引言

隨著特高壓電網的高速發展,線路的絕緣配置越來越高,為滿足絕緣要求,除增加絕緣子的爬電距離,擴大盤徑外,更需要增加絕緣子數量,絕緣子長度也隨之增加,特別是特高壓線路,一般情況下絕緣子長度為9～11m,在停電檢修工作中,需對合成絕緣子進行重點檢查,為防止損壞合成絕緣子,需采用專用的軟梯進行檢修作業。而傳統軟梯重量大,不便于攜帶,難以做到單人操作。在上下軟梯的過程中,人員體力消耗大,增加了作業人員的勞動強度,降低了工作效率。

1結構設計與材料選擇

1.1軟質爬梯結構

當前在超特高壓輸電線路運維中,所使用的上下絕緣子爬梯結構主要由繩索和橫桿組成,重量大,不方便攜帶,在塔上作業時只有一端為固定結構,爬梯呈漂浮狀,不便于工人的檢修操作。

1.2改進結構及材料

本文針對傳統軟梯存在的缺陷,優化了原有工具的結構和材質,使其輕量化,便于攜帶和操作。

（1）主爬梯采用兩端固定方式,通過收緊裝置使爬梯呈半剛性狀態,便于人員登踏和上下。利用鐵塔橫擔和導線形成對拉受力,爬梯呈受力狀態,繩索繃緊。

（2）材料選用高強度扁帶,減小爬梯重量和體積,便于攜帶,腳蹬部分采用航空鋁材,減小重量,提高耐用性。

經過深入研究,設計出了便攜式軟梯方案,可滿足實際工作中的需要,主爬梯結構如圖1所示,爬梯長度可調,最長可達14m,主爬梯實物如圖2所示。

1一上掛鉤;2一收緊裝置;3一腳踏板;4一扁帶;5一下掛鉤。圖l主爬梯結構圖

1.3附屬設施實現升降

該工具通過專用的上升下降裝置,利用繩索實現自重下降,腳蹬上升。根據市場調查研究,針對目前成熟的登山、攀

圖2主爬梯實物圖

巖、探洞工具進行改良,將其應用到輸電線路運維中。

附屬的上升下降裝置主要由胸部上升器、手部上升器、下降器、繩索組成。

1.3.1胸部上升器及工作原理

胸部上升器及組成結構如圖3所示。

圖3胸部上升器及組成結構

通過外殼與棘刺夾板對繩索形成摩擦力,胸部上升器掛在操作人員的胸部,上升時,棘刺夾板順時針轉動一定角度,不產生夾緊及摩擦力,可沿繩索上升,無阻力。當胸部上升器向下滑動時,棘刺夾板逆時針轉動一定角度,棘刺夾板將繩索夾緊,無法下降,從而使工作人員懸掛在繩索上呈靜止狀態。1.3.2手部上升器及工作原理

手部上升器及組成結構如圖4所示。手部上升器與胸部上升器工作原理相同,只能上升,不能下降。

1.3.3工作人員在繩索上上升的原理

（1）手部上升器安裝在繩索最上端,手部上升器下端連接一付長度合適的繩套（根據人員身高可調節）,用于腳踩。

（2）胸部上升器安裝在手部上升器下端,與作業人員的安全皮帶胸口相連。

圖4手部上升器及組成結構

(3）上升時,胸部上升器受力,人員懸停在繩索上,將小腿彎曲,用手將手部上升器向繩索上方滑移到合適位置,此時用腳踩腳蹬繩套(牛尾）,借助手部上升器的固定力,使人體上升,此時胸部上升器會隨人體上升而沿繩索上滑。

