优化钢管杆设计 提高加工材料利用率

【摘 要】随着我国社会经济的高速发展，城市用电负荷逐步增大。同时市政建设对场地、空间的要求也越来越高，而钢管杆凭借结构简单、强度满足要求、造型美观、占地面积和空间小、运输和安装方便等优点，很快被广泛的应用于城市、城镇等电网输电线路的建设之中。塔材加工企业在自主设计这一过程中充分根据自己企业的实际情况，在允许的范围内为企业从经营、材料采购、加工生产等各个环节予以考虑，最大限度的赚取更多的利润。本文将从设计角度为钢管杆的加工生产考虑，优化设计方案，探讨如何降低材料（主要是卷制钢管的板材）损耗，提高板材的利用率。

【关键词】钢管杆；利用率

1 前言

随着我国社会经济的高速发展，城市用电负荷逐步增大，高压输电线路进入城市已成为发展趋势。同时市政建设对场地、空间的要求也越来越高，而钢管杆凭借结构简单、强度满足要求、造型美观、占地面积和空间小、运输和安装方便等优点，很快被广泛的应用于城市、城镇等电网输电线路的建设之中。

而作为城市、城镇电网建设的新贵“钢管杆”的发展却面临一个比较奇怪的现象：作为钢管杆产品生产的最重要的“设计”这一环节却是重视程度不高，许多设计院更多的是将精力和技术重点放在电压等级更大、工程规模更大的铁塔、钢管塔上，而对于工程规模小，投资少，设计费用低的钢管杆设计这一块，一些设计院是“不屑于”承接设计任务的，这样塔材加工企业只有想办法自己设计后报请业主或设计审核确认，从而再进行下一步的加工和生产。

由于是自己设计这一过程，所以就对塔材加工企业的生产、加工和发展提供了很大的便利和有利条件。塔材加工企业在自主设计这一过程中就充分根据自己企业的实际情况，在允许的范围内为企业从经营、材料采购、加工生产等各个环节予以考虑，最大限度的赚取更多的利润。本文将从设计角度为钢管杆的加工生产考虑，优化设计方案，探讨如何降低材料（主要是卷制钢管的板材）损耗，提高板材的利用率。

2 加工生产中现状

（1）较大尺寸展开料，无合适规格板材。

原材料的板材长度、宽度等尺寸与要求尺寸存在差异较大（长度不够、宽度过宽或者不够），导致排料困难，造成浪费。

（2）小尺寸构件，生产批量需求小，而单板冲切数量大，导致余料产生。

（3）选择板材规格不合理，材料代用等增重较大。

（4）排料方式不合理，造成浪费。

（5）余料的管理和使用率不高。

3 为提高板材利用率优化设计的措施

3.1 在设计过程中，培养设计人员的节约经济意识

3.1.1 培养设计人员的经营意识

企业要求设计人员都意识到材料问题的重要性，提高节约材料、赚取更大利润的责任感，并自觉地将降低材料消耗、提高利润落实到设计工作中来。设计人员通过不断学习，了解先进制造技术、材料科学等科技新成果，并将它运用到设计工作中来，从而提高优化利用材料的设计技术。

从设计一开始就考虑产品从设计到加工生产等各个工艺环节中影响材料消耗的所有因素，综合统筹考虑，从而优化各个设计环节，提高整个生产工艺过程中的材料利用率。

3.2 减少材料使用的规格，采用相同规格材质的材料，提高边角余料使用率

在设计过程中，尽可能的考虑使用相同规格材质的材料，为后续余料回收后加工其他的筋板等小尺寸构件提前考虑。比如设计过程中钢管杆杆体、法兰筋板、连接横担钢板和横担箱体的材料均采用Q345B-10的材料，那么在加工过程中，杆体下料剩余的一些边角料就完全可以用来加工这些法兰筋板、连接横担钢板和横担箱体等小尺寸的构件，这样就将边角料再次充分利用，降低材料的损耗，提高了材料的利用率。

