一种超大型压力钢管洞内自装卸行走台车的制作方法

1.本发明涉及引水式发电站建设技术领域，具体涉及到一种超大型压力钢管洞内自装卸行走台车。


背景技术：

2.压力管，即压力钢管（英语：penstock）或称作水压钢管，为一种用来输送极大水压水流的钢制管路。其中，钢管内属于封闭性的环境，并且水流的强度可以透过水闸门或是栅栏的开关进行控制。
3.压力钢管这种水流导引技术最早起源于水流带动水车时，转动的转轮产生能量，并利用这种能量来磨制谷物。最早的压力钢管并非钢管形式，而是长条的渠道形式，因此压力钢管一词最早被称之为压力管道，从历史上来说，渠道形式是最常用的，当时的压力管道，会与现有的水路连结。并且，当水源处的水闸门完全开启后，水可自由流入压力管道中。而当水闸门被关闭后，水流就会被限制而无法流入压力管道。另外通常在压力管道进水处会另外再设置栅栏或是过滤器，以防止大量的碎片，如树枝，砂石等碎屑物进入管道中并使其堵塞。
4.后于近代，该技术常用于水力发电时，水从高处向低处水轮机冲下时的导水钢制管路，或是工厂在输送油料与水流时的钢管，而称之为压力钢管。类似的技术也可应用于水坝的排洪方案或是取水方案，而在防止水位异常变化的防洪系统中，压力钢管也是常见的导水排洪应用方式。
5.压力钢管长期使用下，需要执行定期的检测、维修以及修缮工作。其中，压力钢管的孔道中通常需要定期的清洗，以清除随时间而积累下来卡在钢管内部的藻类和杂物。并且，定期的维护与检测也能够用于防止灾难性故障而可能导致泛滥及其它的严重安全问题。
6.从广义上理解，压力管道是指所有承受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分，管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。
7.从中国颁发《压力管道安全管理与监察规定》以后，“压力管道”便成为受监察管道的专用名词。在《压力管道安全管理与监察规定》第二条中，将压力管道定义为：“在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备”。国务院2003年6月1日颁发实施的《特种设备安全监察条例》(国务院令第373号)中，将压力管道进一步明确为“利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1mpa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道”。这就是说，所说的“压力管道”，不但是指其管内或管外承受压力，而且其内部输送的介质是“气体、液化气体和蒸汽”或“可能引起燃爆、中毒或腐蚀的液体”物质。国务院颁布的《特种设备安全监察条例》明
确规定：压力管道和锅炉、压力容器、起重机械并列为不安全因素较多的特种设备。国家质检总局2014年10月30日发布的《质检总局关于修订《特种设备目录》的公告（2014年第114号）》所附特种设备目录目录8000项中该定义改为：压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1mpa（表压），介质为气体、液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或者等于50mm的管道。公称直径小于150mm，且其最高工作压力小于1.6mpa（表压）的输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。
8.随着水电站设计趋于大型化，在大型、超大型水电站设计过程中，压力钢管逐渐大型化，建设单位为了节约资金投入，发电引水洞内安装压力钢管段一般开挖空间较小，给压力钢管洞内运输、安装均带来了较大的难度。中水五局承建了新疆博尔塔拉蒙古自治州精河一级引水式发电站压力钢管制造、安装施工任务（压力钢管内直径为6.2m，设计水头为347m），目前即将进行洞内超大型压力钢管安装施工。但受到洞内安装作业面的开挖空间及引水洞结构形式限制，压力钢管采用传统轨道加小车运输方式已经不能够满足施工要求。由于洞内开挖设计为正圆形，土建单位洞内开挖必然存在部分欠挖，给压力钢管安装所余空间非常狭小，怎样顺利实现在受限空间内进行压力钢管的运输及安装是需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本发明要解决的技术问题在于提供一种超大型压力钢管洞内自装卸行走台车，用于在受限空间内进行压力钢管的运输及安装。
