陳寶平，蘇奕輝，楊思元

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515000）

1 提升輸電線路間隔棒更換效率的需求場景

1.1 基建線路作業(yè)

以100公里的220kV及以上電壓等級線路來算，三相分裂導(dǎo)線需安裝約4600個(gè)間隔棒，工作量巨大。面對如此大量的間隔棒的安裝工程，如何快速且輕松的安裝間隔棒是一個(gè)極為重要的重大問題[1]。

1.2 停電檢修更換間隔棒的快速拆卸與安裝

每當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，大量間隔棒在強(qiáng)外力作用下發(fā)生損壞。對發(fā)生損壞的間隔棒需及時(shí)更換。而更換間隔棒作業(yè)通常需要停電操作，如面對大量的間隔棒檢修及更換作業(yè)，給予的停電時(shí)間卻是捉襟見肘。如何能輕松快速并且順暢的拆裝間隔棒成為困擾檢修工人的難題。

1.3 帶電作業(yè)檢修更換間隔棒的快速拆卸與安裝

帶電作業(yè)勞動強(qiáng)度大，風(fēng)險(xiǎn)高，跟需要一種輕便且操作效率高的工具。

1.4 勞動競賽中拆、裝間隔棒考試的時(shí)限要求

拆裝間隔棒而無論是輸電技能競賽還是實(shí)操考試，操作時(shí)間都是一項(xiàng)重要的參考量。不止如此，選手或考生在競賽與考試類緊張度較高的環(huán)境里常常會手忙腳亂，操作現(xiàn)有的拆裝間隔棒工具會浪費(fèi)大量時(shí)間和體力[2]。

2 現(xiàn)有機(jī)械工具分析

2.1 現(xiàn)有機(jī)械工具分析

機(jī)械組合結(jié)構(gòu)一：杠桿機(jī)構(gòu)+螺旋機(jī)構(gòu)+面接觸滑動機(jī)構(gòu)+C形夾持機(jī)構(gòu)；機(jī)械組合結(jié)構(gòu)二：杠桿機(jī)構(gòu)+螺旋機(jī)構(gòu)+面接觸滑動機(jī)構(gòu)+I形夾持機(jī)構(gòu)；機(jī)械組合結(jié)構(gòu)三：杠桿機(jī)構(gòu)+螺旋機(jī)構(gòu)+平面推力軸承滑動機(jī)構(gòu)+I形夾持機(jī)構(gòu)。

2.2 現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)

（1）摩擦阻力：一些工具在收緊過程中，內(nèi)螺紋螺桿與間隔棒接觸靠墊片滑動摩擦，隨著接觸面擠壓力的增大摩擦力增大。

（2）工具尺寸：在輸電線路上作業(yè)，空間非常狹小，體位不好調(diào)整，現(xiàn)有的工具長度和體積都偏大，作業(yè)人員操作時(shí)需要頻繁更換體位，浪費(fèi)大量體力。

（3）工具重量：減輕高空作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)，是高空作業(yè)工具設(shè)計(jì)的重要原則，由于廠家對現(xiàn)場不了解，現(xiàn)有的專用工具在設(shè)計(jì)時(shí)，在某些環(huán)節(jié)上過多的增加了尺寸。

（4）工具可靠性：現(xiàn)有的專用工具經(jīng)常出現(xiàn)壓力平墊圈磨損后摩擦過大無法使用、壓舌絲杠脫落、壓舌偏移卡住等問題，造成工作終止。

3 方案、對策與實(shí)施

3.1 方案

針對“設(shè)計(jì)與開發(fā)提高輸電線路間隔棒更換效率的工具”這一課題，我們總結(jié)了兩個(gè)方向性方案，“機(jī)械式”與“電動式”，通過優(yōu)化工具的結(jié)構(gòu)及尺寸規(guī)格，增加或更換工具構(gòu)件等方式完成提高輸電線路間隔棒更換效率的工具設(shè)計(jì)目標(biāo)。評估比較結(jié)論如下。（如表1）

通過對電動式拆裝間隔棒工具以及機(jī)械式拆裝間隔棒工具兩種方式對比分析，我們認(rèn)為機(jī)械式拆裝間隔棒工具更具優(yōu)勢。為此我們小組采用開發(fā)機(jī)械式拆裝間隔棒工具的方案。

3.2 對策

我們制定了以下對策：

對策一：使伸縮式操作桿快速轉(zhuǎn)動大于5圈/s，措施為夾頭頭一段收緊不需要壓縮夾頭橡膠進(jìn)行，阻力較小，為實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)動需把操作桿需固定中點(diǎn)在內(nèi)螺旋桿中心。