3.3 采用多块钢板来拼接

在加工过程中，由于设计基本上都是考虑单块板材折弯来卷制钢管，那么经常会遇到设计的材料下料尺寸大于实际库存或者采购的材料尺寸，这中情况下，往往采用重新优化设计的下料尺寸，根据实际库存或者采购的材料尺寸，合理采用2块（甚至3块或4块，俗称“三拼”、“四拼”）钢板进行拼接，以达到材料使用的最大利用率。

3.4 根据常用材料尺寸考虑设计尺寸

根据采购部门对材料供应市场的调查了解，对常用易采购的材料规格、材质、尺寸作出统计，设计过程中，在满足设计要求的前提下充分考虑使用与这些材料尺寸、规格、材质接近的材料，为后续的加工和下料等考虑。

另外，如果对于一些使用量比较大的材料，在设计之初，就可以告知材料采购部门定制最为经济适用规格尺寸的板材，从源头上就提高材料的使用率。

3.5 从设计角度考虑好替代方案，改变管径和厚度

对一些设计结果中用到的确实不易采购的材料，那么设计时就提前考虑相应的替代方案，从而采用经济合理适用的材料，提高材料的使用率。

比如通过改变钢管杆的锥比、上下管径等改变钢管的尺寸，使其可以使用方便采购和常用的一些材料；又比如通过改变（包括增加或者减少）法兰的位置来改变钢管杆的尺寸；又或者通过改变钢管杆设计使用的材料厚度而改变钢管杆的尺寸；

3.6 优化设计，标准化、通用化部分构件

加工生产时如果零部件的数量比较小，就不能做到整张板使用，若又没有正确的排板，浪费是一定相对较大的，对此，将零部件的尺寸和材料使用规格等规范标准，增大加工的数量，这样在加工下料时会降低材料的损耗率。所以应长远考虑，贯彻“三化”原则，即产品系列化、零部件通用化、标准化。在设计中实行标准化的程度不仅影响到产品的质量和劳动生产率，而且也是材料使用状态的重要因素之一。

如对一些横担等构件，设计时将其统计、整理归纳，设计出定型的标准尺寸，提高其在每一个工程中使用数量，这样在加工下料时组合程序，同一产品，按照零件数量比例将小件套作在大件板材上，就会降低材料的损耗，从而提高材料的利用率。

3.7 其它

钢管杆设计阶段对材料损耗的影响是多方面的，除本文以上所列举的几个方面以外，还有许多与材料损耗有关的因素。如安全系数的确定，将影响构件的截面尺寸，从而影响材料损耗等等。本文在此不一一列举。钢管杆设计阶段对材料损耗的影响因素随产品类型、生产条件，设备能力等条件的变化而有所不同，各种因素对材料损耗的影响程度也会随条件的变化而改变。设计时，应根据具体情况作具体分析。

4 结论

钢管杆设计阶段是提高材料利用率的最关键的环节。如果在设计阶段就考虑到材料使用状况，就能对材料有效的控制。面向材料损耗的钢管杆产品设计方法，是从系统方案设计、钢管杆产品结构设计、结构工艺性设计、材料选择和设计标准化等多方面综合考虑钢管杆产品在制造、使用等阶段的材料使用状况，使钢管杆产品所损耗的材料尽可能最少，从而提高材料的综合利用率，达到提高材料利用率的目的。

但同时，设计阶段考虑材料的利用仅仅是一个方面，更要提倡在加工生产的实际操作过程中，严格的考虑材料的使用情况，将边角余料等充分利用起来，采用最优化的排版下料方法，以求最大化的降低材料损耗，更大程度的提高材料的利用率，这就要求设计和加工过程加强沟通，寻求更加完美的方法，使整个的生产过程中材料的使用率提高。

参考文献：

[2]熊先仁，郑和东，张小峰.架空输配电线路设计.中国电力出版社，2011.5.