张爱山
日照钢铁有限公司 山东日照 276800
【摘要】：当前我国的张力机市场潜力巨大且保有量已居世界首位，对现有用户所持有的张力机进行升级改造，是提 升现有张力机安全可靠性能的一条低风险、高收效、高经济性的技术路线。
【关键词】：张力机；自动化控制；智能升级
引言
张力机是输电线路张力放线的重要核心装备。现场架线作业时，通过张力机与牵引机的协调配合，对导线施加可控合理的阻 尼张力。现阶段架线施工工程的安全性管理不断加强，现有张力机尚无法满足相关需要，因此施工方迫切需要性能更好的张力机。
1.智能化张力机可以实现的主要功能有:
（1）张力机整机智能控制系统选用16位微处理器单片机， 液 压系统、柴油机实现整体数字控制， 系统微处理器、显示器和发动机ECU之间通过CAN总线进行通讯， 利用CAN总线实现柴油机各项工作参数显示、柴油机故障报警等功能。
（2）系统安全实现全面监控和保障；系统开机后程序自检， 液晶屏显示器弹出消息窗口显示自检结果和工作状态提示；系 统还有误操作保护和故障保护功能， 综合多年设计加工和现场使用的经验， 编制了各种故障、错误的判断和安全保护程序， 由微处理器循环检测实时监控， 发现错误和故障由液晶屏显示器显示出错， 并提示故障或错误原因， 然后判断 故障或错误类别， 控制设备安全运行或进入安全制动状态；
（3）实现柴油机过载保护和牵引力过载保护功能；张力机在 主动牵引与松线工况下， 根据设定的牵引力、牵引速度的手柄电位计输入计算输出， 控制整机工作， 若出现柴油机过载， 功率极限载荷控制程序将越权减小牵引速度， 保证牵引力进行牵引， 在柴油机不过载的情况下保证张力机正常牵 引工作。牵引力实现智能控制， 牵引时当实际牵引力达到牵引力手柄电位计预设值时， 牵引停滞， 液压系统处于保压状态， 实际牵引力下降时再次开始牵引， 若不下降保压一定时间 （可预设） 系统回到“自动复位状态”， 制动器接合。
（4）张力机实现恒张力控制；张力放线施工中对张力机很重要的一项要求是保持恒张力放线， 传统控制方式均为开环控制模式， 放线过程中速度变化引起液压系统压力波动， 导致放线张力波动， 必须手动调节张力调节阀稳定张力， 操作烦琐影响施工质量。采用微处理器的智能控制方式为闭环控制模式， 通过自动、手动转换开关选择自动模式， 在自动模式下， 放线过程中速度变化时， 系统压力传感器检测到压力变化反馈到微处理器自动调节输出信号， 动态调节主溢流阀压力， 保持张力恒定不受牵引速度等因素影响， 调节迅速准确几乎无波动， 达到了恒张力放线的施工要求， 很受施工单位欢迎；
（5）张力机有主动和被动两种工况， 操作面板安装了工况选择开关， 操作开关选定工况， 信号即输入微处理器， 微处理器根据输入信号智能调节各主溢流阀压力， 不需要人工操作， 在主动工况时保证快速牵引或者安全快速松线， 被动工况时根据导线上的张力动态调节主溢流阀压力， 确保设备安全、有效工作， 不出现跑线现象；
（6）风扇冷却系统实现自动控制。牵引机启动开始工作后， 风扇系统即进入自动工作状态， 不需人工操作。液压油温度传感器自动实时检测液压系统温度， 信号输入到微处理器中， 控制程序自动判断， 当温度高于40℃时， 处理器自动输出信号打开风扇旋转冷却， 根据温度高低自动调节风扇系统比例电磁阀的控制电流， 控制风扇系统压力， 从而控制冷却风力大小。
当温度低于35℃时， 处理器自动输出信号关闭风扇系统电磁阀， 使其停止工作。现场施工人员劳动强度大， 环境条件比较恶劣， 该功能可以减轻操作人员压力， 降低劳动强度。
2.张力机升级技术难点
2.1 作业过程中功能多样性与作业工况复杂性
在张力放线过程中，张力机除了提供张力施加的功能，还提供了制动、反牵等配合施工工艺的多种能力。
