工程各部分参数如图1所示。牵放速度设定为60m/min。

对仿真结果进行分析检验，根据张力架线线绳轴向张力理论公式手算出1、2号杆塔滑轮左、右侧牵引钢绳轴向张力及1、2号杆塔滑轮左、右侧导线轴向张力。并将理论值与仿真结果列入表1进行比较。

通过理论公式计算1号滑车和2号滑车所承受的竖向荷载分别为3850N和3430N。从图2、3中可以看出，滑车竖向荷载是实时变化的，均值与理论公式计算值大体相同。但需要说明的是架线起始时滑轮的竖向荷载远大于均值，对杆塔有一定的冲击。工程实际中应特别注意架线起始时需缓慢牵放。

三、结论

运用ADAMS的Bushing建模的张力架线系统，牵引绳、导线轴向张力和滑车竖向荷载与理论误差在10%以内，具有很高的准确性，能够为实际工程提供依据。

通过滑车和导线、牵引绳所反映出的动态特性，张力架线工程实际中应特别注意起始速度的控制。否则会导线张力和滑车竖向荷载可能远大于理论计算值，产生危险。该仿真可全面掌握牵放过程任意时间点导线及滑车动态受力情况，弥补理论公式的不足。

【参考文献】

[1]沈志.超特高压架空输电线路张力放线施工技术应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2010.