輸電線路坐式單導(dǎo)線飛車的研制

廖志文 林靖瑯

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529100）

1 設(shè)計背景

送電線路由于架設(shè)在野外，所接觸到的地形、氣候條件有著較大差異。廣東省江門市地處沿海地區(qū)，由于降雨較為充沛，水分的酸堿性、夾雜鹽類等，容易加速導(dǎo)地線的氧化，導(dǎo)致其發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。同時由于江門地區(qū)電力線路發(fā)展較早，建成了很多投運超過30年的110 kV線路，這些110 kV線路一般為單導(dǎo)線。近年來，為滿足技防的要求，需要更換殘舊、銹蝕的導(dǎo)地線，以適應(yīng)日益嚴(yán)峻的防風(fēng)防汛形勢。更換導(dǎo)地線必須在交叉跨越上方織網(wǎng)以防止發(fā)生掉線事件，織網(wǎng)則需要施工人員長時間坐飛車出導(dǎo)線。

施工人員坐飛車出導(dǎo)線，通常需要腰部長時間向同一方向彎曲，且一直以腰部用力的姿勢保持平衡。長時間彎腰且受力的作業(yè)，將導(dǎo)致腰部處于長期緊張狀態(tài)，局部血管、神經(jīng)長時間受壓迫，使得身體血液循環(huán)受阻，嚴(yán)重者不乏腰肌纖維收縮、痙攣，松弛度減弱造成的腰肌勞損問題，嚴(yán)重威脅著高空作業(yè)人員的人身安全。同時，如此長期不符合人機工效的操作，容易使施工人員產(chǎn)生抵觸心理，從管理角度而言，容易誘發(fā)不聽指揮的不利因素，導(dǎo)致現(xiàn)場管理失控，易發(fā)生人身傷亡的事故事件。

為此，本項目小組結(jié)合實際作業(yè)分析，針對飛車整體結(jié)構(gòu)進行升級改造，重點改善人員需要長時間作業(yè)時出現(xiàn)的不適感，同時保證高空人員的安全，有效提升輸電線路檢修質(zhì)量和運行安全性。

2 飛車結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示，傳統(tǒng)單導(dǎo)線飛車結(jié)構(gòu)簡單，僅由兩個滾輪、不銹鋼車身、一個腳踏和一個簡易座椅組成，其存在著以下缺點：1）傳統(tǒng)飛車由于未能卡住導(dǎo)線，易滑動，施工作業(yè)人員上下滑車極其困難；2）傳統(tǒng)飛車設(shè)計時缺少人機工效考慮，人員乘坐極度不舒適，致使人員移動費力，對高空作業(yè)人員的體力是一個極大的考驗[1]。

圖1 傳統(tǒng)飛車

本項目研制的新式單導(dǎo)線飛車結(jié)構(gòu)包括三大部分：滑輪部分、剎車部分、承托部分。

2.1 滑輪部分

選用的滑輪部分需滿足以下3個條件：1）滑輪具有較好的耐磨性、抗沖擊性，適用于一般的低載荷場景即可；2）滑輪材質(zhì)摩擦系數(shù)小，減少對導(dǎo)線的磨損，還要保證其使用壽命較長；3）尺寸最好為標(biāo)準(zhǔn)件，便于獲取的同時，適用于目前大部分運行中的110 kV單導(dǎo)線線路。

通過比對市面上易獲取的適用于滑輪的材料，發(fā)現(xiàn)純尼龍材質(zhì)為本項目較為理想的材料。尼龍材質(zhì)滑輪機械性能較好，其與鋼芯鋁導(dǎo)線的摩擦系數(shù)為0.2，使用過程中產(chǎn)生的摩擦力較小，對導(dǎo)線磨損傷害較低，可忽略不計。純尼龍材質(zhì)滑輪還具有以下優(yōu)點：1）尼龍材料耐磨，使用壽命大于鑄鐵輪；2）尼龍材料質(zhì)量較輕，成本低；3）價格便宜，獲取渠道廣。

市面上較易獲取的純尼龍滑輪（含軸帶軸承）標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸如表1所示。

表1 尼龍滑輪參數(shù)

