爬桿輔助平臺(tái)可行性研究報(bào)告

張凱

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，高空作業(yè)在人們的生活中出現(xiàn)得越來(lái)越普遍。高空作業(yè)具有較高的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，工作人員往往需要架設(shè)吊繩或者使用工程車到達(dá)預(yù)定高度的位置，前期準(zhǔn)備工作繁瑣，作業(yè)環(huán)境存在高危險(xiǎn)性和高不確定性，且作業(yè)過(guò)程成本高昂，作業(yè)效率低下。而本文設(shè)計(jì)了一種爬桿輔助平臺(tái)，降低了高空作業(yè)復(fù)雜性與作業(yè)成本，提高了作業(yè)效率，同時(shí)也大大減少高空作業(yè)對(duì)人帶來(lái)的潛在傷害。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè);爬桿輔助;平臺(tái)設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)背景及意義

由于周圍環(huán)境的限制，在大型帶電作業(yè)車不能到達(dá)的檢修位置，往往一次檢修都要浪費(fèi)大量的時(shí)間、人力、財(cái)力等，工作效率較低。

（2）

如遇高空作業(yè)車及作業(yè)平臺(tái)無(wú)法抵達(dá)設(shè)備指定位置，往往需要檢修人員攀爬。

（3）

國(guó)網(wǎng)檢修工人在進(jìn)行爬桿作業(yè)時(shí)，傳統(tǒng)的都是利用穿戴腳扣進(jìn)行爬桿，到合適位置時(shí)，檢修工人雙腳只能維持上下錯(cuò)位的狀態(tài)。這樣的狀態(tài)不利于高空作業(yè)，且檢修人員工作效率會(huì)無(wú)法達(dá)到昀佳值。為了解決上述問(wèn)題特提出爬桿輔助平臺(tái)的設(shè)想。

（4）

目前市場(chǎng)上作業(yè)時(shí)只能一人在高空作業(yè)或者一上一下，不能同時(shí)容納兩個(gè)人在同一高度進(jìn)行作業(yè)。

針對(duì)上述現(xiàn)狀，研發(fā)一款便攜式輔助平臺(tái)設(shè)備來(lái)解決此現(xiàn)狀，填補(bǔ)行業(yè)中的空白，節(jié)省檢修時(shí)間、人力成本、提高工作效率。檢修人員在高空作業(yè)檢修時(shí)，可以卸掉腳扣，雙腳踏在輔助平臺(tái)上。由于力的作用是相互的，平臺(tái)受力面積大于腳扣受力面積，平臺(tái)對(duì)雙腳的擠壓是微乎其微的，所以作業(yè)人員是完全不會(huì)有任何不舒適感的。

平臺(tái)結(jié)構(gòu)是圓形機(jī)構(gòu)，檢修人員可以繞著水泥桿 360度范圍內(nèi)活動(dòng)。腳扣結(jié)構(gòu)只適應(yīng)爬桿需求，檢修人員只能在局部范圍內(nèi)活動(dòng)。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1、滾輪式

該樣式輔助平臺(tái)以多個(gè)滾輪環(huán)抱桿件增加接觸面積并運(yùn)用自鎖的原理設(shè)計(jì)，借助爬桿的自重與負(fù)載，使一側(cè)的滾輪斜向下緊扣在電線桿上，另一側(cè)滾輪斜向上緊扣在電線桿上，以此來(lái)產(chǎn)生較大的摩擦力，借助這個(gè)摩擦力，電機(jī)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)整個(gè)輔助平臺(tái)的移動(dòng)。采用舵機(jī)為驅(qū)動(dòng)滾輪，依靠滾輪與桿件之間的摩擦力完成移動(dòng)。該爬桿輔助平臺(tái)有較大的負(fù)載能力，動(dòng)作平穩(wěn)且沖擊較小。但是越障能力較差，且整機(jī)體積較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。

2、仿生式

仿生式爬桿輔助平臺(tái)，顧名思義就是通過(guò)模仿生物爬桿時(shí)的步態(tài)和貼附方式，進(jìn)而設(shè)計(jì)出的。該輔助平臺(tái)可以分為頭部，中部，尾部。頭部尾部分別設(shè)計(jì)有夾緊部件，中部設(shè)計(jì)有伸縮部件。爬行桿件時(shí)，尾部通過(guò)夾緊部件夾緊桿件，頭部夾緊部件松開，中部伸縮部件伸長(zhǎng)，之后頭部夾緊，尾部松開，中部縮短。以此完成一個(gè)周期動(dòng)作。該類型的輔助平臺(tái)有良好的對(duì)心能力，利用氣缸完成機(jī)器人的夾緊與移動(dòng)有一定的負(fù)載能力與快速的響應(yīng)速度。同時(shí)負(fù)載能力較好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具備一定的越障能力，對(duì)控制的要求也相對(duì)簡(jiǎn)單

