引言

隨著特高壓電網(wǎng)的高速發(fā)展,線路的絕緣配置越來越高,為滿足絕緣要求,除增加絕緣子的爬電距離,擴大盤徑外,更需要增加絕緣子數(shù)量,絕緣子長度也隨之增加,特別是特高壓線路,一般情況下絕緣子長度為9～11m,在停電檢修工作中,需對合成絕緣子進行重點檢查,為防止損壞合成絕緣子,需采用專用的軟梯進行檢修作業(yè)。而傳統(tǒng)軟梯重量大,不便于攜帶,難以做到單人操作。在上下軟梯的過程中,人員體力消耗大,增加了作業(yè)人員的勞動強度,降低了工作效率。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇

1.1軟質(zhì)爬梯結(jié)構(gòu)

當(dāng)前在超特高壓輸電線路運維中,所使用的上下絕緣子爬梯結(jié)構(gòu)主要由繩索和橫桿組成,重量大,不方便攜帶,在塔上作業(yè)時只有一端為固定結(jié)構(gòu),爬梯呈漂浮狀,不便于工人的檢修操作。

1.2改進結(jié)構(gòu)及材料

本文針對傳統(tǒng)軟梯存在的缺陷,優(yōu)化了原有工具的結(jié)構(gòu)和材質(zhì),使其輕量化,便于攜帶和操作。

(1）主爬梯采用兩端固定方式,通過收緊裝置使爬梯呈半剛性狀態(tài),便于人員登踏和上下。利用鐵塔橫擔(dān)和導(dǎo)線形成對拉受力,爬梯呈受力狀態(tài),繩索繃緊。

(2）材料選用高強度扁帶,減小爬梯重量和體積,便于攜帶,腳蹬部分采用航空鋁材,減小重量,提高耐用性。

經(jīng)過深入研究,設(shè)計出了便攜式軟梯方案,可滿足實際工作中的需要,主爬梯結(jié)構(gòu)如圖1所示,爬梯長度可調(diào),最長可達14m,主爬梯實物如圖2所示。

1一上掛鉤;2一收緊裝置;3一腳踏板;4一扁帶;5一下掛鉤。圖1主爬梯結(jié)構(gòu)圖

1.3附屬設(shè)施實現(xiàn)升降

該工具通過專用的上升下降裝置,利用繩索實現(xiàn)自重下降,腳蹬上升。根據(jù)市場調(diào)查研究,針對目前成熟的登山、攀巖、探洞工具進行改良,將其應(yīng)用到輸電線路運維中。

圖2主爬梯實物圖

附屬的上升下降裝置主要由胸部上升器、手部上升器、下降器、繩索組成。

1.3.1胸部上升器及工作原理

胸部上升器及組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3胸部上升器及組成結(jié)構(gòu)

通過外殼與棘刺夾板對繩索形成摩擦力,胸部上升器掛在操作人員的胸部,上升時,棘刺夾板順時針轉(zhuǎn)動一定角度,不產(chǎn)生夾緊及摩擦力,可沿繩索上升,無阻力。當(dāng)胸部上升器向下滑動時,棘刺夾板逆時針轉(zhuǎn)動一定角度,棘刺夾板將繩索夾緊,無法下降,從而使工作人員懸掛在繩索上呈靜止狀態(tài)。

1.3.2手部上升器及工作原理

手部上升器及組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。手部上升器與胸部上升器工作原理相同,只能上升,不能下降。

1.3.3工作人員在繩索上上升的原理

(1）手部上升器安裝在繩索最上端,手部上升器下端連接一付長度合適的繩套(根據(jù)人員身高可調(diào)節(jié)）,用于腳踩。

(2）胸部上升器安裝在手部上升器下端,與作業(yè)人員的安全皮帶胸口相連。

圖4手部上升器及組成結(jié)構(gòu)

（3)上升時,胸部上升器受力,人員懸停在繩索上,將小腿彎曲,用手將手部上升器向繩索上方滑移到合適位置,此時用腳踩腳蹬繩套（牛尾),借助手部上升器的固定力,使人體上升,此時胸部上升器會隨人體上升而沿繩索上滑。

（4)人體向下坐,使胸部上升器受力,完成上升一步的操

作。再重復(fù)（3)操作,循環(huán)往復(fù),達到快速上升的效果。

（5)人員可從輸電線路的導(dǎo)線側(cè),上升至橫擔(dān)位置。1.3.4下降器及工作原理

下降器及組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5下降器及組成結(jié)構(gòu)

