鐵塔掛線板圓孔內(nèi)倒角加工研究*

□ 劉芝豹

江蘇華電鐵塔制造有限公司 江蘇徐州 221131

1 研究背景

昌吉—古泉±1 100 kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級(jí)最高［1］、輸送容量最大、輸送距離最長(zhǎng)、技術(shù)水平最先進(jìn)的特高壓輸電工程［2］，對(duì)于全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有重大示范作用。

這一工程建成后，將每年從新疆向東中部輸電約6.6×1010kWh 電量［3］，可減少燃煤運(yùn)輸 3 024 萬 t，減排煙塵 2.4 萬 t、二氧化硫 14.9 萬 t、氮氧化物 15.7 萬 t［4］。工程的建設(shè)將推動(dòng)新疆能源基地的火電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電打包外送工程，保障華東地區(qū)電力的可靠供應(yīng)，并對(duì)大氣污染防治，以及拉動(dòng)新疆經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有重要意義［5］。

掛線板是鐵塔的關(guān)鍵零部件，如圖1所示，在鐵塔上起著連接鐵塔本體與導(dǎo)線絕緣子的作用，承受導(dǎo)線在各種工況下的載荷，包括面內(nèi)載荷力、面外載荷力和局部承壓載荷［6-7］。在掛線板圓孔內(nèi)倒角加工過程中，反映出不同程度的質(zhì)量問題，影響了生產(chǎn)效率和整體安全性能，因此，有必要對(duì)鐵塔掛線板圓孔內(nèi)倒角加工技術(shù)進(jìn)行研究。

2 原加工工藝

鐵塔掛線板圓孔內(nèi)倒角原加工工藝有火焰加工和機(jī)器加工兩種。在現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)鋼板平面圓孔內(nèi)倒角沒有專用的工裝和設(shè)備進(jìn)行加工，只能由工人手持割槍對(duì)圓孔內(nèi)倒角進(jìn)行加工，這種加工方式不僅要求工人具有較高的技能，而且加工效率不高。若采用機(jī)械設(shè)備加工，由于掛線孔的孔徑和倒角精度要求高，生產(chǎn)成本高，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，維修待工時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品合格率均會(huì)受到不同程度的影響。

由以上分析可以看出，原有的加工工藝存在以下特點(diǎn)和不足。

（1）手工氣割倒角時(shí)，圓孔內(nèi)倒角形狀難以掌控，掛線板套焊接焊縫會(huì)產(chǎn)生缺陷，會(huì)造成一定隱患。每件產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，人為因素影響較大，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度、通用性低。

（2）機(jī)械切削方式倒角時(shí)，由于鉆頭切削面不能完全與工件表面接觸，從而導(dǎo)致刀具受力不均勻，極易損毀刀具，且產(chǎn)品合格率也很難保證。

▲圖1 鐵塔掛線板

（3）工作效率低。由于掛線板圓孔在倒角前要通過目測(cè)找正位置，因此既費(fèi)時(shí)費(fèi)力、精度低，又使生產(chǎn)效率低。

3 加工工藝的改進(jìn)

針對(duì)原加工工藝存在的問題，對(duì)原加工工藝進(jìn)行改進(jìn)［8］，提出了一種掛線板圓孔內(nèi)倒角加工方法，并設(shè)計(jì)加工設(shè)備，以解決現(xiàn)有鐵塔掛線板圓孔內(nèi)倒角加工效率低、產(chǎn)品合格率較低的問題。

掛線板圓孔內(nèi)倒角加工設(shè)備如圖2所示，其結(jié)構(gòu)包括工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由水平旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和伺服電機(jī)組成。切割機(jī)構(gòu)包括軌道支架、小車、三向組合調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、割槍。軌道支架固定設(shè)置于工作臺(tái)的上部，且固定裝配有兩根水平軌道，小車可在軌道上滑動(dòng)。在小車上部固定裝配有立柱。三向組合調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由水平設(shè)置的絲杠、十字扣件、導(dǎo)桿和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。

扣件與絲杠配合結(jié)構(gòu)如圖3所示，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖4所示。絲杠由圓形鋼管和在長(zhǎng)度方向外表面上的齒條組成。導(dǎo)桿的外表面沿長(zhǎng)度方向同樣設(shè)置有齒條［9］。十字扣件由滑套單元和卡套組成。齒輪通過兩側(cè)的短軸連接于兩個(gè)固定板之間，手輪通過連接桿與齒輪一側(cè)的短軸固定連接。絲杠上的齒條與2號(hào)滑套單元中的齒輪嚙合，導(dǎo)桿上部安裝在3號(hào)滑套單元中，且導(dǎo)桿上的齒條與3號(hào)滑套單元中的齒輪嚙合。

