變電站構(gòu)架攀登組合式絕緣硬梯的設(shè)計

國網(wǎng)湖南省電力有限公司輸電檢修分公司 彭金剛 李智慧 李 鵬 羅昌宏

變且在攀爬構(gòu)架的過程中無法對作業(yè)人員采取有效后備保護，存在高空墜落安全風(fēng)險。

由于歷史原因及設(shè)計問題，省內(nèi)外部分變電站內(nèi)存在構(gòu)架上端未安裝爬梯的情況，要想在指定作業(yè)點完成相關(guān)帶電作業(yè)任務(wù)，過去工作人員通過使用踩板等工具才能攀登至作業(yè)點。作業(yè)人員采用踩板登高的方式進行登高作業(yè)，不僅勞動強度大，而且在攀爬構(gòu)架的過程中無法采取對個人采取有效后備保護，存在高空墜落安全風(fēng)險[1-2]。

目前常見的變電站母線支架常為門形結(jié)構(gòu)，其構(gòu)架高度可高達6米以上，一般采用直徑為355mm的原型鋼材構(gòu)成。同時對于此類未安裝爬梯的變電站，一般來說其基礎(chǔ)設(shè)施都較為陳舊，較少考慮大型車輛、機械裝備進入現(xiàn)場作業(yè)的承載力，因此常規(guī)的升降作業(yè)車難以進入作業(yè)現(xiàn)場[3]。為解決一些變電站部分構(gòu)架未安裝爬梯存在的作業(yè)風(fēng)險[4-5]，亟需研發(fā)一種變電站構(gòu)架攀登組合式絕緣硬梯替代傳統(tǒng)作業(yè)工具，達到全程管控安全風(fēng)險，減輕作業(yè)人員的勞動強度，縮短作業(yè)時間，同時該工具也需要便于運輸及組裝。

1 設(shè)計總體思路及機械模塊設(shè)計

根據(jù)功能需求，本文對組合式絕緣硬梯的各個功能模塊進行設(shè)計，分為機械模塊設(shè)計、自動控制模塊進行設(shè)計，在進行仿真分析，分析所設(shè)計的組合式絕緣硬梯是否滿足設(shè)計要求，后期將在條件允許情況下將進行現(xiàn)場試驗，進一步檢驗工具使用性能，進行完善修改（圖1）。

圖1 組合式絕緣硬梯設(shè)計思路

Inventor 是美國AutoDesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件Autodesk Inventor Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2020。該軟件包括Autodesk Inventor 三維設(shè)計軟件，也可以直接在Autodesk Inventor 軟件中進行應(yīng)力分析。根據(jù)實際使用需求，設(shè)計團隊利用Inventor進行組合式絕緣梯機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，所設(shè)計的變電站構(gòu)架攀登組合式絕緣硬梯構(gòu)形如圖2所示，示意圖編號分別表示：1電磁鐵A、2梯頭架垂直撐桿、3伸縮電動推桿、4電磁鐵B、5折疊式絕緣硬梯、6腳扣、7梯頭架水平撐桿、8構(gòu)架抱箍、9推桿抱箍。

所設(shè)計的變電站構(gòu)架攀登組合式絕緣硬梯主要由兩個電磁鐵、梯頭架、驅(qū)動推桿、折疊式絕緣硬梯、腳扣、抱箍等部件組成。絕緣推桿底端通過推桿抱箍與梯頭架底部水平橫檔螺紋接頭相連接，同時絕緣推桿頂端與底端分別連接一個可控電磁鐵，用以吸附變電站構(gòu)架。腳扣與梯頭架水平撐桿、構(gòu)架抱箍相連接，與整個梯頭架垂直撐桿通過兩組彈簧呈近似90°連接。驅(qū)動推桿內(nèi)部包括驅(qū)動電機及伸縮彈簧，用以給驅(qū)動推桿施加向上的動力。梯頭架垂直撐桿底端與一組折疊式絕緣硬梯相連接。

