输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手研究

广东电网有限责任公司汕头供电局 刘 程 孔祥美 林少伟 廖丽阳 黄斯奇 林 泓

国内能源的地域分布和消费使用地区分布的不均衡，导致“南水北调、西电东送、西气东输”三大能源工程的开展。在输电工程中输电线路是最重要的基建，其常年暴露于自然环境下，容易遭到腐蚀、损坏。输电线路故障中由输电设施缺陷导致的占较大比重，为保障电力输送的稳定和质量，需对输电线路进行定期的巡视检查。但因为输电线路的架设空间跨度极大，且不少输电杆塔架所处的地形复杂、条件恶劣，在外界环境作用下，容易导致输电杆塔螺栓松动[1-2]。因此每隔3～5年要对输电杆塔螺栓紧固工作。

目前国内的输电铁塔螺栓紧固采用的是工人手持扳手完成紧固操作，该过程效率低，实际在输电线路施工中，野外施工作业施工点多、施工环境复杂、输电铁塔高度高、螺栓规格数量多、要求紧固速度快[3]。

在对输电杆塔螺栓进行拆装或者紧固时，为了防止螺栓打滑，操作人员需要双手分别持一个扳手，一手固定六角螺栓端头、另一手进行六角螺栓的拆装或紧固，操作过程效率较低。如果在狭小的空间进行作业，操作人员双手操作不便，往往无法进行螺栓固定；输电线路每基杆塔上都有规格各异的六角螺栓，因此对杆塔螺栓进行拆装、紧固时，操作人员要携带多种型号扳手，增加了塔上作业人员的负重，同时作业过程中更换不同型号扳手降低了工作效率；对杆塔螺栓进行拆装、紧固时，由于未固定住螺栓或扳手会发生高空坠物等情况，严重威胁地勤人员生命安全。因此亟需一种新型的可固定扳手来解决上述作业问题。

输电塔杆螺栓紧固是保障电网安全稳定运行的极为重要的工作之一。目前国内输电铁塔螺栓紧固主要是靠工人手持传统扳手完成紧固操作。传统紧固扳手效率低下，因此本文研发了输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手。该防打滑多功能固定扳手由后固定端、调节滑轮、伸缩杆、扳手主体、前固定端、防脱环六部分组成。在输电杆塔螺栓紧固或拆卸过程中，无论任何穿向的螺栓，使用该扳手均可将其固定在杆塔上，无需操作人员手持固定，可降低作业难度、提高工作效率。该扳手还可以通过后固定端夹在杆塔角钢上以防止在拆除垂直方向螺栓扳手掉落。在狭窄的作业空间，尤其高空中的狭窄作业空间，传统紧固作业常常需要带多种型号扳手，使用本文研发的打滑多功能固定扳手则无须携带多种型号扳手进行作业，优越性尤为显著。

1 输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手的设计

输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手由后固定端、调节滑轮、伸缩杆、扳手主体、前固定端、防脱环六部分组成，用于对螺栓上的六角螺母进行拆装时的固定，相比传统紧固扳手具有防打滑、无需操作人员手持、方便狭窄空间作业等显著优点。固定端设计在扳手把柄的一端，其上设计有六边形的槽，该槽用于放置螺栓的端头。卡接头设计在扳手把柄的另一端，位于六边形槽的开口延伸的方向，起到卡接手柄与固定头的作用，以对螺栓进行固定。六边形槽的底部设置有第一磁铁，以将螺栓端头固定于六边形槽。

扳手的手柄接近卡接头的一端设计有第二块磁铁，以固定手柄。手柄设置有调节部，用于调节六边形槽的开口大小。调节部包括调节腔、调节杆、调节头。调节腔位于手柄里面，与槽相互连通，其长度大于调节杆的长度；调节杆，滑动设置于调节腔内；调节头，设置于调节杆的一端，且置于六边形槽内，调节头设置为Y型，与六边形槽的侧壁一起固定螺栓端头。