角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由與導(dǎo)桿下端固定連接的轉(zhuǎn)軸、套裝在轉(zhuǎn)軸外部的2號(hào)套筒和2號(hào)卡套組成。在2號(hào)套筒徑向上設(shè)置有螺紋孔，并裝配有鎖緊螺栓。割槍固定安裝在2號(hào)卡套中［10］。定位機(jī)構(gòu)主要由定位桿、與待加工圓孔相適配的定位塊和支撐座組成，定位桿的一端與支撐座的上端鉸接，定位塊固定設(shè)置在定位桿的另一端下部。

切割機(jī)構(gòu)中的小車與軌道滑動(dòng)配合，可以實(shí)現(xiàn)絲杠在前后方向上的調(diào)節(jié)。2號(hào)滑套單元中的齒輪與絲杠上的齒條相配合，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿位置沿絲杠長(zhǎng)度方向的調(diào)節(jié)。3號(hào)滑套單元中的齒輪與導(dǎo)桿上的齒條相配合，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿在縱向位置上的調(diào)節(jié)。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的套筒與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)配合，可以實(shí)現(xiàn)割槍在豎直平面上的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)切割角度的調(diào)整。

設(shè)置定位機(jī)構(gòu)，可以通過定位桿和定位塊來控制待加工工件位置的校準(zhǔn)，以方便進(jìn)行切割作業(yè)。設(shè)置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可以在割槍位置固定后，通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)來迅速完成倒角的切割作業(yè)。

這一加工設(shè)備能夠顯著提高圓孔內(nèi)倒角加工的合格率，提高作業(yè)效率，極大降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

▲圖2 掛線板圓孔內(nèi)倒角加工設(shè)備

▲圖3 扣件與絲杠配合結(jié)構(gòu)

▲圖4 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

為了便于實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括安裝在工作臺(tái)上與伺服電機(jī)連接的變速器和正反轉(zhuǎn)換開關(guān)。在加工時(shí)，將待加工鐵塔掛線板置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，通過卡盤將其固定。根據(jù)待加工鐵塔掛線板圓孔的大小選擇合適的定位塊，并使定位塊固定在定位桿螺紋孔中，由定位塊對(duì)鐵塔掛線板圓孔圓心進(jìn)行校準(zhǔn)。通過三向組合調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)割槍相對(duì)于待加工鐵塔掛線板圓孔的位置和角度，并在切割過程中根據(jù)待加工鐵塔掛線板的板厚來控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)還可以根據(jù)待加工鐵塔掛線板的形狀和特征來選擇旋轉(zhuǎn)平臺(tái)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)［11］。切割結(jié)束后，將割槍向被加工鐵塔掛線板圓孔中心方向退出，然后關(guān)閉正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換開關(guān)，取下完工的鐵塔掛線板，并關(guān)閉電源及氣源，完成切割作業(yè)。

這一掛線板圓孔內(nèi)倒角加工設(shè)備能夠適用多種圓孔直徑內(nèi)倒角的加工，提高了加工通用性，且旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上圍繞旋轉(zhuǎn)軸心線設(shè)置有三個(gè)固定待加工工件的卡盤，便于工件的連續(xù)加工［12］。工作臺(tái)的底部設(shè)置有多個(gè)滾輪，便于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)靈活移動(dòng)。

筆者通過對(duì)工藝改進(jìn)，在很大程度上避免了手工氣割倒角的制造缺陷，以及機(jī)械切削倒角時(shí)存在的設(shè)備和刀具損毀問題。同時(shí)，應(yīng)用改進(jìn)后的工藝，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度的情況下，使產(chǎn)品合格率大幅提高，生產(chǎn)效率提高3～5倍。

4 結(jié)束語

采用了筆者所述鐵塔掛線板圓孔內(nèi)倒角加工方法和加工設(shè)備后，在加工過程中避免了原加工工藝易產(chǎn)生零件表面壓痕及擦傷損壞的情況，優(yōu)化了設(shè)備工況，大幅提高了零件的生產(chǎn)效率，從而解決了產(chǎn)品合格率低的問題，工人勞動(dòng)強(qiáng)度和工作環(huán)境也得到較大改善。