輸變電線路生產(chǎn)中廢電桿處理設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)

勞作劬

摘 要：輸變電線路電桿生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢電桿屬于一種固體垃圾污染物。作者通過對問題仔細(xì)分析，提出廢電桿的較合理的處理方案并設(shè)計(jì)出專用設(shè)備，經(jīng)過實(shí)踐，確認(rèn)達(dá)到零排放無污染的效果。

關(guān)鍵詞：電桿；固體垃圾；污染；零排放；輸變電線路

1 概述

電桿是電的橋梁，用于架設(shè)和支撐電線用的。水泥電桿主要是將鋼絲骨架在鋼模內(nèi)縱向張拉，然后往里堆放水泥混凝土，再把鋼模放于離心機(jī)上進(jìn)行高速離心，使電桿壁厚達(dá)到緊密均勻后得到成品。由于水泥電桿具有耐腐蝕、耐溫差、高強(qiáng)度、外觀光滑美觀，更便于城市美化等諸多優(yōu)點(diǎn)，從80年代起，水泥電桿逐漸代替了早期的木電桿。 電桿年需求量大，產(chǎn)量約300萬節(jié)/年，但電桿生產(chǎn)過程中也產(chǎn)生許許多多的問題。

2 問題存在及原因分析

電桿生產(chǎn)中，因停電、原材料問題、操作不當(dāng)、設(shè)計(jì)變更等多種原因很容易造成廢品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年產(chǎn)生廢桿約占總產(chǎn)量的20%左右，全國廢桿量約60萬節(jié)/年，如何處理這些廢電桿是各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)迫切需要解決的。

目前對廢桿的處理方法有2種：1、少量企業(yè)采取直接填埋丟棄辦法，此種辦法需要有合適的填埋場地，例如貴州電力線路器材廠采取此種辦法。2、大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)，只能以人工錘打破碎實(shí)現(xiàn)鋼筋和水泥塊分離再回收利用的方法。破碎后混凝土的廢渣回收做水泥磚原材料，鋼筋骨架回收再利用生產(chǎn)電桿，達(dá)到原變廢為寶和零排放處理的效果。

人工錘打破碎廢電桿處理效果雖好，但是勞動強(qiáng)度大，成本很高。人均破碎量為5節(jié)/天，每節(jié)電桿的破碎成本28元/根。隨著勞動力成本不斷提高，市場競劇烈，電桿利潤不斷降低，如何降低廢電桿處理成本成為問題最關(guān)鍵的要點(diǎn)。

3 解決辦法

遵循效果好、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維修方便的原則出發(fā)，首先考慮利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備：利用空氣錘設(shè)備；空氣錘設(shè)備；利用手持風(fēng)鎬。

經(jīng)過對以上方法進(jìn)行試驗(yàn)對比，空氣錘設(shè)備、空氣錘設(shè)備都會造成對鋼筋骨架的損壞，利用手持風(fēng)鎬卻因?yàn)樾侍?，沒有實(shí)際意義，所以只能研發(fā)一種專門的設(shè)備，解決電桿破碎的問題。

4 設(shè)計(jì)方案

經(jīng)研究，一致認(rèn)為要使混凝土電桿破碎機(jī)正常工作必須要有四個(gè)主模塊，共11項(xiàng)設(shè)計(jì)，整理后做成如下的方案設(shè)計(jì)模塊圖（圖1）。

遵循效果好、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、維修方便的原則出發(fā)，下面對這些設(shè)計(jì)模塊一一進(jìn)行對比研究，最后選出最佳的設(shè)計(jì)方案：

4.1 重錘做功方式的選擇

方式有：定沖程強(qiáng)制做功方式和自由落體做功方式。定沖程強(qiáng)制做功方式是錘頭沖擊電桿行程固定不變，其缺點(diǎn)是容易因過載而打彎混凝土內(nèi)鋼筋。自由落體做功方式是利用自由落體錘頭錘擊電桿，不會產(chǎn)生過載力而損壞鋼筋，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，是最佳選擇方案。

