角钢型铁塔专用防坠落自锁装置在铁塔高空作业中的应用

韩昊等

2.西安同凯电子科技有限责任公司，陕西 西安 710075）

摘要：文章针对角钢型铁塔研制一种攀爬个人防护自锁装置，从而实现工作人员上下杆塔的防坠落安全防护。该锁紧装置具有携带方便的特点，可针对不同电压等级的角钢型铁塔设置不同的专用型号，有效防止登塔人员意外坠落的发生。现场试验证明，角钢型铁塔防坠落自锁装置能够为登塔人员提供强有力的安全保障，提高工作效率。

关键词：角钢型铁塔；防坠落；自锁装置；登塔检修；铁塔高空作业 文献标识码：A

中图分类号：TM754 文章编号：1009-2374（2016）06-0053-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.06.027

1 概述

我国高压送电线路的杆塔一般由水泥杆、铁塔组成，过去的以望远镜观测的巡检手段逐渐显示出了它的局限性，也越来越多地受到天气状况和空气质量的制约和影响，巡检的效果和效率难以保证。为了确保特高压和超高压输变电线路的检修质量和安全运行，登塔检修也将会越来越频繁地运用到我们的检修作业当中。电力安全工作规程第6.2.5条规定“220kV及以上线路杆塔宜设置高空作业人员上下杆塔的防坠安全保护装置”，第6.2.1条规定“高处作业时，安全绳（带应挂在牢固的构件上或专为挂安全带用的钢架或钢丝绳上，并不得低挂高用，禁止系挂在移动或不牢靠的物件上）”。电力建设安全工作规程第2部分：架空电力线路第8.0.5规定“高空作业应使用速差自控器或安全自锁器，高塔作业必须使用速差自控器或安全自锁器”。高处作业人员在转移作业时不得失去保护，手扶的构件必须牢固。垂直转移时应使用速差自控器或安全自锁器。目前，线路作业人员在上下攀爬杆塔的过程中，因为传统的安全带无法全过程发挥作用，人员有时处于一种失去防护的状态，其人身防护完全取决于自身的精神状态、体力情况、技术技能及周边环境因素等，如果某个环节发生问题，就有可能发生人员高处坠落的恶性事故。

针对100米以上的输电铁塔，过去的以望远镜观测的巡检手段逐渐显示出了它的局限性，也越来越多地受到天气状况和空气质量的制约和影响，巡检的效果和效率难以保证。为了确保特高压和超高压输变电线路的检修质量和安全运行，登塔检修也将会越来越频繁地运用到我们的检修作业中。国际上在角钢型铁塔攀爬专用设备领域仍处于空白阶段，而我国的输变电线路又以角钢型铁塔为主，角钢型铁塔的检修作业任务占相当比重。所以针对角钢型铁塔，研制一种既能提高登塔检修工作效率，又携带方便、易于使用的轻型铁塔攀爬设备显得十分必要和紧迫。

2 任务需求

国内目前在有的大跨越塔上使用的铁塔攀爬机，虽然起到了提高工作效率、降低劳动强度和改善作业环境的作用，但其设计思路是针对钢管型跨越铁塔和多人乘用，所以铁塔攀爬机对铁塔产生的作用力之大使其并不适用于角钢型铁塔。而且，很多角钢型铁塔的高度一般都在80米以下，铁塔攀爬机的优点并不能完全体现。现有的保护手段还有轨道式攀登防坠落保护装置和双安全带交替保护。轨道式攀登防坠落保护装置采用防坠器配合全身安全带与防坠导轨配合。防坠装置的核心部件的防坠器，有不锈钢、特制合金等不同的材料。其中防坠器具有自锁功能和导向设施，防坠器随攀登者向上、向下在轨道上自由移动，无需手动操作。当发生坠落时，防坠器会自动锁定在导轨上。但是导轨必须是专门设计的导轨或者垂直布置的钢丝绳，必须贯穿全塔。因此，导轨投资的成本大，每基都要安装，防盗也是问题。双安全带交替保护通过安全带特殊的缠绕方法实现下坠过程中的拉紧、锁死。其过度塔材结点是必须交换安全带，增加作业人员的操作步骤，降低登塔效率，而且繁琐的步骤可能增加作业人员下坠的几率。

针对角钢型铁塔，研制一种攀爬个人防护自锁装置。该装置可卡入角钢一侧锁紧角钢，装置与工作人员腰间的安全绳连接，当人员沿铁塔脚钉上下攀爬时，自锁装置可在安全绳的拉力作用下沿角钢上下缓慢移动。当人员发生意外坠落时，该自锁装置可快速锁紧角钢，防止人员坠落。该自锁装置具有在安全绳拉力作用下上下缓慢移动的功能，同时该锁紧装置具有携带方便，可针对不同电压等级的角钢型铁塔设置不同的专用型号，有效防止登塔人员意外坠落的发生。

