摘 要:研制了一款清障砍刀絕緣手柄護(hù)套,該絕緣護(hù)套可以與刀柄分離,兼用于其他非絕緣工器具,提高了清障砍刀等工器具的絕緣水平。
關(guān)鍵詞:絕緣;護(hù)套;清障砍刀
1 研制背景
輸電線路長期在開放的外部環(huán)境中運(yùn)行,線路下方經(jīng)常有桉樹、松樹等高桿植物,威脅電力線路的安全運(yùn)行,這些高桿植物通常被稱作樹障,因此輸電專業(yè)一項(xiàng)經(jīng)常性的工作就是清除線路保護(hù)區(qū)內(nèi)部的高桿植物。砍刀是清障常用的工具之一,但部分清障砍刀的手柄缺少絕緣性能,給作業(yè)人員的日常電力作業(yè)造成很大風(fēng)險(xiǎn)。
2018年廣東電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生了一起作業(yè)人員因使用鐵質(zhì)手柄砍刀清障,誤砍到帶電線路,造成1人死亡的人身事故,為此廣東電網(wǎng)將鐵質(zhì)手柄砍刀列為“奪命工具”,全省范圍內(nèi)開展了清理“奪命工具”的行動(dòng),利用木柄砍刀替換已有的鐵柄砍刀。清障砍刀作為班組日常常用的工器具之一,數(shù)量較多,木柄砍刀數(shù)量無法在短時(shí)間內(nèi)滿足日常應(yīng)用需求,而且木柄砍刀的絕緣性能也參差不齊,缺少理論上的絕緣水平驗(yàn)證。因此,本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護(hù)套,以提升清障砍刀絕緣水平。
2 清障砍刀絕緣手柄護(hù)套設(shè)計(jì)
本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護(hù)套,解決了現(xiàn)有清障砍刀手柄絕緣水平參差不齊,部分木質(zhì)手柄長度不足等問題。
2.1 ? ?護(hù)套設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段生產(chǎn)班組所應(yīng)用的砍刀手柄均為木質(zhì),手柄沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),有如下缺點(diǎn):(1)質(zhì)地不一,良莠不齊。統(tǒng)一購置的木質(zhì)手柄長度約300 mm,手柄較短,在日常工作中使用較為費(fèi)力,班組員工常就地取材,拾取一些硬質(zhì)木料,稍作修整用作手柄,這種手柄表面有毛刺,木料較為彎曲,受力不均勻,且容易刺到手。(2)絕緣水平不等。木料的絕緣水平由木質(zhì)內(nèi)部水分決定,且木質(zhì)手柄受環(huán)境的影響,會(huì)出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象,腐朽木材的金屬元素含量明顯增加,使得木材電阻大幅減小,絕緣性能降低[1]。(3)木質(zhì)材料較硬,長時(shí)間清理樹障過程中會(huì)造成人員手部磨傷。
針對(duì)以上問題,結(jié)合班組員工的日常使用習(xí)慣,本設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)思路為清障砍刀絕緣手柄護(hù)套應(yīng)用絕緣硬質(zhì)材料作為基礎(chǔ)骨架,可以在一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同直徑的手柄,在調(diào)查班組員工的操作習(xí)慣后,將絕緣護(hù)套的長度初步設(shè)定為500 mm,絕緣硬質(zhì)材料表面覆蓋絕緣橡膠,進(jìn)一步提升絕緣性能,整體絕緣性能應(yīng)達(dá)到35 kV絕緣水平。
