高壓電器試驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)用＊

張杰， 楊生澤， 李童， 杜金虎， 盛建華

（甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅天水 741020）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高處作業(yè)的勞動(dòng)保護(hù)越來(lái)越受到人們的重視。從事高壓電器的檢測(cè)人員需要在3 米以上的高空進(jìn)行作業(yè)，按高空作業(yè)GB／T3608 高處作業(yè)分級(jí)的定義、分類和安全技術(shù)要求規(guī)定，應(yīng)制定勞動(dòng)安全措施，并做好對(duì)操作工人安全工作的管理，以降低勞動(dòng)事故的發(fā)生率［1］。在高壓電器產(chǎn)品的檢測(cè)中，面對(duì)高空作業(yè)，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)試驗(yàn)站在檢測(cè)工作中普遍采用升降機(jī)操作，由于升降機(jī)平臺(tái)尺寸較固定，不能靈活變換長(zhǎng)度與寬度，無(wú)法有效針對(duì)高壓電器尺寸不一、形狀各異等特點(diǎn)，只能作為局部檢測(cè)使用，不能提高電器整體測(cè)試的工作效率和安全性［2］。

高壓電器試驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)通過(guò)了科學(xué)合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，其主要針對(duì)高壓電器檢測(cè)人員目前在檢測(cè)過(guò)程中面對(duì)的接線難、無(wú)安全通道、無(wú)防護(hù)裝置、引線安全距離不夠等問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)計(jì)創(chuàng)新。本文在Solidworks 中搭建了仿真模型，只對(duì)平臺(tái)的液壓部分和水平移動(dòng)部分進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所搭建模型的正確性，這為進(jìn)一步研究高電壓試驗(yàn)用檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了參考［3］。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)

高壓電器試驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)主要通過(guò)高度升降、長(zhǎng)度變換和絕緣防護(hù)欄的功能，做到對(duì)高壓電器的檢測(cè)和檢驗(yàn)不留盲區(qū)和死角，檢驗(yàn)時(shí)更接近本體，更直觀地對(duì)本體表面的損傷等缺陷做出正確的判斷和結(jié)論。平臺(tái)設(shè)計(jì)主要解決的技術(shù)難點(diǎn)如下：

（1）針對(duì)高壓電器尺寸不一且形狀各異的特點(diǎn)，要依照試品自動(dòng)升降高度、自動(dòng)變換操作平臺(tái)長(zhǎng)度，對(duì)高壓電器高空檢測(cè)項(xiàng)目的開展提供安全可靠的設(shè)備支撐，做到既方便又實(shí)惠。

（2）在高壓電器檢測(cè)過(guò)程中，需要在檢測(cè)對(duì)象四周和頂部安裝很多附件，可供試驗(yàn)人員活動(dòng)的空間很小，許多試驗(yàn)和接線只能在頂部完成，屬于高處作業(yè)，檢測(cè)人員存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。為了滿足檢測(cè)人員不同的需求，防護(hù)欄采用了多樣性變換，在防護(hù)欄上設(shè)計(jì)了絕緣桿，保證了高壓引線與試驗(yàn)平臺(tái)的安全距離，做到了既安全又省時(shí)。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)方案和創(chuàng)新點(diǎn)

結(jié)合實(shí)際工作情況并分析突破關(guān)鍵性技術(shù)難點(diǎn)，平臺(tái)制定的技術(shù)方案如圖1 所示。

圖1 移動(dòng)式專用平臺(tái)技術(shù)方案

2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)是該平臺(tái)的主要部分，工作平臺(tái)作業(yè)時(shí)的自動(dòng)升降和支腿收放，都是靠泵和液壓缸傳動(dòng)完成，平臺(tái)設(shè)計(jì)圖如圖2 所示。在該液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將工作平臺(tái)的液壓回路分成平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)和支腿收放機(jī)構(gòu)。其中升降機(jī)構(gòu)由液壓缸控制，采用定量齒輪泵供油，在平臺(tái)工作時(shí)，如果出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行或者突然斷電時(shí)，平臺(tái)都設(shè)有保護(hù)裝置，運(yùn)行中如果發(fā)生過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象，過(guò)載繼電器會(huì)發(fā)生動(dòng)作。當(dāng)平臺(tái)在上升階段和下降階段出現(xiàn)斷電時(shí)，平臺(tái)能固定在相應(yīng)的位置，不會(huì)出現(xiàn)突然下落等事故。油流系統(tǒng)中設(shè)有安全溢流閥、手動(dòng)應(yīng)急液壓源等保護(hù)裝置，能保證工作平臺(tái)作業(yè)時(shí)的安全。

圖2 移動(dòng)式專用平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

2.2 防護(hù)欄設(shè)計(jì)

防護(hù)欄的設(shè)計(jì)是高壓電器試驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)的亮點(diǎn)。防護(hù)欄的馬腿型結(jié)構(gòu)可根據(jù)作業(yè)平臺(tái)形狀進(jìn)行變換。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB／T10055的規(guī)定，為了人身和設(shè)備的安全，防護(hù)欄應(yīng)裝有機(jī)械聯(lián)鎖或電氣聯(lián)鎖裝置。本平臺(tái)使用的組合式防護(hù)欄能夠根據(jù)高壓電器的形狀自動(dòng)變換長(zhǎng)度，所以在平臺(tái)升降階段，防護(hù)欄不能操作，處于自鎖狀態(tài)，當(dāng)平臺(tái)運(yùn)行到規(guī)定的位置時(shí)，防護(hù)欄才能開啟變換功能，進(jìn)行相應(yīng)的操作，當(dāng)防護(hù)欄開啟變換功能時(shí)，平臺(tái)不能進(jìn)行升降，處于互鎖狀態(tài)。只有當(dāng)平臺(tái)降到最低位置時(shí)，防護(hù)欄才能打開，試驗(yàn)人員才能離開平臺(tái)。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

