一種便攜式工具在超特高壓線路運(yùn)維檢修中的應(yīng)用

摘

要：根據(jù)對(duì)傳統(tǒng)軟質(zhì)爬梯的研究，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查及分析，參考目前已經(jīng)普遍成熟應(yīng)用于攀巖探洞等戶外裝備使用的工具，結(jié)合輸電線路工程運(yùn)維特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)軟質(zhì)爬梯進(jìn)行了改進(jìn)和加工，形成了一套專用于線路運(yùn)維的專業(yè)工具，改進(jìn)了傳統(tǒng)爬梯的結(jié)構(gòu)及材料，增加了附屬升降裝置。經(jīng)過(guò)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，該爬梯強(qiáng)度滿足生產(chǎn)和安全要求。關(guān)鍵詞：爬梯；升降裝置；輸電線路；運(yùn)維檢修

0

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(lái)越高，為滿足絕緣要求，除增加絕緣子的爬電距離，擴(kuò)大盤(pán)徑外，更需要增加絕緣子數(shù)量，絕緣子長(zhǎng)度也隨之增加，特別是特高壓線路，一般情況下絕緣子長(zhǎng)度為9～11m，在停電檢修工作中，需對(duì)合成絕緣子進(jìn)行重點(diǎn)檢查，為防止損壞合成絕緣子，需采用專用的軟梯進(jìn)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(guò)程中，人員體力消耗大，增加了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了工作效率。

1

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇1.1

軟質(zhì)爬梯結(jié)構(gòu)當(dāng)前超特高壓輸電線路運(yùn)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(shí)只有一端為固定結(jié)構(gòu)，爬梯呈漂浮裝，不便于工人的檢修操作。1.2

改進(jìn)結(jié)構(gòu)及材料本文針對(duì)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(guò)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(duì)拉受力，爬梯呈受力狀態(tài)，繩索繃緊。（2）材料選用高強(qiáng)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(guò)深入研究，設(shè)計(jì)出了便攜式軟梯方案，可滿足實(shí)際工作中的需要，主爬梯結(jié)構(gòu)如圖1所示，爬梯長(zhǎng)度可調(diào)，最長(zhǎng)可達(dá)14m，主爬梯實(shí)物如圖2所示。1.3

附屬設(shè)施實(shí)現(xiàn)升降該工具通過(guò)專用的上升下降裝置，利用繩索實(shí)現(xiàn)自重下降，腳蹬上升。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查研究，針對(duì)目前成熟的登山、攀巖、探洞工具進(jìn)行改良，將其應(yīng)用到輸電線路運(yùn)維中。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。通過(guò)外殼與棘刺夾板對(duì)繩索形成摩擦力，胸部上升器掛在操作人員的胸部，上升時(shí)，棘刺夾板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，不產(chǎn)生夾緊及摩擦力，可沿繩索上升，無(wú)阻力。當(dāng)胸部上升器向下滑動(dòng)時(shí)，棘刺夾板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，棘刺夾板將繩索夾緊，無(wú)法下降，從而使工作人員懸掛在繩索上靜止。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(zhǎng)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。（3）上升時(shí)，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(shí)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(shí)胸部上升器會(huì)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(dá)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。下降器工作原理：下降器通過(guò)摩擦輪和扇形制停輪使繩索形成“S”狀，在不按壓手柄時(shí)，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(dòng)手柄時(shí)，制動(dòng)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(hù)示意圖。1.4

便攜式爬梯優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)如下：1.4.1

操作方便該套工具輕便，約5kg，攜帶方便?？筛鶕?jù)需要長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，便于攜帶，上下鐵塔方便，省時(shí)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(jìn)行作業(yè)；升降繩索利用上升、下降器實(shí)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(diǎn)，攜帶靈活，可作為個(gè)人便攜式工具使用，提升工作效率。1.4.4

提高穩(wěn)定性對(duì)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(huì)隨風(fēng)舞動(dòng)，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(shí)在爬梯上作業(yè)載荷不超過(guò)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(jìn)2.1

