云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 郭 磊 雷亞蘭 李建東 唐 偉 喬連留

變電站是電力供給的重要節(jié)點，而架空出線就像變電站的毛細(xì)血管，直接聯(lián)通用電客戶，源源不斷地向外輸出電能，保障客戶能安全放心地使用清潔能源。伴隨城市建設(shè)和配網(wǎng)改造的不斷推進(jìn)，線路停電檢修改造已成為常態(tài)化工作，這意味著運行人員需頻繁登桿開展線路接地線裝拆操作。每次作業(yè)時，運行人員需全程穿戴全身式安全帶，身體被束縛導(dǎo)致四肢受限難以發(fā)力，在向上攀爬的過程中還需注意觀察，與帶電設(shè)備時刻保持足夠安全距離，桿塔上操作面可站立空間局促，無合適支撐和懸掛位置，操作人員在使用繩索吊、放操作工具時（含接地線、驗電器、絕緣手套等總重約20kg），可能出現(xiàn)失手后工具墜落或與帶電設(shè)備距離不足放電導(dǎo)致的意外事件發(fā)生。登桿開展線路接地線裝拆操作對變電運行人員的身體素質(zhì)和作業(yè)技能提出極高要求，針對此類作業(yè)存在的痛點、難點和風(fēng)險點，亟需通過研發(fā)輔助工具，幫助操作人員有效降低工作負(fù)荷，提升作業(yè)質(zhì)量和效率，保障人身、設(shè)備安全。

1 設(shè)計思路及優(yōu)缺點分析

課題發(fā)布后，項目組人員積極思考、認(rèn)真分析，明確分工后著手準(zhǔn)備，通過查閱資料、頭腦風(fēng)暴和現(xiàn)場實勘，擬定三套解決方案如下：

方案一：固定滑輪+尼龍或鋼絲拉線+手動或電動絞盤。該方案設(shè)計靈感來源于旗桿升降裝置，通過手搖絞盤帶動拉線運動，從而使與拉線末端連接的重物達(dá)到升降功能。其優(yōu)點是方便靈活，簡單實用，造價較低，不足之處是：地面人員手動旋轉(zhuǎn)絞盤時速度較慢，且消耗體力；電動絞盤需在每基桿塔處預(yù)留外接電源，施工較為復(fù)雜；需預(yù)先在桿塔上焊接固定滑輪組，因焊接作業(yè)時與設(shè)備帶電部位距離較近，存在誤觸電風(fēng)險，需線路配合停電，影響供電可靠性；考慮到戶外運行環(huán)境下，尼龍拉線長期受紫外線、粉塵和雨水侵蝕，鋼絲拉線遇潮銹蝕，均會加速其老化，可能出現(xiàn)斷股從而影響拉線整體承力性能，造成提升過程中斷線墜物風(fēng)險。

方案二：固定橫桿導(dǎo)軌+滑動支架+電動葫蘆絞盤。該方案參考車間內(nèi)常見的行車起吊裝置，結(jié)合變電站內(nèi)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行簡化，將行車起吊裝置在上下、左右、前后三維空間的運動軌跡調(diào)整為只在上下和左右的縱向和橫向的豎直平面內(nèi)運動。具體實施方法是將所有桿塔在同一水平高度處用鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌連接后裝設(shè)水平滑動支架，然后將電動葫蘆絞盤固定在支架上，作業(yè)人員通過線控或者遙控，指揮絞盤自行走并牽引重物升降。該方案的優(yōu)點是：人員操作簡單快速，不耗費體力；裝置扭矩大承重能力強；升降速度可自行調(diào)節(jié)；起吊鋼絲繩非工作時段時纏繞收入絞盤內(nèi)與雨水不接觸無需特別維護(hù)；桿塔通過鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌連接后穩(wěn)定性增強，提升對地震、大風(fēng)的防御能力。不足之處是：普適性不足，需根據(jù)桿塔位置分布進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計；工作電源接入要進(jìn)行電纜敷設(shè)；造價高、工期長；負(fù)載較大對桿塔重心分布造成不利影響。

