淺談技術創新引領推動安全生產發展
——劉家道口節制閘自動移動式護欄提升裝置的設計與應用

莊逸民 周子靖 董友龍 石少忠

2016年12月，中共中央、國務院印發《關于推進安全生產領域改革發展的意見》。這是歷史上第一次以黨中央、國務院名義印發安全生產方面的文件，充分體現了黨中央對安全生產工作的極大重視。2017年1月，《國務院辦公廳關于印發安全生產“十三五”規劃的通知》公開發布，把安全生產紅線意識作為指導安全生產各項工作的大方向、總戰略，并將之凝練歸納為安全發展理念，強調大力弘揚安全發展理念，大力實施安全發展戰略，把安全發展融入經濟社會發展大局，貫穿于規劃、設計、建設、管理、生產、經營等各環節。在國家安全生產形勢一片向好的同時，水利基層管理單位在安全生產管理方面也面臨更多的機遇和挑戰。

劉家道口水利樞紐管理局自成立以來，高度重視安全生產工作，認真貫徹安全生產法律法規和有關規定，制定適合本單位的安全生產規章制度，加強組織領導，落實安全責任、安全投入，定期進行安全教育培訓，定期進行工程觀測、開展隱患排查，建立健全的安全應急管理預案，保證作業安全，強化安全管理，安全生產情況良好。

近年來，劉道口局重視技術創新，在日常管理工作中遇到現有技術難以解決的困難時，常常集思廣益，創新出一種適應新困難的新技術。其中，劉家道口節制閘自動移動式護欄提升裝置就是一項不斷創新的成果。

一、設計背景

我國擁有眾多的河流，水利設施也是廣泛分布。在這些水利設施中，水閘是數量最多的，檢修啟閉機是水閘工程的重要組成部分，是在閘門檢修時，用來開啟和閉合閘門達到控制水的流動和截止的一種專用起重設備。在水閘日常管理中工作閘門需檢修或全程試車時，應將檢修門孔上的防護裝置打開，檢修啟閉機將檢修閘門吊運到所要檢修的閘孔中，使門體疊加成為一體，進入工作狀態，方便工作閘門檢修或全程試車；而不檢修時，檢修閘門分別鎖定在閘墩上，需要在上方蓋上防護裝置，防止人員跌落及雜物進入閘口處。為了便于檢修啟閉機吊運，檢修門孔上方由鋼結構網格防護欄（以下簡稱防護欄）覆蓋作為安全保護裝置，劉家道口節制閘共36孔閘門，每孔共有14個護欄，每個護欄的尺寸為2.7m×1.2m（長×寬），重量110kg。

在日常管理中，工作閘門需進行定期與不定期的檢修和全程試車，檢修閘門需經常性檢查。劉道口局工程技術人員發現每次工作閘門全程試車、檢修工作閘門和檢查檢修閘門時，都必須需要4個工作人員一起把防護欄抬起，然后直行移到安全地方。但是，每次抬起防護欄時，稍有不慎極易造成人員墜落，存在較大安全隱患；而且劉家道口節制閘閘長600余米，操作人員勞動強度高，工作量大。據周邊地區調查，目前水閘上還沒有專門的設備搬運護欄。

《中華人民共和國安全生產法》提出的12字方針是“安全第一、預防為主、綜合治理”。要求在日常工作中必須把安全生產放在首位，不能以犧牲人的生命、健康為代價換取發展，劉家道口局以此為指導思想，為滿足水閘工程日常管理和安全生產管理的需求并結合當前的科學管理發展前沿，技術人員及時采取有效措施，消除安全隱患存在，從安全管理著手，根據鋼結構網格防護欄的構造結構、工作環境及運行特點，通過對該裝置的設計、可行性反復試驗、實踐操作和改進，不斷探索，克服技術瓶頸，推出自動移動式護欄提升裝置。

二、設計過程

2014年1月上旬試驗正式開始。通過篩選方案、比較性價比，選擇Q345B鋼管作為機架的金屬材料，并在機架外部刷油漆防腐；水平移動軌道采用檢修啟閉機現有運行軌道為基礎；為了滿足吊降防護欄時平穩安全，避免發生卡滯現象，在手動轉動部位配裝開式蝸輪減速機。

經過一段時間的試運行，發現此方案存在以下缺陷：

（1）操作復雜，難以達到兩端設備同步。在吊降防護欄時，需要兩個人同時搖轉位于提升機兩端的旋轉把手，否則就會導致吊降過程中防護欄發生傾斜，不便操作。

（2）吊運速度慢，工作效率偏低。吊抓防護欄后移動時需要人工推動，不能批量快速移動，需要大量吊運防護欄時工作效率偏低。

（3）不能自動吊運，難以形成集中控制。

民國紀元前十三年，公歷一八九九年，十二月二十五日，于其循例之游藝會中加演話劇。是役也，不特為學生演劇之先聲；亦即為話劇輸入中國之嚆矢。劇凡三：一曰《稟見得妻》，取材于昆曲《人獸關》之《演官》，而多所損益。屬混沌初開，因簡陋特甚，既無布景，又乏燈光；而上場有詩，下場有對，猶未盡脫舊劇窠臼。其二則為系西洋短劇，純以英語出之。至劇名為何，已不復能舉矣。[4]32

鑒于以上設計缺陷，自2014年7月中旬，開始研究改進移動式護欄提升裝置。根據水閘結構、防護欄構造和檢修啟閉工作環境，通過對設備運行的可靠性和可行性進行反復測試、改進和論證，研制出自動移動式護欄提升裝置。該裝置既可以實現自動吊運功能，又能批量工作，有效縮短了檢修啟閉機運行時間，提高了工作效率和安全系數，滿足了安全生產管理需求。