(4）人體向下坐,使胸部上升器受力,完成上升一步的操

作。再重復(3）操作,循環往復,達到快速上升的效果。

(5）人員可從輸電線路的導線側,上升至橫擔位置。1.3.4下降器及工作原理

下降器及組成結構如圖5所示。

圖5下降器及組成結構

下降器工作原理:下降器通過摩擦輪和扇形制停輪使繩索形成"s"狀,在不按壓手柄時,制停輪凸起處將繩索擠壓在摩擦輪上,形成摩擦力,繩索鎖緊,人員可懸吊在繩索上。

當人員按動手柄時,制動輪解鎖,逐步放松壓緊力,人員可利用自重慢速下滑,可從輸電線路橫擔處下滑至導線端作業。圖6為下降狀態操作示意圖及鎖死保護示意圖。

圖6下降狀態操作示意圖及鎖死保護示意圖

1.4便攜式爬梯優點

便攜式升降軟梯解決了輸電線路高空作業人員上下導線不便的技術難題,其主要優點如下:

1.4.1操作方便

該套工具輕便,約5kg,可根據需要長度進行調整,便于攜帶,上下鐵塔方便,省時省力。

1.4.2上升下降安全、省力

該爬梯的主爬梯可提供腳蹬攀爬功能,操作人員可在爬梯上進行作業:升降繩索利用上升、下降器實現省力、安全升降,升降速度快,提升作業效率。

1.4.3提高便攜性

該爬梯改變了傳統爬梯笨重的缺點,攜帶靈活,可作為個人便攜式工具使用,提升工作效率。

1.4.4提高穩定性

對比傳統式爬梯,便攜式爬梯可以將主爬梯固定在鐵塔橫擔和導線之間,利用收緊裝置使爬梯呈半剛性狀態,便于人員攀登,爬梯不會隨風舞動,提高穩定性和可操作性。

1.5安全保障

根據選材和加工工藝,所有部件承載力不小于10kN,單人或雙人同時在爬梯上作業載荷不超過5kN,安全系數有所保障。

2主爬梯研制及附屬產品的改進

2.1主爬梯研制的成品

根據所設計的扁帶軟質爬梯及收緊裝置,進行加工制作,爬梯下掛鉤及腳蹬成品如圖7所示,爬梯上掛鉤及收緊裝置如圖8所示。

圖7爬梯下掛鉤及腳蹬成品

圖8爬梯上掛鉤及收緊裝置

主爬梯主要由上掛鉤、收緊裝置、中間腳蹬、下掛鉤組成,本次設計的主爬梯為分段式設計,可利用掛鉤進行連接,以用于不同長度的絕緣子串,收緊裝置可調范圍為0.6m,利用收緊裝置對爬梯進行收緊,使爬梯呈半剛性狀態,便于踩踏。

