一種型材切割機用便攜式型材位置調節裝置的研制

胡浩瑩 張志強 鄭世明 王曉明

摘要：通過觀察施工現場切割作業的過程，分析了施工切割作業耗時耗材的原因，提出了一種針對切割作業型材放置及調整的研發方案，并制作了一種新型實用工具來解決問題。

關鍵詞：切割作業;調節器;新型實用工具

0? ? 引言

隨著經濟的高速發展，用電負荷與日俱增，這就要求電力網架結構更加堅實完善。隨著城市基礎設施建設的加快和公司電力基建、業擴項目的增多，各種施工類項目數量呈快速上升態勢，其中各種型材的切割是施工類項目中施工人員最常做的施工操作。在型材切割作業中，施工人員常常由于經驗性和習慣性問題存在施工操作不規范的現象，導致施工耗時耗員，并且切割型材材料利用率低。因此，解決切割作業耗時耗員的問題和提高切割型材材料利用率成為保證施工項目現場作業安全及有效提升效率的關鍵。

1? ? 切割施工現狀介紹及分析思路

1.1? ? 現狀介紹

調研結果顯示，傳統切割方式就地取材，不需要專用調節器，對操作人員要求不高，因此現在施工操作人員基本選擇傳統切割方式，但該作業方式存在以下問題：（1）高度不一致導致切割不平整，浪費材料;（2）需要施工操作人員反復調整型材位置，安全系數較低;（3）兩人操作時，多耗費施工人員一名，增加人力成本。

圍繞核心需求“合理實現型材切割調整固定，提高型材切割操作效率，減少型材浪費”開展問題分析，現存在主要問題如下：（1）型材切割時材料調整固定較繁瑣;（2）型材切割段固定在切割盤后，末端固定就地取材導致和切割盤高度難以一致，造成切割不平整，浪費型材;（3）兩人操作增加人力成本，且施工場地環境復雜，切割機末端另一操作人員有一定安全風險。

1.2? ? 分析思路

影響型材切割調整固定的主要因素為型材末端無合適固定物及增加操作人員帶來的風險等，型材因受到切割機切割片的壓力固定位置或方向易產生變化，這就導致切割準確率及安全性降低。將型材被切割段及末端固定，能夠排除造成切割位置、方向不穩定及增加操作人員的影響因素，即可保證型材切割更安全可靠。

結合實際情況，將目標型材兩端位置固定調節作為主因分析，以固定型材末端位置，使得切割型材末端高度可調，以刻度盤的方式調整切割型材末端，提高型材切割準確率，減少反復切割型材時的調整次數及切割型材固定調整的配合人員，縮短切割型材的調整固定時間及操作人員成本。

2? ? 難點分析及設計思路

2.1? ? 難點分析

（1）目標切割型材不易固定，其表面較為光滑，且無可靠固定裝置，切割時容易發生位移。

（2）切割準確率低。在型材切割作業過程中，不能有效調節型材切割的位置，導致型材切割準確率降低。

（3）難以將型材切割斷面切割平整。切割型材作業中，由于兩端高度不一致，斷面難以切割平整，浪費型材。

2.2? ? 設計思路

為實現切割機用便攜式型材切割調節器設計需求，破解得出的研發難點，我們確定了切割機用便攜式型材切割調節器的研發分為三大部分：型材固定及型材方向調整部分、調節器高度調節部分、調節器刻度指示部分，如圖1所示。本次目標適用范圍為標稱截面#2、#3、#5的鋼管，遠期適用目標為所有切割機可切割型材。其中型材固定及型材方向調整部分可細分為固定防護底座、固定組件、定向滑輪三個組件，調節器高度調節部分設定為調節螺紋腳，調節器刻度指示部分分為刻度盤和刻度指針兩個組件。

3? ? 確定研發方案

3.1? ? 型材固定及型材方向調整部分

使用夾緊螺栓固定配合滑輪定向，夾緊螺栓微調行程較為靈活，配合滑輪可實現固定及微調功能。該部分主要有兩個作用：（1）有效將型材固定在調節器上，保證在型材切割過程中不發生位移;（2）可在滑輪上對型材方向進行微調。

3.2? ? 調節器高度調節部分

為保證目標型材兩端高度一致，切割斷面平整光滑，需選擇合適的高度調節組件，為此我們小組提出了四腳螺栓式調節、四腳穿銷式調節、四腳壓緊式調節三種設計方案。為測試不同高度調節組件方案的牢固適用性，確保兩端圓心在同一直線上，我們開展以下試驗以選擇最佳方案：分別對三種方案在不同的施工環境下進行測試，記錄20次型材偏離中心線的平均水平位移。四腳螺栓式與四腳壓緊式的水平位移量始終為0，當水平方向的力為200 N時，四腳穿銷式方案產生水平位移，隨著水平方向的力增大，其水平位移先增加后趨于穩定，因此四腳螺栓式與四腳壓緊式的緊固適用性優于四腳穿銷式。同時，四腳螺栓式組件的可調性優于四腳壓緊式及四腳穿銷式。

綜上所述，通過對比四腳螺栓式、四腳穿銷式、四腳壓緊式方案組件的牢固適用性及可調性，選用四腳螺栓式方案作為組件設計方案。

3.3? ? 調節器刻度指示部分

有指針式刻度和表盤式刻度兩個方案，通過現場環境對比，指針式刻度在復雜環境下不容易損壞，耐用性強，因此選用指針式刻度。

4? ? 效果檢驗

4.1? ? 操作性能檢查

為檢查該切割機用便攜式型材調節器的操作性能，制定型材切割實施步驟如下：

（1）檢查機具，布置好型材切割機及新研制的調節器;

（2）將待切割型材兩端使用新研制的調節器固定;

（3）調節切割尺寸大小;

（4）檢查尺寸及固定完善后完成切割作業。

新型切割機用便攜式型材調節器操作流程簡單，整個切割過程僅需一名施工人員，對操作人員的素質要求不高，可操作性高。

接下來我們統計并分析了2018年7月至9月該設備使用的耗時情況，調查其完成單次切割作業是否能控制在2 min以內。切割機用便攜式型材調節器實施過程綜合平均耗時為2 min，不超過2 min。與原來的實施過程綜合平均耗時8 min相比，作業時間大大縮短。

4.2? ? 切割效果檢查

為驗證切割機用便攜式型材調節器準確率，我們對已進行切割作業的目標圓鋼斷面開展了透光性分析。2018年7月至9月，我們對切割時使用便攜式型材調節器的目標圓鋼進行了多次透光試驗，裝置使用準確率統計結果表明，使用切割機用便攜式型材調節器進行型材切割作業，單次切割有效準確率為97%。

5? ? 結語

隨著切割機用便攜式型材調節器這一研制成果的使用，建設項目現場切割作業效率大大提高，作業時間由平均8 min縮短至2 min;人機工效提升，作業人員由2人縮減至1人;可推廣性強，適用范圍廣，便攜，經濟性好，各項性能參數符合需求;對目標型材一次切割作業有效準確率為97%。對此進行經濟效益評估：本地區每年主網基建類項目約15項，每個項目平均切割型材次數約3 000次，使用新型設備后單次型材切割作業時間縮短6 min，按每人每天工費500元測算，切割機用便攜式型材調節器的使用可節約成本約15萬元/年。

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收稿日期：2020-03-25

作者簡介：胡浩瑩（1986—），男，河北人，高級工程師，變電檢修技師，研究方向：電網基建項目管理。