浅谈技术创新引领推动安全生产发展——刘家道口节制闸自动移动式护栏提升装置的设计与应用

庄逸民 周子靖 董友龙 石少忠

2016年12月，中共中央、国务院印发《关于推进安全生产领域改革发展的意见》。这是历史上第一次以党中央、国务院名义印发安全生产方面的文件，充分体现了党中央对安全生产工作的极大重视。2017年1月，《国务院办公厅关于印发安全生产“十三五”规划的通知》公开发布，把安全生产红线意识作为指导安全生产各项工作的大方向、总战略，并将之凝练归纳为安全发展理念，强调大力弘扬安全发展理念，大力实施安全发展战略，把安全发展融入经济社会发展大局，贯穿于规划、设计、建设、管理、生产、经营等各环节。在国家安全生产形势一片向好的同时，水利基层管理单位在安全生产管理方面也面临更多的机遇和挑战。

刘家道口水利枢纽管理局自成立以来，高度重视安全生产工作，认真贯彻安全生产法律法规和有关规定，制定适合本单位的安全生产规章制度，加强组织领导，落实安全责任、安全投入，定期进行安全教育培训，定期进行工程观测、开展隐患排查，建立健全的安全应急管理预案，保证作业安全，强化安全管理，安全生产情况良好。

近年来，刘道口局重视技术创新，在日常管理工作中遇到现有技术难以解决的困难时，常常集思广益，创新出一种适应新困难的新技术。其中，刘家道口节制闸自动移动式护栏提升装置就是一项不断创新的成果。

一、设计背景

我国拥有众多的河流，水利设施也是广泛分布。在这些水利设施中，水闸是数量最多的，检修启闭机是水闸工程的重要组成部分，是在闸门检修时，用来开启和闭合闸门达到控制水的流动和截止的一种专用起重设备。在水闸日常管理中工作闸门需检修或全程试车时，应将检修门孔上的防护装置打开，检修启闭机将检修闸门吊运到所要检修的闸孔中，使门体叠加成为一体，进入工作状态，方便工作闸门检修或全程试车；而不检修时，检修闸门分别锁定在闸墩上，需要在上方盖上防护装置，防止人员跌落及杂物进入闸口处。为了便于检修启闭机吊运，检修门孔上方由钢结构网格防护栏（以下简称防护栏）覆盖作为安全保护装置，刘家道口节制闸共36孔闸门，每孔共有14个护栏，每个护栏的尺寸为2.7m×1.2m（长×宽），重量110kg。

在日常管理中，工作闸门需进行定期与不定期的检修和全程试车，检修闸门需经常性检查。刘道口局工程技术人员发现每次工作闸门全程试车、检修工作闸门和检查检修闸门时，都必须需要4个工作人员一起把防护栏抬起，然后直行移到安全地方。但是，每次抬起防护栏时，稍有不慎极易造成人员坠落，存在较大安全隐患；而且刘家道口节制闸闸长600余米，操作人员劳动强度高，工作量大。据周边地区调查，目前水闸上还没有专门的设备搬运护栏。

《中华人民共和国安全生产法》提出的12字方针是“安全第一、预防为主、综合治理”。要求在日常工作中必须把安全生产放在首位，不能以牺牲人的生命、健康为代价换取发展，刘家道口局以此为指导思想，为满足水闸工程日常管理和安全生产管理的需求并结合当前的科学管理发展前沿，技术人员及时采取有效措施，消除安全隐患存在，从安全管理着手，根据钢结构网格防护栏的构造结构、工作环境及运行特点，通过对该装置的设计、可行性反复试验、实践操作和改进，不断探索，克服技术瓶颈，推出自动移动式护栏提升装置。

二、设计过程

2014年1月上旬试验正式开始。通过筛选方案、比较性价比，选择Q345B钢管作为机架的金属材料，并在机架外部刷油漆防腐；水平移动轨道采用检修启闭机现有运行轨道为基础；为了满足吊降防护栏时平稳安全，避免发生卡滞现象，在手动转动部位配装开式蜗轮减速机。

经过一段时间的试运行，发现此方案存在以下缺陷：

（1）操作复杂，难以达到两端设备同步。在吊降防护栏时，需要两个人同时摇转位于提升机两端的旋转把手，否则就会导致吊降过程中防护栏发生倾斜，不便操作。

（2）吊运速度慢，工作效率偏低。吊抓防护栏后移动时需要人工推动，不能批量快速移动，需要大量吊运防护栏时工作效率偏低。

（3）不能自动吊运，难以形成集中控制。

民国纪元前十三年，公历一八九九年，十二月二十五日，于其循例之游艺会中加演话剧。是役也，不特为学生演剧之先声；亦即为话剧输入中国之嚆矢。剧凡三：一曰《禀见得妻》，取材于昆曲《人兽关》之《演官》，而多所损益。属混沌初开，因简陋特甚，既无布景，又乏灯光；而上场有诗，下场有对，犹未尽脱旧剧窠臼。其二则为系西洋短剧，纯以英语出之。至剧名为何，已不复能举矣。[4]32

鉴于以上设计缺陷，自2014年7月中旬，开始研究改进移动式护栏提升装置。根据水闸结构、防护栏构造和检修启闭工作环境，通过对设备运行的可靠性和可行性进行反复测试、改进和论证，研制出自动移动式护栏提升装置。该装置既可以实现自动吊运功能，又能批量工作，有效缩短了检修启闭机运行时间，提高了工作效率和安全系数，满足了安全生产管理需求。