下降器工作原理:下降器通過摩擦輪和扇形制停輪使繩索形成"s"狀,在不按壓手柄時,制停輪凸起處將繩索擠壓在摩擦輪上,形成摩擦力,繩索鎖緊,人員可懸吊在繩索上。

當(dāng)人員按動手柄時,制動輪解鎖,逐步放松壓緊力,人員可利用自重慢速下滑,可從輸電線路橫擔(dān)處下滑至導(dǎo)線端作業(yè)。圖6為下降狀態(tài)操作示意圖及鎖死保護示意圖。

圖6下降狀態(tài)操作示意圖及鎖死保護示意圖

1.4便攜式爬梯優(yōu)點

便攜式升降軟梯解決了輸電線路高空作業(yè)人員上下導(dǎo)線不便的技術(shù)難題,其主要優(yōu)點如下:

1.4.1操作方便

該套工具輕便,約5kg,可根據(jù)需要長度進行調(diào)整,便于攜帶,上下鐵塔方便,省時省力。

1.4.2上升下降安全、省力

該爬梯的主爬梯可提供腳蹬攀爬功能,操作人員可在爬梯上進行作業(yè):升降繩索利用上升、下降器實現(xiàn)省力、安全升降,升降速度快,提升作業(yè)效率。

1.4.3提高便攜性

該爬梯改變了傳統(tǒng)爬梯笨重的缺點,攜帶靈活,可作為個人便攜式工具使用,提升工作效率。

1.4.4提高穩(wěn)定性

對比傳統(tǒng)式爬梯,便攜式爬梯可以將主爬梯固定在鐵塔橫擔(dān)和導(dǎo)線之間,利用收緊裝置使爬梯呈半剛性狀態(tài),便于人員攀登,爬梯不會隨風(fēng)舞動,提高穩(wěn)定性和可操作性。

1.5安全保障

根據(jù)選材和加工工藝,所有部件承載力不小于10kN,單人或雙人同時在爬梯上作業(yè)載荷不超過5kN,安全系數(shù)有所保障。

2主爬梯研制及附屬產(chǎn)品的改進

2.1主爬梯研制的成品

根據(jù)所設(shè)計的扁帶軟質(zhì)爬梯及收緊裝置,進行加工制作,爬梯下掛鉤及腳蹬成品如圖7所示,爬梯上掛鉤及收緊裝置如圖8所示。

圖7爬梯下掛鉤及腳蹬成品

圖8爬梯上掛鉤及收緊裝置

主爬梯主要由上掛鉤、收緊裝置、中間腳蹬、下掛鉤組成,本次設(shè)計的主爬梯為分段式設(shè)計,可利用掛鉤進行連接,以用于不同長度的絕緣子串,收緊裝置可調(diào)范圍為0.6m,利用收緊裝置對爬梯進行收緊,使爬梯呈半剛性狀態(tài),便于踩踏。

2.2附屬升降產(chǎn)品的應(yīng)用

根據(jù)目前成熟的繩索升降裝置,結(jié)合掛鉤式爬梯的應(yīng)用,人員可借助爬梯腳蹬進行作業(yè),在升降過程中使用繩索及繩卡上升下降。繩索升降附件如圖9所示。

附屬升降裝備包括繩索、上升器、下降器等部件,下降時利用人體自重,通過下降器對繩索的阻尼效應(yīng)勻速下降,并能夠控制下降速度和止停高度。上升時,利用腳蹬和手升裝置,

圖9繩索升降工具套件

一步一升,人員可以時刻停留在繩索上。在作業(yè)時,可借助主爬梯的腳蹬受力,停止在作業(yè)位置,方便對輸電設(shè)備的檢查和維修。

2.3主要技術(shù)參數(shù)

兩端固定式爬梯和升降繩索及附件的主要技術(shù)參數(shù)如表1、表2所示。

表1兩端固定式爬梯參數(shù)

表2升降繩索及附件主要技術(shù)參數(shù)

2.4使用注意事項

(1）主爬梯固定在鐵塔橫擔(dān)塔材上,必須對限位扣緊螺栓進行緊固,收緊裝置收緊后,保證手柄朝上,卡緊齒輪。

(2）主爬梯收緊裝置手柄處于朝下方向時,可將收緊的扁帶松出,以便取下爬梯。

(3）主爬梯下掛鉤需勾住下方導(dǎo)線,為防止導(dǎo)線損傷,應(yīng)對掛鉤設(shè)置包膠。

(4）繩索升降附件在使用中必須保證扣環(huán)的保險裝置已處于鎖定位置。

(5）各部件的繩索長度應(yīng)根據(jù)作業(yè)人員的身高等因素進行調(diào)整,調(diào)整至作業(yè)舒適長度。

(6）繩索與塔材連接接觸部位已做包膠處理,如外膠損壞,應(yīng)及時進行修補包膠,以防繩索內(nèi)部受損。

(7）工具存放時,應(yīng)處于干燥通風(fēng)環(huán)境。

(8）使用前,應(yīng)進行外觀及受力檢查,定期保養(yǎng)。

3試驗測試

爬梯扁帶及連接腳蹬按如圖10所示的連接方式進行試驗布置。按照設(shè)計額定荷載(2.0kN）依次進行動荷載、靜荷載和破壞荷載試驗,試驗結(jié)果如圖11、圖12所示。