PA6是一種很重要的工程用塑料，具有較好的力學(xué)性能、耐化學(xué)藥品性，熱穩(wěn)定好，強度高，被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、化工設(shè)備、電子工程、電器、機械、航空以及建筑業(yè)等領(lǐng)域，充分顯示了其在現(xiàn)代工業(yè)中占有的地位。由于優(yōu)良的性能表現(xiàn)，PA6常作為制作軸承、滑輪、齒輪的原材料，與本項目的目標(biāo)契合[2]。

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該滑輪標(biāo)準(zhǔn)件可卡入目前185～300 mm2的導(dǎo)線，該類型導(dǎo)線是目前大部分在運行110 kV線路的截面積，足以滿足110 kV線路的施工需求。

2.2 剎車部分

理論上，要把一根導(dǎo)線拉直需要無窮大的力，實際中不存在這樣的力，而且輸電線路輸電距離較長，導(dǎo)線有自重，導(dǎo)線越直，崩得越緊，拉力就越大，在導(dǎo)線受到風(fēng)壓的情況下，輸電線路桿塔水平荷載越大，對于輸電線路設(shè)計要求非常高。所以，電力線路設(shè)計時為防止發(fā)生倒塔倒桿的情況，會在可控范圍內(nèi)留有弧垂，使導(dǎo)線呈懸垂鏈?zhǔn)降男螤睢?/p>

導(dǎo)線留有弧度，而傳統(tǒng)舊式飛車因未能卡緊導(dǎo)線，容易滑動，導(dǎo)致高空人員上下飛車極其難受。出導(dǎo)線工作，為了保持平衡，腰部長期受力，容易造成人員受傷。為飛車加上剎車系統(tǒng)，可以保證飛車在作業(yè)過程中保持卡緊鎖死狀態(tài)。與滑輪不同，剎車系統(tǒng)需要較大的摩擦系數(shù)，通過剎車材料夾緊導(dǎo)線的方式，使得高空人員在工作過程中，移位到工作地點后，可使飛車固定在導(dǎo)線上，同時不能損傷導(dǎo)線，則要求材質(zhì)有著不錯的剎車性能，還要有著夠軟的質(zhì)地。通過類比日常生活中較常見的物件，發(fā)現(xiàn)普通自行車制動裝置是較合適的模型，該類自行車制動剎車片使用橡膠，橡膠有著很好的摩擦性能，也用于自行車的輪胎，可增大與地面的接觸摩擦力。橡膠制作的剎車壽命較長，飛車移動速度低、載重輕，從經(jīng)濟成本、加工難度和安全系數(shù)綜合考慮，是剎車部分理想的與導(dǎo)線接觸的材料。

丁苯橡膠，簡稱SBR，是橡膠工業(yè)的骨干產(chǎn)品，是目前市面上最通用的合成橡膠品種。SBR橡膠具備生熱低、低溫?fù)闲院谩⑷菀准庸こ尚偷膬?yōu)點，較適合作為本項目飛車的剎車橡膠。把剎車橡膠固定在與飛車主桿同樣的材質(zhì)上，再通過固定螺栓安裝在飛車上，并可通過活動螺栓調(diào)節(jié)，達(dá)到放松和緊固的目的，實現(xiàn)剎車的要求。剎車裝置如圖2所示。

圖2 剎車裝置設(shè)計圖

2.3 承托部分

秉承著我司“一切事故都可以預(yù)防”的安全理念，設(shè)計的新式飛車應(yīng)符合人機工效。人機工效，以人為本。通過研究人—機—環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系，探知人體在特定工作環(huán)境中的工作能力和工作極限，針對高空作業(yè)人員使用飛車的難點、痛點，深入了解人體與飛車的矛盾，才能準(zhǔn)確把握新式飛車的設(shè)計方向。本項目小組運用問卷調(diào)查的形式，采訪調(diào)研了共102名以前和目前有坐飛車出導(dǎo)線經(jīng)驗的員工，主要設(shè)計以下幾個問題：

