輸變電高壓帶電智能螺栓緊固器研制

賀偉軍 陳勝 王偉

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722141

摘要：螺栓緊固器的扭力損耗和不夠智能一直是限制傳統(tǒng)螺栓緊固器發(fā)展的主要因素。本文試圖研制一種新型的遙控智能螺栓緊固器，通過(guò)該方案的設(shè)計(jì)，闡述了緊固器的組成模塊、工作原理，為電力安全生產(chǎn)提供一種安全智能的新工具。

關(guān)鍵詞：螺栓；緊固；帶點(diǎn)智能；智能設(shè)計(jì)

在對(duì)跳線引流板等導(dǎo)線側(cè)金具螺栓的緊固，以及緊固情況的檢測(cè)，都需要專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)工具。但是，這種檢測(cè)工具的體積龐大，較為笨重，攜帶到現(xiàn)場(chǎng)較為困難，這也就加大了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，如果不進(jìn)行檢測(cè)，在使用過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。特別是等電位緊固引流設(shè)備的松動(dòng)發(fā)熱螺栓時(shí)，給電力運(yùn)行帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。但是，由于男方地區(qū)天氣濕熱，降雨量較大，容易導(dǎo)致電線振動(dòng)、直線桿瓷瓶松動(dòng)及螺帽脫落，會(huì)給輸電線路安全帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。再加上，如果這類(lèi)事件一旦發(fā)生，就會(huì)大面積停電，給工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的影響。為此，研發(fā)輸變電高壓帶電智能螺栓緊固器具有很主要的意義。

1 傳統(tǒng)螺栓緊固器介紹

在機(jī)械等行業(yè)，傳統(tǒng)螺栓緊固器常常具有語(yǔ)音播報(bào)技術(shù)、無(wú)線控制技術(shù)和扭矩實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，能夠較為準(zhǔn)確的進(jìn)行螺栓緊固。但是，在電力行業(yè)，以上相關(guān)技術(shù)并未采用。

傳統(tǒng)的電動(dòng)螺栓緊固器的外形與結(jié)構(gòu)分別如圖1、2所示。該電動(dòng)螺栓緊固器電動(dòng)操作桿、電動(dòng)控制裝置安裝在操作桿頭部（見(jiàn)圖2最左側(cè)），通過(guò)絕緣承軸配合，將動(dòng)力傳輸?shù)讲僮鳁U尾部，實(shí)現(xiàn)操作桿尾部電動(dòng)旋轉(zhuǎn)。采用這種結(jié)構(gòu)的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地電位螺栓的遠(yuǎn)距離操作，操作者不需要靠近鐵塔即可完成整個(gè)操作。但這種結(jié)構(gòu)存在如下問(wèn)題：

（1）操作者手持螺栓緊固器的一端，另一端用于緊固螺栓，在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)過(guò)程中依靠絕緣桿進(jìn)行力的傳遞。這就會(huì)造成扭矩?fù)p耗，緊固效果欠佳。

（2）傳統(tǒng)的電動(dòng)螺栓緊固器缺乏無(wú)線控制技術(shù)和扭矩實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)等支撐，不能有效判斷螺栓是否擰緊。

2 裝置設(shè)計(jì)方案

本文選擇空心玻璃纖維作為絕緣桿，絕緣桿的尺寸依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB13398 92《帶電作業(yè)絕緣桿通用技術(shù)條件》執(zhí)行，本文設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)圖3。另外，在絕緣桿的兩端增加卡槽式緊固件，下部棘輪加力桿，以達(dá)到足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效判定是否擰緊。

另外，為了便于攜帶，絕緣桿應(yīng)當(dāng)可以伸縮。為此，本文設(shè)計(jì)將絕緣桿分為3節(jié)，分別設(shè)計(jì)帶卡槽式緊固套筒頭。通過(guò)該裝置不僅僅可以方便攜帶，還能夠隨時(shí)根據(jù)螺帽大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，改良后的螺栓緊固器在操作上應(yīng)當(dāng)更加便捷，能夠有效解決中相瓷瓶無(wú)法緊固的問(wèn)題，提升了員工的工作效率。

3 智能螺栓緊固器

智能緊固器組成部件包括遙控器、絕緣桿、可更換螺栓套筒、緊固器主體、鋰電池。

在實(shí)踐中，操作者手持遙控器，通過(guò)遙控器遠(yuǎn)程遙控，將螺栓緊固器主體由絕緣桿送入作業(yè)區(qū)域。通過(guò)調(diào)節(jié)絕緣桿的長(zhǎng)短，將螺紋連接口和螺栓緊固器緊緊結(jié)合在一起。這種方法不僅僅讓操作更加便捷，還能夠避免扭力的浪費(fèi)，讓扭力更加精確。另外，通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)，能夠?qū)崟r(shí)知曉智能緊固器的扭力，螺栓的扭緊情況，讓整個(gè)過(guò)程更加透明和智能化。

輸變電高壓帶點(diǎn)智能緊固器由無(wú)線模塊、直流電機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、ARM 主芯片數(shù)據(jù)處理、SD 卡、音頻播放模塊等組成，無(wú)線模塊采用 SC2262IR 芯片，場(chǎng)操作時(shí)不需要接觸到現(xiàn)場(chǎng)的帶電裝置，只需要按下遙控器的發(fā)射按鈕，即可對(duì)無(wú)線接收模塊的控制繼電器發(fā)出指令，達(dá)到遠(yuǎn)程控制緊固器的目的。

微處理器采用的 ARM 主芯片是 LPC1768 芯片，可將 A/D 采集的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)扭矩值進(jìn)行比較。當(dāng)采集的數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)扭矩值時(shí)，ARM 通過(guò) I2C總線讀取 SD 卡內(nèi)預(yù)存的語(yǔ)音，并把音頻信息轉(zhuǎn)化后通過(guò) D/A 輸出。外設(shè)電路則通過(guò)功放來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭，播放音頻，提示工作人員停止緊固。

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