新型便攜式桿上工作繩收放裝置的研制

摘

要：在目前桿上作業(yè)過程中，使用人力起吊物體，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)人工，且存在高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)。為解決上述問題，研制了一種新型便攜式桿上工作繩收放裝置，以有效解決桿上作業(yè)上下傳遞物體時(shí)費(fèi)力的問題，同時(shí)該裝置具有制動功能，可避免高空墜物風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)鍵詞：桿上作業(yè)；工作繩收放裝置；高空墜物；制動功能

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概述1.1

選題背景和意義在配電線路作業(yè)過程中，日常的線路檢修、維護(hù)以及施工都需要在電桿上進(jìn)行操作，經(jīng)常需要上下傳遞工器具以及材料（傳遞距離為10～15m）。傳統(tǒng)的傳遞方式是使用人力將工作繩進(jìn)行收放以達(dá)到上下傳遞的目的。在用人力起吊物體過程中，當(dāng)出現(xiàn)體力不支或其他情況時(shí)，存在物體墜落風(fēng)險(xiǎn)。由于工作繩缺少制動裝置，無法防止高空墜物危害的發(fā)生，作業(yè)人員手掌與繩索摩擦過大，容易造成手掌擦傷，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較大。1.2

目前現(xiàn)狀目前，由于現(xiàn)階段對配電線路網(wǎng)架改造工作的逐步實(shí)施，且日常對架空線路的維護(hù)檢修工作日益增加，需要在桿上完成的工作越來越多，如表1所示。由表1可知，每年需要在桿上完成的操作比較頻繁。根據(jù)對配電運(yùn)維班成員進(jìn)行的一系列調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)桿上作業(yè)過程中，通過人力用工作繩將工器具及材料上下傳遞的過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)人工。同時(shí)，在《珠海金灣供電局南水供電所配電運(yùn)行區(qū)域內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)評估表》中，包含了高空墜物風(fēng)險(xiǎn)，需要針對該風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)的措施，如表2所示。登桿前及作業(yè)過程如圖1所示。登桿前，工作繩還會發(fā)生纏繞問題，起吊重物時(shí)，工作繩在空中搖晃且相互纏繞，使作業(yè)難度增大?，F(xiàn)選取了8個(gè)桿上作業(yè)項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)了每個(gè)項(xiàng)目完成所需要的平均時(shí)長、物體重量和向上提升物體所需要的力的大小。當(dāng)不考慮空氣阻力等因素時(shí)，所需要的人力大小等于物體的重力，重力系數(shù)取g=9.8N/kg，根據(jù)重力公式G=mg，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，在這8個(gè)項(xiàng)目中，工作時(shí)長均在10min以上，對于桿上工作人員來說是很容易力竭的，且物體重量均在5kg以上，所需要的力至少要49N，對于用人力進(jìn)行上下傳遞的方式來說是很費(fèi)力的。經(jīng)統(tǒng)計(jì)可知，玻璃耐張絕緣子物體重量是最重的，達(dá)15

kg，向上提升需要147N的力。很明顯，更換玻璃耐張絕緣子是最費(fèi)力的項(xiàng)目。1.3

本文研究內(nèi)容綜合以上分析和論述，對于基層供電所而言，非常有必要通過一定手段，解決桿上作業(yè)提升物體時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)人工的問題，同時(shí)還應(yīng)規(guī)避高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)。針對以上問題，決定研制一款桿上工作繩收放裝置，該收放裝置整體為一個(gè)帶繩盤繞盒的裝置，該裝置主要由齒輪組、轉(zhuǎn)動手柄、棘爪等部分組成，通過轉(zhuǎn)動手柄進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，且具有制動功能。2

新型便攜式桿上工作繩收放裝置介紹2.1

裝置結(jié)構(gòu)新型便攜式桿上工作繩收放裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，實(shí)物如圖3所示。該裝置為一種應(yīng)用于配電網(wǎng)桿上作業(yè)的便攜式工作繩收放裝置，設(shè)有一個(gè)帶轉(zhuǎn)動手柄的工作繩盤繞盒，盒體中安裝有相互嚙合的第一齒輪以及第二齒輪，盒體側(cè)面設(shè)置有用于驅(qū)動第一齒輪轉(zhuǎn)動的搖柄機(jī)構(gòu)，第二齒輪結(jié)構(gòu)上設(shè)置有繞線盤，繞線盤上纏繞有工作繩，同時(shí)裝置內(nèi)設(shè)自鎖棘爪，具有制動功能。通過懸掛結(jié)構(gòu)將收放裝置安裝在電線桿的鐵環(huán)上，搖動搖柄機(jī)構(gòu)，從而帶動與第一齒輪組嚙合的第二齒輪組上的繞線盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)桿上作業(yè)的物體上下傳遞。通過第一齒輪與第二齒輪之間的齒輪變比，加上第一齒輪靠近搖柄機(jī)構(gòu)一端，減少了第一齒輪與搖柄機(jī)構(gòu)之間的力矩，實(shí)現(xiàn)“雙重”省力。2.2