清障砍刀絕緣手柄護(hù)套按照設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了圖紙?jiān)O(shè)計(jì),如圖1所示。結(jié)構(gòu)1為砍刀刀頭;結(jié)構(gòu)2為清障砍刀木質(zhì)手柄,直徑為30 mm;結(jié)構(gòu)3為適應(yīng)多種直徑的變徑螺旋,整體為前粗后細(xì)的楔形結(jié)構(gòu),管外前端直徑38 mm,后端直徑36 mm,管壁沿縱向開4條長50 mm、寬5 mm的縫,達(dá)到在一定范圍內(nèi)適應(yīng)多種直徑的作用;結(jié)構(gòu)4為緊固螺栓,由于下部螺旋采用前粗后細(xì)的結(jié)構(gòu),逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺栓時(shí)螺栓向上移動(dòng),使得螺旋的縫隙減小,起到緊固作用,緊固螺栓外徑60 mm,內(nèi)孔直徑37 mm;結(jié)構(gòu)5為絕緣硬質(zhì)材料,為絕緣護(hù)套的主骨架,可增加絕緣性能,其管內(nèi)直徑34 mm、長500 mm、厚2 mm;結(jié)構(gòu)6為絕緣橡膠,絕緣橡膠套需緊緊貼附于主骨架外部,起到絕緣作用,同時(shí)增加握持的舒適度。
2.2 ? ?材料選擇
(1)主骨架絕緣硬質(zhì)材料(結(jié)構(gòu)5)選擇。在開展樹障清理過程中,主骨架承受剪力作用,因此本設(shè)計(jì)主要考慮材料的硬度和絕緣性能,篩選了市面常見的絕緣硬質(zhì)材料后,在玻璃纖維管和尼龍66兩種材料中作選擇。玻璃纖維管的絕緣性能優(yōu)于尼龍66,但是其抗剪切能力較弱。而尼龍66作為一種工程塑料,其力學(xué)性能優(yōu)異,拉伸強(qiáng)度為72.6~76.5 MPa,沖擊韌性在有間隙的條件下可大于3 J/cm2,硬度約HB12.7;絕緣性能在吸水率1%的情況下,4 mm厚的尼龍66樣品,擊穿電壓約為54 kV[2],尼龍樣品厚度、吸水率對(duì)擊穿強(qiáng)度的影響如圖2所示。綜合考慮作業(yè)過程中的受力特點(diǎn)和絕緣要求,本設(shè)計(jì)選擇尼龍66作為主骨架。
(2)變徑螺旋(結(jié)構(gòu)3)和緊固螺栓(結(jié)構(gòu)4)材料選擇。變徑螺旋要與主骨架進(jìn)行連接,同時(shí)對(duì)其硬度和絕緣性能也有一定的要求,因此同樣采用尼龍66材質(zhì),這樣變徑螺旋和主骨架間可以采用一體化結(jié)構(gòu),省去不同材質(zhì)間的連接,解決連接處的絕緣和受力薄弱問題。緊固螺栓則采用和變徑螺旋相同的材質(zhì),可以實(shí)現(xiàn)有效結(jié)合。
(3)絕緣橡膠(結(jié)構(gòu)6)材料選擇。主骨架由于采用尼龍66材料制作,為減輕護(hù)套重量,厚度約為2 mm,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得其耐壓水平在25 kV左右,絕緣性能有所不足,因此絕緣橡膠材料的選擇主要考慮解決主骨架絕緣不足的問題。經(jīng)過比對(duì),本設(shè)計(jì)選擇冷縮35 kV絕緣套管作為表面覆層,該種材料易獲得,無需加工,抽出內(nèi)芯即可使絕緣護(hù)套冷縮貼附在主骨架外,材料的電氣性能優(yōu)異,能夠承受35 kV工頻耐壓1 min不被擊穿,完全滿足設(shè)計(jì)需求。
3 清障砍刀絕緣手柄護(hù)套加工與組裝
3.1 ? ?加工機(jī)械
清障砍刀絕緣手柄護(hù)套采用C6140車床加工,該車床床身導(dǎo)軌超音頻淬火,床身導(dǎo)軌周邊磨削,精度高,主軸通孔直徑52 mm,符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-C6,主軸箱齒輪精密磨削,噪聲低。床身上最大回轉(zhuǎn)直徑400 mm,刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑225 mm,加工最大工件長度1 500 mm,馬鞍內(nèi)回轉(zhuǎn)直徑550 mm,回旋長度260 mm。
3.2 ? ?護(hù)套加工