3 角钢型铁塔防坠落自锁装置的关键技术

3.1 锁紧装置的研制

锁紧装置触发传感器的配合及协调，此装置集成了自动控制技术和机械传动技术，加工工艺较复杂，必须有3D打印的反复模拟方可定型。

3.2 安全绳移动套筒的研制

安全绳移动套筒由四节凹口钛合金杆及中间自动锁紧钢绳组成，此装置集成了机械传动技术和控制技术，加工工艺较复杂，必须有3D打印的反复模拟才可定型。

3.3 安全性应力试验

由于此装置涉及到人身安全，所以其安全性试验比较重要，而且要多次验证。

4 角钢型铁塔防坠落自锁装置的应用情况

为了确保特高压和超高压输变电线路的检修质量和安全运行，登塔检修将会越来越频繁地运用到我们的检修作业当中。角钢型铁塔防坠落自锁装置应用于登塔高空作业中，极大地保障了工作人员人身的安全，同时也将极大地提高工作效率。我们研发的角钢型铁塔防坠落自锁装置主要包括：（1）锁紧装置A；（2）锁紧装置B；（3）锁紧装置A的触发传感器；（4）锁紧装置B的触发传感器；（5）安全绳移动套管；（6）控制器。

该装置可卡入角钢一侧锁紧角钢，装置与工作人员腰间的安全绳连接，当人员沿铁塔脚钉上下攀爬时，自锁装置可在安全绳的拉力作用下沿角钢上下缓慢移动。当人员发生意外坠落时，该自锁装置可快速锁紧角钢，防止人员坠落，该自锁装置具有在安全绳拉力作用下上下缓慢移动的功能，从而实现工作人员上下杆塔的防坠落安全防护。同时该锁紧装置具有携带方便的特点，可针对不同电压等级的角钢型铁塔设置不同的专用型号，可有效防止登塔人员意外坠落的发生。

本项目研究形成的成果，无论是角钢型铁塔专用防坠落自锁技术研究方法和基础数据，还是防护器材，均在国内外首次实现，对我国在电力防坠落方面提供了新的技术手段，有着实际的指导意义和广泛的适用价值。

5 角钢型铁塔防坠落自锁装置的优势

利用角钢型铁塔防坠落自锁装置，可以为工作人员在登塔高空作业时提供有力的安全保障，可以有效地减少坠落几率，并提高工作效率。此款角钢型铁塔防坠落自锁装置具有多方面的优势：

5.1 结构设计

力求紧凑简单重量轻，便于维修和转移，由6个部分分组协助完成：（1）锁紧装置A；（2）锁紧装置B；（3）锁紧装置A的触发传感器；（4）锁紧装置B的触发传感器；（5）安全绳移动套管；（6）控制器。

5.2 传动部分设计

要可靠耐用，易于制造，研究防腐措施，并且要求造价低。

5.3 控制部分

要求程序简单，工作平稳，确保安全可靠。

5.4 安全部分

要求考虑周全，要能够解决所有意外的发生，保证使用人员的安全，并且要绝对可靠。

5.5 人性化设计方面

要符合人体工程学，使工作人员易于操作并感到安全舒适。

5.6 与铁塔的连接设计

要求连接部分模块化，通用性强，满足各种安装

形式。

5.7 各种配套设备的计算和选型

根据作业使用要求和载重量要求对所需设备参数进行计算，做到最优化。

5.8 产品试制

寻找技术实力雄厚并真诚可靠的合作伙伴，具有完备的加工工艺、质量控制体系和出厂检测手段。

5.9 产品试验

要模拟各种实用工况，并对安全部分进行超载测试、超速下降测试和破坏性测试。

5.10 产品改进

针对产品试制和试验过程中出现的问题进行改进并完善。

6 角钢型防坠落自锁装置技术指标

角钢型防坠落自锁装置主要技术指标如下：（1）自锁转速：≥40cm/s；（2）装置重量：≤5kg；（3）电池容量：10Ah；（4）最大伸缩长度：4m；（5）最小收缩尺寸：1.2m；（6）蜂鸣器数量：2个；（7）工作环境温度：-20℃～50℃。

图1 产品图

7 结语

国内现有的保护手段还有轨道式攀登防坠落保护装置和双安全带交替保护。轨道式攀登防坠落保护装置采用防坠器配合全身安全带与防坠导轨配合。防坠装置的核心部件的防坠器有不锈钢、特制合金等不同的材料。防坠器具有自锁功能和导向设施，防坠器随攀登者向上、向下在轨道上自由移动，无需手动操作。当发生坠落时，防坠器会自动锁定在导轨上，但是导轨必须是专门设计的导轨或者垂直布置的钢丝绳，贯穿全塔。因此，导轨投资的成本大，每基都要安装，防盗也是问题。双安全带交替保护通过安全带特殊的缠绕方法实现下坠过程中的拉紧、锁死，其过度塔材结点是必须交换安全带，增加作业人员的操作步骤，降低登塔效率，而且繁琐的步骤可能增加作业人员下坠的几率。针对输电线路杆塔登高作业安全防护措施不完善、作业人员登高过程不能得到完全有效保护的情况，研制一种使用方便、成本较低、不需对每基铁塔进行改造、使用范围广的角钢型铁塔防坠落自锁装置具有极其重要的意义。

本研究项目形成的成果，无论角铁型铁塔专用防坠落自锁技术研究方法和基础数据，还是防护器材，均在国内外首次实现，对我国在电力防坠落提供了新的技术手段，有着实际的指导意义和广泛的适用价值。该项目成果若推广至全国电力系统应用，将会实现更大的社会价值和经济效益。

参考文献

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作者简介：韩浩（1978-），男，湖北省电力有限公司检修分公司工程师，研究方向：输变电线路运行和管理。

（责任编辑：陈 洁）