裝置部件細(xì)化設(shè)計(jì)在省力的同時(shí)，為提升作業(yè)過程的安全可靠性，對內(nèi)部齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)。裝置內(nèi)壁上設(shè)置有用于防止第一齒輪逆向轉(zhuǎn)動的棘爪。棘爪具有失速制動保險(xiǎn)功能和防反轉(zhuǎn)功能，在提升物體出現(xiàn)意外的情況下，防止第一齒輪反向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)避免出現(xiàn)不可控現(xiàn)象，規(guī)避高空墜物風(fēng)險(xiǎn)。齒輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。利用棘爪實(shí)現(xiàn)制動功能，通過調(diào)節(jié)棘爪實(shí)現(xiàn)變向，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，穩(wěn)固程度好，棘爪與齒輪的緊密程度較好。3

新型便攜式桿上工作繩收放裝置尺寸的確定3.1

繩盤面積的確定首先進(jìn)行受力分析，采用齒輪嚙合方式，設(shè)計(jì)起吊的最大重物為15kg，假設(shè)工作繩與轉(zhuǎn)盤無相對滑動，則大齒輪軸所受的力與工作繩的拉力相等，即147N。根據(jù)此設(shè)計(jì)思路，大齒輪半徑為5cm，小齒輪半徑為1.5cm，根據(jù)半徑比可知小齒輪受力為44.1N。取差速器安全系數(shù)為3，齒輪模數(shù)為5，又因?yàn)榇笮↓X輪半徑比為10﹕3，可得繩盤直徑為13cm，面積為42.25π

cm2。3.2

轉(zhuǎn)動手柄長度的確定已知大小齒輪半徑比為10﹕3，當(dāng)最大負(fù)荷輸出為15kg（即147N）時(shí)，根據(jù)小齒輪半徑r=1.5cm計(jì)算，可將轉(zhuǎn)動手柄的長度設(shè)定為16cm，同時(shí)設(shè)計(jì)使工作繩和轉(zhuǎn)動手柄間有一定的距離，可有效防止在轉(zhuǎn)動搖桿時(shí)發(fā)生纏繞和夾手等情況。4

新型便攜式桿上工作繩收放裝置的應(yīng)用試驗(yàn)4.1

實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)根據(jù)選取的桿上作業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如圖5所示。該試驗(yàn)過程非常順利，省力效果明顯，現(xiàn)場操作人員非常輕松地完成了項(xiàng)目試驗(yàn)。4.2

制動性能試驗(yàn)針對裝置具備的防墜落制動功能，進(jìn)行了現(xiàn)場制動性能試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如圖6所示。該試驗(yàn)過程非常順利，裝置有制動功能，安全可靠，還可實(shí)現(xiàn)靜止以及防反轉(zhuǎn)功能，可以隨意調(diào)節(jié)物體高度。5

新型便攜式桿上工作繩收放裝置的實(shí)用效果檢查該裝置使用齒輪嚙合的方式設(shè)計(jì)，以小齒輪帶動大齒輪的方式，采用杠桿原理，通過齒輪變比，達(dá)到省力的目的。受力圖如圖7所示，在齒輪轉(zhuǎn)動過程中，兩個(gè)齒輪嚙合面上傳遞的是力，按照牛頓第三定律，主動齒輪對從動齒輪嚙合面的圓周力與從動齒輪對主動齒輪嚙合面上的圓周反作用力大小相等，方向相反，作用在兩個(gè)物體上。根據(jù)選定的試驗(yàn)對象玻璃耐張絕緣子，物重為15kg，假設(shè)大齒輪軸所受的力與工作繩的拉力相等，即147N，根據(jù)上述已知大小齒輪半徑比為，可得。式中，F(xiàn)1為大齒輪受力，N；F2為小齒輪受力，N，代入可得F2=44.1N。又根據(jù)杠桿原理公式，式中，F(xiàn)2為小齒輪受力，N；為小齒輪半徑，cm；為作業(yè)所需要的力，N；為手柄長度，cm，代入可得即Fb≈4.134N。實(shí)用效果檢查過程如圖8所示，過程非常順利，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，作業(yè)過程所需力的大小為4.134N，只需原來力的2.8%，省力效果明顯，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

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結(jié)語本文研制的新型便攜式工作繩收放裝置，通過齒輪嚙合的工作方式，工作人員的省力效果明顯