救灾用电缆快速架设系统的结构设计与分析

发布时间：2017-08-05 12:26

  本文关键词：救灾用电缆快速架设系统的结构设计与分析

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【摘要】：输电线路杆塔是输电线路的主要支撑元件,是电力系统正常运行的重要环节。每年我国都有很多铁塔遭受异常天气和地震灾害甚至是地震引起的地表断层等的侵害,造成输电塔变形甚至折断倒塔。研制一种灾害救援用电缆快速架设系统,对于实现灾害发生后输电线塔的快速架设、加快灾区电力系统的快速恢复具有重要意义。本文创新性的设计出一种新型的电缆快速架设系统,结构简洁、搬运方便,能快速进入灾后地区,使输电线杆塔能在4个小时之内安装完成。在对其结构进行详细设计的基础上,本文进行了大风工况和覆冰工况下的静力分析、稳定性分析以及抗震分析。首先,本文根据电缆快速架设系统总体结构设计指标的要求,采用虚拟样机技术和机电液一体化技术,建立了灾害救援用电缆快装塔的三维虚拟样机模型,完成了主体及关键部件的结构设计,绘制了二维图纸,完成了关键工艺的设计,同时在设计的基础上阐述了相关结构的功能作用,从而保证整体功能的实现。此外,本文还对电缆快速架设系统的起升安装过程进行了详细的设计阐述,给出了整个起升系统的动力方案,使整个起升过程达到简单、省力、可靠。结构设计之后,本文给出了已经加工成型的样机相关部件。其次,本文对设计完成的输电线架空塔进行了有限元建模、不同工况下的静力分析、整体稳定性计算。架空塔的受力以风荷载为主,本文以风荷载作为外荷载对输电杆塔的风缆连接参数进行了选择优化,同时对优化后得模型在10级大风工况和覆冰工况下进行了静力分析,模型满足刚度和强度要求。运用弹性支座连续梁法和初参数法,对实际模型进行了大风工况下的稳定性力学计算。最后,本文对架空塔进行了动力学分析。在对架空塔进行模态分析之后,按照架空塔的抗震等级要求,本文进行了架空塔在7级烈度下的地震时程分析,得到了整个地震动过程节点的位移、加速度时程曲线。通过对加速度时域和频域特性的比较和架空塔位移、振动情况的分析,结合架空塔的各阶振型的固有频率与所施加地震波的频谱特性,在考虑共振的情况下给出了相应的抗震措施。综上所述,本文系统性的设计了一种新型的电缆快速安装塔,对其进行了静力学分析和动力学分析,并按照加工图纸对样机的各部件进行了加工。
【关键词】：架空塔 结构设计 有限元分析 地震时程分析 部件加工
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM75
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外抢修塔的研究现状11-16
• 1.2.1 ERS系统国外发展现状11-13
• 1.2.2 STS系统国外发展现状13-14
• 1.2.3 国内研究现状14-16
• 1.2.4 国内外研究现状综述16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 电缆快速架设系统的结构设计18-40
• 2.1 总体设计指标和机械结构组成18-19
• 2.1.1 总体设计指标18
• 2.1.2 机械结构组成18-19
• 2.2 电缆快速架设系统的起升安装过程19-21
• 2.3 辅助起升塔的结构设计21-26
• 2.3.1 起升塔标准节21-24
• 2.3.2 导向框结构设计24-25
• 2.3.3 鹅头结构设计25-26
• 2.3.4 左右踏板结构设计26
• 2.4 输电线架空塔的结构设计26-29
• 2.4.1 架空塔标准节26
• 2.4.2 绝缘子标准节26-28
• 2.4.3 塔顶吊架28-29
• 2.4.4 风缆连接部件的设计29
• 2.5 辅助安装部件结构设计29-33
• 2.5.1 安装扶正框的结构及作用30
• 2.5.2 抱杆30-33
• 2.6 底座结构设计33-35
• 2.6.1 底座结构33-34
• 2.6.2 底座处地面的处理34-35
• 2.7 起升系统动力方案35-36
• 2.8 电缆快速架设系统各部件的加工36-39
• 2.8.1 起升塔各部件36-37
• 2.8.2 架空塔各部件37-38
• 2.8.3 底座各部件38-39
• 2.9 本章小结39-40
• 第3章 架空塔的静力学分析40-61
• 3.1 架空塔体系外荷载的计算40-42
• 3.1.1 架空塔体系荷载来源40
• 3.1.2 风荷载40-42
• 3.1.3 覆冰荷载42
• 3.2 架空塔有限元模型的建立42-46
• 3.2.1 有限元模型的建立42-43
• 3.2.2 边界约束的施加43-44
• 3.2.3 架空塔风缆连接最佳位置的优化44-46
• 3.3 架空塔不同工况下的静力分析46-50
• 3.3.1 最大风荷载下的静力分析46-48
• 3.3.2 最大覆冰荷载下的静力分析48-49
• 3.3.3 局部杆件的强度和稳定性计算49-50
• 3.3.4 静力分析小结50
• 3.4 架空塔的整体稳定性分析50-60
• 3.4.1 初参数法计算整体稳定性50-54
• 3.4.2 节点刚度的计算54-58
• 3.4.3 塔身整体稳定的计算58-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第4章 架空塔的抗震分析61-74
• 4.1 地震作用及分析方法61-62
• 4.2 架空塔的动力分析与地震波的选取62-66
• 4.2.1 动力分析62-64
• 4.2.2 地震波选取和修正64-66
• 4.3 架空塔的地震时程分析66-71
• 4.3.1 位移分析及刚度校核66-68
• 4.3.2 加速度及底座受力分析68-70
• 4.3.3 强度校核与时程分析小结70-71
• 4.4 地震分析对比与抗震措施71-73
• 4.4.1 时程分析与反应谱法的对比71-73
• 4.4.2 架空塔的抗震措施73
• 4.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：624932