三、自動移動式護欄提升裝置簡介

1.工作原理

主要以直流電池組為驅動電源，采用直流無刷電機驅動控制和蝸輪減速技術，利用行走電機驅動設備的前、后運行，用霍爾感應原理線性調速來控制設備運行速度；利用升降電機和減速器來控制升降速度，并通過傳動軸與吊具連接，實現吊抓功能。

2.基本構造

該裝置主要由機架、驅動電源、行走電機、升降電機、減速器、傳動軸、吊具及自動控制單元組成，利用現有檢修桁車的運行軌道為基礎，設計為雙向自動移動式。

3.設計參數確定及制作過程

（1）機架制作

機架主要用于安裝該裝置各組成部件，并將荷載傳遞給基礎，保證裝置正常運行，其特點是機加工量大，制造尺寸精度要求高。機架的金屬材料依然選擇Q345B低合金鋼。根據工作現場環境，同時又要滿足能吊運兩個檢修防護欄的要求，合理布局裝置結構，滿足設備跨度要求，設計出機架、行走輪、吊具及其導向裝置，并在基礎機架、連接部分等多處采用輔助固定方式，保證能承載足夠大的重量。

（2）驅動電源選擇

在劉家道口節制閘檢修橋上無外接移動交流電源，在檢修啟閉機的滑軌線中接線不現實，重新敷設交流電工作量大，且成本過高。所以選擇了一種環保、清潔、轉換率高的能源——鉛酸蓄電池作為驅動電源，能保障行走電機、升降電機和自動控制單元的穩定電壓需求。為了避免蓄電池饋電，方便給蓄電池充電，在電池組置于機架頂端的傳動軸上方，設有外接充電口，不需要額外的線纜，實現整機單獨運行。通過實踐，此電源完全能滿足日常工作需求。

（3）動力驅動部分的制作和安裝

根據該裝置吊具最低位置與最高位置的垂直距離、吊具所能吊抓的最大工作負荷、工作運行速度及兩端行走輪同步等技術要求，行走電機選擇了兩臺直流無刷調速電機，升降電機采用了直流無刷電機與渦輪減速機，來提供穩定的動力、可靠的傳動比。

行走電機分別安裝在裝置兩端前行走輪側，與行走輪通過傳動軸連接，通過集中自動控制操作，來保證其與調速旋鈕通過霍爾感應原理來實現線性調速，通過改變電動機正反方向，就能實現前行后退工作，且速度可調。

升降電機安裝在機架頂端，升降電機和渦輪、減速機配合，解決了減速比小和不能自鎖的問題，將電機的回轉數減至需要的回轉數，并得到較大轉矩，渦輪減速機低速軸采用雙軸伸結構，通過聯軸器相連與傳動軸連接，兩端的吊具與軸采用過盈配合聯接，為防止發生軸向竄動，采用頂絲制約，保證其承載能力高及在振動下工作可靠。

（4）自動控制單元的設計和制作

將自動控制柜安裝在機架頂端一側，為了節省線路長度，使其與升降電機及無刷控制器距離最近，安裝高度為1.8m，預留出一定的操作空間。該設置根據設計技術要求，要實現裝置雙向運行且速度可調可控、吊抓運行速度穩定且重物能在起升位置任意停止，同時要求吊、運機構不能同時工作。在設計時就確定了前行、后退、升降、停止、急停等功能按鈕和指示燈，為了集中自動控制，實現簡單操作，對自動控制單元的控制線路和按鈕進行了調整，把前行、后退、停止和升降整合到一個控制旋鈕上，另設置了一個轉換按鈕，當按下轉換按鈕時，該裝置可實現“前行—停止—后退”功能，當旋松轉換開關時，該裝置可實現“上升—停止—下降”功能，控制線路上采用雙重聯鎖正反轉控制電路，兩個接觸器互相制約，使得任何情況下不會出現兩個線圈同時得電的狀況，起到保護作用。

（5）輔助設施

為了便于操作人員安全操作，在自動控制操作柜下方、機架兩端中間位置，距地面0.3m處安置操作踏板。為適應水閘管理規范化需要，將升降電機、減速機、傳動軸和蓄電池統一安裝在一個平臺內，并用鐵罩全部封閉，留有檢修口。在按鈕處印制操作說明及指示，易懂易操作。

四、結語

《國務院辦公廳關于印發安全生產“十三五”規劃的通知》中主要任務的第五項為“強化安全科技引領保障”，要求加強安全科技研發、推動科技成果轉化、推進安全生產信息化建設。這一方面說明技術創新在安全生產工作中無可替代的重要性，同時也是對各級管理單位的安全生產工作提出的新要求、新挑戰，劉家道口閘自動移動式護欄提升裝置的發明使用正是響應國家政策的一大體現。2015年下半年以來，自動移動式護欄提升裝置在劉家道口節制閘上正式推廣應用。截至目前，已制作安裝了三臺，運行效果良好。該設備結構簡單、操作容易、可靠性好、安全平穩，有效避免了工作人員發生跌落摔傷情況，從根本上解決了人工搬運勞動強度大和危險性高的關鍵性問題，大大提高了安全系數。自動移動式護欄提升裝置的操作規程正在不斷完善，既滿足了水閘安全生產管理的需要，同時又有效地改善了工作環境，保障了水閘工程安全運行,保護了作業人員安全與健康