一种螺帽和垫片等铁质材料拾取器的研制

陈小刚 伍绍鹏

摘   要：为有效解决配电网带电作业中拾取螺帽、垫片等小型铁质材料时不方便，工作效率低，劳动消耗大的问题。研制一种螺帽、垫片等铁质材料拾取器很有必要，工具需滿足操作简便，拾取可靠，携带方便的要求。该工具通过电磁感应原理实现拾取垫片等铁质材料，通电时铁芯带磁，断电消磁。铁芯断电消磁迅速，线圈规格满足磁力要求大于0.5N。

关键词：铁质材料拾取器  电磁感应  应用效果

随着电网建设和发展，带电作业已经成为电网线路及设备检修、维护、改造的常规及重要作业方式，为电力系统的安全、可靠、稳定运行发挥了重要作用。配电网带电作业量占所有带电作业量80%以上。配电网带电作业中经常有拾取螺帽、垫片等小型铁质材料的情况，由于绝缘手套法作业时需穿戴3层手套（内衬手套、绝缘手套、机械防护手套）进行操作。在拾取螺帽、垫片时非常不方便，且垫片等小型材料容易掉落，造成了工作效率低，劳动消耗大的问题存在。以安装避雷器为例，安装3只避雷器时间约为40min，其中安装垫片及螺帽的时间约为20min，而且这个过程中作业人员要精力高度集中，身体消耗很大。特别当垫片等小型材料掉落以后，寻找难度极大，造成作业时间浪费。因此很有必要研制一种螺帽、垫片等铁质材料拾取器。

1  原理图

如图1所示，E代表直流电源，S代表开关，A代表线路，B代表铁芯，L代表线圈，R为电阻。该工具通过电磁感应原理实现拾取铁质材料，通电后铁芯带磁，能够拾取铁质材料，断电后铁芯无磁，材料自动掉落。

电磁吸力：

由于电磁铁吸力公式过于复杂，部分参数无法查询，部分数据测量难度过大，加之工具结构简单，需测量性能参数少，所以决定通过试验的方式确定相关材料及制作要求。为满足铁芯消磁迅速、剩磁少，吸取材料可靠，吸力大于0.5N，额定工作1min线圈温度不超过60℃的要求，通过四组试验得到结果如下：

第一组选用铁芯直径为8mm，长度为150mm的电工纯铁，铁芯裸露长度60mm;线圈选用截面为0.71mm2的漆包铜线绕制300匝;电池选用12V可充电固态锂离子电池;未串联电阻。结论是：吸力大于0.5N，线圈发热严重，约12s后吸力消失。

第二组选用铁芯直径为8mm，长度为150mm的电工纯铁，铁芯裸露长度60mm;线圈选用截面为0.71mm2的漆包铜线绕制500匝;电池选用12V可充电固态锂离子电池;未串联电阻。结论是：吸力大于0.5N，线圈发热严重，约18s后吸力消失。

第三组选用铁芯直径为8mm，长度为150mm的电工纯铁，铁芯裸露长度60mm;线圈选用截面为0.71mm2的漆包铜线绕制300匝;电池选用12V可充电固态锂离子电池;串联50Ω电阻。结论是：吸力大于0.5N，线圈发热未超过60℃，吸力持续超过1min，铁芯消磁迅速。

第四组选用铁芯直径为8mm，长度为150mm的电工纯铁，铁芯裸露长度60mm;线圈选用截面为0.71mm2的漆包铜线绕制300匝;电池选用12V可充电固态锂离子电池;串联100Ω电阻。结论是：吸力大于0.5N，线圈发热未超过50℃，吸力持续超过1min，铁芯消磁迅速。

鉴于以上试验结果，确定铁芯选用直径为8mm，长度为150mm的电工纯铁，铁芯裸露长度60mm;线圈选用截面为0.71mm2的漆包铜线绕制300匝;电池选用12V可充电固态锂离子电池;串联电阻选用100Ω金属膜电阻元件。

2  结构图

如图2所示，为满足工具绝缘良好、操作简便、携带方便、抗摔的要求，外壳选用厚度为3mm聚乙烯材料定制外壳，整个工具长24cm，高20cm，铁芯及线圈置于上部，电阻及电池置于手持部位，总重量约300g。

3  应用效果

该工具吸力约1N，铁芯消磁迅速，操作方便，能有效解决穿戴绝缘手套时拾取螺帽、垫片等小型材料极度不便的问题。通过实际操作测验，每次安装一套螺帽减少作业时间约5min，一项作业一般会有3次，一项作业减少作业时间约15min。使用该工具，提高了工作效率，减轻了劳动强度，为电网带电检修提供了有利条件，为提高供电可靠性提供了有力保障。

参考文献

[1] 杨德强，潘锦，陈波，等.《电磁兼容原理》实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2013，11（4）：236-239.

[2] 陈瑶，刘修宽，李彪.电磁兼容原理浅析[J].技术监督纵横，1999（6）：23.

[3] 欧阳力萍，胡仕雄.浅谈电磁兼容原理及试验[J].湖南电力，1999（5）：38-39.