一種變電站廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具的研制

趙玉才　郭陽　趙玉富　趙光金　董銳鋒

河南 鄭州 450052;3.國網(wǎng)河南省電力公司營銷服務(wù)中心，河南 鄭州 450052;4.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052）

摘 要：本文介紹了一種廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具的制作方法，目的是解決變電站用鉛蓄電池因質(zhì)量較大、排列緊密在移動(dòng)電池時(shí)操作難度大的問題，避免在搬移過程中出現(xiàn)跌落破損、（Pb金屬鉛）中毒和（H2SO4硫酸）腐蝕等安全隱患，提高搬運(yùn)電池的安全可靠性和工作效率。

關(guān)鍵詞：廢鉛蓄電池;搬運(yùn);安全

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）25-0120-04

The Development of a Substation Waste Lead Battery Handling Tool

ZHAO Yucai GUO Yang ZHAO Yufu ZHAO Guangjin DONG Ruifeng

（1.Henan Jiuyu Epri Electric Power Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450052;2.State Grid Grid Waste Resource Treatment Technology laboratory， Zhengzhou Henan 450052;3.State Grid Henan Electric Power Company Marketing Service Center， Zhengzhou Henan 450052;4.State Grid Henan Electric Power Research Institute， Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper introduces a waste lead battery handling tool production method， in order to solve the substation lead battery due to the weight of larger， tight arrangement in the mobile battery operation difficult problems， to avoid falling damage in the process of moving， Pb poisoning and H2SO4 corrosion and other safety hazards， improve the safety reliability and efficiency of handling batteries.

Keywords： waste lead battery;handling;safety

1 技術(shù)背景

廢鉛蓄電池作為危險(xiǎn)廢物已被列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》。鉛蓄電池含有大量重金屬鉛和硫酸，報(bào)廢的鉛蓄電池在搬運(yùn)時(shí)如果不慎接觸人體，會(huì)腐蝕人體皮膚，甚至導(dǎo)致鉛中毒[1]。

目前，大部分變電站使用的是閥控式密封鉛酸電池[2]，質(zhì)量較大、排列緊密，蓄電池安裝、拆卸過程中需移動(dòng)蓄電池時(shí)操作難度較大。在變電站的新建、技改等工程中，經(jīng)常會(huì)有蓄電池的拆除和搬運(yùn)。鉛蓄電池經(jīng)過長時(shí)間的使用后會(huì)伴有鼓脹、漏液等現(xiàn)象，因電池間排布緊密，膨脹后與四周接觸，移動(dòng)的時(shí)候操作空間有限，搬運(yùn)的難度很大。當(dāng)在拆卸過程中受力點(diǎn)不均勻無法控制力度時(shí)，常常會(huì)造成電池破損出現(xiàn)漏液，容易對人員皮膚、衣服造成酸液腐蝕，存在極大的安全隱患。本文介紹了廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具的制作方法，很好地解決了上述問題。

2 技術(shù)原理

2.1 杠桿

本文設(shè)計(jì)的廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用了杠桿原理[3]，如圖1所示。動(dòng)力乘以動(dòng)力矩等于阻力乘以阻力矩，用代數(shù)公式表示為：

F×L=F×L （1）

式中：F表示動(dòng)力;L表示動(dòng)力矩;F表示阻力;L表示阻力矩。

從式（1）可看出：杠桿達(dá)到平衡時(shí)，動(dòng)力矩越大動(dòng)力越小;反之，動(dòng)力矩越小，動(dòng)力越大。依據(jù)現(xiàn)場操作空間，廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具設(shè)計(jì)有L2

2.2 摩擦力

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用了摩擦力原理[4]，如圖2所示。

用代數(shù)公式可表示為：

F+F=G （2）

F=F=μN(yùn) （3）

G=mg （4）

則有：

2μN(yùn)=mg? （5）

式中：N為工具對電池外殼的壓力;μ為橡膠摩擦系數(shù);m為電池的質(zhì)量;g為重力常數(shù)。

2.3 大氣壓力

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具利用吸盤吸住鉛蓄電池塑料外殼，如圖3所示，采用大氣壓力[5]，用代數(shù)公式可表示為：

F=PS （6）

F=Pπr （7）

式中：F為大氣壓力;P為標(biāo)準(zhǔn)大氣;S為吸盤的圓形面積;π為圓周率;r為吸盤半徑。

2.4 滑輪

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具為了節(jié)省操作空間，還采用了滑輪原理[6]來改變力的方向，如圖4所示。

用代數(shù)公式可表示為：

F=F （8）

3 材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 材料

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用金屬和橡膠材料，金屬材料采用不銹鋼或鋁合金，必須能承受25～30 kg的質(zhì)量。橡膠材料主要為吸附電池外殼、絕緣保護(hù)和防止電池外殼劃傷。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖如圖5所示。