試驗表明[1]:在1.5倍額定荷載作用下,爬梯各零件無變形、無斷裂、無損傷:在2.5倍額定荷載作用下持續(xù)5min,各零件無永久變形及損傷:當(dāng)荷載逐步穩(wěn)定加載至8kN時,連接腳蹬開始變形:當(dāng)荷載逐步穩(wěn)定加載至12.5kN時,扁帶連接處發(fā)生斷裂。爬梯的額定荷載滿足設(shè)計值2kN,破壞荷載達到12.5kN,機械強度試驗符合相關(guān)標準要求,可以在特高壓輸

圖10爬梯試驗布置圖

圖11爬梯破斷圖

圖12機械試驗結(jié)果

電線路上安全、可靠的使用。

4現(xiàn)場應(yīng)用效果

4.1現(xiàn)場應(yīng)用

本次研究成果首先經(jīng)過試驗合格后,課題組組織在培訓(xùn)場地進行試驗應(yīng)用,課題小組通過對新研制產(chǎn)品和傳統(tǒng)爬梯產(chǎn)品對比操作,經(jīng)過使用人員鑒定,一致反映采用兩端固定式爬梯,輕便省力,操作便捷,特別是上升和下降繩索裝置在作業(yè)中可以解放雙手,停留在空中指定位置作業(yè),對檢查、拍照等作業(yè)有很大幫助。產(chǎn)品現(xiàn)場試用情況如圖13所示。

通過現(xiàn)場應(yīng)用,采取兩端固定式爬梯,長度單節(jié)0.4m可靈活連接,適用于各種電壓等級的輸電線路,兩端固定,通過收緊裝置使爬梯受力,呈半剛性狀態(tài),便于操作:傳統(tǒng)爬梯長

圖13現(xiàn)場試用圖

度無法調(diào)整,采用繩索結(jié)構(gòu),現(xiàn)場呈懸吊狀態(tài),晃動厲害,不便于上下操作,大量耗費作業(yè)人員體力。新型爬梯兩端固定如圖14所示,傳統(tǒng)爬梯作業(yè)時擺動較大,如圖15所示。

圖14新型爬梯兩端固定

圖15傳統(tǒng)爬梯作業(yè)時擺動較大

經(jīng)過試用后,該工具在輸電運檢二分部所轄線路的停電檢修中進行現(xiàn)場試用,輸電運檢二分部2019年10月份停電檢修線路5條,在其中2條線路中進行應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明,該工具在特高壓輸電線路帶電作業(yè)使用過程中安全、高效、便捷,且在輕質(zhì)化和機械化方面有很大進步,滿足實用化要求,具有極大的推廣應(yīng)用價值,能為超特高壓帶電作業(yè)的順利開展提供有力的技術(shù)和裝備支撐。

4.2技術(shù)關(guān)鍵點及創(chuàng)新點

(1）將其他領(lǐng)域先進的做法引入輸電線路運維工作中,提高工作效率,實現(xiàn)共享發(fā)展。利用攀爬防墜器原理,繩卡在上升時解鎖,可以上升,在停止或下墜時鎖止,人員停留在繩索上,使攀爬省力,上下快捷。

(2）裝備輕便?？萍疾粩喟l(fā)展,制造業(yè)水平飛速發(fā)展,在保障高強度繩索的安全性前提下,繩索的直徑和重量得到很好的控制,完全能夠做到單人攜帶和使用。利用輕便的繩索和上升下降器材取代傳統(tǒng)笨重的軟梯,提高工作效率。

(3）便攜式爬梯改變原有爬梯固定結(jié)構(gòu),可分節(jié)連接,按線路絕緣子長度配置,上下兩端固定,解決了傳統(tǒng)爬梯搖擺的問題,減輕了作業(yè)人員的勞動強度。

5結(jié)語

本設(shè)計在傳統(tǒng)爬梯工作原理的基礎(chǔ)上對軟質(zhì)爬梯進行了改進,增加了附屬升降裝置,通過對新研制產(chǎn)品的力學(xué)試驗,結(jié)果表明其強度滿足生產(chǎn)需要和安全要求。通過現(xiàn)場試用和改進調(diào)試,驗證該產(chǎn)品的可用性,通過整合,確定本產(chǎn)品由主爬梯和附屬升降裝置組成,可減輕作業(yè)者的勞動強度,提升作業(yè)效率。