韓昊等

2.西安同凱電子科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

摘要：文章針對角鋼型鐵塔研制一種攀爬個人防護自鎖裝置，從而實現(xiàn)工作人員上下桿塔的防墜落安全防護。該鎖緊裝置具有攜帶方便的特點，可針對不同電壓等級的角鋼型鐵塔設(shè)置不同的專用型號，有效防止登塔人員意外墜落的發(fā)生?，F(xiàn)場試驗證明，角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置能夠為登塔人員提供強有力的安全保障，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：角鋼型鐵塔；防墜落；自鎖裝置；登塔檢修；鐵塔高空作業(yè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM754 文章編號：1009-2374（2016）06-0053-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.027

1 概述

我國高壓送電線路的桿塔一般由水泥桿、鐵塔組成，過去的以望遠鏡觀測的巡檢手段逐漸顯示出了它的局限性，也越來越多地受到天氣狀況和空氣質(zhì)量的制約和影響，巡檢的效果和效率難以保證。為了確保特高壓和超高壓輸變電線路的檢修質(zhì)量和安全運行，登塔檢修也將會越來越頻繁地運用到我們的檢修作業(yè)當中。電力安全工作規(guī)程第6.2.5條規(guī)定“220kV及以上線路桿塔宜設(shè)置高空作業(yè)人員上下桿塔的防墜安全保護裝置”，第6.2.1條規(guī)定“高處作業(yè)時，安全繩（帶應(yīng)掛在牢固的構(gòu)件上或?qū)閽彀踩珟в玫匿摷芑蜾摻z繩上，并不得低掛高用，禁止系掛在移動或不牢靠的物件上）”。電力建設(shè)安全工作規(guī)程第2部分：架空電力線路第8.0.5規(guī)定“高空作業(yè)應(yīng)使用速差自控器或安全自鎖器，高塔作業(yè)必須使用速差自控器或安全自鎖器”。高處作業(yè)人員在轉(zhuǎn)移作業(yè)時不得失去保護，手扶的構(gòu)件必須牢固。垂直轉(zhuǎn)移時應(yīng)使用速差自控器或安全自鎖器。目前，線路作業(yè)人員在上下攀爬桿塔的過程中，因為傳統(tǒng)的安全帶無法全過程發(fā)揮作用，人員有時處于一種失去防護的狀態(tài)，其人身防護完全取決于自身的精神狀態(tài)、體力情況、技術(shù)技能及周邊環(huán)境因素等，如果某個環(huán)節(jié)發(fā)生問題，就有可能發(fā)生人員高處墜落的惡性事故。

針對100米以上的輸電鐵塔，過去的以望遠鏡觀測的巡檢手段逐漸顯示出了它的局限性，也越來越多地受到天氣狀況和空氣質(zhì)量的制約和影響，巡檢的效果和效率難以保證。為了確保特高壓和超高壓輸變電線路的檢修質(zhì)量和安全運行，登塔檢修也將會越來越頻繁地運用到我們的檢修作業(yè)中。國際上在角鋼型鐵塔攀爬專用設(shè)備領(lǐng)域仍處于空白階段，而我國的輸變電線路又以角鋼型鐵塔為主，角鋼型鐵塔的檢修作業(yè)任務(wù)占相當比重。所以針對角鋼型鐵塔，研制一種既能提高登塔檢修工作效率，又攜帶方便、易于使用的輕型鐵塔攀爬設(shè)備顯得十分必要和緊迫。

2 任務(wù)需求

國內(nèi)目前在有的大跨越塔上使用的鐵塔攀爬機，雖然起到了提高工作效率、降低勞動強度和改善作業(yè)環(huán)境的作用，但其設(shè)計思路是針對鋼管型跨越鐵塔和多人乘用，所以鐵塔攀爬機對鐵塔產(chǎn)生的作用力之大使其并不適用于角鋼型鐵塔。而且，很多角鋼型鐵塔的高度一般都在80米以下，鐵塔攀爬機的優(yōu)點并不能完全體現(xiàn)?，F(xiàn)有的保護手段還有軌道式攀登防墜落保護裝置和雙安全帶交替保護。軌道式攀登防墜落保護裝置采用防墜器配合全身安全帶與防墜導(dǎo)軌配合。防墜裝置的核心部件的防墜器，有不銹鋼、特制合金等不同的材料。其中防墜器具有自鎖功能和導(dǎo)向設(shè)施，防墜器隨攀登者向上、向下在軌道上自由移動，無需手動操作。當發(fā)生墜落時，防墜器會自動鎖定在導(dǎo)軌上。但是導(dǎo)軌必須是專門設(shè)計的導(dǎo)軌或者垂直布置的鋼絲繩，必須貫穿全塔。因此，導(dǎo)軌投資的成本大，每基都要安裝，防盜也是問題。雙安全帶交替保護通過安全帶特殊的纏繞方法實現(xiàn)下墜過程中的拉緊、鎖死。其過度塔材結(jié)點是必須交換安全帶，增加作業(yè)人員的操作步驟，降低登塔效率，而且繁瑣的步驟可能增加作業(yè)人員下墜的幾率。