方案三：滑輪底座+伸縮式操作桿+傳動機構(gòu)。該方案為可移動結(jié)構(gòu)，用滑輪底座將裝置運送到工作地點并固定后，通過傳動機構(gòu)帶動操作桿伸縮（上下）運動，從而達(dá)到重物升降功能。該方案的優(yōu)點是：適用性強，輕便靈活，可移動裝置滿足所有相同作業(yè)場景的需求；無需施工，不增加桿塔任何額外附件，裝置開箱即可使用，裝拆簡便；裝置檢查、維護(hù)、修理簡單，均可在地面完成，無登高作業(yè)風(fēng)險。不足之處是：與地面無有效連接，升高后防側(cè)傾能力不足；操作桿完全展開后，極限舉升高度遜于前兩項方案。

通過對以上方案的優(yōu)缺點討論，圍繞裝置可行性、適用性、經(jīng)濟性、可靠性等幾個方面進(jìn)行評價分析，項目組一致認(rèn)定方案三在裝置的完成度方面明顯優(yōu)于方案一與方案二，其操作簡單易學(xué)，制造成本適中，后期推廣空間較大，擬予采納，并針對其不足之處對裝置設(shè)計、材料和工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2 裝置初設(shè)結(jié)構(gòu)及其工作原理

該桿塔重物舉升裝置包括儲物箱、伸縮桿、升降控制箱和底座，承力結(jié)構(gòu)采用不銹鋼鋼管焊接，具有較高機械強度。升降控制箱固定安裝在底座上，升降控制箱內(nèi)部中空，其設(shè)有傳動組件。伸縮桿的底部插入升降控制箱內(nèi)，且與傳動組件傳動連接，伸縮桿的頂部與儲物箱的底部固定連接，伸縮桿通過傳動組件能夠帶動儲物箱相對于升降控制箱進(jìn)行升降。

工作原理是通過采用手柄帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，將力矩傳導(dǎo)至鏈條使其做往復(fù)運動，從而使儲物箱可上下直線升降。固定底座包括滾輪③及機腳⑦，使用時可將裝置通過滾輪運送到指定地點，從而達(dá)到節(jié)省人員運輸體力的目的，滾輪自身帶鎖止機構(gòu)，可防止裝置在升降過程中發(fā)生位移；三個機腳在水平面上間隔180°分布，為可伸縮結(jié)構(gòu)，方便將裝置固定于地面不發(fā)生晃動，并可通過螺母卡槽將機腳伸縮節(jié)可靠固定；通過對手柄⑤的圓周運動，從而帶動齒輪傳動器②變向旋轉(zhuǎn)，減速齒輪帶動鏈條④使收縮桿⑥和儲物箱①做直線上下運動，從而達(dá)到傳遞工具的目的。其中手柄預(yù)留通用操作接頭，可通過更換為手持電動螺絲刀等旋轉(zhuǎn)工具，達(dá)到節(jié)省人力、提升速度的功能，齒輪傳動器內(nèi)采用正反雙剎自鎖，手柄停止轉(zhuǎn)動后即自動鎖止，防止手柄反轉(zhuǎn)和重物下落。

3 初代產(chǎn)品存在問題

經(jīng)現(xiàn)場操作試用，發(fā)現(xiàn)裝置存在以下問題：底座支架較小，使用時重心高，防側(cè)傾能力不足；不銹鋼材料密度較大，移動時略顯笨重；齒輪鏈條嚙合傳動工作時噪聲、震動較大；伸展高度有限。

4 設(shè)計、材料和工藝優(yōu)化

針對第一代產(chǎn)品存在的不足之處，項目組人員考慮圍繞“小、輕、巧”的思路對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)?！靶　笔菫榱吮Ｕ涎b置在狹窄空間能收放自如，同時方便收納和裝車運輸；“輕”是在保障裝置具有足夠機械強度的基礎(chǔ)上，盡量使用輕量化材料，以便人員節(jié)省操作體力；“巧”是保障裝置可靠工作的同時，使其具備快速拆卸、組裝的可能。相關(guān)調(diào)整優(yōu)化如下。

儲物箱：將其材質(zhì)由不銹鋼鋼板焊接更換為高分子樹脂材料熱成型，在不影響容積且堅固耐用的同時減輕自身重量。在儲物箱四周外側(cè)裝設(shè)“O”型彈簧扣和尼龍繩，儲物箱被舉升至預(yù)定高度后，操作人將尼龍繩穿過桿塔空隙后用彈簧扣固定，使裝置上部與桿塔連接牢固，在裝置展開使用期間防止側(cè)傾意外發(fā)生。

