輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手研究

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局 劉 程 孔祥美 林少偉 廖麗陽 黃斯奇 林 泓

國內(nèi)能源的地域分布和消費(fèi)使用地區(qū)分布的不均衡，導(dǎo)致“南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸”三大能源工程的開展。在輸電工程中輸電線路是最重要的基建，其常年暴露于自然環(huán)境下，容易遭到腐蝕、損壞。輸電線路故障中由輸電設(shè)施缺陷導(dǎo)致的占較大比重，為保障電力輸送的穩(wěn)定和質(zhì)量，需對(duì)輸電線路進(jìn)行定期的巡視檢查。但因?yàn)檩旊娋€路的架設(shè)空間跨度極大，且不少輸電桿塔架所處的地形復(fù)雜、條件惡劣，在外界環(huán)境作用下，容易導(dǎo)致輸電桿塔螺栓松動(dòng)[1-2]。因此每隔3～5年要對(duì)輸電桿塔螺栓緊固工作。

目前國內(nèi)的輸電鐵塔螺栓緊固采用的是工人手持扳手完成緊固操作，該過程效率低，實(shí)際在輸電線路施工中，野外施工作業(yè)施工點(diǎn)多、施工環(huán)境復(fù)雜、輸電鐵塔高度高、螺栓規(guī)格數(shù)量多、要求緊固速度快[3]。

在對(duì)輸電桿塔螺栓進(jìn)行拆裝或者緊固時(shí)，為了防止螺栓打滑，操作人員需要雙手分別持一個(gè)扳手，一手固定六角螺栓端頭、另一手進(jìn)行六角螺栓的拆裝或緊固，操作過程效率較低。如果在狹小的空間進(jìn)行作業(yè)，操作人員雙手操作不便，往往無法進(jìn)行螺栓固定；輸電線路每基桿塔上都有規(guī)格各異的六角螺栓，因此對(duì)桿塔螺栓進(jìn)行拆裝、緊固時(shí)，操作人員要攜帶多種型號(hào)扳手，增加了塔上作業(yè)人員的負(fù)重，同時(shí)作業(yè)過程中更換不同型號(hào)扳手降低了工作效率；對(duì)桿塔螺栓進(jìn)行拆裝、緊固時(shí)，由于未固定住螺栓或扳手會(huì)發(fā)生高空墜物等情況，嚴(yán)重威脅地勤人員生命安全。因此亟需一種新型的可固定扳手來解決上述作業(yè)問題。

輸電塔桿螺栓緊固是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的極為重要的工作之一。目前國內(nèi)輸電鐵塔螺栓緊固主要是靠工人手持傳統(tǒng)扳手完成緊固操作。傳統(tǒng)緊固扳手效率低下，因此本文研發(fā)了輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手。該防打滑多功能固定扳手由后固定端、調(diào)節(jié)滑輪、伸縮桿、扳手主體、前固定端、防脫環(huán)六部分組成。在輸電桿塔螺栓緊固或拆卸過程中，無論任何穿向的螺栓，使用該扳手均可將其固定在桿塔上，無需操作人員手持固定，可降低作業(yè)難度、提高工作效率。該扳手還可以通過后固定端夾在桿塔角鋼上以防止在拆除垂直方向螺栓扳手掉落。在狹窄的作業(yè)空間，尤其高空中的狹窄作業(yè)空間，傳統(tǒng)緊固作業(yè)常常需要帶多種型號(hào)扳手，使用本文研發(fā)的打滑多功能固定扳手則無須攜帶多種型號(hào)扳手進(jìn)行作業(yè)，優(yōu)越性尤為顯著。

1 輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手的設(shè)計(jì)

輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手由后固定端、調(diào)節(jié)滑輪、伸縮桿、扳手主體、前固定端、防脫環(huán)六部分組成，用于對(duì)螺栓上的六角螺母進(jìn)行拆裝時(shí)的固定，相比傳統(tǒng)緊固扳手具有防打滑、無需操作人員手持、方便狹窄空間作業(yè)等顯著優(yōu)點(diǎn)。固定端設(shè)計(jì)在扳手把柄的一端，其上設(shè)計(jì)有六邊形的槽，該槽用于放置螺栓的端頭?？ń宇^設(shè)計(jì)在扳手把柄的另一端，位于六邊形槽的開口延伸的方向，起到卡接手柄與固定頭的作用，以對(duì)螺栓進(jìn)行固定。六邊形槽的底部設(shè)置有第一磁鐵，以將螺栓端頭固定于六邊形槽。

扳手的手柄接近卡接頭的一端設(shè)計(jì)有第二塊磁鐵，以固定手柄。手柄設(shè)置有調(diào)節(jié)部，用于調(diào)節(jié)六邊形槽的開口大小。調(diào)節(jié)部包括調(diào)節(jié)腔、調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)頭。調(diào)節(jié)腔位于手柄里面，與槽相互連通，其長度大于調(diào)節(jié)桿的長度；調(diào)節(jié)桿，滑動(dòng)設(shè)置于調(diào)節(jié)腔內(nèi)；調(diào)節(jié)頭，設(shè)置于調(diào)節(jié)桿的一端，且置于六邊形槽內(nèi)，調(diào)節(jié)頭設(shè)置為Y型，與六邊形槽的側(cè)壁一起固定螺栓端頭。

手柄上還設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)孔，連通調(diào)節(jié)腔，調(diào)節(jié)孔設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)用滾輪，調(diào)節(jié)滾輪上設(shè)置有螺紋，在調(diào)節(jié)桿上設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)凹槽，與調(diào)節(jié)滾輪的螺紋相嚙合，撥動(dòng)調(diào)節(jié)滾輪可以改變調(diào)節(jié)頭和六邊形槽側(cè)壁之間的距離。調(diào)節(jié)孔的一邊設(shè)計(jì)有上轉(zhuǎn)孔，另一邊設(shè)計(jì)有下轉(zhuǎn)孔、與上轉(zhuǎn)孔相對(duì)應(yīng)，調(diào)節(jié)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)位于上轉(zhuǎn)孔和下轉(zhuǎn)孔的內(nèi)部。調(diào)節(jié)孔的開口方向反向于六邊形槽的開口[4]。

固定頭和手柄通過焊接進(jìn)行連接。防脫環(huán)位于扳手主體的一端，用于容置螺栓端頭；后固定端位于扳手主體的另一端，且朝著六邊形槽開口的方向進(jìn)行延伸，用于卡接扳手主體以固定螺栓，對(duì)防脫環(huán)內(nèi)螺栓的端頭進(jìn)行固定，可有效避免由于螺栓打滑所導(dǎo)致的拆裝問題，以及之前使用兩個(gè)扳手進(jìn)行作業(yè)的操作不便、效率低下問題。另外還增設(shè)調(diào)節(jié)滑輪，用于調(diào)整伸縮桿與六邊形槽側(cè)壁間的距離，可對(duì)不同型號(hào)的螺栓進(jìn)行固定。

2 設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施

在具體實(shí)施方案中，需要根據(jù)使用場景的需要對(duì)初步設(shè)計(jì)做輕微改動(dòng)。實(shí)施中該扳手包含固定端、調(diào)節(jié)滑輪、伸縮桿、扳手主體、前固定端、防脫環(huán)六部分，實(shí)物如圖1所示,圖中3為緊固螺栓、2為后端固定、3為調(diào)節(jié)滑輪、4為前段固定、5為防脫環(huán)、6為扳手主體。

圖1 多功能固定扳手設(shè)計(jì)圖主視圖

后固定端為U型不銹鋼卡子，后固定端整體呈“L”形；后固定端與扳手主體通過螺栓連接；后固定端彎起90°，且可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，用于六角螺栓緊固及拆卸時(shí)卡住桿塔角鋼，防止打滑，使用時(shí)調(diào)節(jié)后固定端方向，用以卡住桿塔角鋼。為了防止在拆除垂直方向螺栓扳手掉落，在拆除垂直方向螺栓時(shí)，將扳手卡住桿塔角鋼，同時(shí)將后固定端旋轉(zhuǎn)螺栓旋緊，即將后固定端夾在桿塔角鋼上。