該平臺(tái)在研發(fā)過(guò)程中，打破了各檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)目前普遍采用傳統(tǒng)升降車的特點(diǎn)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新：

（1）設(shè)計(jì)自動(dòng)升降和自動(dòng)變換長(zhǎng)度功能，并使用馬腿型結(jié)構(gòu)。自動(dòng)升降采用液壓控制，自動(dòng)變換長(zhǎng)度采用電動(dòng)控制。支腿根據(jù)升降平臺(tái)的高度可以拆卸，在高度高于3m 時(shí)，加裝支腿。

（2）設(shè)計(jì)可使用于平面型或球形或拱形工作面的自動(dòng)組合防護(hù)欄，在防護(hù)欄上面設(shè)計(jì)絕緣桿。行走底盤前面安裝有兩個(gè)萬(wàn)向輪，可以根據(jù)試品的形狀調(diào)整方向，配合自動(dòng)組合式防護(hù)欄進(jìn)行檢測(cè)檢驗(yàn)工作。

（3）該平臺(tái)是為高壓電器試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的機(jī)械助手，能做到對(duì)高壓電器的檢測(cè)檢驗(yàn)不留盲區(qū)和死角，作為高壓電器設(shè)備整體檢測(cè)檢驗(yàn)使用。

（4）為了工作方便，平臺(tái)設(shè)計(jì)了專用的絕緣吊鉤和高清攝像儀。可作為高壓絕緣子、金具、避雷器等試品的試驗(yàn)工位，而且為高空作業(yè)者解決了攜帶工具不方便的問(wèn)題。

3 平臺(tái)仿真過(guò)程

依據(jù)上述方案，本文首先在Solidworks 中對(duì)平臺(tái)的液壓部分進(jìn)行Motion 分析。液壓部分設(shè)置界面圖如圖3所示。

圖3 液壓部分設(shè)置界面圖

在平臺(tái)液壓桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)置時(shí)，選擇線性馬達(dá)。進(jìn)行人力設(shè)置時(shí)，按照《電工安全技術(shù)操作規(guī)程》規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，人員不能少于2 人，所以活動(dòng)平臺(tái)上的工作人員按照2人計(jì)算，總共200kg，G＝200×10＝2000N，對(duì)活動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生力的方向向上，作用點(diǎn)在活動(dòng)平臺(tái)上。設(shè)置引力方向豎直向下，仿真時(shí)間設(shè)置為5s。得到如圖4、5、6、7 所示的液壓輸出力矩分析圖、液壓線性速度圖、液壓能源消耗圖和活動(dòng)平臺(tái)位移變化曲線圖。

圖4 液壓輸出力矩分析圖

圖5 液壓線性速度圖

圖6 液壓能源消耗圖

圖7 活動(dòng)平臺(tái)位移變化圖

在Solidworks 中對(duì)直線運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行分析。直線運(yùn)動(dòng)部分采用直線導(dǎo)軌和絲桿，外加步進(jìn)或伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中向活動(dòng)平面施加1900N 的力，Motion 分析中對(duì)絲桿進(jìn)行一次左右運(yùn)動(dòng)分析，直線運(yùn)動(dòng)設(shè)置界面圖如圖8 所示。

圖8 直線運(yùn)動(dòng)設(shè)置界面圖

力作用在活動(dòng)平面上時(shí)豎直向上，大小為1900N，設(shè)置引力方向?yàn)樨Q直向下。設(shè)置仿真時(shí)間為8s，其中前4s 為向左運(yùn)動(dòng)，后4s 為向右運(yùn)動(dòng)。仿真得出的馬達(dá)力矩、線性位移、線性速度曲線圖分別如下圖9、10、11 所示。

圖9 馬達(dá)力矩曲線圖

圖10 線性位移曲線圖

圖11 線性速度曲線圖

從仿真曲線來(lái)看，高壓電器試驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)設(shè)計(jì)結(jié)果是可行的，能夠在G＝2000N 的作用力下自動(dòng)升降和自動(dòng)變換長(zhǎng)度。驗(yàn)證了本文所搭建的試驗(yàn)平臺(tái)仿真模型的正確性和可靠性［3］。

4 結(jié)論

高壓電器檢測(cè)檢驗(yàn)用移動(dòng)式安全防護(hù)專用平臺(tái)是高壓電器檢測(cè)檢驗(yàn)行業(yè)未來(lái)發(fā)展不可缺少的設(shè)備。本文搭建了基于Solidworks 的仿真模型，對(duì)平臺(tái)的液壓部分和水平移動(dòng)部分分別進(jìn)行了Motion 分析，得出了液壓輸出力矩曲線、活動(dòng)平臺(tái)位移變化曲線、馬達(dá)力矩曲線、線性位移和速度曲線。曲線分析表明平臺(tái)在位移和速度上有很好的動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性，完全能夠滿足設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。本文可為其它高壓電器移動(dòng)式平臺(tái)設(shè)計(jì)提供借鑒。