一种新型手持式防坠器的研制_张晏铭.pdf

一种新型手持式防坠器的研制张晏铭,戴桂林,谈欢欢,章程程,虞俊雷,翁志坚(国网温州供电公司,浙江 温州3 2 5 0 0 0)摘 要:针对目前在输电线路铁塔上作业防坠落措施存在的问题和不足,设计一种新型手持式防坠器。该防坠器包括固定块、固定把手、活动把手、锁紧块、挂绳钩等主要部件,通过双手各持一个防坠器轮流锁紧塔材来实现铁塔攀登过程中的防坠落,同时可提高登塔作业效率。关键词:输电线路铁塔;防坠落;手持式防坠器中图分类号:TM 0 2 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 2 9D e v e l o p m e n t o faN o v e lH a n dH e l dA n t iF a l lD e v i c eZ HAN GY a n m i n g,D A IG u i l i n,T AN H u a n h u a n,Z HAN GC h e n g c h e n g,YUJ u n l e i,WE N GZ h i j i a n(S t a t eG r i dW e n z h o uP o w e rS u p p l yC o m p a n y,W e n z h o u3 2 5 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h e e x i s t i n gp r o b l e m s a n ds h o r t c o m i n g s o f t h e a n t i-f a l lm e a s u r e s i n t h eo p e r a t i o no f t r a n s m i s s i o n l i n et o w e r,an o v e l h a n d-h e l df a l l d e v i c e i sd e s i g n e d.T h i sd e v i c ec o n s i s t so fm a i np a r t ss u c ha s f i x i n gb l o c k s,f i x i n gh a n d l e s,m o v i n gh a n d l e s,l o c k i n gb l o c k s,h o o k s,e t c.B yh o l d i n ga f a l l a r r e s t e r i ne a c hh a n d t o l o c k t h e t o w e r i n t u r n,t h e f a l l p r e-v e n t i o nd u r i n g t h e c l i m b i n go f t h e t o w e r i s r e a l i z e d.T h i sd e v i c e c a ne f f e c t i v e l y r e a l i z e t h e f a l l p r e v e n t i o nd u r i n g t h e c l i m b-i n go f t h e t o w e r,a n da t t h es a m e t i m e i m p r o v e t h ee f f i c i e n c yo f t h e t o w e rc l i m b i n go p e r a t i o n.K e yw o r d s:t r a n s m i s s i o n l i n e t o w e r;f a l l p r e v e n t i o n;h a n d-h e l da n t i f a l l d e v i c e收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 70引言在架空输电线路铁塔上的运维检修作业中,工作人员上下铁塔和在塔上移位过程中的人身安全防护措施非常重要,登高作业一旦失去安全保护或安全防护设备出现故障,就可能导致人身安全事故的发生。目前,作业人员在线路铁塔攀登过程中采用的防坠落措施主要分为两种:一种是导轨式防坠落装置,特点是需要在铁塔上安装防坠导轨配合防坠器一起使用;另一种是在铁塔攀爬过程中采取主副保护相互切换的方式来实现攀爬过程中的防坠落。两种防坠措施均存在问题:导轨式防坠落装置需要在铁塔上安装防坠导轨来配合使用,若在每基铁塔上安装防坠导轨,则安装成本高且安装工作量大,目前还未能在现存所有铁塔上安装使用,且防坠导轨在外部环境中易损坏锈蚀,需定期进行维护保养,投入人力物力较多;主副保护相互切换防坠落措施,由于在登塔过程中需要不断进行主副保护切换来实现攀登过程中的防坠落,操作步骤繁琐且操作频繁,造成作业人员在攀登过程中体力耗费较多,不利于后期塔上作业的开展。针对上述问题,本文设计一种手持式铁塔攀爬防坠装置,以解决目前防坠落装置造价以及后期维护成本高、攀爬过程繁琐且耗体力等问题,提高塔上作业人员的安全系数,为进一步提高线路作业安全提供保障。1手持式防坠器的设计本文设计一种手持式防坠器,在使用时作业人员双手各持一个,通过防坠器轮流扣住铁塔主材来实现攀登过程中的防坠落。防坠器包括固定块、固定把手、活动把手、锁紧块、挂绳钩等主要部件,如图1所示。