三、自动移动式护栏提升装置简介

1.工作原理

主要以直流电池组为驱动电源，采用直流无刷电机驱动控制和蜗轮减速技术，利用行走电机驱动设备的前、后运行，用霍尔感应原理线性调速来控制设备运行速度；利用升降电机和减速器来控制升降速度，并通过传动轴与吊具连接，实现吊抓功能。

2.基本构造

该装置主要由机架、驱动电源、行走电机、升降电机、减速器、传动轴、吊具及自动控制单元组成，利用现有检修桁车的运行轨道为基础，设计为双向自动移动式。

3.设计参数确定及制作过程

（1）机架制作

机架主要用于安装该装置各组成部件，并将荷载传递给基础，保证装置正常运行，其特点是机加工量大，制造尺寸精度要求高。机架的金属材料依然选择Q345B低合金钢。根据工作现场环境，同时又要满足能吊运两个检修防护栏的要求，合理布局装置结构，满足设备跨度要求，设计出机架、行走轮、吊具及其导向装置，并在基础机架、连接部分等多处采用辅助固定方式，保证能承载足够大的重量。

（2）驱动电源选择

在刘家道口节制闸检修桥上无外接移动交流电源，在检修启闭机的滑轨线中接线不现实，重新敷设交流电工作量大，且成本过高。所以选择了一种环保、清洁、转换率高的能源——铅酸蓄电池作为驱动电源，能保障行走电机、升降电机和自动控制单元的稳定电压需求。为了避免蓄电池馈电，方便给蓄电池充电，在电池组置于机架顶端的传动轴上方，设有外接充电口，不需要额外的线缆，实现整机单独运行。通过实践，此电源完全能满足日常工作需求。

（3）动力驱动部分的制作和安装

根据该装置吊具最低位置与最高位置的垂直距离、吊具所能吊抓的最大工作负荷、工作运行速度及两端行走轮同步等技术要求，行走电机选择了两台直流无刷调速电机，升降电机采用了直流无刷电机与涡轮减速机，来提供稳定的动力、可靠的传动比。

行走电机分别安装在装置两端前行走轮侧，与行走轮通过传动轴连接，通过集中自动控制操作，来保证其与调速旋钮通过霍尔感应原理来实现线性调速，通过改变电动机正反方向，就能实现前行后退工作，且速度可调。

升降电机安装在机架顶端，升降电机和涡轮、减速机配合，解决了减速比小和不能自锁的问题，将电机的回转数减至需要的回转数，并得到较大转矩，涡轮减速机低速轴采用双轴伸结构，通过联轴器相连与传动轴连接，两端的吊具与轴采用过盈配合联接，为防止发生轴向窜动，采用顶丝制约，保证其承载能力高及在振动下工作可靠。

（4）自动控制单元的设计和制作

将自动控制柜安装在机架顶端一侧，为了节省线路长度，使其与升降电机及无刷控制器距离最近，安装高度为1.8m，预留出一定的操作空间。该设置根据设计技术要求，要实现装置双向运行且速度可调可控、吊抓运行速度稳定且重物能在起升位置任意停止，同时要求吊、运机构不能同时工作。在设计时就确定了前行、后退、升降、停止、急停等功能按钮和指示灯，为了集中自动控制，实现简单操作，对自动控制单元的控制线路和按钮进行了调整，把前行、后退、停止和升降整合到一个控制旋钮上，另设置了一个转换按钮，当按下转换按钮时，该装置可实现“前行—停止—后退”功能，当旋松转换开关时，该装置可实现“上升—停止—下降”功能，控制线路上采用双重联锁正反转控制电路，两个接触器互相制约，使得任何情况下不会出现两个线圈同时得电的状况，起到保护作用。

（5）辅助设施

为了便于操作人员安全操作，在自动控制操作柜下方、机架两端中间位置，距地面0.3m处安置操作踏板。为适应水闸管理规范化需要，将升降电机、减速机、传动轴和蓄电池统一安装在一个平台内，并用铁罩全部封闭，留有检修口。在按钮处印制操作说明及指示，易懂易操作。

四、结语

《国务院办公厅关于印发安全生产“十三五”规划的通知》中主要任务的第五项为“强化安全科技引领保障”，要求加强安全科技研发、推动科技成果转化、推进安全生产信息化建设。这一方面说明技术创新在安全生产工作中无可替代的重要性，同时也是对各级管理单位的安全生产工作提出的新要求、新挑战，刘家道口闸自动移动式护栏提升装置的发明使用正是响应国家政策的一大体现。2015年下半年以来，自动移动式护栏提升装置在刘家道口节制闸上正式推广应用。截至目前，已制作安装了三台，运行效果良好。该设备结构简单、操作容易、可靠性好、安全平稳，有效避免了工作人员发生跌落摔伤情况，从根本上解决了人工搬运劳动强度大和危险性高的关键性问题，大大提高了安全系数。自动移动式护栏提升装置的操作规程正在不断完善，既满足了水闸安全生产管理的需要，同时又有效地改善了工作环境，保障了水闸工程安全运行,保护了作业人员安全与健康