隧道电缆沟盖板转运小车的研制

1 工程概况

石黔高速公路全线长度46 km,其中隧道路段占比达43%,主要涉及机电安装的分项 占比如图1所示。隧道建设中电缆及光缆敷设完后,需要转运大量盖板对电缆沟进行覆盖,但施工中发现在隧道内移动盖板比较困难。另外,在3km以上的超长隧道运营过程中,如果需要逐一揭盖板进行检修、排除故障,人力物力的投入较高;除此之外,投入大量人员后,运营高速公路隧道内施工安全管控将成为难点,人员分散,容易发生交通事故。

鉴于上述问题,需要寻找一种移动式揭、盖电缆沟盖板工具,其中投入人员少显得尤为重要。

2研制背景

在隧道光、电缆施工完成后需要盖好重量达80 kg的电缆沟盖板,一条2 km的隧道中,电缆沟盖板的宽度以0.47 m计算,电缆沟盖板数量可达8 510块。如要全部盖完,每天投入10人,需要8天。而市面上现有叉车灵活性不强,其他大型机械在隧道内作业安全风险高。因此,需要针对电缆沟盖板结构特点设计出一种转运小车,以实现多种场景下高效率的电缆沟盖板转运[1]。

3设计方案

高速公路揭、盖电缆沟盖板作业主要利用电缆沟盖板之间的缝隙(图2)进行。

利用这个缝隙,设计一种剪刀夹实现对电缆沟盖板的抓取。利用BIM技术进行转运小车三维立体设计,小车的具体轮廓如图3所示。

该小车包括移动架、可调推拉杆件以及可调推拉杆件端部的夹持结构,根据杠杆原理计算出力矩大小,从而确定杆件的长度;夹持结构包括悬挂钩、悬挂绳以及连接在悬挂绳上用于夹持电缆沟盖板的夹持夹。钢丝绳属于关键部件,是实现力矩转化的关键[2]。将可调推拉杆件和夹持机构连接在移动架上,在夹持电缆沟盖板时,利用可调推拉杆件和夹持机构将竖直方向的受力转化为水平压力对电缆沟盖板进行夹持、转运,可以有效提高施工效率。

4 关键技术及创新点

转运小车的关键部件及结构详细说明如图4所示,剪刀夹关键件如图5所示。

剪刀夹的设计,需要实现受力自动收紧,不受力自动松开。转运小车可根据需要搬运的电缆沟盖板的重量和尺寸调节推拉杆件的长度,利用杠杆原理,调节施加的作用力,节省人力物力,降低安全管控风险。

利用L形限位槽13—1水平段,在预备夹持电缆沟盖板时,可在不受力的情况下,使第三连接件进入限位槽13—1垂直段内,从而使电缆沟盖板轻松夹持在两个夹持钩之间;在夹持电缆沟盖板时,连接件自动滑落至限位槽的水平段内,将电缆沟盖板牢牢夹持住,一人即可实现电缆沟盖板的夹持和搬运。

对力的转化问题:要将竖直方向的力变换成横向的力矩,经过查询和受力分析、受力计算可知,采用高碳钢丝绳可以满足需求。

本系统采用杠杆原理,进行受力情况计算,力矩计算公式为F1L1=F2L2(F1为动力,F2为阻力,L1为动力臂,L2为阻力臂),将大量数据代入公式,得到最佳杠杆长度,确定最终长度。

5创新点

1)避免投入大量人员进行转运,有效实现安全管控。正常情况下须投入大量人员移动电缆沟盖板,而隧道内车流量大、光线不足,容易发生交通事故;使用移动小车进行转运,效率高,每人转运的数量大。

