智能搬運HMB-4型液壓機構一體化吊軌液壓缸的設計與實現

廣東電網有限責任公司中山供電局 閆 超 姚光久 孟晨旭 梁群鋒 何瀟柳 黃 建 方澤彬

1 傳統搬運HMB-4型液壓機構的不足之處

220kV 變電站的220kV 及以上設備大量使用GIS、HGIS（氣體絕緣全封閉式組合電器），220kV 電壓等級的GIS 設備其機構大量采用HMB-4型液壓彈簧機構。該機構儲能后內部壓力高、內部零部件精度高、密封方式為膠圈密封、運行時間長等諸多原因，導致其可靠性不高，頻繁打壓情況時有發生。當出現嚴重故障時須對其進行拆裝搬運更換處理，更換過程存在以下弊端：狹小空間搬運重物造成人身傷害、拆裝精度無法得到保障、搬運裝置與帶電設備安全距離不足導致觸電風險、不規則重心搬運磕傷設備，

HMB-4型液壓機構在儲能狀態下，工作缸中的活塞桿上方一直為高壓油，在分閘狀態下活塞桿下方為低壓油，由于壓力差，活塞桿受到向下的推力，實現開關分閘并保持在分閘位置。

HMB-4型液壓機構在儲能狀態下，工作缸中的活塞桿上方一直為高壓油，在合閘狀態下活塞桿下方低壓油切換為高壓油，活塞桿上下方由于受力面積不同（下方大于上方），活塞桿收到向上的推力，實現開關合閘并保持在合閘位置。

該機構的分合主要依靠活塞桿下方高低油壓切換實現，而高低油壓切換主要依靠前級閥和主換向閥完成，并且前級閥和主換向閥在完成相應高低油切換后，通過閥內的錐形閥口和密封圈實現高低壓油相隔離，保證機構內無內漏。

搬運過程中磕碰高低儲油箱和工作缸導致密封不良，從而造成頻繁打壓，頻繁打壓的原因如下：一是分閘前級閥內部密封不良；二是主換向閥高低油密封不良；三是工作缸裂高低油密封不良；四是其他高低油密封不良的情況。

因HMB-4型液壓外部滲漏導致油位偏低，油位下降至電機啟動接點動作值啟動電機補壓；內部密封不嚴導致高壓油路向低壓油路滲漏，引發機構頻繁打壓；油中雜質堵塞閥門或活塞造成運行部件配合不到位；出現上述故障需要及時更換HMB-4機構，更換過程存在以下弊端[1]。

HMB-4型機構重達280kg，出現問題時通常的檢修施工方案是多名檢修人員在狹小的空間內完成搬運操作；HMB 為不規則形狀，不規則形狀造成HMB-4的重心與其幾何中心不重合，為了避免升降過程中重心不穩造成HMB-4傾倒，其拆裝精度無法得到保障，作業流程較為煩瑣；常規搬運方法需要搬運人員、搬運工具、叉車、特種作業車輛的實時移動，GIS 設備逼仄的空間會造成移動的人員、設備與帶電設備安全距離不足導致觸電的風險。

HMB-4為不規則形狀，左側突出部分為輔助開關，右側凸出部分為二次接線及分合閘線圈，后側凸出部分在電機，HMB-4四周有高低壓油位油箱；HMB 型液壓機構凸出部分于機構箱的距離不足10cm，HMB-4機構放置于開關機構箱內，人工搬運容易出現磕碰液壓機構，造成設備損傷[2]；機構箱為保證密封滿足要求一般設有門檻，造成人工搬運HMB 液壓機構時候需要將液壓機構抬高到與門檻齊平的高度，人工水平搬運出來，人工無法精確控制HMB 機構搬運高度；HMB-4機構為不規則圖形，重心與液壓機構幾何體中心不重合，人工搬運會造成液壓機構前后左右晃動，磕碰設備，甚至會造成檢修人員意外跌倒等情況[3]。

2 一體化吊軌液壓缸結構組成及原理

針對傳統搬運HMB-4型設備存在的不足，如圖4所示本文提出一種智能搬運HMB-4型液壓機構一體化吊軌液壓缸，該裝置可以在平衡HMB-4機構的前提下實現快速、安全、平穩搬運，提高檢修效率，縮短停電時間，保障了供電可靠性[4]。

2.1 一體化吊軌液壓缸結構組成

如圖1所示本文研制的“智能搬運HMB-4型液壓機構一體化吊軌液壓缸”由雙向液壓油缸HOB40、滾珠圓盤、自旋轉長條板、導軌、承重框、圓形底盤等6部分組成（以下簡稱“一體化吊軌液壓缸”）。其中，一體化吊軌液壓缸可實現模塊化組裝，可根據拆裝需要靈活使用。裝置主要技術原理、功能如下。