調(diào)節(jié)滑輪為螺旋結(jié)構(gòu)，外側(cè)鑄有螺紋，調(diào)節(jié)滑輪與扳手主體咬合，調(diào)節(jié)滑輪可在扳手主體的軸線上轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)節(jié)滑輪高出扳手主體部分外側(cè)，便于轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)滑輪，調(diào)節(jié)滑輪與扳手主體內(nèi)側(cè)平面相平，便于緊貼桿塔角鋼；向左轉(zhuǎn)動(dòng)或向右轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)滑輪，調(diào)節(jié)滑輪可帶動(dòng)伸縮桿向下或向上移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)伸縮桿與固定端頭之間的距離，以固定不同規(guī)格型號(hào)的六角螺栓。圖4中1為緊固螺栓、2為后端固定、3為伸縮桿、4為調(diào)節(jié)滑輪、5為扳手主體、6為前端固定、7為防脫環(huán)。

圖4 輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手正視圖

伸縮桿整體呈四棱柱形；伸縮桿位于扳手主體內(nèi)部，通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)滑輪，伸縮桿可在扳手主體內(nèi)部上下滑動(dòng)，扳手主體的深度大于伸縮桿的長度；伸縮桿上端端頭開口120°，用于固定輸電桿塔上的六角螺栓；伸縮桿中部鉸接調(diào)節(jié)滑輪，用于調(diào)節(jié)伸縮桿上端端頭與扳手主體距離。

扳手主體內(nèi)部為中空狀態(tài)，中間兩側(cè)鑄有調(diào)節(jié)凹槽，調(diào)節(jié)凹槽呈鋸齒狀，與調(diào)節(jié)滑輪相咬合，伸縮桿鉸接在扳手主體內(nèi)部，可以沿著扳手主體內(nèi)部上下滑動(dòng)。扳手主體下端與后固定端鉸接相連，扳手主體上端與防脫環(huán)鉸接相連。

前固定端為高強(qiáng)磁鐵，前固定端嵌在扳手主體上，用于吸引桿塔角鋼，將扳手固定在桿塔角鋼上，防止緊固及拆卸垂直排列的六角螺栓時(shí)扳手掉落。

防脫環(huán)由半弧形鋼片制成，鋼片兩端鉸接在扳手主體兩側(cè)，防脫環(huán)可自由在扳手上轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)拆卸垂直方向螺栓時(shí)，將防脫環(huán)旋轉(zhuǎn)90°，通過防脫環(huán)可以接住桿塔六角螺栓端頭，防止緊固及拆卸過程中端頭松脫掉出。當(dāng)輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手僅當(dāng)做扳手使用時(shí)，將防脫環(huán)旋轉(zhuǎn)0°，使防脫環(huán)與扳手重合即可當(dāng)作普通扳手使用。

3 作業(yè)中的使用和效果

輸電桿塔螺栓在緊固或拆卸時(shí)，根據(jù)六角螺栓規(guī)格型號(hào)，在扳手主體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)滑輪調(diào)節(jié)滑輪通過帶動(dòng)伸縮桿向上或向下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)伸縮桿端頭與扳手主體端頭之間距離，直至能夠夾住待緊固或拆卸的六角螺栓；調(diào)節(jié)完成后，將扳手主體端頭固定在待緊固或拆卸的六角螺栓端頭上，同時(shí)使后固定端卡住桿塔角鋼，即可進(jìn)行輸電桿塔螺栓緊固或拆卸操作，由于后固定端卡住桿塔角鋼，因此螺栓緊固或拆卸時(shí)，可有效防止螺栓打滑。