手柄上还设计有调节孔，连通调节腔，调节孔设计有调节用滚轮，调节滚轮上设置有螺纹，在调节杆上设计调节凹槽，与调节滚轮的螺纹相啮合，拨动调节滚轮可以改变调节头和六边形槽侧壁之间的距离。调节孔的一边设计有上转孔，另一边设计有下转孔、与上转孔相对应，调节滚轮的转动位于上转孔和下转孔的内部。调节孔的开口方向反向于六边形槽的开口[4]。

固定头和手柄通过焊接进行连接。防脱环位于扳手主体的一端，用于容置螺栓端头；后固定端位于扳手主体的另一端，且朝着六边形槽开口的方向进行延伸，用于卡接扳手主体以固定螺栓，对防脱环内螺栓的端头进行固定，可有效避免由于螺栓打滑所导致的拆装问题，以及之前使用两个扳手进行作业的操作不便、效率低下问题。另外还增设调节滑轮，用于调整伸缩杆与六边形槽侧壁间的距离，可对不同型号的螺栓进行固定。

2 设计方案的具体实施

在具体实施方案中，需要根据使用场景的需要对初步设计做轻微改动。实施中该扳手包含固定端、调节滑轮、伸缩杆、扳手主体、前固定端、防脱环六部分，实物如图1所示,图中3为紧固螺栓、2为后端固定、3为调节滑轮、4为前段固定、5为防脱环、6为扳手主体。

图1 多功能固定扳手设计图主视图

后固定端为U型不锈钢卡子，后固定端整体呈“L”形；后固定端与扳手主体通过螺栓连接；后固定端弯起90°，且可以进行360°旋转，用于六角螺栓紧固及拆卸时卡住杆塔角钢，防止打滑，使用时调节后固定端方向，用以卡住杆塔角钢。为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时，将扳手卡住杆塔角钢，同时将后固定端旋转螺栓旋紧，即将后固定端夹在杆塔角钢上。

调节滑轮为螺旋结构，外侧铸有螺纹，调节滑轮与扳手主体咬合，调节滑轮可在扳手主体的轴线上转动；调节滑轮高出扳手主体部分外侧，便于转动调节滑轮，调节滑轮与扳手主体内侧平面相平，便于紧贴杆塔角钢；向左转动或向右转动调节滑轮，调节滑轮可带动伸缩杆向下或向上移动，从而调节伸缩杆与固定端头之间的距离，以固定不同规格型号的六角螺栓。图4中1为紧固螺栓、2为后端固定、3为伸缩杆、4为调节滑轮、5为扳手主体、6为前端固定、7为防脱环。

图4 输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手正视图

伸缩杆整体呈四棱柱形；伸缩杆位于扳手主体内部，通过转动调节滑轮，伸缩杆可在扳手主体内部上下滑动，扳手主体的深度大于伸缩杆的长度；伸缩杆上端端头开口120°，用于固定输电杆塔上的六角螺栓；伸缩杆中部铰接调节滑轮，用于调节伸缩杆上端端头与扳手主体距离。

扳手主体内部为中空状态，中间两侧铸有调节凹槽，调节凹槽呈锯齿状，与调节滑轮相咬合，伸缩杆铰接在扳手主体内部，可以沿着扳手主体内部上下滑动。扳手主体下端与后固定端铰接相连，扳手主体上端与防脱环铰接相连。

前固定端为高强磁铁，前固定端嵌在扳手主体上，用于吸引杆塔角钢，将扳手固定在杆塔角钢上，防止紧固及拆卸垂直排列的六角螺栓时扳手掉落。

防脱环由半弧形钢片制成，钢片两端铰接在扳手主体两侧，防脱环可自由在扳手上转动，当拆卸垂直方向螺栓时，将防脱环旋转90°，通过防脱环可以接住杆塔六角螺栓端头，防止紧固及拆卸过程中端头松脱掉出。当输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手仅当做扳手使用时，将防脱环旋转0°，使防脱环与扳手重合即可当作普通扳手使用。