圖1 一體化吊軌液壓缸整體外觀圖

一是如圖2、圖3所示雙向液壓油缸HOB40結構設計：雙向液壓油缸HOB40通過側面三對承重輪放置于導軌上，油缸底部通過L 型活動鋼板與被搬運機構固定，L 型活動鋼板在油壓作用下實現上升下降，從而帶動被搬運機構上升下降，油缸固定于支點的后面，在抬升被搬運機構的時候通過杠桿力實現油缸與被搬運機構的動態平衡，油缸左右兩個泵頂同時抬升同時下落，可以避免泵頂高度不一致造成被搬運機構傾斜，油缸泵頂的配合使用可實現被搬運機構的抬升和下降。L 型活動鋼板和油缸后置設計可以實現狹小空間的放置。

圖2 雙向液壓油缸HOB40搬運機構正面圖

圖3 雙向液壓油缸HOB40搬運機構側視圖

二是如圖4所示L 型活動鋼板中心有小直徑的凹槽圓環，圓盤內放置滾珠，滾珠上方放置契合凹槽圓環的凹槽圓盤，凹槽圓盤通過活動滾珠承載實現中心自旋轉。

圖4 滾珠圓盤實物圖

三是如圖5、圖6所示自旋轉長條板放置于凹槽圓盤上方，其兩端通過弧形孔，穿孔螺絲固定于被搬運設備，實現長條板與被搬運設備的固定，從而同步旋轉。

圖5 自旋轉長條板固定被搬運機構示意圖

圖6 自旋轉長條板固定被搬運機構俯視圖

四是導軌實現分段式拼接，避免導軌過長無法穿越被搬運設備承重框，被搬運設備承重框與前門匯控箱保持0.8m 距離，與后門GIS 設備保持0.5m距離，導軌分段式拼接能很好避免前后空間不足無法對穿承重框的缺陷。

五是承重框采用三段式承重，提高平衡支撐裕度，被搬運設備機構箱前門采用兩段式承重，后門采用單段式承重。兩段式承重在被搬運設備前移的時候保持穩定性，移動到固定位置的時候，被搬運設備在油缸作用下垂直上升下降，兩段式承重能保持穩定性。

六是承重框底部安裝圓形底盤，通過增大接觸面積，防止抬升重物過程中對地面的損傷。圓形底盤與承重框之間通過螺紋螺桿連接固定，通過調節底盤高低，可以適應凸凹不平的地面，實現穩固立框。

2.2 一種快速更換HMB-4型液壓機構裝置技術關鍵點

該裝置可達到快速搬運液壓機構目的，同時可實現模塊化等功能，安全搬運設備，提高檢修效率，其技術關鍵點如下。

采用模塊化結構設計，便于安裝：該裝置由雙向液壓油缸HOB40、滾珠圓盤、自旋轉長條板、導軌、承重框、圓形底盤等6部分組成，通過組裝可以避開機構箱門檻、避免液壓機構磕碰造成的設備損傷，實現液壓機構的水平轉運。

雙向液壓油缸HOB40油缸泵頂結構設計，實現同步升降功能：油缸與泵頂之間通過四通閥連接，通過泵頂的升降功能實現被搬運機構的同步升降，避免了不同步造成的被搬運機構傾倒。超薄雙向液壓油缸泵頂實現油缸泵頂的分離，油缸與泵頂處于同一水平面，避免傳統泵頂位于油缸之上造成的高度限制。雙向液壓油缸上部門采用凹槽U 型設計，避免提升過程HMB-4設備對機構箱頂部合閘頂桿的碰撞，可實現避障操作，雙向液壓油缸的扁平化結構位于搬運物之上，避免搬運物突然跌落對人身和設備造成的傷害。

滾珠圓盤自旋轉設計，避免精密元件磕碰：HMB 為不規則形狀，左側突出部分為輔助開關，右側凸出部分為二次接線及分合閘線圈，后側凸出部分為電機，HMB 四周有三個對稱儲能模塊，通過自旋轉避免更換過程對精密元件磕碰；自旋轉長條板設計，其兩端通過弧形孔，穿孔螺絲固定于被搬運設備，實現長條板與被搬運設備的固定，從而同步旋轉，可以實現任意方向旋轉，帶動L 型活動鋼板下部被搬運機構在同一水平面任意方向運動。

導軌間距與雙向液壓油缸HOB40兩側三對輪相匹配，實現被搬運機構無縫轉運：移動至前承重框，兩段式支撐固定，防止一端受力不均勻造成被搬運機構傾倒，導軌上的凹槽實現導向萬向輪作用；導軌分段式拼接，調整水平度：導軌側面有真空泡水平測試儀，導軌分段式拼接能很好避免前后空間不足無法對穿承重框的缺陷。

承重框底部安裝圓形底盤，通過增大接觸面積，防止抬升重物過程中對地面的損傷。圓形底盤與承重框之間通過螺紋螺桿連接固定，通過調節底盤高低，可以適應凸凹不平的地面，實現穩固立框。承重框的支撐腳架可以通過旋轉螺母實現上升下降調節，從而達到真空泡水平測試儀要求的水平度，避免被搬運機構放置于導軌出現傾倒；一體化吊軌液壓缸采用一體式模塊化組合設計，方便拆裝和改變模塊，以適應不同尺寸的搬運物。安裝尺寸采用標準設計，滿足不同類型HMB 機構更換轉運應用：本裝置可與不同類型HMB 機構配套使用，實現更換轉運功能。