一种型材切割机用便携式型材位置调节装置的研制

胡浩莹 张志强 郑世明 王晓明

摘要：通过观察施工现场切割作业的过程，分析了施工切割作业耗时耗材的原因，提出了一种针对切割作业型材放置及调整的研发方案，并制作了一种新型实用工具来解决问题。

关键词：切割作业;调节器;新型实用工具

0    引言

随着经济的高速发展，用电负荷与日俱增，这就要求电力网架结构更加坚实完善。随着城市基础设施建设的加快和公司电力基建、业扩项目的增多，各种施工类项目数量呈快速上升态势，其中各种型材的切割是施工类项目中施工人员最常做的施工操作。在型材切割作业中，施工人员常常由于经验性和习惯性问题存在施工操作不规范的现象，导致施工耗时耗员，并且切割型材材料利用率低。因此，解决切割作业耗时耗员的问题和提高切割型材材料利用率成为保证施工项目现场作业安全及有效提升效率的关键。

1    切割施工现状介绍及分析思路

1.1    现状介绍

调研结果显示，传统切割方式就地取材，不需要专用调节器，对操作人员要求不高，因此现在施工操作人员基本选择传统切割方式，但该作业方式存在以下问题：（1）高度不一致导致切割不平整，浪费材料;（2）需要施工操作人员反复调整型材位置，安全系数较低;（3）两人操作时，多耗费施工人员一名，增加人力成本。

围绕核心需求“合理实现型材切割调整固定，提高型材切割操作效率，减少型材浪费”开展问题分析，现存在主要问题如下：（1）型材切割时材料调整固定较繁琐;（2）型材切割段固定在切割盘后，末端固定就地取材导致和切割盘高度难以一致，造成切割不平整，浪费型材;（3）两人操作增加人力成本，且施工场地环境复杂，切割机末端另一操作人员有一定安全风险。

1.2    分析思路

影响型材切割调整固定的主要因素为型材末端无合适固定物及增加操作人员带来的风险等，型材因受到切割机切割片的压力固定位置或方向易产生变化，这就导致切割准确率及安全性降低。将型材被切割段及末端固定，能够排除造成切割位置、方向不稳定及增加操作人员的影响因素，即可保证型材切割更安全可靠。

结合实际情况，将目标型材两端位置固定调节作为主因分析，以固定型材末端位置，使得切割型材末端高度可调，以刻度盘的方式调整切割型材末端，提高型材切割准确率，减少反复切割型材时的调整次数及切割型材固定调整的配合人员，缩短切割型材的调整固定时间及操作人员成本。

2    难点分析及设计思路

2.1    难点分析

（1）目标切割型材不易固定，其表面较为光滑，且无可靠固定装置，切割时容易发生位移。

（2）切割准确率低。在型材切割作业过程中，不能有效调节型材切割的位置，导致型材切割准确率降低。

（3）难以将型材切割断面切割平整。切割型材作业中，由于两端高度不一致，断面难以切割平整，浪费型材。

2.2    设计思路

为实现切割机用便携式型材切割调节器设计需求，破解得出的研发难点，我们确定了切割机用便携式型材切割调节器的研发分为三大部分：型材固定及型材方向调整部分、调节器高度调节部分、调节器刻度指示部分，如图1所示。本次目标适用范围为标称截面#2、#3、#5的钢管，远期适用目标为所有切割机可切割型材。其中型材固定及型材方向调整部分可细分为固定防护底座、固定组件、定向滑轮三个组件，调节器高度调节部分设定为调节螺纹脚，调节器刻度指示部分分为刻度盘和刻度指针两个组件。

3    确定研发方案

3.1    型材固定及型材方向调整部分

使用夹紧螺栓固定配合滑轮定向，夹紧螺栓微调行程较为灵活，配合滑轮可实现固定及微调功能。该部分主要有两个作用：（1）有效将型材固定在调节器上，保证在型材切割过程中不发生位移;（2）可在滑轮上对型材方向进行微调。

3.2    调节器高度调节部分

为保证目标型材两端高度一致，切割断面平整光滑，需选择合适的高度调节组件，为此我们小组提出了四脚螺栓式调节、四脚穿销式调节、四脚压紧式调节三种设计方案。为测试不同高度调节组件方案的牢固适用性，确保两端圆心在同一直线上，我们开展以下试验以选择最佳方案：分别对三种方案在不同的施工环境下进行测试，记录20次型材偏离中心线的平均水平位移。四脚螺栓式与四脚压紧式的水平位移量始终为0，当水平方向的力为200 N时，四脚穿销式方案产生水平位移，随着水平方向的力增大，其水平位移先增加后趋于稳定，因此四脚螺栓式与四脚压紧式的紧固适用性优于四脚穿销式。同时，四脚螺栓式组件的可调性优于四脚压紧式及四脚穿销式。

综上所述，通过对比四脚螺栓式、四脚穿销式、四脚压紧式方案组件的牢固适用性及可调性，选用四脚螺栓式方案作为组件设计方案。

3.3    调节器刻度指示部分

有指针式刻度和表盘式刻度两个方案，通过现场环境对比，指针式刻度在复杂环境下不容易损坏，耐用性强，因此选用指针式刻度。

4    效果检验

4.1    操作性能检查

为检查该切割机用便携式型材调节器的操作性能，制定型材切割实施步骤如下：

（1）检查机具，布置好型材切割机及新研制的调节器;

（2）将待切割型材两端使用新研制的调节器固定;

（3）调节切割尺寸大小;

（4）检查尺寸及固定完善后完成切割作业。

新型切割机用便携式型材调节器操作流程简单，整个切割过程仅需一名施工人员，对操作人员的素质要求不高，可操作性高。

接下来我们统计并分析了2018年7月至9月该设备使用的耗时情况，调查其完成单次切割作业是否能控制在2 min以内。切割机用便携式型材调节器实施过程综合平均耗时为2 min，不超过2 min。与原来的实施过程综合平均耗时8 min相比，作业时间大大缩短。

4.2    切割效果检查

为验证切割机用便携式型材调节器准确率，我们对已进行切割作业的目标圆钢断面开展了透光性分析。2018年7月至9月，我们对切割时使用便携式型材调节器的目标圆钢进行了多次透光试验，装置使用准确率统计结果表明，使用切割机用便携式型材调节器进行型材切割作业，单次切割有效准确率为97%。

5    結语

随着切割机用便携式型材调节器这一研制成果的使用，建设项目现场切割作业效率大大提高，作业时间由平均8 min缩短至2 min;人机工效提升，作业人员由2人缩减至1人;可推广性强，适用范围广，便携，经济性好，各项性能参数符合需求;对目标型材一次切割作业有效准确率为97%。对此进行经济效益评估：本地区每年主网基建类项目约15项，每个项目平均切割型材次数约3 000次，使用新型设备后单次型材切割作业时间缩短6 min，按每人每天工费500元测算，切割机用便携式型材调节器的使用可节约成本约15万元/年。

[参考文献]

[1] 丁毓山，徐义斌.变电检修工[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

[2] 鲁爱斌.电气设备检修[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3] 张志强，董晋阳，樊宇，等.变电站直流接地故障处理[J].农村电气化，2016（2）：28-29.

收稿日期：2020-03-25

作者简介：胡浩莹（1986—），男，河北人，高级工程师，变电检修技师，研究方向：电网基建项目管理。