3 作业中的使用和效果

输电杆塔螺栓在紧固或拆卸时，根据六角螺栓规格型号，在扳手主体内转动调节滑轮调节滑轮通过带动伸缩杆向上或向下移动，从而调节伸缩杆端头与扳手主体端头之间距离，直至能够夹住待紧固或拆卸的六角螺栓；调节完成后，将扳手主体端头固定在待紧固或拆卸的六角螺栓端头上，同时使后固定端卡住杆塔角钢，即可进行输电杆塔螺栓紧固或拆卸操作，由于后固定端卡住杆塔角钢，因此螺栓紧固或拆卸时，可有效防止螺栓打滑。

如图2、图3所示，该扳手可用于拆装螺栓上的螺母时螺栓的固定，固定扳手包括后固定端、调节滑轮、伸缩杆、扳手主体、前固定端、防脱环六部分。主体前端有六边形槽的设计，用以放置螺栓的端头；防脱环设置为可活动形式，打开后可位于六边形槽一侧，用来防止螺栓掉落、引起高空坠物[5]，收起后置于扳手定端，不影响扳手常规使用功能；伸缩杆位于扳手主体中部，用来调节六边形槽开口大小，以便满足不同型号螺栓的需要；后固定端可以紧固到杆塔上，其上装有调节螺栓，可以紧固到不同厚度的角钢上，用以固定扳手后端；前固定端上装有高强磁铁，可以吸附到角钢上，用于固定扳手前端。

图2 多功能固定扳手设计图侧视图

图3 输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手实物图

通过设置前固定端和后固定端，可以实现对扳手的固定，从而固定螺栓端头，从而有效避免螺栓打滑无法拆装和使用两个扳手拆装螺栓螺母时操作上的不方便、效率低的问题。使用所述固定扳手时，首先把螺栓端头放置在六边形槽内，然后将前后固定端接在输电杆塔上，此时螺栓相对于输电杆塔的位置已经固定，运检人员可以使用普通扳手进行螺母的拆装，操作便捷、效率较高。

在输电杆塔上进行螺栓上的螺母拆装的实际案例施工中，扳手六边形槽与防脱环配合，用于容置螺栓端头；调节滑轮与伸缩杆配合，可以牢牢紧固住不同型号的螺栓；前固定端和后固定端配合，可对螺栓进行固定。本实施案例通过设置前固定端和后固定端，保证了在对输电杆塔的任意穿向螺栓进行拆装时固定扳手都可以做到完美固定，无需操作人员手持固定，提高了工作效率。尤其在狭小的空间进行作业时，该新型扳手解决了操作人员需要一手进行固定，另一手进行螺母拆装的不便，大大降低了操作难度，效率得以提升。

综上，输电杆塔塔材之间均采用六角螺栓连接。由于本文研发的输电杆塔螺栓防打滑多功能固定扳手固定端头与伸缩杆之间距离可调节，因此在输电杆塔螺栓紧固或拆卸过程中不需要带多种型号扳手，仅用本文所设计扳手即可满足实际需求，大大减少了操作人员塔上作业的负重，提高了工作效率。

输电杆塔螺栓具有不同穿向，为保证由下向上穿向的螺栓在紧固或拆卸过程中，不发生螺栓或扳手掉落情况，本文采用后固定端、前固定端两种固定方式，能够夹紧和吸引杆塔角钢，可以防止在拆卸垂直方向螺栓时扳手掉落。输电杆塔螺栓紧固或拆卸过程中，无论任何穿向的螺栓，本文研发的的扳手均可固定在杆塔上，无需操作人员手持固定，降低了作业难度，提高了工作效率。尤其在狭窄的作业空间，操作人员无法一手固定六角螺栓端头，一手紧固或拆卸六角螺栓，该情景下本文研发的的扳手的优越性尤为显著。

综上，本文所研发的新型防打滑多功能固定扳手，使用简单、方便携带、防打滑、防掉落，具备降低劳动强度、减少危险性的优势，具有很大的推广使用价值。