10.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种超大型压力钢管洞内自装卸行走台车，包括可伸入压力钢管内部的框型钢梁结构架，所述框型钢梁结构架底部的前端和后端均设有驱动行走机构和接力行走机构，所述驱动行走机构和接力行走机构的高度均可升降；所述框型钢梁结构架的顶部设有用于顶升压力钢管顶部内壁的顶升机构。
11.作为上述方案的进一步技术方案，所述驱动行走机构包括行走机构和顶升油缸，所述行走机构包括驱动轮和用于驱动驱动轮的驱动电机；所述顶升油缸竖向设置，顶升油缸的下端与所述行走机构的顶部固定连接，所述顶升油缸的上端与框型钢梁结构架固定连接。
12.作为上述方案的进一步技术方案，还包括有补强套管和结构立柱；所述补强套管固定于所述框型钢梁结构架上，所述结构立柱竖向设置，结构立柱的底端与所述行走机构连接，所述结构立柱可在所述补强套管内自由滑动；所述补强套管上开设有通孔，还包括有锁定销轴，锁定销轴可穿过补强套管上的通孔锁定结构立柱。
13.作为上述方案的进一步技术方案，所述接力行走机构包括竖向设置的顶升油缸和连接于顶升油缸底部的从动轮，所述顶升油缸的顶部与所述框型钢梁结构架固定连接。
14.作为上述方案的进一步技术方案，所述顶升机构包括顶升油缸，顶升油缸的底部连接于所述框型钢梁结构架，所述顶升油缸的顶部连接有与所述压力钢管内壁轮廓一致的托架。
15.作为上述方案的进一步技术方案，还包括有补强套管和结构立柱；所述补强套管固定于所述框型钢梁结构架上，所述结构立柱竖向设置，结构立柱的顶端与所述托架连接，所述结构立柱可在所述补强套管内自由滑动；所述补强套管上开设有通孔，还包括有锁定销轴，锁定销轴可穿过补强套管上的通孔锁定结构立柱。
16.作为上述方案的进一步技术方案，所述框型钢梁结构架上还设有钢爬梯和钢爬梯平台。
17.作为上述方案的进一步技术方案，还包括有电控平台和液压泵站，所述驱动行走机构、接力行走机构和顶升机构均与液压泵站连通，所述液压泵站与所述电控平台连接。
18.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明采用齿轮驱动电机配合驱动轮实现了在轨道上加电行走功能。本发明在台车的上、下游分别安装了具有升降功能的接力行走机构和驱动行走机构，目的是为了通过接力行走机构和驱动行走机构的交替升降，相互接力使用，能够完全实现台车自行穿入压力钢管内的操作。
附图说明
19.图1为本发明的正视结构示意图。
20.图2为本发明的左视结构示意图。
21.图中各标号的释义为：框型钢梁结构架1，第一补强套管2，托架3，压力钢管4，第一顶升油缸5，钢爬梯平台6，钢爬梯7，电控平台8，液压泵站9，洞壁10，轨道100，第一结构立柱101，第一锁定销轴102，下游接力行走机构11，第二顶升油缸111，第二补强套管112，下游从动轮113，下游驱动行走机构12，第三顶升油缸121，第三补强套管122，第三锁定销轴123，第三结构立柱124，下游驱动轮125，下游齿轮驱动电机126，上游接力行走机构21，第四顶升油缸211，第四补强套管212，上游从动轮213，第四结构立柱214，第四锁定销轴215，上游驱动行走机构22，第五顶升油缸221，第五补强套管222，第五锁定销轴223，上游驱动轮225，上游齿轮驱动电机226。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以便对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解。
23.显然，对这些实施例的说明是示意性的，并不构成对本发明的具体限定，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的优选实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