圖5中，橡膠防滑塊包裹在金屬桿外邊，起到防滑和保護(hù)電池外殼不被劃傷的作用;金屬小滑輪，改變受力方向;滑輪鋼絲可以拉緊和松開吸盤;吸盤可以吸附到電池外殼增大摩擦力;金屬框架的材料可以采用不銹鋼和鋁合金;橡膠墊起到絕緣作用，保護(hù)電池正負(fù)極不會(huì)短路;金屬框架交叉橫軸連接和固定金屬框架，可轉(zhuǎn)動(dòng);鋼絲拉手可以通過鋼絲拉緊和松開吸盤;工具把手外包裹橡膠墊，可以夾緊物體，也可以提起物體。

4 同類工具比較

經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)了同類型工具的發(fā)明專利，比較典型的一些例子分解圖如圖6至圖10所示[7]。

圖6為變電站專用蓄電池抬卸移動(dòng)工具，質(zhì)量較大，使用過程較復(fù)雜，裝卸都需要擰螺絲，且存在電池短路的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7為變電站蓄電池拆卸搬運(yùn)工具，需借助其他工具才能工作，裝卸都需要擰螺絲，使用過程較復(fù)雜，工作效率不高。

圖10為蓄電池專用拆裝搬運(yùn)工具[8]，現(xiàn)場工作需要兩人，單人無法操作。若工具材料不牢固，則有跌落風(fēng)險(xiǎn)。

通過以上工具的綜合分析比較，本文設(shè)計(jì)的廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具與同類型的工具相比有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡單，所需材料為鋼材或鋁合金、橡膠墊;②體積小、質(zhì)量輕、易操作、便于攜帶，更適合于現(xiàn)場作業(yè);③使用安全，用橡膠做襯墊和絕緣墊，不接觸電池，避免出現(xiàn)短路和酸腐蝕現(xiàn)象;④單獨(dú)使用即可，不需要擰螺絲，不用其他工具配合使用;⑤單人可操作，節(jié)省人力。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

本試驗(yàn)以變電站閥控式密封鉛蓄電池為驗(yàn)證對象，具體參數(shù)詳見表1。

表1 變電站閥控式密封鉛蓄電池一般參數(shù)

[電池類型 閥控式密封鉛蓄電池 型號 DCF126-2/300 外觀 完好無損 外形尺寸/mm 長×寬×高（167×147×328） 質(zhì)量/kg 18.38 ]

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具防滑橡膠墊尺寸為150 mm×60 mm，吸盤直徑為150 mm。經(jīng)查詢，橡膠與塑料的摩擦系數(shù)為0.6～0.9[9]，工具可提拉質(zhì)量計(jì)算公式如下（取最小摩擦系數(shù)[μ]=0.6）：

G=mg]=μN(yùn) （9）

N=F+F （10）

F=P×4S=P×4πr=P×4π（R/2） （11）

式中：G為電池重力;m為電池質(zhì)量取值為18.38 kg;g為重力常數(shù)取值為9.8 N/kg;μ為橡膠對塑料的摩擦系數(shù)取0.6;N為工具通過橡膠墊和吸盤對電池外殼產(chǎn)生的壓力;F為4個(gè)吸盤對電池外殼產(chǎn)生的吸力;F為通過工具對電池外殼產(chǎn)生的夾力;P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)取值為1.01×10 N/m;π為圓周率常數(shù)取值為3.14;r為吸盤半徑;R為吸盤直徑取值為0.15 m。將各數(shù)據(jù)代入式（9），可得N為300.21;將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可得F為7 135.65 N。

按照電池質(zhì)量計(jì)算，工具只需對電池外殼產(chǎn)生300.21 N的壓力就可以將電池提起，而吸盤產(chǎn)生的壓力為7 135.65 N，遠(yuǎn)大于300.21 N，無須再通過工具增加夾力。經(jīng)驗(yàn)證，該工具可以提起最大質(zhì)量為436.88 kg的物體，對于質(zhì)量為18.38 kg的電池，完全沒有問題。

6 結(jié)語

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具由一線員工在現(xiàn)場長期工作的實(shí)踐中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場操作環(huán)境實(shí)際情況設(shè)計(jì)而成，解決了現(xiàn)場搬運(yùn)變電站廢鉛蓄電池工作過程中的安全問題，提高了現(xiàn)場工作效率。它不僅可以搬運(yùn)變電站廢舊電池，也可以應(yīng)用于其他光滑塊狀物體的搬運(yùn)工作。今后在使用過程中會(huì)不斷改進(jìn)其結(jié)構(gòu)和功能，以滿足更多場景的實(shí)際應(yīng)用。

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