對策二：使轉(zhuǎn)動操作桿時(shí)操作桿不滑動，措施為操作桿上裝設(shè)卡環(huán)，與內(nèi)螺旋螺桿上的定位珠組合定位。

對策三：防止操作桿使用時(shí)滑脫，措施為外螺旋絲桿頂端設(shè)置防脫裝置。

對策四：降低內(nèi)螺旋拉桿與間隔棒接觸處摩擦力，措施為內(nèi)螺旋拉桿與間隔棒接觸處設(shè)置滾珠推力軸承。

對策五：防止壓舌插入或抽出間隔棒夾頭安裝孔時(shí)翻轉(zhuǎn)卡住，措施為外螺栓絲桿U形端設(shè)置彈簧定位珠，配合壓舌上的凹槽對壓舌進(jìn)行定位。

對策六：降低工具重量、尺寸，措施為通過應(yīng)力計(jì)算，在滿足受力需求情況下改進(jìn)工具尺寸，減小工具重量。

3.3 實(shí)施

3.3.1 設(shè)計(jì)校驗(yàn)

我們先通過關(guān)鍵尺寸強(qiáng)度校驗(yàn)選擇關(guān)鍵尺寸參數(shù)。

絲桿外螺紋螺桿的最小內(nèi)徑計(jì)算數(shù)據(jù)分析：絲桿組件選用40Cr合金鋼，40Cr合金鋼抗拉強(qiáng)度（δk）大于900MPa，屈服點(diǎn)（δq）785MPa。計(jì)算得外螺紋螺桿內(nèi)徑最小值：d=4.50mm。根據(jù)絲桿標(biāo)準(zhǔn)查表，同時(shí)兼顧實(shí)際需要的大小，參考M14*2.0的絲桿d外徑=14mmd中徑=12.63mm。強(qiáng)度達(dá)到要求，實(shí)際大小達(dá)到要求，采用。

絲桿內(nèi)螺紋螺桿選擇的最小內(nèi)徑計(jì)算數(shù)據(jù)分析：絲桿組件選用40Cr合金鋼，40Cr合金鋼抗拉強(qiáng)度（δk）大于 900MPa，屈服點(diǎn)（δq）785MPa；外螺紋螺桿與內(nèi)螺紋螺桿螺紋需要0.2mm間隙，內(nèi)螺紋螺桿內(nèi)徑D內(nèi)=14+0.2×2=14.4mm；計(jì)算得出絲桿內(nèi)螺紋滑管外徑最小值為：d=15.08mm。為了加工方便，選擇外徑16mm內(nèi)螺紋滑管。

伸縮式操作桿尺寸選擇計(jì)算數(shù)據(jù)分析：通過計(jì)算絲桿頂力、螺紋升角、當(dāng)量摩擦角計(jì)算扭矩；得出伸縮式操作桿最小長度：lMin≧19.61cm伸縮式操作桿最大長度：lMax=39.21cm；根據(jù)實(shí)際需要的大小，選取伸縮式操作桿長度應(yīng)在40cm≧l≧20cm范圍[3,4]。

各個(gè)銷釘?shù)倪x擇計(jì)算數(shù)據(jù)分析：銷釘選用40Cr合金鋼，40Cr合金鋼抗拉強(qiáng)度（δk）大于900MPa，屈服點(diǎn)（δq）785MPa。因所有銷釘受力均小于壓舌銷釘，所有僅對壓舌銷釘進(jìn)行驗(yàn)算。通過銷釘承受剪切力，計(jì)算銷釘直徑為d=3.9mm，為了統(tǒng)一便于加工，各銷釘參考直徑4mm。

新設(shè)計(jì)的間隔棒更換工具主要結(jié)構(gòu)部件有：①伸縮式操作桿；②內(nèi)螺紋拉桿；③平面推力軸承；④外螺紋絲桿；⑤轉(zhuǎn)向壓舌。

3.3.2 成品優(yōu)化

雖然成品解決了以往拆卸間隔棒工具的諸多問題，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，但是還比較耗費(fèi)時(shí)間，仍存在可改進(jìn)的因素。故小組成員繼續(xù)討論思考解決對策及措施制定了以下對策：加速夾持與釋放時(shí)間，措施為研究機(jī)械專業(yè)各種快速夾持機(jī)構(gòu)，使用新的機(jī)械結(jié)構(gòu)（杠桿機(jī)構(gòu)+螺旋機(jī)構(gòu)+平面推力軸承機(jī)構(gòu)+夾持機(jī)構(gòu)）。

表1 “機(jī)械式”與“電動式”評估比較表

4 效果檢查

解決了以往拆卸間隔棒工具摩擦阻力大，操作費(fèi)力的難題；解決了以往拆卸間隔棒工具長度和體積偏大，致使作業(yè)人員操作幅度加大，操作困難的難題；解決了以往拆卸間隔棒工具重量較大，不便攜帶及操作的問題；解決了以往拆卸間隔棒工具壓力平墊圈磨損后摩擦過大無法使用、壓舌絲杠脫落等問題；提高了拆卸間隔棒工作效率，工作流程更加連貫順暢[5]。