輸變電線路生產中廢電桿處理設備的設計研發

勞作劬

摘 要：輸變電線路電桿生產過程中產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分析，提出廢電桿的較合理的處理方案并設計出專用設備，經過實踐，確認達到零排放無污染的效果。

關鍵詞：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，用于架設和支撐電線用的。水泥電桿主要是將鋼絲骨架在鋼模內縱向張拉，然后往里堆放水泥混凝土，再把鋼模放于離心機上進行高速離心，使電桿壁厚達到緊密均勻后得到成品。由于水泥電桿具有耐腐蝕、耐溫差、高強度、外觀光滑美觀，更便于城市美化等諸多優點，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，產量約300萬節/年，但電桿生產過程中也產生許許多多的問題。

2 問題存在及原因分析

電桿生產中，因停電、原材料問題、操作不當、設計變更等多種原因很容易造成廢品。據統計，每年產生廢桿約占總產量的20%左右，全國廢桿量約60萬節/年，如何處理這些廢電桿是各個生產企業迫切需要解決的。

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、大多數生產企業，只能以人工錘打破碎實現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電桿，達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，但是勞動強度大，成本很高。人均破碎量為5節/天，每節電桿的破碎成本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鍵的要點。

3 解決辦法

遵循效果好、結構簡單、使用方便、維修方便的原則出發，首先考慮利用現有的生產設備：利用空氣錘設備；空氣錘設備；利用手持風鎬。

經過對以上方法進行試驗對比，空氣錘設備、空氣錘設備都會造成對鋼筋骨架的損壞，利用手持風鎬卻因為效率太低，沒有實際意義，所以只能研發一種專門的設備，解決電桿破碎的問題。

4 設計方案

經研究，一致認為要使混凝土電桿破碎機正常工作必須要有四個主模塊，共11項設計，整理后做成如下的方案設計模塊圖（圖1）。

遵循效果好、結構簡單、使用方便、維修方便的原則出發，下面對這些設計模塊一一進行對比研究，最后選出最佳的設計方案：

4.1 重錘做功方式的選擇

方式有：定沖程強制做功方式和自由落體做功方式。定沖程強制做功方式是錘頭沖擊電桿行程固定不變，其缺點是容易因過載而打彎混凝土內鋼筋。自由落體做功方式是利用自由落體錘頭錘擊電桿，不會產生過載力而損壞鋼筋，結構簡單，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，重錘從提升導軌里自由落體下滑做功。優點是適合大距離傳動，技術成熟，維護成本低，結構簡單，經濟實用，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，缺點是運行速度慢，成本較高。

4.3 錘頭結構的選擇，林式錐形鋼釬錘頭

錘頭要求具有一定的重力，并且能實現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形電桿進行“線接觸”擊打破碎電桿，缺點是線接觸打擊，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形電桿進行多點“點接觸”擊打的方法破碎電桿。優點破碎效果好，不容易打彎鋼筋，噪音小、環保，為最佳方案。

4.4 重錘動力組合的選擇

錘頭提升需要有驅動力，本項的設計任務是給重錘提高足夠穩定的重錘動力。

結構方式有：伺服電機步進進給方式和電機+擺線式減速組合方式。前者雖然技術選進，控制精度高，但成本高，維修難。后者結構緊湊體積小，運轉平穩噪聲低，使用可靠、壽命長，過載能力強、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉場合，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。本項的設計任務是設計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驅動，利用導軌與動力車輪子轉動之間的相互摩擦力，傳送電桿。優點是結構簡單，容易維護，適合大距離傳送，設計成本低，經濟實用，為最佳方案。鏈條拉動傳送方式是通過鏈條轉動帶動送桿裝置傳送電桿。其缺點是傳送距離巨大，功率耗損較多，制造成本高，維護成本高。

4.6 電桿轉動方式選擇

為了使電桿圓周方向都能打擊破碎到位，需要實現電桿的轉動送桿。

實現方式有：滾輪帶動摩擦轉動方式和夾頭強制轉動方式。滾輪帶動摩擦轉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現電桿轉動。

優點：無需裝夾，操作簡單；不受電桿直徑的限制，通用性強；結構簡單，成本低廉，為最佳方案。夾頭強制轉動方式采用四爪卡盤夾住電桿，通過動力裝置帶動卡盤實現電桿轉動。

缺點是難以調整裝夾位置，結構復雜，成本高，效率低。

4.7 送桿進給裝置動力組合選擇

送桿進給和電桿破碎工作同時進行，因此送桿進給裝置必然受到強大的沖擊力，給送桿進給裝置動力組合方面帶來一定的困難，本項的任務就是設計選擇一套有效的送桿進給裝置動力組合。

結構方式有：伺服電機步進進給和電機+擺線式減速組合方式。前者雖然技術選進，控制精度高，但成本高，維修難。后者結構緊湊體積小，運轉平穩噪聲低，使用可靠、壽命長，過載能力強、耐沖擊、慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉場合，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度電桿接觸的部件，因此要有高強度、高硬度（要達到HRC60以上）的要求。

供選擇材料有：40Cr調質鋼和T10號工具鋼。45號碳素鋼，熱處理獲得硬度：HRC43-48，硬度達不到要求。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

傳動軸是負責傳遞扭矩（動力）的部件，因電桿破碎機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度和硬度等高性能。

供選擇材料有：40Cr調質鋼和45號碳素鋼。40Cr調質鋼，熱處理后具有較好機械綜合性能，廣泛應用要求傳動精度高的輕載荷場合，具有較高的機械性能，適合做軸類產品，但材料價格較高。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

傳動軸是負責傳遞扭矩（動力）的部件，因電桿破碎機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度和硬度等高性能。

備選材料有：40Cr調質鋼和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，被廣泛應用，為最佳方案。

4.11 主要機架構件材料的選擇

主要機架構件材料包括支架、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度、剛度和穩定性、執焊接性。

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驗分析后，我們確定了混凝土電桿破碎機的最佳方案，最后制造得出成果設備圖片如下：

其工作原理：整個裝置使用時，開動錘擊機構電氣按鈕，即可實現反復的錘擊動作，開動螺旋推進機構電氣按鈕，即可實現螺旋推進機構推動電桿作螺旋前進的動作。工作時，每當電桿壁某一部位被完全破碎后，即可開動螺旋推進機構按鈕，使等待破碎的電桿螺旋前進，繼續進行下一部位的破碎動作，電桿不斷地被螺旋推進機構推進，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年到現在，經過一年的試用和記錄統計得出：電桿破碎成本為10元/節，比人工錘打的30元/節降低了20元/每節。

如果此項成果得以全國內推廣應用，保守的按處理30萬節/年廢電桿計算，節約=30萬20元/節=600萬元/年，具有很大的應用前景。

6 結語

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

參考文獻：

[1] 劉思遠，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.我國水泥電桿的發展趨勢[J]. 廣東電力，2004（6）.