一种新型轻量化导线剥皮装置

满建越，张建伟，高永强，辛国宝

（国网甘肃省电力公司武威供电公司，甘肃 武威 733000）

随着人们对电力供应质量要求的不断提高，电力企业对各种电气设备的改造也上升到了更高的高度。其中对于配网线路的改造尤为明显，目前配网架空线路导线大多采用交联聚乙烯和轻型聚乙烯绝缘导线，大幅提升了线路绝缘化水平，但是与之相关的问题也随之而来，配网线路时常需要对已建成的线路进行必要的运检，在检修过程中，带电进行绝缘导线剥皮作业已成为常规操作，此项操作专业性强，属于高空带电作业范畴，在外出作业过程中操作人员需要面对诸多困难，如工器具携带难、工器具操作负荷高、高空人员自重负荷、严寒酷暑环境影响等。所以研制一款质量轻、强度高、易携带、操作简单、通用性强、剥皮效果好的绝缘导线剥皮装置具有重要意义。该种装置可以有效提升配网不停电作业效率及安全性，保证电网安稳运行，对于推进配网带电作业行业的进步具有重要意义。

1 问题分析

当前电力系统中充斥着各种品牌规格的导线剥皮装置，其应用效果参差不齐，归纳总结如下：①操控性差。传统导线剥皮装置结构简单，作业过程中入刀深度和角度、裹握力大小以及剥皮的节奏都由作业人员来把控，受主观因素影响较大，而且作业质量不稳定给线路后期运行埋下较高的安全隐患。②稳定性差。由于传统导线剥皮器刀头适应性差，受操作人员技能水平影响，很容易发生导线损伤，导线损伤轻则降低线路载流量，重则造成断线事故，严重影响线路安全。③质量大。为了提高产品结构强度，传统导线剥皮器主体结构大都使用金属材料制成，整体质量较大，在带电高空剥皮作业时，由于绝缘杆的力矩作用，剥皮器实际质量会被放大数倍传导至作业人员手中，导致整体工作强度较高，严重影响作业人员工作效率及安全性。④携带运输困难。传统的导线剥皮装置，其连接剥皮器的手持绝缘杆为一体式整杆，长度最短也有2 m 以上，所以在外出检修作业或者库房保管都极其不便，必须使用特殊的车辆或库房才能运输、保管。

依据以上问题情况分析，计划针对性地研制一款高性能的导线剥皮装置。

2 技术方案

轻量化导线剥皮装置主要由分段式轻量化传动杆体和轻质导线剥皮器两部分组成。

2.1 分段式轻量化传动杆体

分段式轻量化传动杆体主要由可折叠摇把机构、轻量化绝缘杆、内外杆同步连接装置和杆头快速连接件4 部分组成，结构如图1 所示。

图1 分段式轻量化传动杆体

主要技术特点为：①可折叠摇把机构。通过摇把转动，带动摇把机构内的锥齿轮转动，通过两个齿轮的啮合，改变传力的方向，带动内部传动杆沿杆体轴向转动，最终实现带动杆头的剥皮器刀具平行导线径向旋转，成功进行导线剥皮。②内外杆同步连接装置。设计一种具有内外杆同步连接功能的装置，如图2 所示，其主要包含连接公头、连接母头、外螺套、内杆定位装置等部件，其中连接公头和母头配合处留有防转定位台，保证杆体连接后不会出现反向松脱，并且在连接件内部分别设置有内杆定位装置。内杆连接处则设置有六角头及梅花套筒结构，实现内杆的环向同轴定位。

图2 内外杆同步连接装置

2.2 轻质导线剥皮器

轻质导线剥皮器主要包含四个核心机构，分别为主承力防护机构、锥齿轮传动机构、刀架安装开合机构、自适应刀具机构，具体如图3 所示。主要技术特点如下。

图3 轻量化导线剥皮器

2.2.1 主承力防护机构

主承力防护机构通体采用碳纤维材料制作，该机构不仅具有外防护功能，同时也是剥皮器工作时的主承力部件，具有质量轻（碳纤维密度在1.75～1.93 g/cm3）、强度高（碳纤维拉伸强度在3 500 MPa 以上，是钢的7～9 倍）的特点。在剥线作业时所产生的力全部作用在该机构上，通过力学分析，该结构的应力和变形都完全满足设计使用要求，如图4所示。钛合金耐磨件如图5 所示。外壳压边镶入了金属件（如图5 灰色块标记），可有效填补碳纤维材料耐磨性差的短板。