針對角鋼型鐵塔，研制一種攀爬個人防護自鎖裝置。該裝置可卡入角鋼一側(cè)鎖緊角鋼，裝置與工作人員腰間的安全繩連接，當人員沿鐵塔腳釘上下攀爬時，自鎖裝置可在安全繩的拉力作用下沿角鋼上下緩慢移動。當人員發(fā)生意外墜落時，該自鎖裝置可快速鎖緊角鋼，防止人員墜落。該自鎖裝置具有在安全繩拉力作用下上下緩慢移動的功能，同時該鎖緊裝置具有攜帶方便，可針對不同電壓等級的角鋼型鐵塔設(shè)置不同的專用型號，有效防止登塔人員意外墜落的發(fā)生。

3 角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鎖緊裝置的研制

鎖緊裝置觸發(fā)傳感器的配合及協(xié)調(diào)，此裝置集成了自動控制技術(shù)和機械傳動技術(shù)，加工工藝較復(fù)雜，必須有3D打印的反復(fù)模擬方可定型。

3.2 安全繩移動套筒的研制

安全繩移動套筒由四節(jié)凹口鈦合金桿及中間自動鎖緊鋼繩組成，此裝置集成了機械傳動技術(shù)和控制技術(shù)，加工工藝較復(fù)雜，必須有3D打印的反復(fù)模擬才可定型。

3.3 安全性應(yīng)力試驗

由于此裝置涉及到人身安全，所以其安全性試驗比較重要，而且要多次驗證。

4 角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置的應(yīng)用情況

為了確保特高壓和超高壓輸變電線路的檢修質(zhì)量和安全運行，登塔檢修將會越來越頻繁地運用到我們的檢修作業(yè)當中。角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置應(yīng)用于登塔高空作業(yè)中，極大地保障了工作人員人身的安全，同時也將極大地提高工作效率。我們研發(fā)的角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置主要包括：（1）鎖緊裝置A；（2）鎖緊裝置B；（3）鎖緊裝置A的觸發(fā)傳感器；（4）鎖緊裝置B的觸發(fā)傳感器；（5）安全繩移動套管；（6）控制器。

該裝置可卡入角鋼一側(cè)鎖緊角鋼，裝置與工作人員腰間的安全繩連接，當人員沿鐵塔腳釘上下攀爬時，自鎖裝置可在安全繩的拉力作用下沿角鋼上下緩慢移動。當人員發(fā)生意外墜落時，該自鎖裝置可快速鎖緊角鋼，防止人員墜落，該自鎖裝置具有在安全繩拉力作用下上下緩慢移動的功能，從而實現(xiàn)工作人員上下桿塔的防墜落安全防護。同時該鎖緊裝置具有攜帶方便的特點，可針對不同電壓等級的角鋼型鐵塔設(shè)置不同的專用型號，可有效防止登塔人員意外墜落的發(fā)生。

本項目研究形成的成果，無論是角鋼型鐵塔專用防墜落自鎖技術(shù)研究方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還是防護器材，均在國內(nèi)外首次實現(xiàn)，對我國在電力防墜落方面提供了新的技術(shù)手段，有著實際的指導(dǎo)意義和廣泛的適用價值。

5 角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置的優(yōu)勢

利用角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置，可以為工作人員在登塔高空作業(yè)時提供有力的安全保障，可以有效地減少墜落幾率，并提高工作效率。此款角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置具有多方面的優(yōu)勢：

5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

力求緊湊簡單重量輕，便于維修和轉(zhuǎn)移，由6個部分分組協(xié)助完成：（1）鎖緊裝置A；（2）鎖緊裝置B；（3）鎖緊裝置A的觸發(fā)傳感器；（4）鎖緊裝置B的觸發(fā)傳感器；（5）安全繩移動套管；（6）控制器。

