滿(mǎn)足高效率電線(xiàn)桿挖洞要求的設備解決方案
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0 引言
隨著(zhù)電網(wǎng)的高速發(fā)展，對電力施工單位施工效率要求越來(lái)越高，為了滿(mǎn)足多類(lèi)電力施工單位的需求，研制一種高效率挖洞機愈加重要。經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，城市供電與電力通訊的要求也越來(lái)越高，在電力系統、通訊系統中線(xiàn)路有時(shí)需要架設架空線(xiàn)，因此涉及到電桿基礎的挖洞，目前電桿基礎的挖洞都是人工挖洞，勞動(dòng)強度大、工作效率低、施工成本大、跟不上時(shí)代步伐。
隨著(zhù)農網(wǎng)改造的大力推進(jìn)，線(xiàn)路改造數量大幅提升，且隨著(zhù)時(shí)間推移，線(xiàn)路老化問(wèn)題也越來(lái)越多，故挖洞需求量越來(lái)越大。根據調查，某地區2019年需新建線(xiàn)路1368條，需改建線(xiàn)路1948條，共計3316條。就嘉興區域而言，線(xiàn)路新建及改造數量較多，每個(gè)電桿基礎挖洞耗費時(shí)間1.5h，挖洞壓力較大?，F有電桿基礎的挖洞技術(shù)及施工方法無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求。
1 技術(shù)分析
1.1 目標預估
由于螺旋采煤設備掘進(jìn)軟質(zhì)巖層2.5m需要花費2個(gè)小時(shí)左右，考慮到一般含煤巖層的緊固系數 約為5左右，而挖洞機應用的土壤的緊固系數 約為0.6-0.8左右，則可以預估挖洞用時(shí)如下：
由于挖洞機的挖土截面遠遠小于綜掘機掘進(jìn)的截面，挖掘同樣深度所需的時(shí)間更少，所以經(jīng)估算挖洞時(shí)間完全可以小于20min。
1.2 方案提出
本文提出一種新的設備方案，縮短電桿基礎的挖洞時(shí)間。方案選用汽油、柴油或電動(dòng)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)減速機來(lái)作為挖洞機鉆頭的動(dòng)力，可以為鉆頭提供足夠大的功率與扭矩，提高挖洞的效率；將挖洞機的鉆頭設計為帶齒的鉆頭前端與螺旋式鉆桿的組合體，能夠有效地挖掘各類(lèi)土壤并將打碎的土塊高效運出桿洞；將挖洞機的發(fā)動(dòng)機箱籠設計為可升降模式，可解決挖洞尺寸難以控制等問(wèn)題；優(yōu)化底座接觸方式，采用可調節圓盤(pán)接地，減小支架的晃動(dòng)，增強設備穩定性；將挖洞機的支撐結構設計為三棱柱或四棱柱，提高設備的承重能力與穩定性；設計一個(gè)利用車(chē)輪來(lái)運輸設備的挖洞機，以適應不平整及各種空間高度的小區開(kāi)閉所環(huán)境，確保設備水平，并已代替常規土建基礎。
1.3 方案細化
小組確定方案后，對方案進(jìn)行分解細化，并繪制方案分解圖。
圖1 方案分解圖
2方案確定
2.1 方案對比
對比汽油、柴油或電動(dòng)發(fā)動(dòng)機，發(fā)動(dòng)機接一個(gè)轉矩可調的負載，啟動(dòng)5分鐘后測量發(fā)動(dòng)機的功率，測完后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機，分別對3臺發(fā)動(dòng)機測量6次參數，結果如下表1所示：
表1 某一間隔調試各個(gè)項目時(shí)間統計
試驗 次數 | 170f 汽油發(fā)動(dòng)機 功率/kW | 173f 柴油發(fā)動(dòng)機 功率/kW | YL112 電動(dòng)發(fā)動(dòng)機 功率/kW |
1 | 4.5 | 3.9 | 4.1 |
2 | 4.6 | 4.2 | 3.9 |
3 | 4.5 | 4.2 | 3.9 |
4 | 4.7 | 4.0 | 4.0 |
5 | 4.6 | 4.1 | 4.1 |
6 | 4.7 | 39 | 3.9 |