(1)主骨架和變徑螺旋的加工。應(yīng)用直徑為40 mm的實(shí)心尼龍棒作為加工材料,一體化加工主骨架和變徑螺旋。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的護(hù)套長度裁剪備料,注意需要比實(shí)際留長5 mm,用于裝夾在車床上,即備料長度為505 mm。第一,利用車刀車好外圓,外圓直徑38 mm。第二,利用車刀車兩端楔形結(jié)構(gòu),前端直徑38 mm,后端直徑36 mm,形成楔形。第三,利用車刀加牙,形成外部螺紋,螺距1.5 mm,螺紋深度1 mm。第四,加工中間通孔,用直徑31 mm的鉆頭打中心孔,形成尼龍管材結(jié)構(gòu),管壁厚度2 mm,管內(nèi)直徑34 mm。第五,利用立式銑床對(duì)兩端變徑螺旋開縫,管壁沿縱向開4條長50 mm、寬5 mm的縮位槽。
(2)緊固螺栓的加工。緊固螺栓所需要的尼龍基材要更粗一些,選用直徑60 mm的實(shí)心尼龍棒進(jìn)行加工,用直徑37 mm的鉆頭打中心孔,再利用車刀車出內(nèi)絲,最后在緊固螺栓表面開槽,增大旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力。
(3)表面絕緣橡膠加工。對(duì)35 kV冷縮絕緣護(hù)套進(jìn)行再開發(fā)利用,選用240~400 mm2截面的冷縮護(hù)套,收縮前內(nèi)徑為70 mm,收縮后內(nèi)徑為30 mm,護(hù)套外徑為38 mm,收縮后能夠貼合護(hù)套主骨架外表面,截取35 kV冷縮絕緣護(hù)套380 mm,將其套在主骨架上,抽出內(nèi)部擴(kuò)張塑料芯,絕緣護(hù)套完全貼合。
經(jīng)過上述步驟,護(hù)套各部分加工完畢,將緊固螺栓裝入變徑螺旋,清障砍刀絕緣手柄護(hù)套即形成成品。
4 清障砍刀絕緣手柄護(hù)套試驗(yàn)
清障砍刀絕緣手柄護(hù)套為新型設(shè)備,暫時(shí)沒有對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),因此引用35 kV絕緣桿的試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。35 kV絕緣桿耐壓試驗(yàn)要求試驗(yàn)電壓95 kV,耐壓時(shí)間1 min,無明顯發(fā)熱,未擊穿的絕緣桿為合格。絕緣桿電氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
試驗(yàn)時(shí),將電極接在清障砍刀絕緣手柄護(hù)套兩端,調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器和調(diào)壓器,緩慢為試驗(yàn)變壓器升壓,達(dá)到95 kV的額定電壓時(shí)開始計(jì)時(shí),耐壓試驗(yàn)需持續(xù)1 min,1 min后降壓,試驗(yàn)結(jié)束。觀察試件表面,未發(fā)現(xiàn)過熱和電壓擊穿的痕跡,試驗(yàn)合格。
5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
將該項(xiàng)目成果投入生產(chǎn)班組日常清障作業(yè)中,在清理220 kV金利甲乙線線路保護(hù)區(qū)內(nèi)樹障時(shí)得到應(yīng)用。對(duì)于可替換的砍刀手柄,將原有手柄拔出,替換上標(biāo)準(zhǔn)木質(zhì)手柄,套入絕緣手柄護(hù)套,將緊固螺栓扭緊至用手拔砍刀無法抽出、搖晃砍刀不晃動(dòng)即可。樹障清理過程中,砍伐樹木后緊固螺栓依然緊固。作業(yè)共清理樹木2 310棵,應(yīng)用時(shí)長30天,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,有效解決了現(xiàn)有砍刀刀柄絕緣水平和長短、質(zhì)地不統(tǒng)一的問題,保障了作業(yè)人員的人身安全。
[參考文獻(xiàn)]
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[2] 蔡凡一,薛健,周柏杰,等.吸水性對(duì)中壓絕緣用尼龍66電氣性能的影響[J].工程塑料應(yīng)用,2015,43(11):87-90.
收稿日期:2020-11-13
作者簡介:王冠宇(1988—),男,吉林榆樹人,工程碩士,工程師,研究方向:輸電線路。