24.如图1和图2所示，本发明所述的一种超大型压力钢管洞内自装卸行走台车包括可伸入压力钢管4内部的框型钢梁结构架1，所述框型钢梁结构架1底部的前端和后端均设有驱动行走机构和接力行走机构，包括设于框型钢梁结构架1上游侧的上游驱动行走机构22和上游接力行走机构21，设于框型钢梁结构架1下游侧的下游驱动行走机构12和下游接力
行走机构11。所述框型钢梁结构架1的顶部设有用于顶升压力钢管4顶部内壁的顶升机构。
25.所述上游驱动行走机构22包括第五顶升油缸221和上游行走机构，所述上游行走机构包括上游驱动轮225和用于驱动上游驱动轮225的上游齿轮驱动电机226。所述第五顶升油缸221竖向设置，第五顶升油缸221的下端与所述上游行走机构的顶部固定连接，第五顶升油缸221的上端与框型钢梁结构架1固定连接。
26.所述上游接力行走机构21包括竖向设置的第四顶升油缸211和连接于第四顶升油缸211底部的上游从动轮213，所述第四顶升油缸211的顶部与框型钢梁结构架1固定连接。
27.所述下游驱动行走机构12包括第三顶升油缸121和下游行走机构，所述下游行走机构包括下游驱动轮125和用于驱动下游驱动轮125的下游齿轮驱动电机126。所述第三顶升油缸121竖向设置，第三顶升油缸121的下端与所述下游行走机构的顶部固定连接，第三顶升油缸121的上端与框型钢梁结构架1固定连接。
28.所述下游接力行走机构11包括竖向设置的第二顶升油缸111和连接于第二顶升油缸111底部的下游从动轮113，所述第二顶升油缸111的顶部与框型钢梁结构架1固定连接。
29.所述顶升机构包括第一顶升油缸5，第一顶升油缸5的底部连接于所述框型钢梁结构架1，，第一顶升油缸5的顶部连接有与所述压力钢管4内壁轮廓一致的托架3。
30.所述框型钢梁结构架1的上游端和下游段均设有钢爬梯7和钢爬梯平台6。还包括有电控平台8和液压泵站9，所述第一顶升油缸5、第二顶升油缸111、第三顶升油缸121、第四顶升油缸211和第五顶升油缸221均与液压泵站9连通，所述液压泵站9与所述电控平台8连接，所述电控平台8用于装个装置的电气控制。
31.为进一步加强整个装置的结构强度，所述框型钢梁结构架1上还设有补强套管和结构立柱，包括对应顶升机构设置的第一补强套管2和第一结构立柱101，在所述第一顶升油缸5的两侧分别设有第一补强套管2，所述第一补强套管2固定于所述框型钢梁结构架1上；所述第一结构立柱101竖向设置，第一结构立柱101的顶部与所述托架3的底部连接，第一结构立柱101可在第一补强套管2内自由滑动；所述第一补强套管2上开设有通孔，还包括有第一锁定销轴102，第一锁定销轴102可穿过第一补强套管2上的通孔锁定第一结构立柱101。
32.对应下游接力行走机构11设置第二补强套管112和第二结构立柱，在所述第二顶升油缸111的两侧分别设有第二补强套管112，所述第二补强套管112固定于所述框型钢梁结构架1上；所述第二结构立柱竖向设置，第二结构立柱的底部与所述下游从动轮113的顶部连接，第二结构立柱可在第二补强套管112内自由滑动；所述第二补强套管112上开设有通孔，还包括有第二锁定销轴，第二锁定销轴可穿过第二补强套管112上的通孔锁定第二结构立柱。
33.对应下游驱动行走机构12设置第三补强套管122和第三结构立柱124，在所述第三顶升油缸121的两侧分别设有第三补强套管122，所述第三补强套管122固定于所述框型钢梁结构架1上；所述第三结构立柱124竖向设置，第三结构立柱124的底部与所述下游行走机构的顶部连接，第三结构立柱124可在第三补强套管122内自由滑动；所述第三补强套管122上开设有通孔，还包括有第三锁定销轴123，第三锁定销轴123可穿过第三补强套管122上的通孔锁定第三结构立柱124。
34.对应上游接力行走机构21设置第四补强套管212和第四结构立柱214，在所述第四