圖2 組合式絕緣硬梯結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖3 組合式絕緣硬梯使用示意圖

為了實現(xiàn)絕緣硬梯的輕量化與便攜要求，同時作業(yè)環(huán)境鄰近帶電設(shè)備，本組合式絕緣硬梯的折疊梯子主要是由玻璃鋼與絕緣繩環(huán)連接制作，絕緣硬梯采用1～2米每節(jié)設(shè)計，上下可連接可以達到使用時展開，使用完畢折疊的目的。在梯頭部份采用鋁合金制作，在保證梯頭承力結(jié)構(gòu)強度的同時，也有力減小裝置的重量，安裝方便，底節(jié)也可以補充抱箍固定。

2 控制模塊設(shè)計及仿真運動分析

利用所設(shè)計的組合式絕緣硬梯在攀爬梯變電站構(gòu)架進行仿真攀爬作業(yè)方式如圖3所示，利用梯頭架與兩個電磁鐵相互配合，當(dāng)梯頭架底端電磁鐵B 吸附在變電站構(gòu)架時，此時腳扣受力固定住整個梯頭架，伸縮電動推桿向上延伸，推動頂端電磁鐵A 向上移動一段距離后到達指定點；此時頂端電磁鐵A吸附固定在變電站構(gòu)架，底端電磁鐵B 松開構(gòu)架，同時伸縮電動推桿內(nèi)的彈簧被壓縮回彈，帶動電動推桿下部分及梯頭架向上提升，之后底端電磁鐵B又回到初始狀態(tài)。經(jīng)過重復(fù)以上兩個步驟，組合式絕緣硬梯就能自主完成攀爬任務(wù)，帶著折疊式絕緣硬梯攀爬構(gòu)架，順利施放硬梯供給作業(yè)人員攀爬，在組合式絕緣梯到達指定作業(yè)高度后，作業(yè)人員通過絕緣梯上下構(gòu)架，其過程可以利用安全圍帶全程管控安全風(fēng)險。

綜上所述，本文所設(shè)計的組合式絕緣硬梯可以滿足在變電站進行高空作業(yè)特殊情況下的使用要求，能使梯子牢固的定在變電站構(gòu)架柱上，作業(yè)人員在攀爬構(gòu)架的過程中改變傳統(tǒng)作業(yè)爬梯帶來的體力消耗大，安全系數(shù)低的情況，作業(yè)完畢通過控制器實現(xiàn)絕緣硬梯自主下塔。此外，由于本組合式絕緣硬梯的可折疊功能極大的節(jié)約了在作業(yè)中需要的空間，增加了作業(yè)便攜性。

項目成果在合作兄弟單位變電站場地進行了現(xiàn)場試用，使用過程如下：將組合式絕緣梯梯頭放置在門型構(gòu)架上，讓梯子磁吸式裝置吸附在鐵塔上，整體受力良好；利用控制器控制整體梯子沿著構(gòu)架柱帶著折疊式絕緣硬梯向上攀登，一旦抵達指定位置，按下暫停鍵，讓梯頭腳扣自鎖裝置受力鎖住梯頭在指定位置，同時地面作業(yè)人員鎖定絕緣硬梯下半部分，此時高空作業(yè)人員沿著絕緣硬梯實現(xiàn)快速登高進行作業(yè)；作業(yè)完畢后人員先下塔，同時解除絕緣梯頭的閉鎖，通過遙控讓絕緣硬梯緩緩下塔，達到作業(yè)目的。

3 結(jié)語

通過所研制的變電站構(gòu)架攀登組合式絕緣硬梯，能夠自主沿梯作業(yè)，替代利用踩板上下，有效解決了作業(yè)人員利用踩板登高沒有后備保護的安全風(fēng)險，同時也降低了勞動強度；同時充分考慮了變電站檢修的作業(yè)環(huán)境，工具材料特性滿足鄰近帶電設(shè)備檢修的安全性。工具分段設(shè)計，運輸方便、組裝簡單。人員通過絕緣梯上下構(gòu)架，其過程可以利用安全圍帶全程管控安全風(fēng)險。沿梯作業(yè)也能降低作業(yè)人員的勞動強度，縮短作業(yè)時間。