傳動組件：采用包括傳動齒輪、主動齒輪、主控伺服電機和傳動鏈條的組合。動力系統(tǒng)改為多級電缸，全部電缸同軸設(shè)置，電缸之間通過直線導(dǎo)桿與另一缸體的底部固定連接，位于頂部的電缸直線導(dǎo)桿與伸縮桿的底部固定連接，升降控制箱的一側(cè)側(cè)壁上設(shè)有分別控制各電缸啟動的控制電路板及控制按鈕。傳動齒輪安裝于伸縮桿的底部，主控伺服電機固定安裝于升降控制箱一側(cè)頂端的外部，其輸出軸穿過升降控制箱，且在升降控制箱的內(nèi)部與主動齒輪固定套裝連接，主控伺服電機帶有就地控制器，且具備遠(yuǎn)程控制。傳動鏈條的一端固定于升降控制箱內(nèi)一側(cè)的頂部，其另一端依次繞過傳動齒輪和主動齒輪后，固定于升降控制箱內(nèi)另一側(cè)的底部。升降控制箱的頂部設(shè)有對伸縮桿進(jìn)行升降導(dǎo)向的導(dǎo)向孔，伸縮桿可通過導(dǎo)向孔插入升降控制箱內(nèi)部。

底座：為矩形板體，為了保證裝置的穩(wěn)定性，采用可伸縮結(jié)構(gòu)，包括主支撐板和前、后伸縮板。其中升降控制箱固定安裝在主支撐板上，前、后伸縮板分別位于主支撐板的前后兩側(cè)，均通過導(dǎo)向桿與主支撐板伸縮式滑動連接，其底部四角處設(shè)有滾輪。升降控制箱的兩側(cè)還對稱設(shè)有配重塊放置槽，通過配合配重塊進(jìn)一步保證裝置升降過程中的穩(wěn)定性。主支撐板上有水平尺，地面人員可以通過其指示調(diào)整伸縮板行程，使裝置底座與水平面平行，保障裝置在坡面或凹凸不平的地面正常平穩(wěn)工作。

5 試用情況

該桿塔重物舉升裝置使用時，可將接地線、驗電器、絕緣手套等器材放置于儲物箱1內(nèi)，操作人員可輕裝攀爬桿塔。地面輔助運行人員啟動升降控制箱3，可依次按下控制電路板6上的控制按鈕，使若干電缸5中位于最底部的電缸5先啟動；電缸5啟動后，其直線導(dǎo)桿伸出，并帶動其余電缸5及伸縮桿2、儲物箱1進(jìn)行上升；當(dāng)最底部的電缸5的直線導(dǎo)桿到達(dá)最大行程后，若上升高度不滿足需求，則再控制臨近底部的電缸5啟動，直至伸縮桿2和儲物箱1上升至足需求高度即可。通過傳動組件使伸縮桿2帶動儲物箱1相對于升降控制箱3進(jìn)行升降時，首先啟動主控伺服電機9，使其輸出軸反向轉(zhuǎn)動，主控伺服電機9即帶動主動齒輪8使傳動鏈條10與升降控制箱3內(nèi)一側(cè)的頂部的固定端至主動齒輪8處的長度變小，傳動鏈條10即對伸縮桿2及儲物箱1產(chǎn)生向上的拉力，使伸縮桿2通過導(dǎo)向孔11進(jìn)行上升動作；當(dāng)上升至足需求高度后，停止主控伺服電機9，使儲物箱1保持在該高度；作業(yè)結(jié)束后再次啟動主控伺服電機9，使其輸出軸正向轉(zhuǎn)動，受伸縮桿2及儲物箱1的重力作用，伸縮桿2下降收縮至升降控制箱3中。伸縮桿2通過升降控制箱3內(nèi)的傳動組件帶動儲物箱1及儲物箱1內(nèi)的器材、工具相對于升降控制箱3進(jìn)行升降；當(dāng)儲物箱1升至作業(yè)點處后，停止升降控制箱3，使儲物箱1保持在該高度，以便于操作人員根據(jù)需求從儲物箱1內(nèi)拿取器材、工具。

6 結(jié)語

本裝置適用于線路停電檢修時，輔助操作人拿取、放回所需工器具。通過地面運行人員操作裝置，操作人在高處無需使用繩索進(jìn)行吊、放，即可達(dá)到傳遞工具的目的，幫助操作人員有效降低工作負(fù)荷，提升作業(yè)質(zhì)量和效率，保障人身、設(shè)備安全，具有較高的實用意義和推廣價值。