4.2 重錘蓄能方式的選擇

自由落體做功需要把錘頭提升到一定的高度，給錘頭蓄能。

方式有：鏈傳動提升蓄能和液壓油缸裝置提升蓄能。鏈傳動提升蓄能是通過鏈條傳動帶動重錘提升到一定的高度后自動脫鉤，重錘從提升導(dǎo)軌里自由落體下滑做功。優(yōu)點(diǎn)是適合大距離傳動，技術(shù)成熟，維護(hù)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為最佳方案。液壓油缸裝置提升蓄能是通過液壓頂出把重錘提升到一定的高度后自動脫鉤，重錘自由落體下滑做功，缺點(diǎn)是運(yùn)行速度慢，成本較高。

4.3 錘頭結(jié)構(gòu)的選擇，林式錐形鋼釬錘頭

錘頭要求具有一定的重力，并且能實(shí)現(xiàn)混凝土與鋼筋順利破碎脫離。

方式有：林式錐形鋼釬錘頭和單體平底錘頭。單體平底錘頭利用重錘底平面對環(huán)形電桿進(jìn)行“線接觸”擊打破碎電桿，缺點(diǎn)是線接觸打擊，有效打擊范圍小，噪音大，容易打彎鋼筋骨架。林式錐形鋼釬錘頭利用林式鋼釬頭對環(huán)形電桿進(jìn)行多點(diǎn)“點(diǎn)接觸”擊打的方法破碎電桿。優(yōu)點(diǎn)破碎效果好，不容易打彎鋼筋，噪音小、環(huán)保，為最佳方案。

4.4 重錘動力組合的選擇

錘頭提升需要有驅(qū)動力，本項(xiàng)的設(shè)計(jì)任務(wù)是給重錘提高足夠穩(wěn)定的重錘動力。

結(jié)構(gòu)方式有：伺服電機(jī)步進(jìn)進(jìn)給方式和電機(jī)+擺線式減速組合方式。前者雖然技術(shù)選進(jìn)，控制精度高，但成本高，維修難。后者結(jié)構(gòu)緊湊體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低，使用可靠、壽命長，過載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)場合，為最佳選擇。

4.5 送桿方式的選擇

在電桿破碎過程中，需要把電桿勻速的傳送到重錘擊打處，傳送12米以上。本項(xiàng)的設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一套適宜的送桿方式。

方式有：動力車傳送方式和鏈條拉動傳送方式。動力車傳送方式是用電動機(jī)驅(qū)動，利用導(dǎo)軌與動力車輪子轉(zhuǎn)動之間的相互摩擦力，傳送電桿。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易維護(hù)，適合大距離傳送，設(shè)計(jì)成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為最佳方案。鏈條拉動傳送方式是通過鏈條轉(zhuǎn)動帶動送桿裝置傳送電桿。其缺點(diǎn)是傳送距離巨大，功率耗損較多，制造成本高，維護(hù)成本高。

4.6 電桿轉(zhuǎn)動方式選擇

為了使電桿圓周方向都能打擊破碎到位，需要實(shí)現(xiàn)電桿的轉(zhuǎn)動送桿。

實(shí)現(xiàn)方式有：滾輪帶動摩擦轉(zhuǎn)動方式和夾頭強(qiáng)制轉(zhuǎn)動方式。滾輪帶動摩擦轉(zhuǎn)動方式是把電桿放置在滾輪上，通過動力裝置帶動滾輪，利用滾輪與電桿的之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)電桿轉(zhuǎn)動。

優(yōu)點(diǎn)：無需裝夾，操作簡單；不受電桿直徑的限制，通用性強(qiáng)；結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，為最佳方案。夾頭強(qiáng)制轉(zhuǎn)動方式采用四爪卡盤夾住電桿，通過動力裝置帶動卡盤實(shí)現(xiàn)電桿轉(zhuǎn)動。

缺點(diǎn)是難以調(diào)整裝夾位置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，效率低。

4.7 送桿進(jìn)給裝置動力組合選擇

送桿進(jìn)給和電桿破碎工作同時(shí)進(jìn)行，因此送桿進(jìn)給裝置必然受到強(qiáng)大的沖擊力，給送桿進(jìn)給裝置動力組合方面帶來一定的困難，本項(xiàng)的任務(wù)就是設(shè)計(jì)選擇一套有效的送桿進(jìn)給裝置動力組合。

結(jié)構(gòu)方式有：伺服電機(jī)步進(jìn)進(jìn)給和電機(jī)+擺線式減速組合方式。前者雖然技術(shù)選進(jìn)，控制精度高，但成本高，維修難。后者結(jié)構(gòu)緊湊體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低，使用可靠、壽命長，過載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)場合，為最佳選擇。