對挖洞機分別進(jìn)行電啟動(dòng)和手搖啟動(dòng)，分別統計兩種啟動(dòng)方式所需要的時(shí)間，并對相關(guān)數據進(jìn)行分析，對電啟動(dòng)的挖洞機以及手搖啟動(dòng)的挖洞機的啟動(dòng)裝置的使用壽命及維修次數進(jìn)行調查，如表2所示。
表2 兩種啟動(dòng)方式壽命統計
樣本 | 維修 次數 （次） | 使用 壽命 （年） | 維修破損原因 | |
電啟動(dòng) 挖洞機 | 1 | 3 | 6.8 | 在啟動(dòng)過(guò)程中操作不當； 在保存過(guò)程中未進(jìn)行防潮等； |
2 | 3 | 7.5 | ||
3 | 2 | 6.9 | ||
4 | 1 | 7.8 | ||
5 | 0 | 8.2 | ||
6 | 2 | 7.2 | ||
7 | 3 | 7.0 | ||
平均值 | 2 | 7.3 | ||
手搖啟動(dòng) 挖洞機 | 1 | 7 | 5.2 | 手搖啟動(dòng)設備受到摩擦較大， 易造成手搖柄折斷、 磨損等損害；保存不當； |
2 | 5 | 5.6 | ||
3 | 7 | 5.1 | ||
4 | 6 | 6.2 | ||
5 | 6 | 5.5 | ||
6 | 7 | 5.4 | ||
7 | 6 | 5.2 | ||
平均值 | 6.3 | 5.5 |
對比單葉可伸縮式鉆頭與雙葉可伸縮式鉆頭，將樣機分別裝上兩類(lèi)鉆頭，并選取一片平坦且土質(zhì)條件相同的地點(diǎn)進(jìn)行試施工，比較兩類(lèi)鉆頭的鉆土速度。每種鉆頭分別挖5個(gè)2.5m的洞，記錄挖洞時(shí)間如下圖2所示：
圖2 兩種鉆頭挖洞速度對比圖
對普通鋼材，45#鋼，不銹鋼三種材料的力學(xué)性能進(jìn)行實(shí)驗，并相關(guān)數據進(jìn)行統計分析，選擇鉆頭材料。分析數據如表3所示：
表3 鉆頭材料對比情況
鋼材 類(lèi)型 | 測試 次數 | 力學(xué)性能 | |||
抗拉強度 （MPa） | 屈服強度 （MPa） | 剪切屈服強度 （MPa） | 延伸率 | ||
普通鋼材 | 1 | 502.1 | 330.3 | 163.5 | 15.3% |
2 | 502.6 | 332.1 | 165.4 | 14.9% | |
3 | 504.2 | 335.2 | 163.2 | 14.5% | |
4 | 503.8 | 335.4 | 163.4 | 15.0% | |
平均值 | 503.2 | 333.3 | 163.9 | 14.9% | |
45#鋼 | 1 | 613.2 | 356.2 | 189.2 | 16% |
2 | 612.5 | 356.8 | 189.2 | 16.3% | |
3 | 620.1 | 356.4 | 189.6 | 16.7% | |
4 | 618.2 | 356.6 | 188.5 | 17.2% | |
平均值 | 616 | 356.5 | 189.1 | 16.7% | |
不銹鋼 | 1 | 550 | 345 | 172 | 13.4% |
2 | 548.3 | 343.5 | 173.5 | 13.6% | |
3 | 547.9 | 344.6 | 174.2 | 14.2% | |
4 | 551.2 | 345.2 | 173.6 | 13.9% | |
平均值 | 549.4 | 344.6 | 173.3 | 13.8% | |
新設備方案采用可升降模式的發(fā)動(dòng)機箱籠設計，對比蓄電池驅動(dòng)電動(dòng)絞盤(pán)和手搖驅動(dòng)兩種升降方案，這兩種方案都經(jīng)減速機為鉆頭、發(fā)動(dòng)機及其框架的升降提供動(dòng)力，對比結果如下圖3所示。
圖3 兩種升降方案對比圖
由于新設備要求結構穩定，挖洞過(guò)程中無(wú)明顯抖動(dòng)，對比三棱柱支撐結構和長(cháng)方體支撐結構。分別用三棱柱、長(cháng)方體結構為支撐結構的挖洞機進(jìn)行挖洞，并對所挖的洞的直徑大小進(jìn)行測量，并算出偏差值，從側面可以印證兩種結構的挖洞機的穩定性，其中鉆頭直徑為40cm，結果如下表4所示：
表4 兩種支撐方式對比情況
測量次數 | 不同支撐結構挖洞機打洞直徑（cm） | ||||||