2.2.2 锥齿轮传动机构

剥皮器使用锥齿轮做力的主要传动，通过对比各种高端合金、PEEK、碳陶等新材料的性能，最终选用钛合金作为锥齿轮传动机构的制造材料，在满足机械强度的同时可达到轻便（密度为4.51 g/cm3）、耐磨的要求。由于锥齿轮传动机构和刀架开合机构为一体连接，所以传动机构需要考虑整体开合干涉问题，产品以错齿错台的方法来纠正。通过有限元分析，模拟导线剥皮器的实际使用条件，设计满足使用条件要求的错齿结构，既保证强度又能使整体配合、运转不发生偏差。锥齿轮CAE 分析和锥齿轮错齿结构分别如图6 和图7 所示。

图4 CAE 分析图例

图5 钛合金耐磨件图例

图6 锥齿轮CAE 分析图例

图7 锥齿轮错齿结构图例

2.2.3 刀架安装开合机构

如图8 所示，刀架安装开合机构为产品中心组件，在作业开始前需要打开，通过传动机构的正反转来控制该机构的开合，同时配合扭簧锁紧该机构，保证剥线时不会松脱，通过旋转达到剥线的目的，同时也是刀具机构的固定框架。

2.2.4 自适应刀具机构

如图9 所示，自适应刀具机构包括刀具、刀具固定座、刀具自适应装置、线缆外皮导出装置、刀具架等，该机构通过刀具及自适应装置配合将线缆外皮翻起，旋转剥皮后通过切口斜度引导，最后通过线缆外皮导出装置排出线缆皮，不影响后续剥皮过程。刀具机构设计了自适应装置，剥皮可在1/4 圈内切入到线缆金属芯部分，剥皮过程中不损伤线缆，线缆外皮也不会出现残留情况。刀具架做120°开口角，保证和刀架安装开合机构在作业时协调配合，咬线松紧合适不卡死也不晃动。

图8 刀架安装开合机构

图9 自适应刀具机构

3 产品技术特点

3.1 先进的杆体结构

新型导线剥皮装置，其操作杆为分段式结构，内部设计有内传动杆，工作时外杆支撑，内杆传动作业。操作杆分段部位设置内外杆同步连接装置，解决了内传动杆操作杆段间连接困难的问题，将产品运输长度控制在1.2 m 以内，无需特种车辆即可运输。

3.2 全新概念刀具

剥皮装置刀具经过多次校核实验，打破传统的切割方式，发明出一种新的刀具剪裁方法，对于不同型号导线设置不同的切入角度，同时不同角度也对应不同的导线直径范围，剥皮时能够自动弹起、分离裁切，作业过程使导线外皮和线芯之间有一定的间隙，保证剥皮过程不会损伤导线线芯。刀具分若干种规格，可以覆盖所有配网架空线路常用导线型号。

3.3 先进材料应用

新型剥皮装置采用大量的新材料进行减重，主体部分采用碳纤维材料制成，碳纤维材料密度是铸铁的1/4，并具有完美的物理性能，无需特殊处理，材料的自身属性可让产品性能提升至一个新高度。产品锥齿轮和旋转盘等重要零件都采用钛合金制作，钛合金强度高、耐磨性好，密度约为铸铁的1/2。诸多新材料的应用不仅使产品品质大幅提升，而且质量相比传统剥皮装置下降35%以上，对高空作业时产品的操控性及安全性提升显著，具有很强的应用价值。

3.4 集成化包装

新型导线剥皮装置所有配件，包括分段式绝缘杆、剥皮器工具头、各型号刀具、锁线器、钳子、通用型绝缘杆、摇把机构等统一包装在航空箱内，如图10 所示，运输及存储更加安全、便捷。

图10 集成化航空箱包装

3.5 超高通用性

新型剥皮装置采用刀具自适应调节机构，在剥皮过程中无需作业人员干涉，可以自动调节剥皮切入深度及角度。对于不同的线缆直径可调换对应不同规格的刀具，能够始终适应导线外径大小，刀具主体和导线紧密同轴固定，不会受到外力影响，剥皮效果不会因为操作人员技能或经验的不同而发生变化，同时也不再受外界环境因素影响，保证了剥皮器的稳定性。

4 结束语

新型轻量化导线剥皮装置所涉及的制造技术和工艺方法属于国内领先水平。本文对该产品的所有设计优势及工作原理进行了充分的分析和阐述，并通过CAE 数字模拟的方式进行产品工艺验证，最后利用试验的方法，对产品性能进行测试，试验表明该新型轻量化导线剥皮装置剥皮效果显著，使用后可有效降低高空带电作业难度，提高作业人员安全系数，使作业效率倍增，应用推广前景广阔。