5.2 傳動部分設(shè)計

要可靠耐用，易于制造，研究防腐措施，并且要求造價低。

5.3 控制部分

要求程序簡單，工作平穩(wěn)，確保安全可靠。

5.4 安全部分

要求考慮周全，要能夠解決所有意外的發(fā)生，保證使用人員的安全，并且要絕對可靠。

5.5 人性化設(shè)計方面

要符合人體工程學(xué)，使工作人員易于操作并感到安全舒適。

5.6 與鐵塔的連接設(shè)計

要求連接部分模塊化，通用性強，滿足各種安裝

形式。

5.7 各種配套設(shè)備的計算和選型

根據(jù)作業(yè)使用要求和載重量要求對所需設(shè)備參數(shù)進行計算，做到最優(yōu)化。

5.8 產(chǎn)品試制

尋找技術(shù)實力雄厚并真誠可靠的合作伙伴，具有完備的加工工藝、質(zhì)量控制體系和出廠檢測手段。

5.9 產(chǎn)品試驗

要模擬各種實用工況，并對安全部分進行超載測試、超速下降測試和破壞性測試。

5.10 產(chǎn)品改進

針對產(chǎn)品試制和試驗過程中出現(xiàn)的問題進行改進并完善。

6 角鋼型防墜落自鎖裝置技術(shù)指標

角鋼型防墜落自鎖裝置主要技術(shù)指標如下：（1）自鎖轉(zhuǎn)速：≥40cm/s；（2）裝置重量：≤5kg；（3）電池容量：10Ah；（4）最大伸縮長度：4m；（5）最小收縮尺寸：1.2m；（6）蜂鳴器數(shù)量：2個；（7）工作環(huán)境溫度：-20℃～50℃。

圖1 產(chǎn)品圖

7 結(jié)語

國內(nèi)現(xiàn)有的保護手段還有軌道式攀登防墜落保護裝置和雙安全帶交替保護。軌道式攀登防墜落保護裝置采用防墜器配合全身安全帶與防墜導(dǎo)軌配合。防墜裝置的核心部件的防墜器有不銹鋼、特制合金等不同的材料。防墜器具有自鎖功能和導(dǎo)向設(shè)施，防墜器隨攀登者向上、向下在軌道上自由移動，無需手動操作。當發(fā)生墜落時，防墜器會自動鎖定在導(dǎo)軌上，但是導(dǎo)軌必須是專門設(shè)計的導(dǎo)軌或者垂直布置的鋼絲繩，貫穿全塔。因此，導(dǎo)軌投資的成本大，每基都要安裝，防盜也是問題。雙安全帶交替保護通過安全帶特殊的纏繞方法實現(xiàn)下墜過程中的拉緊、鎖死，其過度塔材結(jié)點是必須交換安全帶，增加作業(yè)人員的操作步驟，降低登塔效率，而且繁瑣的步驟可能增加作業(yè)人員下墜的幾率。針對輸電線路桿塔登高作業(yè)安全防護措施不完善、作業(yè)人員登高過程不能得到完全有效保護的情況，研制一種使用方便、成本較低、不需對每基鐵塔進行改造、使用范圍廣的角鋼型鐵塔防墜落自鎖裝置具有極其重要的意義。

本研究項目形成的成果，無論角鐵型鐵塔專用防墜落自鎖技術(shù)研究方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還是防護器材，均在國內(nèi)外首次實現(xiàn)，對我國在電力防墜落提供了新的技術(shù)手段，有著實際的指導(dǎo)意義和廣泛的適用價值。該項目成果若推廣至全國電力系統(tǒng)應(yīng)用，將會實現(xiàn)更大的社會價值和經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 陸小龍，趙世平，廖俊必，等.電力鐵塔攀爬機器人夾持機構(gòu)設(shè)計與分析[J].四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版），2010，（6）.

[2] 楊暘，高虹亮，孟遂民，等.架空輸電線路除冰機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].電力建設(shè)，2009，（3）.

[3] 朱興龍，王洪光，房立金，等.一種自主越障巡檢機器人行走夾持機構(gòu)[J].機械設(shè)計，2006，（8）.

[4] 吳秀芳，朱興龍.巡檢機器人行走夾持機構(gòu)夾持力計算[J].中國制造業(yè)信息化，2007，（15）.

[5] 姬國釗，張世偉，王奇斌，等.真空吸盤式爬壁清洗機器人的研究與開發(fā)[J].機械研究與應(yīng)用，2009，（4）.

作者簡介：韓浩（1978-），男，湖北省電力有限公司檢修分公司工程師，研究方向：輸變電線路運行和管理。

（責(zé)任編輯：陳 潔）