1）最近一次使用飛車時，工作人員的體重區(qū)間：

A.50 kg 以下 B.50 ～60 kg C.60 ～70 kg D.70～80 kg E.80～90 kg F.90～100 kg G.100 kg以上

2）使用飛車，人體哪個部位最難受：

A.頭部 B.頸部 C.腰部 D.腿部 E.其他_________（請?zhí)顚懀?/p>

3）使用哪種材質(zhì)的飛車體驗最好：

A.鑄鐵 B.鋁合金 C.其他材質(zhì)______（請?zhí)顚懀?/p>

收集好信息后，分析得出的結(jié)果，與本項目小組的構(gòu)想大致相同。高空作業(yè)人員使用飛車時，人體感覺最難受的部位是腰部，這是因為在高空作業(yè)時，為了防止飛車擺動，需要利用腰部的力量進行平衡，由于沒有腰部支撐，整個工作過程中腰部無法得到休息，致使腰部異常難受，更有甚者，可能導(dǎo)致作業(yè)時腰部神經(jīng)麻木，難以獨自完成工作，需要其他人員協(xié)助方可回到鐵塔附近，這在增加人員投入的同時，也難以保障工作安全。本項目中的飛車通過增加腰部支撐結(jié)構(gòu)，以解決腰部受力嚴(yán)重的問題，一方面能給腰部支撐以緩解疲勞，另一方面延長了員工工作的續(xù)航時間，當(dāng)工作人員累了之后，可直接在飛車上原地休息。同時，還緩解了高空作業(yè)人員的恐懼感，當(dāng)使用飛車在導(dǎo)線上移動時，由于傳統(tǒng)飛車后背無支撐，高空人員容易感到往后翻，當(dāng)有了后背支撐后，后顧之憂得以消除，工作便可大膽開展。

針對材質(zhì)問題，優(yōu)先使用鋁合金材料。對比鑄鐵，鋁合金有以下特點：

1）鑄鐵與鋁合金同體積的情況下，鋁合金質(zhì)量輕約1/3；

2）鋁合金加工性良好，適合各種加工工藝，而本項目主要涉及的加工有切割和鉆孔，鋁合金材料都能在加工后保持強度不變；

3）耐腐蝕性，鋁合金表面較易氧化成氧化鋁，能有效保護加工后的飛車，使其不易生銹，可長期使用；

4）鋁合金可回收很強，有利于節(jié)約資源。

結(jié)合工作中的體驗，質(zhì)量較輕的單導(dǎo)線飛車可大幅減少人員在高空作業(yè)過程中的體力消耗。其他材質(zhì)，如碳纖維材料等，雖具有更好的機械性能和質(zhì)量控制性能，但由于其不菲的價格，在實際工作中不易實現(xiàn)。

在保證安全的前提下，本項目飛車采用型號為6063-T6的鋁合金材料。6063-T6型鋁合金主要合金元素是硅、鎂，并形成Mg2Si，由于Mg2Si固溶于鋁中，6063-T6型鋁合金有人工時效硬化功能（人工時效是指將經(jīng)固溶處理后的合金加熱到室溫以上的適當(dāng)溫度，保持一定時間使合金性能發(fā)生變化的處理過程。人工時效時，新相沉淀的速度較自然時效快，但硬化的峰值沒有自然時效高）；含有一定量的錳與鉻，可以起到中和鐵的剛度不夠的作用；添加少量的銅和鋅，提高了合金的強度，而又不使其抗腐蝕性明顯降低；鈦能細(xì)化晶粒，可控制再結(jié)晶組織[3]。

對人員體重的調(diào)查，主要目的在于改善傳統(tǒng)舊式飛車空間較小的問題，達(dá)到對飛車進一步優(yōu)化的目的，同時也被作為本項目單導(dǎo)線飛車能承受最高質(zhì)量的參考。

3 整合設(shè)計

綜上所述，本項目坐式單導(dǎo)線飛車為質(zhì)量輕、有腰部支撐、可提升工作續(xù)航時間的鋁合金材料加工而成的新式飛車。CAD設(shè)計圖如圖3所示。

圖3 坐式單導(dǎo)線飛車設(shè)計圖

4 結(jié)束語

江門開平市、臺山市、恩平市即將更換導(dǎo)地線線路約400 km，在此背景下，使用該坐式單導(dǎo)線飛車具有非常強的實際工程價值。該飛車結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，能大幅度提高工作續(xù)航能力，降低工作強度，減緩身心疲憊。尤其是對于目前大量入企的新員工，他們?nèi)鄙俑呖兆鳂I(yè)經(jīng)驗，高空作業(yè)技能弱，利用坐式單導(dǎo)線飛車學(xué)習(xí)出導(dǎo)線并克服高空恐懼是不錯的選擇，值得推廣。