主爬梯研制的成品根據(jù)所設(shè)計(jì)的扁帶軟質(zhì)爬梯及收緊裝置，進(jìn)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。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(jì)的主爬梯為分段式設(shè)計(jì)，可利用掛鉤進(jìn)行連接，以用于不同長(zhǎng)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(duì)爬梯進(jìn)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(jìn)行作業(yè)，在升降過(guò)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(shí)利用人體自重，通過(guò)下降器對(duì)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(shí)，利用腳蹬和手升裝置，一步一升，人員可以時(shí)刻停留在繩索上。在作業(yè)時(shí)，可借助主爬梯的腳蹬受力，停止在作業(yè)位置，方便對(duì)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。2.4

使用注意事項(xiàng)（1）主爬梯固定在鐵塔橫擔(dān)塔材上，必須對(duì)限位扣緊螺栓進(jìn)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(shí)，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(duì)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(xiǎn)裝置已處于鎖定位置。（5）各部件的繩索長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)作業(yè)人員的身高等因素進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至作業(yè)舒適長(zhǎng)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(shí)進(jìn)行修補(bǔ)包膠，以防繩索內(nèi)部受損。（7）工具存放時(shí)，應(yīng)處于干燥通風(fēng)環(huán)境。（8）使用前，應(yīng)進(jìn)行外觀及受力檢查，定期保養(yǎng)。

3

試驗(yàn)測(cè)試爬梯扁帶及連接腳蹬按如圖10所示的連接方式進(jìn)行試驗(yàn)布置。按照設(shè)計(jì)額定荷載（2.0kN）依次進(jìn)行動(dòng)荷載、靜荷載和破壞荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖11、圖12所示。試驗(yàn)表明：在1.5倍額定荷載作用下，爬梯各零件無(wú)變形、無(wú)斷裂、無(wú)損傷；在2.5倍額定荷載作用下持續(xù)5min，各零件無(wú)永久變形及損傷；當(dāng)荷載逐步穩(wěn)定加載至8kN時(shí)，連接腳蹬開(kāi)始變形；當(dāng)荷載逐步穩(wěn)定加載至12.5kN時(shí)，扁帶連接處發(fā)生斷裂。爬梯的額定荷載滿足設(shè)計(jì)值2kN，破壞荷載達(dá)到12.5kN，機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以在特高壓輸電線路上安全、可靠的使用。4

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果4.1

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用本次研究成果首先經(jīng)過(guò)試驗(yàn)合格后，課題組組織在培訓(xùn)場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，課題小組通過(guò)對(duì)新研制產(chǎn)品和傳統(tǒng)爬梯產(chǎn)品對(duì)比操作，經(jīng)過(guò)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(duì)檢查、拍照等作業(yè)有很大幫助。產(chǎn)品試用情況如圖13所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，采取兩端固定式爬梯，長(zhǎng)度單節(jié)0.4m可靈活連接，適用于各種電壓等級(jí)的輸電線路，兩端固定，通過(guò)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(zhǎng)度無(wú)法調(diào)整，采用繩索結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)呈懸吊狀態(tài)，晃動(dòng)厲害，不便于上下操作，大量耗費(fèi)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(shí)擺動(dòng)較大，如圖15所示。

經(jīng)過(guò)試用后，該工具在輸電運(yùn)檢二分部所轄線路的停電檢修中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試用，輸電運(yùn)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(jìn)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(guò)程中安全、高效、便捷，且在輕質(zhì)化和機(jī)械化方面有很大進(jìn)步，滿足實(shí)用化要求，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值，能為超特高壓帶電作業(yè)的順利開(kāi)展提供有力的技術(shù)和裝備支撐。4.2

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)（1）將其他領(lǐng)域先進(jìn)的做法引入輸電線路運(yùn)維工作中，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)共享發(fā)展。利用攀爬防墜器原理，繩卡在上升時(shí)解鎖，可以上升，在停止或下墜時(shí)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(qiáng)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?cè)信捞莨潭?/p>