2)无须能源,绿色施工。设计的小车无须能源燃料,只需要滚轮及扁钢、钢丝绳等部件,使用杠杆原理实现省力的目的。

3)电缆沟盖板转运方向及场景不受控制。根据电缆沟盖板的特点,设计的小车抓住电缆沟盖板移动不受周围影响,转向方便,操作简单。

4)可随时根据需要搬运的电缆沟盖板的重量和尺寸调节可调推拉杆件的长度,利用杠杆原理,减小在搬运电缆沟盖板过程中需要施加的作用力,节省了人力,也减轻了劳动强度。

5)转运安全,设置自锁装置。在夹持电缆沟盖板时,连接件自动滑落至限位槽的水平段内,将电缆沟盖板牢牢夹持住,一人即可实现电缆沟盖板的夹持和搬运。

6研制过程

基于上述关键技术及关键部位设计,对转运小车进行加工制作,最上方手握杠杆长度为2.5 m,末端设置了一个长度20cm、直径2.5cm的套筒手柄,杠杆与支撑架的支点是通过支撑架上焊接的20cm 套筒固定,套筒上方有两个旋钮(旋钮之间距离为10cm),可以通过旋转固定,也可以松开旋钮调节远端和操作端的距离,从而调节杠杆受力大小。远端下方有一个挂钩,挂钩上方有一个螺栓,通过两个螺帽固定。挂钩下方是钢丝绳,钢丝绳下方悬吊的是剪刀夹(剪刀夹自然状态下与电缆沟盖板宽度匹配,为44cm),剪刀夹上端有两个孔用于固定钢丝绳,夹子有三个档用来调节夹子大小(22~66 cm),夹子中间有一个固定夹子摆动的扁铁,其上有一个L形限位器,防止夹子在不受力的情况下收缩一次性穿入电缆沟缝隙。正常情况下剪刀夹处于盖板宽度,受力情况下螺栓运动在L形限位孔下端,剪刀夹受力,牢牢抓住盖板,一个人即可操作;盖板放下时,剪刀夹不受力,螺栓运动在L形限位孔上端,自锁器自动打开。最下方是两个35cm的充气滚轮,用于前后左右移动。制作流程及过程图片如表1所示。

施工时传统的方式为人工搬运,无法使用机械进行作业,隧道空间狭小,叉车作业无法在隧道内进行转运,盖板数量较多,需要投入大量人员,安全管控难度大。现在主要使用移动小车进行转运,巧妙利用电缆沟盖板之间的缝隙,剪刀夹通过缝隙夹住电缆沟盖板,再利用自锁器实现盖板的固定[3]。转运到指定地点后,将盖板放入电缆沟槽内,自锁器在未受力的情况下自动打开,实现了盖板平稳放置。在小车转运过程中控制好小车移动的速度,一人即可迅速完成盖板的转运,省力、省时、安全可靠,如图6所示。

7投入使用效果对比

石黔高速公路桥边2 260 m隧道共计有19 232块盖板,分为四组进行现场测算,每组一个人员,每人负责一个隧道一侧的4808块盖板。以此隧道为试验点的原因是数量具有代表性,可以正确测算实施效率。对是否使用小车进行效率对比,结果如图7所示。

8结束语

针对隧道电缆沟盖板的转运给施工及检修工作 带来的不便,本文研制出电缆沟盖板转运小车,该转运小车操作灵活性、安全性、适用性强,相比传统方法靠人工将重盖板撬起后再由人工搬运,省时、省力、高效,具有推广的价值。转运小车确实能大大提高施工、运行及检修人员工作效率,有效降低施工人员的安全风险,并且在其他领域的盖板及重物转运方面其同样具有广泛的推广应用价值。

[参考文献]

[1]林少伟,姜珊珊,晏超颖.一种新型电缆沟盖板打开工具[J].中国新通信,2019,21(7):81.

[2]谢琼香,吴伟力,陈基顺.电缆沟盖板撬运辅助工具的研制[J].机电信息,2016(33):127-128.

[3]窦征,齐飞,孙鹏.变电站电缆沟盖板搬运装置设计[J].农村电工,2021,29(6):28.

《机电信息》2025年第12期第18篇