楊澤宇 淡亞新 潘國祥 李枝清 張愛軍

（中國核工業(yè)二三建設(shè)有限公司紅沿河項目部，遼寧大連116300）

1 設(shè)計背景

扶梯子本身作為無技術(shù)含量且枯燥的工作不利于施工人員的成長，通過應(yīng)用智能穩(wěn)固梯減少核電施工現(xiàn)場扶梯子人員，進而轉(zhuǎn)入其他更具有技術(shù)含量、更有價值的工作之中，減少人智的浪費，更有利于人員的培養(yǎng)。為了解放扶梯人從事其他施工活動，同時保證登梯作業(yè)人員施工過程安全，智能穩(wěn)固梯需解決如下問題：

問題1：人字梯必須有人扶梯（加裝斜支撐桿）；

問題2：有防止傾倒的重力感知裝置（加裝支撐桿及重力傳感器）；

問題3：有提醒登梯作業(yè)人員安全事項及疲勞工作的提醒裝置。

本設(shè)計梯子為多支撐桿機構(gòu)，通過軟件模擬驗證其穩(wěn)定性，在爬梯的過程中能始終保持梯子重心在兩個支撐點之間而不會傾倒，保證了作業(yè)人員的安全。使用電氣元件，加裝重力感應(yīng)器智能感知人員登梯作業(yè)，發(fā)布安全語音提醒，自我感知登梯作業(yè)開始進行計時，控制登高作業(yè)時長（15 min），較人為控制更加智能、準確、合理，進而能更好地避免疲勞作業(yè)[1]。

2 設(shè)計理念

2.1 雙向防側(cè)翻伸縮支撐桿

傳統(tǒng)人字梯只有四個支撐桿接地，人員在登梯作業(yè)過程中容易向兩側(cè)側(cè)翻，為提高梯子的穩(wěn)固性，規(guī)避梯子重心向兩側(cè)偏移，在普通人字梯上加裝可伸縮限位導(dǎo)桿，在爬梯過程中，能始終保持梯子重心在兩個支撐點之間而不會傾倒。用受力分析軟件給定預(yù)設(shè)條件，模擬人爬梯過程，當(dāng)工作人員攜帶250 N重物，斜杠張開大于32°時，模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1 受力分析模擬圖

2.2 重力感應(yīng)

加裝重力傳感裝置，即當(dāng)有人登梯作業(yè)時，圖2中壓縮彈簧被壓縮觸發(fā)限位開關(guān)，同時傳感器發(fā)出電信號給控制器，控制器開始計數(shù)，并因感知有人登梯開始廣播登梯作業(yè)防范措施及疲勞作業(yè)預(yù)警提醒。

圖2 重力感應(yīng)裝置圖

防傾側(cè)的語音提示：計算水平力/側(cè)向力四點平均受力，智能提示可能的側(cè)傾方向。

2.3 智能語音提示

智能語音提示分為登梯安全措施提示和長時間疲勞作業(yè)提示，前者提示作業(yè)人員登梯前梯子使用要點和登梯作業(yè)中的安全注意事項，后者為人性化提示登梯作業(yè)人員不要長時間登梯作業(yè)，具體時長可按照不同公司的安全管理規(guī)定進行定制化設(shè)置。

3 設(shè)計方案

設(shè)計人員吸收市場上成熟的多功能梯子制作經(jīng)驗，按照核電特殊的使用場景，進行材料選購、元件選型、模擬計算，詳細信息數(shù)據(jù)如表1所示，設(shè)計人員反復(fù)在施工現(xiàn)場進行機械部分可靠性測試和電氣功能安全評估、校核[2]。在普通人字梯的基礎(chǔ)上進行智慧化設(shè)計，使得該梯具有較高穩(wěn)定性的同時兼顧人性化提示，為核電施工安全增添了一道防火墻。

4 使用方式

（1）當(dāng)操作人員踏上人字梯后，人字梯上的載荷增加，壓縮彈簧，同時限位開關(guān)撞塊撞擊電氣限位開關(guān)的撞針，電氣限位開關(guān)觸點閉合，觸發(fā)計時單元開始計時，數(shù)字顯示如圖3所示。

表1 智能穩(wěn)固梯信息表

圖3 穩(wěn)固梯應(yīng)用場景圖

（2）當(dāng)計時結(jié)束，控制系統(tǒng)內(nèi)的語音報警單元發(fā)出“提示休息”的提示音，提醒操作人員下梯休息。

（3）人字梯上端有復(fù)位按鈕，操作人員按下復(fù)位按鈕，語音提示停止，計時器重新計時，重復(fù)上述流程。

（4）操作人員下梯后，人字梯上載荷恢復(fù)正常，彈簧彈起，限位開關(guān)撞塊離開電氣限位開關(guān)的撞針，電氣限位開關(guān)觸點打開，語音報警單元發(fā)出的提示音停止。

（5）待休息時間結(jié)束，可繼續(xù)上梯操作，循環(huán)上述流程。

5 結(jié)語

梯子是生產(chǎn)生活中的常用工具，實際使用中，當(dāng)工作環(huán)境復(fù)雜時，大多數(shù)情況下需要兩人配合完成登梯作業(yè)，使用不便且工作效率低。目前，國內(nèi)外的梯子主要通過電動輔助頂撐，或通過其他人來輔助，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，搬運人力和物力耗費大[3]。故在人字梯本體加裝斜桿支撐結(jié)構(gòu)，輔以智能安全提示功能具有一定的實際應(yīng)用意義。鑒于此，本文通過力學(xué)軟件模擬梯子載荷及在使用時如何保持安全站姿，進而避免因重心偏移發(fā)生側(cè)翻，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種集成穩(wěn)固裝置、感應(yīng)裝置、智能語音提醒裝置的新型智能穩(wěn)固梯，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作效率高、安全可靠等特點，填補了此類梯子（人字梯、登高梯）的空白。