顶升油缸211的两侧分别设有第四补强套管212，所述第四补强套管212固定于所述框型钢梁结构架1上；所述第四结构立柱214竖向设置，第四结构立柱214的底部与所述上游从动轮213的顶部连接，第四结构立柱214可在第四补强套管212内自由滑动；所述第四补强套管212上开设有通孔，还包括有第四锁定销轴215，第四锁定销轴215可穿过第四补强套管212上的通孔锁定第四结构立柱214。
35.对应上游驱动行走机构22设置第五补强套管222和第五结构立柱，在所述第五顶升油缸221的两侧分别设有第五补强套管222，所述第五补强套管222固定于所述框型钢梁结构架1上；所述第五结构立柱竖向设置，第五结构立柱的底部与所述上游行走机构的顶部连接，第五结构立柱可在第五补强套管222内自由滑动；所述第五补强套管222上开设有通孔，还包括有第五锁定销轴223，第五锁定销轴223可穿过第五补强套管222上的通孔锁定第五结构立柱。
36.本发明的具体实施步骤如下：步骤1：将洞内运输使用的轨道100安装完毕，提前将本发明所述的台车放置在主洞内的下游位置。将待安装的压力钢管4利用专用运输车通过支洞运输至主洞与支洞交汇处卸车，并将压力钢管4顺主洞水流方向摆正。
37.步骤2：初始状态时，本发明所述台车的下游接力行走机构11和上游接力行走机构21处于收缩状态，下游驱动行走机构12和上游驱动行走机构22处于伸长状态并位于轨道100上，整个台车的行走依靠下游驱动行走机构12和上游驱动行走机构22。然后通过下游驱动行走机构12和上游驱动行走机构22将台车沿轨道100行走到压力钢管4下游位置。
38.步骤3：将上游接力行走机构21落在压力钢管4内壁的底部上，然后将上游驱动行走机构22收回，通过下游驱动行走机构12使台车移动，使上游驱动行走机构22能够穿入压力钢管4内部。
39.步骤4：继续行走台车，当台车的上游部分全部进入压力钢管4内部后，伸长第五顶升油缸221，将上游驱动行走机构22落在压力钢管4内壁的底部上，使上游接力行走机构21和上游驱动行走机构22同时在压力钢管4内壁上行走。
40.步骤5：当上游接力行走机构21行走至压力钢管4的上游口位置时，继续行走台车，使上游接力行走机构21穿出压力钢管4上游口，此时，上游驱动行走机构22依然位于压力钢管4内。
41.步骤6：伸长第四顶升油缸211，使上游接力行走机构21的上游从动轮213与地面接触承受台车重量，然后继续行走台车，使上游驱动行走机构22穿出压力钢管4上游口。
42.步骤7：落下上游驱动行走机构22，使上游驱动行走机构22的上游驱动轮225与轨道100接触，再收回上游接力行走机构21，至此，通过上游接力行走机构21和上游驱动行走机构22的交替升降配合，完成整个台车的穿管作业。
43.步骤8：伸长第一顶升油缸5将压力钢管4顶离地面并可通过第一补强套管2和第一结构立柱101加固支撑，使支撑牢固，完成托管作业，通过第一顶升油缸5将压力钢管4调至中心高程，并通过下游驱动行走机构12和上游驱动行走机构22将压力钢管4沿轨道100运输至安装工位；至此，台车自装卸托起压力钢管4操作完成，在洞内行走至安装作业面即可；需退出台车时，只需利用下游接力行走机构11和下游驱动行走机构12交替顶升作业便可从压力钢管4中退出台车。
44.本发明采用齿轮驱动电机配合驱动轮实现了在轨道100上加电行走功能。本发明在台车的上、下游分别安装了具有升降功能的接力行走机构和驱动行走机构，目的是为了通过接力行走机构和驱动行走机构的交替升降，相互接力使用，能够完全实现台车自行穿入压力钢管4内的操作。使用δ10mm钢板制造框型钢梁结构架1并进行框型钢梁结构架1的有限元分析，使其结构强度能够完全满足顶升压力钢管4管节及托运压力钢管4管节的需求。在框型钢梁结构架1上部布置两个第一顶升油缸5，通过第一顶升油缸5的顶升能够将压力钢管4管节托离地面。在上、下游接力行走机构和驱动行走机构处设置补强套管和结构立柱，并用锁定销轴加固支撑，能够有效防止运输过程中油缸受到剪切力而导致油缸损坏。框型钢梁结构架1上设有钢爬梯7及钢爬梯平台6，能方便作业人员在压力钢管4管节运输到位后进行压力钢管4管节组对作业。本发明不仅可用于引水式发电站建设领域，也能涉及到大型引水管线建设领域，主要在洞内大型及以上压力钢管管路安装中使用。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之类。