三棱柱結構 | 長(cháng)方體結構 | ||||||
挖洞機1 | 挖洞機2 | 挖洞機3 | 挖洞機1 | 挖洞機2 | 挖洞機3 | ||
1 | 43.6 | 42.3 | 43.0 | 49.6 | 50.2 | 48.0 | |
2 | 43.8 | 42.5 | 43.1 | 50.0 | 50.0 | 48.2 | |
3 | 42.9 | 42.5 | 42.9 | 48.9 | 49.8 | 48.3 | |
4 | 43.6 | 42.3 | 43.2 | 50.2 | 50.1 | 48.2 | |
平均值 | 43.5 | 42.4 | 43.1 | 49.7 | 50.0 | 48.2 | |
與鉆頭直徑偏差 | 3.5 | 2.4 | 3.1 | 9.7 | 10.0 | 8.2 | |
與鉆頭直徑的平均偏差 | 3.0 | 9.3 | |||||
最后，為方便移動(dòng)新設備，對比車(chē)載移動(dòng)方式和帶輪移動(dòng)方式，車(chē)間師傅們嘗試對200kg支架進(jìn)行搬運，得到兩種移動(dòng)方式搬運各個(gè)過(guò)程所需的人數。
表5 兩種移動(dòng)方式對比情況
運輸 過(guò)程 | 車(chē)載移動(dòng) 需求人數 | 帶輪移動(dòng) 需求人數 |
車(chē)輛長(cháng)距離 運輸 | 2人 | 2人 |
裝卸 | 4人 | 3人 |
現場(chǎng)轉運 | 3人 | 3人 |
挖洞準備 | 4人 | 3人 |
全過(guò)程 | 4人 | 3人 |
2.2 新設備方案
通過(guò)對相關(guān)參數及優(yōu)缺點(diǎn)對比分析最終確定細化后最終方案，如圖4所示。
圖4 最終設備解決方案
3 效果驗證
完成新設備方案后，進(jìn)行現場(chǎng)應用，如圖5所示，應用后對挖洞時(shí)間進(jìn)行統計比較，如表6所示。
圖5 方案現場(chǎng)應用
從表6中可以發(fā)現，新設備方案投入使用前后挖洞時(shí)間統計表可以看出，效果顯著(zhù)，在挖一個(gè)洞的情況下，平均挖洞時(shí)間由投入使用前的80.6min減少為7.5min，前后挖洞時(shí)間差高達73.1min。
表6 新設備方案投入使用前后挖洞時(shí)間統計表
測試 次數 | 投入使用前 挖洞時(shí)間 （min） | 投入使用后 挖洞時(shí)間 （min） | 投入使用前后 挖洞時(shí)間差 （min） |
1 | 80.3 | 7.5 | 72.8 |
2 | 80.8 | 7.5 | 73.4 |
3 | 80.3 | 7.6 | 72.7 |
4 | 80.6 | 7.4 | 73.2 |
5 | 80.9 | 7.5 | 73.4 |
6 | 80.5 | 7.5 | 73.1 |
平均值 | 80.5 | 7.5 | 73.1 |
3 結論
機器代人是電力生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，精益化發(fā)展成為潮流所在，為進(jìn)一步提升電力生產(chǎn)工作效率，實(shí)現高效率電線(xiàn)桿挖洞，本文探究了一種采用汽油發(fā)動(dòng)機為動(dòng)力源、單旋葉伸縮鉆頭的全新解決方案，大幅提升了電線(xiàn)桿挖洞工作的工作效率與作業(yè)標準化水平。
針對傳統挖洞方法，進(jìn)行變革性改造，提出全自動(dòng)、快速轉移、高效挖洞的設備解決方案，并現場(chǎng)實(shí)施，成效明顯。
參考文獻:
[1] 吳發(fā)展，劉貴紅. 電纜隧道頂管機洞內擴徑改造作業(yè)洞室施工技術(shù)[J]. 城市建筑，2020，02: 126-128.
[2] 丁守陣. 泥水平衡頂管掘進(jìn)機洞內組裝施工技術(shù)[J].珠江水運. 2019 (02).
作者簡(jiǎn)介:申志成(1989.10一)，男，碩士，工程師，從事電力一線(xiàn)生產(chǎn)工作。
注：本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年10月期
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