如圖2、圖3所示，該扳手可用于拆裝螺栓上的螺母時(shí)螺栓的固定，固定扳手包括后固定端、調(diào)節(jié)滑輪、伸縮桿、扳手主體、前固定端、防脫環(huán)六部分。主體前端有六邊形槽的設(shè)計(jì)，用以放置螺栓的端頭；防脫環(huán)設(shè)置為可活動(dòng)形式，打開后可位于六邊形槽一側(cè)，用來防止螺栓掉落、引起高空墜物[5]，收起后置于扳手定端，不影響扳手常規(guī)使用功能；伸縮桿位于扳手主體中部，用來調(diào)節(jié)六邊形槽開口大小，以便滿足不同型號(hào)螺栓的需要；后固定端可以緊固到桿塔上，其上裝有調(diào)節(jié)螺栓，可以緊固到不同厚度的角鋼上，用以固定扳手后端；前固定端上裝有高強(qiáng)磁鐵，可以吸附到角鋼上，用于固定扳手前端。

圖2 多功能固定扳手設(shè)計(jì)圖側(cè)視圖

圖3 輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手實(shí)物圖

通過設(shè)置前固定端和后固定端，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)扳手的固定，從而固定螺栓端頭，從而有效避免螺栓打滑無法拆裝和使用兩個(gè)扳手拆裝螺栓螺母時(shí)操作上的不方便、效率低的問題。使用所述固定扳手時(shí)，首先把螺栓端頭放置在六邊形槽內(nèi)，然后將前后固定端接在輸電桿塔上，此時(shí)螺栓相對(duì)于輸電桿塔的位置已經(jīng)固定，運(yùn)檢人員可以使用普通扳手進(jìn)行螺母的拆裝，操作便捷、效率較高。

在輸電桿塔上進(jìn)行螺栓上的螺母拆裝的實(shí)際案例施工中，扳手六邊形槽與防脫環(huán)配合，用于容置螺栓端頭；調(diào)節(jié)滑輪與伸縮桿配合，可以牢牢緊固住不同型號(hào)的螺栓；前固定端和后固定端配合，可對(duì)螺栓進(jìn)行固定。本實(shí)施案例通過設(shè)置前固定端和后固定端，保證了在對(duì)輸電桿塔的任意穿向螺栓進(jìn)行拆裝時(shí)固定扳手都可以做到完美固定，無需操作人員手持固定，提高了工作效率。尤其在狹小的空間進(jìn)行作業(yè)時(shí)，該新型扳手解決了操作人員需要一手進(jìn)行固定，另一手進(jìn)行螺母拆裝的不便，大大降低了操作難度，效率得以提升。

綜上，輸電桿塔塔材之間均采用六角螺栓連接。由于本文研發(fā)的輸電桿塔螺栓防打滑多功能固定扳手固定端頭與伸縮桿之間距離可調(diào)節(jié)，因此在輸電桿塔螺栓緊固或拆卸過程中不需要帶多種型號(hào)扳手，僅用本文所設(shè)計(jì)扳手即可滿足實(shí)際需求，大大減少了操作人員塔上作業(yè)的負(fù)重，提高了工作效率。

輸電桿塔螺栓具有不同穿向，為保證由下向上穿向的螺栓在緊固或拆卸過程中，不發(fā)生螺栓或扳手掉落情況，本文采用后固定端、前固定端兩種固定方式，能夠夾緊和吸引桿塔角鋼，可以防止在拆卸垂直方向螺栓時(shí)扳手掉落。輸電桿塔螺栓緊固或拆卸過程中，無論任何穿向的螺栓，本文研發(fā)的的扳手均可固定在桿塔上，無需操作人員手持固定，降低了作業(yè)難度，提高了工作效率。尤其在狹窄的作業(yè)空間，操作人員無法一手固定六角螺栓端頭，一手緊固或拆卸六角螺栓，該情景下本文研發(fā)的的扳手的優(yōu)越性尤為顯著。

綜上，本文所研發(fā)的新型防打滑多功能固定扳手，使用簡單、方便攜帶、防打滑、防掉落，具備降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少危險(xiǎn)性的優(yōu)勢(shì)，具有很大的推廣使用價(jià)值。