一款清障砍刀絕緣手柄護套的研制與應(yīng)用

摘 要：研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，該絕緣護套可以與刀柄分離，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行，這些高桿植物通常被稱作樹障，因此輸電專業(yè)一項經(jīng)常性的工作就是清除線路保護區(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。

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，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證。因此，本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，以提升清障砍刀絕緣水平。

2 清障砍刀絕緣手柄護套設(shè)計

本文研制了一款清障砍刀絕緣手柄護套，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 ? ?護套設(shè)計

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)一的標準，有如下缺點：（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，長時間清理樹障過程中會造成人員手部磨傷。

針對以上問題，結(jié)合班組員工的日常使用習(xí)慣，本設(shè)計的初步設(shè)計思路為清障砍刀絕緣手柄護套應(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，進一步提升絕緣性能，整體絕緣性能應(yīng)達到35 kV絕緣水平。

清障砍刀絕緣手柄護套按照設(shè)計思路進行了圖紙設(shè)計，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的結(jié)構(gòu)，逆時針旋轉(zhuǎn)螺栓時螺栓向上移動，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、吸水率對擊穿強度的影響如圖2所示。綜合考慮作業(yè)過程中的受力特點和絕緣要求，本設(shè)計選擇尼龍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行連接，同時對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，為減輕護套重量，厚度約為2 mm，根據(jù)實驗數(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，本設(shè)計選擇冷縮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)計需求。

3 清障砍刀絕緣手柄護套加工與組裝

3.1 ? ?加工機械

清障砍刀絕緣手柄護套采用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，符合國際標準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)計圖紙中的護套長度裁剪備料，注意需要比實際留長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的實心尼龍棒進行加工，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)時的摩擦力。

（3）表面絕緣橡膠加工。對35 kV冷縮絕緣護套進行再開發(fā)利用，選用240～400 mm2截面的冷縮護套，收縮前內(nèi)徑為70 mm，收縮后內(nèi)徑為30 mm，護套外徑為38 mm，收縮后能夠貼合護套主骨架外表面，截取35 kV冷縮絕緣護套380 mm，將其套在主骨架上，抽出內(nèi)部擴張塑料芯，絕緣護套完全貼合。

經(jīng)過上述步驟，護套各部分加工完畢，將緊固螺栓裝入變徑螺旋，清障砍刀絕緣手柄護套即形成成品。

4 清障砍刀絕緣手柄護套試驗

清障砍刀絕緣手柄護套為新型設(shè)備，暫時沒有對應(yīng)的試驗標準，因此引用35 kV絕緣桿的試驗項目對其進行試驗。35 kV絕緣桿耐壓試驗要求試驗電壓95 kV，耐壓時間1 min，無明顯發(fā)熱，未擊穿的絕緣桿為合格。絕緣桿電氣試驗標準如表1所示。

試驗時，將電極接在清障砍刀絕緣手柄護套兩端，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器和調(diào)壓器，緩慢為試驗變壓器升壓，達到95 kV的額定電壓時開始計時，耐壓試驗需持續(xù)1 min，1 min后降壓，試驗結(jié)束。觀察試件表面，未發(fā)現(xiàn)過熱和電壓擊穿的痕跡，試驗合格。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

將該項目成果投入生產(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區(qū)內(nèi)樹障時得到應(yīng)用。對于可替換的砍刀手柄，將原有手柄拔出，替換上標準木質(zhì)手柄，套入絕緣手柄護套，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)用時長30天，經(jīng)過現(xiàn)場驗證，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]

[1] 鮑震宇.腐朽對木材電阻的影響研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 蔡凡一，薛健，周柏杰，等.吸水性對中壓絕緣用尼龍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。