其工作原理是:位于防坠器外壳外侧的挂绳钩通过安全绳及锁扣与作业人员身上的安全带连接在一起,作业人员上下铁塔过程中,一只手握紧一个防坠器的两个把手,将两个把手间距压至最小,此时防坠器卡住塔材的固定块部位打开,作业人员从侧面将塔材卡入防坠器固定块凹槽中;当作业人员松开后侧活动把手时,凹槽中锁紧块在扭簧应力作用下抵住塔材使防坠器锁定在塔材上,倘若作业人员失足跌落,通过安全绳与作业人员连接的防坠器外侧的挂绳钩在下向力的作用下将带动凹槽中的锁紧块抵住塔材,从而将作业人员牢固地锁在塔材上,防止作业人员跌落。作业人员通过两个防坠器依次轮流卡住塔材实现在铁塔上的移动。图1防坠器79电力设备 电工技术 (1)安全可靠的结构设计。防坠器采用铝合金材质制作,具有强度高、质量轻、耐腐蚀等特点,采用卡扣杠杆原理。当作业人员正常登塔时,锁紧块在扭簧螺栓作用下扣紧塔材,为登塔提供安全保障;当作业人员在登塔过程中不慎坠落时,锁紧块在杠杆作用下迅速锁止起到保护作用。(2)灵活便捷。根据相关行业标准规定,为节约能耗,可根据不同塔型配合使用,能在新旧塔型上普及。(3)使用方便、安全性能高。无需在铁塔上安装防坠导轨,在登塔时采用手持式防坠器依次扣住塔材即可实现防坠落,到横担处采用相同方法即可实现横向作业,达到全程保护目的。2技术要求与试验2.1防坠器基本尺寸设计(1)固定块。鉴于铁塔不同部位的塔材厚度存在差别,根据铁塔上、中、下三个部位的塔材厚度,取其最大值,同时考虑在固定块嵌入塔材后,锁紧块伸入固定块中与塔材的锁紧距离,确定固定块凹槽部分间距为1 8mm。(2)固定把手。在固定把手倾斜角度和长度设计中,结合专家经验与现场试验,确定固定把手与固定连接面竖直方向夹角为2 0 时,能最轻松地带动身体进行攀爬,因此确定固定把手与固定连接面竖直方向夹角为2 0。在固定把手的长度设计中,结合平均成人手掌宽度(约为8 5mm)以及尾端防滑脱弧度(1 5mm),确定固定把手长度为1 0 0mm。(3)锁紧块。锁紧块与固定块通过长型螺杆串接固定在一起。为使防坠器在不受外力时,锁紧块处于锁紧状态(即锁紧块此时需要受到向内抵住塔材的作用力),在锁紧块与固定块间加装扭力弹簧。在扭力弹簧的设计上,扭力弹簧的扭力为刚度工作时扭转的角度。弹簧刚度计算式为:k=E d41 1 6 7DmP式中,k为弹簧刚度,k g f/mm;E为线材刚性模数,琴钢丝为2 1 0 0 0,不锈钢丝为1 9 4 0 0,磷青铜线为1 2 0 0,黄铜线为1 1 2 0 0;d为线径;Dm为中径,Dm=Do-d,Do为外径;P为3.1 4 1 6。本文根据专家经验与现场试验,设计防坠器受到外侧横向拉拽力时,在锁紧块抵住塔材时的静摩擦力需大于1k N,且钢与铝合金静摩擦系数为0.1 5。经计算,设计锁紧块的扭力弹簧尺寸为线径1.2mm,外径1 2mm,圈数2,脚长1 0mm,角度1 8 0。(4)活动把手。活动把手与锁紧块焊接在一起,作业人员可通过捏紧和松开活动把手来控制锁紧块的打开和闭锁。活动把手根据专家经验以及与固定把手尺寸配合设计长度为9 0mm。(5)挂绳钩。在锁紧块外侧下部设计连接安全带保护绳的挂绳钩,挂绳钩与锁紧块焊接在一起,挂孔的直径根据防坠安全绳的截面积设计为1 5mm。根据专家经验,在攀登铁塔过程中意外坠落时,挂绳钩受到安全绳向下拉拽力,会通过杠杆原理带动锁紧块配合固定块锁紧塔材防止坠落。在挂绳钩伸出长度设计上,考虑受到向下力时能在较短距离内锁紧塔材,根据专家经验将伸出长度设计为3 0mm。2.2试验(1)整体静荷载试验。防坠器的整体静荷载试验应将防坠器卡在杆塔主材上,并通过安全绳对防坠器施加1 5k N向下作用力,在静荷载作用下防坠器不应出现变形、裂纹、脱落等现象,卸载后防坠器能正常打开和闭锁。(2)静荷载拉力试验。防坠器卡入塔材锁紧后,固定把手和活动把手分别承受垂直、水平1 5k N荷载1 0m i n后,应无变形、裂纹。防坠器固定块、锁紧块在卡入塔材后,承受1 5k N垂直、向内水平静荷载1 0m i n后,应无变形、裂纹。(3)整体坠落冲击荷载试验。防坠器在卡入塔材情况下,通过安全绳连接1 0 0k g负荷自由坠落,防坠器各部位不应出现变形、裂纹并能正常工作。(4)自由跌落试验。防坠器从3 0m高空自由跌落至水泥地面,整体应无变形、裂纹并能正常工作。(5)防坠器可靠性试验。将防坠器卡入塔材,并通过安全绳连接5k g物体,自由释放后,防坠器能正常闭锁,且锁止过程中不反弹。3结语本文针对目前攀登铁塔过程中防坠措施存在的不足,设计一种新型手持式防坠落装置,改进了线路运维检修人员上下铁塔和在塔上移位过程中的人身安全防护措施,提高了上下铁塔和在塔上移位过程中的安全性,有效解决了传统防坠落装置结构型式、规格不统一且耗费物资巨大的难题,降低了塔上作业人员发生人身安全事故的概率。参考文献1 彭向阳,周华敏,姚森敬.输电线路杆塔防坠落装置应用现状及展望J.广东电力,2 0 1 0,2 3(1 2):1-7.2 宋前雨.线路杆塔高空防坠落装置的研究与应用J.中国西部科技,2 0 1 1,1 0(2 2):2 2-2 3.3 刘代全.输电线路杆塔防坠落装置应用分析J.机电信息,2 0 1 2(1 5):4 4-4 5.4 王浩,刘铁成,王峥嵘.基于拟静力法的弹簧刚度计算方法讨论C.2 0 1 4年全国工程地质学术大会论文集,2 0 1 4:3 1 4-3 1 8.5 张惟中.输电线路防坠落装置应用中的问题及对策J.电力安全技术,2 0 1 0,1 2(3):5 5-5 6.89电工技术 电力设备