由于张力机处于不同负载下的多种状态切换，其复杂性给控制系统的升级及验证带来一定难度。张力机系统升级需充分考虑机器的每一个状态，确保逻辑完备、功能完整。
2.2 现役张力机的多样性与阶梯性
不同数据源的多期数据+勘测设计数据+施工数据，形成了海量数据，大数据量的处理和分析也是一个难点。不同数据源的多期地形地貌数据、勘测设计、施工数据，绝对数据量非常大。
张力机的升级针对的并非仅仅是某个具体品牌、型号的张力机，而是需要让技术研究与研制成果可普适与大部分现役张力机。
因此，需汇总并统计现有张力机的各种机型，针对主流张力机的操控原理设计出具有很高适应性、配置灵活的电液控制系统。
2.3 牵张作业的实际需求
张力放线过程并非单纯的牵引机、张力机的互动，还涉及到整个架空导线的牵张作业的工艺过程，机器的功能开发必须符合规程、满足作业需要。
为此，需针对张力机在施工现场使用的真实作业方式制定相应的控制策略、开发可有效应对系统异常及故障的成套软硬件。
3、张力机自动化控制智能升级
3.1液压系统的电液控制模块设计
根据输变电线路施工对牵引机功能的特殊要求，对张力机电液系统进行专业设计，进行液压系统模拟仿真测试。
（1） 设计液压系统采用闭式系统、开式系统相结合的方式，冲击较小，变量控制方便污染小，系统中设置有用来冷却的热交换装置，确保闭式系统、开式系统均能在稳定的、适宜的系统温度下工作，确保液压系统工作可靠，延长液压元件的使用寿命。
（2） 设计特殊的液压系统，保证在任何情况下满足泵、马达、减速器的壳体压力需要，杜绝泵、马达、减速器的轴封由于壳体压力过高而损坏。
（3） 所设计的液压系统采用“液压伺服”控制系统，能够实现预调功能，在液压系统中设置一预调阀，当系统压力达到该阀的预设值，“液压伺服”控制系统，会控制变量泵的斜盘摆角变小（排量减小），直至泵的输出流量与系统的泄漏量相平衡，保持当前负载，此时泵的消耗功率很小仅为液压系统泄漏损失的功率。
（4） 液压系统采用集成插装阀块技术，插装阀为进口产品，插装型式使液压阀安装在一个集成阀块上，简化液压回路，减少液压胶管连接数量，增强系统抗污染能力，提高使用性能，且维护非常方便。
3.2防“跑线”技术省级
（1） 调研分析“跑线”问题的实质原因，总结问题根源，研究制定解决问题的技术方案。
（2）针对负载时启动张力机，设备系统压力建立不及时，出现张力轮转动跑线的问题，制定补压系统或背压装置，解决负载启动跑线问题。
（3） 针对张力机在受到较大负载时出现跑线现象，研究在机械、液压系统的设计上补充控制油路，增加负载能力，防止跑线。
（4） 设计失压自动保护系统，采用特殊的液压系统设计，保证张力机失压时，自动保护系统工作，确保设备不发生失压跑线事故，提高线路施工安全。
（5） 主要针对现有主流张力机机型进行升级改造，提高现有张力机的可靠安全性能，便于推广使用。
（6） 增加防溜线、带载启动系统，保证张力机在临时停机时，张力机上导线不向前溜线。同时，当张力停机后，再次释放制动器时无冲击，张力机上导线不向前溜线。
结语
从技术角度看， 张力机智能化是一次质的飞跃;从使用角度看， 性能优越， 操作简单， 安全可靠;从经济角度看， 成本增加不多， 智能化硬件成本约5-8万元， 而且随着设备吨位的增加， 这部分增加费用占总成本的比例将进一步降低。因此智能化设备有着广阔的前景， 也是大势所趋。加快应用并完善该技术以早日替代传统设备， 已经是迫在眉睫。
参考文献
[1]陈笑梅,王小霞.智能化张力机的研究与应用[J].电气传动自动化,2018,40（2）:16-20.
[2]蒋平海.张力架线机械设备和应用（第二版）[M].北京:中国电力出版社,2004（8）.