4.8 錘頭鋼釬材料的選擇

錘頭鋼釬是在電桿破碎過程中直接與高強(qiáng)度電桿接觸的部件，因此要有高強(qiáng)度、高硬度（要達(dá)到HRC60以上）的要求。

供選擇材料有：40Cr調(diào)質(zhì)鋼和T10號工具鋼。45號碳素鋼，熱處理獲得硬度：HRC43-48，硬度達(dá)不到要求。T10工具鋼熱處理后硬度：HRC62-62，而且材料成本低，為最佳方案。

4.9 傳動軸材料的選擇

傳動軸是負(fù)責(zé)傳遞扭矩（動力）的部件，因電桿破碎機(jī)各傳動部件都受到較大沖擊力載荷，要承受較大交變載荷，因此傳動軸材料要具有強(qiáng)度和硬度等高性能。

供選擇材料有：40Cr調(diào)質(zhì)鋼和45號碳素鋼。40Cr調(diào)質(zhì)鋼，熱處理后具有較好機(jī)械綜合性能，廣泛應(yīng)用要求傳動精度高的輕載荷場合，具有較高的機(jī)械性能，適合做軸類產(chǎn)品，但材料價(jià)格較高。45號碳素鋼，材料熱處理性能好，成本低，貨源豐富，為最佳方案。

4.10 傳動輪材料的選擇

傳動軸是負(fù)責(zé)傳遞扭矩（動力）的部件，因電桿破碎機(jī)各傳動部件都受到較大沖擊力載荷，要承受較大交變載荷，因此傳動軸材料要具有強(qiáng)度和硬度等高性能。

備選材料有：40Cr調(diào)質(zhì)鋼和45號碳素鋼。同上，45號碳素鋼，材料熱處理性能好，成本低，貨源豐富，被廣泛應(yīng)用，為最佳方案。

4.11 主要機(jī)架構(gòu)件材料的選擇

主要機(jī)架構(gòu)件材料包括支架、支座等，主要承受扭曲、彎曲、擠壓和摩擦力作用力，需要焊接工藝制造，材料必須具備良好的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、執(zhí)焊接性。

備選材料有：45號碳素鋼和Q235碳素鋼。45號碳素鋼，材料熱處理性能好，成本較高，但焊接容易產(chǎn)生熱脆性。Q235碳素鋼焊接性能好，材料成本最低，為最佳方案。

通過以上一系列的實(shí)驗(yàn)分析后，我們確定了混凝土電桿破碎機(jī)的最佳方案，最后制造得出成果設(shè)備圖片如下：

其工作原理：整個(gè)裝置使用時(shí)，開動錘擊機(jī)構(gòu)電氣按鈕，即可實(shí)現(xiàn)反復(fù)的錘擊動作，開動螺旋推進(jìn)機(jī)構(gòu)電氣按鈕，即可實(shí)現(xiàn)螺旋推進(jìn)機(jī)構(gòu)推動電桿作螺旋前進(jìn)的動作。工作時(shí)，每當(dāng)電桿壁某一部位被完全破碎后，即可開動螺旋推進(jìn)機(jī)構(gòu)按鈕，使等待破碎的電桿螺旋前進(jìn)，繼續(xù)進(jìn)行下一部位的破碎動作，電桿不斷地被螺旋推進(jìn)機(jī)構(gòu)推進(jìn)，直到完全被錘擊破碎。

5 效果和效益

此電桿破碎的處理廢電桿效率高。從2014年到現(xiàn)在，經(jīng)過一年的試用和記錄統(tǒng)計(jì)得出：電桿破碎成本為10元/節(jié)，比人工錘打的30元/節(jié)降低了20元/每節(jié)。

如果此項(xiàng)成果得以全國內(nèi)推廣應(yīng)用，保守的按處理30萬節(jié)/年廢電桿計(jì)算，節(jié)約=30萬20元/節(jié)=600萬元/年，具有很大的應(yīng)用前景。

6 結(jié)語

本研究很好的解決了廢電桿的處理污染問題，達(dá)到了零排放，很值得各生產(chǎn)廠家的推廣應(yīng)用。輸變電線路電桿生產(chǎn)過程中還存在許多方面需要改進(jìn)，比如電桿離心過程產(chǎn)生的噪音和水泥漿飛濺問題等等，這些有待我們繼續(xù)努力研究！

參考文獻(xiàn)：

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