智能穩固梯的研發應用

楊澤宇 淡亞新 潘國祥 李枝清 張愛軍

（中國核工業二三建設有限公司紅沿河項目部，遼寧大連116300）

1 設計背景

扶梯子本身作為無技術含量且枯燥的工作不利于施工人員的成長，通過應用智能穩固梯減少核電施工現場扶梯子人員，進而轉入其他更具有技術含量、更有價值的工作之中，減少人智的浪費，更有利于人員的培養。為了解放扶梯人從事其他施工活動，同時保證登梯作業人員施工過程安全，智能穩固梯需解決如下問題：

問題1：人字梯必須有人扶梯（加裝斜支撐桿）；

問題2：有防止傾倒的重力感知裝置（加裝支撐桿及重力傳感器）；

問題3：有提醒登梯作業人員安全事項及疲勞工作的提醒裝置。

本設計梯子為多支撐桿機構，通過軟件模擬驗證其穩定性，在爬梯的過程中能始終保持梯子重心在兩個支撐點之間而不會傾倒，保證了作業人員的安全。使用電氣元件，加裝重力感應器智能感知人員登梯作業，發布安全語音提醒，自我感知登梯作業開始進行計時，控制登高作業時長（15 min），較人為控制更加智能、準確、合理，進而能更好地避免疲勞作業[1]。

2 設計理念

2.1 雙向防側翻伸縮支撐桿

傳統人字梯只有四個支撐桿接地，人員在登梯作業過程中容易向兩側側翻，為提高梯子的穩固性，規避梯子重心向兩側偏移，在普通人字梯上加裝可伸縮限位導桿，在爬梯過程中，能始終保持梯子重心在兩個支撐點之間而不會傾倒。用受力分析軟件給定預設條件，模擬人爬梯過程，當工作人員攜帶250 N重物，斜杠張開大于32°時，模擬結果如圖1所示。

圖1 受力分析模擬圖

2.2 重力感應

加裝重力傳感裝置，即當有人登梯作業時，圖2中壓縮彈簧被壓縮觸發限位開關，同時傳感器發出電信號給控制器，控制器開始計數，并因感知有人登梯開始廣播登梯作業防范措施及疲勞作業預警提醒。

圖2 重力感應裝置圖

防傾側的語音提示：計算水平力/側向力四點平均受力，智能提示可能的側傾方向。

2.3 智能語音提示

智能語音提示分為登梯安全措施提示和長時間疲勞作業提示，前者提示作業人員登梯前梯子使用要點和登梯作業中的安全注意事項，后者為人性化提示登梯作業人員不要長時間登梯作業，具體時長可按照不同公司的安全管理規定進行定制化設置。

3 設計方案

設計人員吸收市場上成熟的多功能梯子制作經驗，按照核電特殊的使用場景，進行材料選購、元件選型、模擬計算，詳細信息數據如表1所示，設計人員反復在施工現場進行機械部分可靠性測試和電氣功能安全評估、校核[2]。在普通人字梯的基礎上進行智慧化設計，使得該梯具有較高穩定性的同時兼顧人性化提示，為核電施工安全增添了一道防火墻。

4 使用方式

（1）當操作人員踏上人字梯后，人字梯上的載荷增加，壓縮彈簧，同時限位開關撞塊撞擊電氣限位開關的撞針，電氣限位開關觸點閉合，觸發計時單元開始計時，數字顯示如圖3所示。

表1 智能穩固梯信息表

圖3 穩固梯應用場景圖

（2）當計時結束，控制系統內的語音報警單元發出“提示休息”的提示音，提醒操作人員下梯休息。

（3）人字梯上端有復位按鈕，操作人員按下復位按鈕，語音提示停止，計時器重新計時，重復上述流程。

（4）操作人員下梯后，人字梯上載荷恢復正常，彈簧彈起，限位開關撞塊離開電氣限位開關的撞針，電氣限位開關觸點打開，語音報警單元發出的提示音停止。

（5）待休息時間結束，可繼續上梯操作，循環上述流程。

5 結語

梯子是生產生活中的常用工具，實際使用中，當工作環境復雜時，大多數情況下需要兩人配合完成登梯作業，使用不便且工作效率低。目前，國內外的梯子主要通過電動輔助頂撐，或通過其他人來輔助，結構較復雜，成本高，搬運人力和物力耗費大[3]。故在人字梯本體加裝斜桿支撐結構，輔以智能安全提示功能具有一定的實際應用意義。鑒于此，本文通過力學軟件模擬梯子載荷及在使用時如何保持安全站姿，進而避免因重心偏移發生側翻，在此基礎上設計了一種集成穩固裝置、感應裝置、智能語音提醒裝置的新型智能穩固梯，具有結構簡單、成本低廉、工作效率高、安全可靠等特點，填補了此類梯子（人字梯、登高梯）的空白。