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(guò)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(wèn)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(wèn)題，同時(shí)該裝置具有制動(dòng)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(dòng)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(guò)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(guò)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(dòng)裝置，無(wú)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(guò)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(duì)配電線路網(wǎng)架改造工作的逐步實(shí)施，且日常對(duì)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(lái)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(duì)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(guò)程中，通過(guò)人力用工作繩將工器具及材料上下傳遞的過(guò)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(píng)估表》中，包含了高空墜物風(fēng)險(xiǎn)，需要針對(duì)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(guò)程如圖1所示。登桿前，工作繩還會(huì)發(fā)生纏繞問(wèn)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(zhǎng)、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(zhǎng)均在10min以上，對(duì)于桿上工作人員來(lái)說(shuō)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(duì)于用人力進(jìn)行上下傳遞的方式來(lái)說(shuō)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?jī)?nèi)容綜合以上分析和論述，對(duì)于基層供電所而言，非常有必要通過(guò)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(wèn)題，同時(shí)還應(yīng)規(guī)避高空墜物的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)以上問(wèn)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(dòng)手柄、棘爪等部分組成，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，且具有制動(dòng)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(dòng)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(dòng)第一齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)功能。通過(guò)懸掛結(jié)構(gòu)將收放裝置安裝在電線桿的鐵環(huán)上，搖動(dòng)搖柄機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)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(guò)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(guò)程的安全可靠性，對(duì)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(dòng)的棘爪。棘爪具有失速制動(dòng)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(dòng)功能，通過(guò)調(diào)節(jié)棘爪實(shí)現(xiàn)變向，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)相對(duì)滑動(dòng)，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(dòng)手柄長(zhǎng)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(dòng)手柄的長(zhǎng)度設(shè)定為16cm，同時(shí)設(shè)計(jì)使工作繩和轉(zhuǎn)動(dòng)手柄間有一定的距離，可有效防止在轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎng)實(shí)際作業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程如圖5所示。該試驗(yàn)過(guò)程非常順利，省力效果明顯，現(xiàn)場(chǎng)操作人員非常輕松地完成了項(xiàng)目試驗(yàn)。4.2

制動(dòng)性能試驗(yàn)針對(duì)裝置具備的防墜落制動(dòng)功能，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)制動(dòng)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程如圖6所示。該試驗(yàn)過(guò)程非常順利，裝置有制動(dòng)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(dòng)大齒輪的方式，采用杠桿原理，通過(guò)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(dòng)過(guò)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(dòng)齒輪對(duì)從動(dòng)齒輪嚙合面的圓周力與從動(dòng)齒輪對(duì)主動(dòng)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(duì)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(zhǎng)度，cm，代入可得即Fb≈4.134N。實(shí)用效果檢查過(guò)程如圖8所示，過(guò)程非常順利，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，作業(yè)過(guò)程所需力的大小為4.134N，只需原來(lái)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(yǔ)本文研制的新型便攜式工作繩收放裝置，通過(guò)齒輪嚙合的工作方式，工作人員的省力效果明顯