韓昊等

2.西安同凱電子科技有限責任公司，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（帶應掛在牢固的構件上或?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，手扶的構件必須牢固。垂直轉(zhuǎn)移時應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備領域仍處于空白階段，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備顯得十分必要和緊迫。

2 任務需求

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向設施，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軌上。但是導軌必須是專門設計的導軌或者垂直布置的鋼絲繩，必須貫穿全塔。因此，導軌投資的成本大，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鍵技術

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和機械傳動技術，加工工藝較復雜，必須有3D打印的反復模擬方可定型。

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和控制技術，加工工藝較復雜，必須有3D打印的反復模擬才可定型。

3.3 安全性應力試驗

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研究方法和基礎數(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手段，有著實際的指導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 結構設計

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 人性化設計方面

要符合人體工程學，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指標

角鋼型防墜落自鎖裝置主要技術指標如下：（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向設施，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軌上，但是導軌必須是專門設計的導軌或者垂直布置的鋼絲繩，貫穿全塔。因此，導軌投資的成本大，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研究方法和基礎數(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手段，有著實際的指導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設計與分析[J].四川大學學報（工程科學版），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構設計[J].電力建設，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[J].機械設計，2006，（8）.

[4] 吳秀芳，朱興龍.巡檢機器人行走夾持機構夾持力計算[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。

（責任編輯：陳 潔）