2.2附屬升降產品的應用

根據目前成熟的繩索升降裝置,結合掛鉤式爬梯的應用,人員可借助爬梯腳蹬進行作業,在升降過程中使用繩索及繩卡上升下降。繩索升降附件如圖9所示。

附屬升降裝備包括繩索、上升器、下降器等部件,下降時利用人體自重,通過下降器對繩索的阻尼效應勻速下降,并能夠控制下降速度和止停高度。上升時,利用腳蹬和手升裝置,

圖9繩索升降工具套件

—步—升,人員可以時刻停留在繩索上。在作業時,可借助主爬梯的腳蹬受力,停止在作業位置,方便對輸電設備的檢查和維修。

2.3主要技術參數

兩端固定式爬梯和升降繩索及附件的主要技術參數如表1、表2所示。

表1兩端固定式爬梯參數

表2升降繩索及附件主要技術參數

2.4使用注意事項

(1）主爬梯固定在鐵塔橫擔塔材上,必須對限位扣緊螺栓進行緊固,收緊裝置收緊后,保證手柄朝上,卡緊齒輪。

(2）主爬梯收緊裝置手柄處于朝下方向時,可將收緊的扁帶松出,以便取下爬梯。

(3）主爬梯下掛鉤需勾住下方導線,為防止導線損傷,應對掛鉤設置包膠。

(4）繩索升降附件在使用中必須保證扣環的保險裝置已處于鎖定位置。

(5）各部件的繩索長度應根據作業人員的身高等因素進行調整,調整至作業舒適長度。

(6）繩索與塔材連接接觸部位已做包膠處理,如外膠損壞,應及時進行修補包膠,以防繩索內部受損。

(7）工具存放時,應處于干燥通風環境。

(8）使用前,應進行外觀及受力檢查,定期保養。

3試驗測試

爬梯扁帶及連接腳蹬按如圖10所示的連接方式進行試驗布置。按照設計額定荷載(2.0,k）依次進行動荷載、靜荷載和破壞荷載試驗,試驗結果如圖11、圖12所示。

試驗表明[1]:在1.5倍額定荷載作用下,爬梯各零件無變形、無斷裂、無損傷:在2.5倍額定荷載作用下持續5Nin,各零件無永久變形及損傷:當荷載逐步穩定加載至8,k時,連接腳蹬開始變形:當荷載逐步穩定加載至12.5,k時,扁帶連接處發生斷裂。爬梯的額定荷載滿足設計值2,k,破壞荷載達到12.5,k,機械強度試驗符合相關標準要求,可以在特高壓輸

圖10爬梯試驗布置圖

圖11爬梯破斷圖

圖12機械試驗結果

電線路上安全、可靠的使用。

4現場應用效果

4.1現場應用

本次研究成果首先經過試驗合格后,課題組組織在培訓場地進行試驗應用,課題小組通過對新研制產品和傳統爬梯產品對比操作,經過使用人員鑒定,—致反映采用兩端固定式爬梯,輕便省力,操作便捷,特別是上升和下降繩索裝置在作業中可以解放雙手,停留在空中指定位置作業,對檢查、拍照等作業有很大幫助。產品現場試用情況如圖13所示。

通過現場應用,采取兩端固定式爬梯,長度單節0.4N可靈活連接,適用于各種電壓等級的輸電線路,兩端固定,通過收緊裝置使爬梯受力,呈半剛性狀態,便于操作:傳統爬梯長

圖13現場試用圖

度無法調整,采用繩索結構,現場呈懸吊狀態,晃動厲害,不便于上下操作,大量耗費作業人員體力。新型爬梯兩端固定如圖14所示,傳統爬梯作業時擺動較大,如圖15所示。

圖14新型爬梯兩端固定

圖15傳統爬梯作業時擺動較大

經過試用后,該工具在輸電運檢二分部所轄線路的停電檢修中進行現場試用,輸電運檢二分部2019年10月份停電檢修線路5條,在其中2條線路中進行應用。應用結果表明,該工具在特高壓輸電線路帶電作業使用過程中安全、高效、便捷,且在輕質化和機械化方面有很大進步,滿足實用化要求,具有極大的推廣應用價值,能為超特高壓帶電作業的順利開展提供有力的技術和裝備支撐。

4.2技術關鍵點及創新點

(1）將其他領域先進的做法引入輸電線路運維工作中,提高工作效率,實現共享發展。利用攀爬防墜器原理,繩卡在上升時解鎖,可以上升,在停止或下墜時鎖止,人員停留在繩索上,使攀爬省力,上下快捷。

(2）裝備輕便。科技不斷發展,制造業水平飛速發展,在保障高強度繩索的安全性前提下,繩索的直徑和重量得到很好的控制,完全能夠做到單人攜帶和使用。利用輕便的繩索和上升下降器材取代傳統笨重的軟梯,提高工作效率。

(3）便攜式爬梯改變原有爬梯固定結構,可分節連接,按線路絕緣子長度配置,上下兩端固定,解決了傳統爬梯搖擺的問題,減輕了作業人員的勞動強度。

5結語

本設計在傳統爬梯工作原理的基礎上對軟質爬梯進行了改進,增加了附屬升降裝置,通過對新研制產品的力學試驗,結果表明其強度滿足生產需要和安全要求。通過現場試用和改進調試,驗證該產品的可用性,通過整合,確定本產品由主爬梯和附屬升降裝置組成,可減輕作業者的勞動強度,提升作業效率。