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(guò)程中產(chǎn)生的廢電桿屬于一種固體垃圾污染物。作者通過(guò)對(duì)問(wèn)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(guò)實(shí)踐，確認(rèn)達(dá)到零排放無(wú)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(wàn)節(jié)/年，但電桿生產(chǎn)過(guò)程中也產(chǎn)生許許多多的問(wèn)題。

2 問(wèn)題存在及原因分析

電桿生產(chǎn)中，因停電、原材料問(wèn)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(guó)廢桿量約60萬(wàn)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(duì)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(chǎng)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(dòng)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(dòng)力成本不斷提高，市場(chǎng)競(jìng)劇烈，電桿利潤(rùn)不斷降低，如何降低廢電桿處理成本成為問(wèn)題最關(guān)鍵的要點(diǎn)。

3 解決辦法

遵循效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)對(duì)以上方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，空氣錘設(shè)備、空氣錘設(shè)備都會(huì)造成對(duì)鋼筋骨架的損壞，利用手持風(fēng)鎬卻因?yàn)樾侍停瑳](méi)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(wèn)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(jiǎn)單、使用方便、維修方便的原則出發(fā)，下面對(duì)這些設(shè)計(jì)模塊一一進(jìn)行對(duì)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(guò)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(huì)產(chǎn)生過(guò)載力而損壞鋼筋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，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(dòng)提升蓄能和液壓油缸裝置提升蓄能。鏈傳動(dòng)提升蓄能是通過(guò)鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)重錘提升到一定的高度后自動(dòng)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(dòng)，技術(shù)成熟，維護(hù)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)液壓頂出把重錘提升到一定的高度后自動(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)力組合的選擇

錘頭提升需要有驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(zhǎng)，過(guò)載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻繁和正反轉(zhuǎn)場(chǎng)合，為最佳選擇。

4.5 送桿方式的選擇

在電桿破碎過(guò)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(dòng)力車傳送方式和鏈條拉動(dòng)傳送方式。動(dòng)力車傳送方式是用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用導(dǎo)軌與動(dòng)力車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)之間的相互摩擦力，傳送電桿。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)傳送方式是通過(guò)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)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(dòng)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(dòng)送桿。

實(shí)現(xiàn)方式有：滾輪帶動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)方式和夾頭強(qiáng)制轉(zhuǎn)動(dòng)方式。滾輪帶動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)方式是把電桿放置在滾輪上，通過(guò)動(dòng)力裝置帶動(dòng)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(dòng)。

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

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(dòng)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(dòng)力組合方面帶來(lái)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(dòng)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(zhǎng)，過(guò)載能力強(qiáng)、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻繁和正反轉(zhuǎn)場(chǎng)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(guò)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(hào)工具鋼。45號(hào)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(dòng)軸材料的選擇

傳動(dòng)軸是負(fù)責(zé)傳遞扭矩（動(dòng)力）的部件，因電桿破碎機(jī)各傳動(dòng)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(dòng)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(hào)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(dòng)精度高的輕載荷場(chǎng)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(hào)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(dòng)輪材料的選擇

傳動(dòng)軸是負(fù)責(zé)傳遞扭矩（動(dòng)力）的部件，因電桿破碎機(jī)各傳動(dòng)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(dòng)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(hào)碳素鋼。同上，45號(hào)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(hào)碳素鋼和Q235碳素鋼。45號(hào)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(guò)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(dòng)錘擊機(jī)構(gòu)電氣按鈕，即可實(shí)現(xiàn)反復(fù)的錘擊動(dòng)作，開動(dòng)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(dòng)電桿作螺旋前進(jìn)的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)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(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用，保守的按處理30萬(wàn)節(jié)/年廢電桿計(jì)算，節(jié)約=30萬(wàn)20元/節(jié)=600萬(wàn)元/年，具有很大的應(yīng)用前景。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究很好的解決了廢電桿的處理污染問(wèn)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(guò)程中還存在許多方面需要改進(jìn)，比如電桿離心過(guò)程產(chǎn)生的噪音和水泥漿飛濺問(wèn)題等等，這些有待我們繼續(xù)努力研究！

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉思遠(yuǎn)，夏開全，陳宗平. 在役鋼筋混凝土電桿抗彎承載能力研究[J]. 混凝土，1989（10）.

[2] 彭生.我國(guó)水泥電桿的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 廣東電力，2004（6）.