3、仿尺蠖式

仿生類爬桿輔助平臺(tái)學(xué)習(xí)了生物結(jié)構(gòu)或者運(yùn)動(dòng)特性上的優(yōu)勢(shì)，使得結(jié)構(gòu)緊湊，或者對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與機(jī)動(dòng)性能良好。該類爬桿輔助平臺(tái)對(duì)高性能的新型材料有一定的要求，需要精密靈敏的傳感器為爬桿機(jī)器人感知外界環(huán)境，對(duì)控制方式，驅(qū)動(dòng)方式更是發(fā)起高要求的挑戰(zhàn)。也因?yàn)閺?fù)雜的仿生類爬桿機(jī)器人在開發(fā)和制造上的困難，導(dǎo)致其還局限于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，難以應(yīng)用到工業(yè)方向。

三、項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù)

爬桿輔助平臺(tái)的設(shè)計(jì)理念來(lái)源于抱箍，一種嵌入式抱箍，它是由左、右兩半片抱箍對(duì)合后聯(lián)接而成，左、右兩半片抱箍均呈半圓環(huán)狀，半圓環(huán)兩端向外彎折，各形成一個(gè)安裝耳，其特征在于：所述的左半片抱箍一端的安裝耳上開有嵌槽，相應(yīng)的，與其相配合的右半片抱箍相應(yīng)端的安裝耳上設(shè)置有銷軸，右半片抱箍一端安裝耳上的銷軸嵌入左半片抱箍一端安裝耳上的嵌槽。抱箍結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝加裝鎖緊螺桿防滑出機(jī)構(gòu)，抱箍左右半片內(nèi)圓面都安裝有防滑橡膠條增加摩擦力。平臺(tái)上平面是具有一定斜度的平面，設(shè)計(jì)成這樣的結(jié)構(gòu)是因?yàn)樽鳂I(yè)人員在檢修維護(hù)設(shè)備時(shí)在安全帶作用下身體是不可能與電桿面相平行的，會(huì)形成一定的角度。

四、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案

4.1 研究?jī)?nèi)容

目前針對(duì)輸電配電變電線路上的設(shè)備維修依靠單純的人力攀爬或者是高空作業(yè)車進(jìn)行登高檢修，特別是變電現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備非常密集，受變電站檢修通道、停電范圍、安全距離的限制，高空作業(yè)車或檢修升降平臺(tái)有時(shí)不能到達(dá)檢修位置。變電站內(nèi)戶外設(shè)備居多，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，易受環(huán)境、負(fù)荷影響，設(shè)備容易被氧化及外部環(huán)境污穢物污染，導(dǎo)致設(shè)備需要進(jìn)行定期維護(hù)。在狹窄的空間高空車無(wú)法駛?cè)氲那闆r下只能依靠人力攀爬登高維護(hù)清洗設(shè)備。目前傳統(tǒng)的登高是依靠穿戴腳扣的形式，到達(dá)指定檢修位置時(shí)，檢修工人雙腳只能維持上下錯(cuò)位的狀態(tài)，這樣的狀態(tài)不利于高空作業(yè)。雙腳踏在同一平面上是昀舒適的一種狀態(tài)。只有姿勢(shì)正確了，檢修人員工作效率才會(huì)提升。在同一高度檢修時(shí)，目前電力行業(yè)中不依靠高空登高車的情況下只能允許一個(gè)人進(jìn)行作業(yè)，需要另一人員進(jìn)行協(xié)助時(shí)，只能是一人在下部進(jìn)行協(xié)助，而不能同時(shí)處在同一水平面上。另外傳統(tǒng)的這種形式檢修人員只能在某個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行維護(hù)，不能圍繞電桿進(jìn)行360度范圍內(nèi)活動(dòng)檢修。

4.2 實(shí)施方案

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，包括：左右兩半平臺(tái)、鎖緊裝置、內(nèi)圈防滑橡膠、螺桿防滑機(jī)構(gòu)、鎖緊裝置承載塊、螺桿防滑機(jī)構(gòu)承載塊、平臺(tái)面防滑槽、平臺(tái)底部網(wǎng)狀槽、開合機(jī)構(gòu)、吊裝孔。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，左右兩半片平臺(tái)使用螺栓固定與開合機(jī)構(gòu)組合在一起。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，鎖緊裝置采用手輪與螺桿配合的方式，鎖緊設(shè)備時(shí)只需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，松開設(shè)備時(shí)只需逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，內(nèi)圈防滑橡膠是貼于左右兩平臺(tái)與水泥桿接觸的內(nèi)圈槽中，橡膠的作用是為了增加摩擦力。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，螺桿防滑機(jī)構(gòu)的組成是由拉環(huán)、銷軸、彈簧、彈簧座組成，需要分離兩平臺(tái)時(shí)，第一步逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，第二步勾住拉環(huán)使銷軸從孔中脫離，第三步螺桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)脫離螺桿防滑機(jī)構(gòu)承載塊的槽口，該設(shè)備就可以打開。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，鎖緊裝置承載塊與螺桿防滑機(jī)構(gòu)承載塊均用螺栓緊固分別安裝在左右兩平臺(tái)上。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，平臺(tái)面防滑槽是利用機(jī)銑的方式在平面上開槽，開槽目的是為了防止檢修人員腳底打滑。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，平臺(tái)底部網(wǎng)狀槽是利用機(jī)銑的方式加工而成的，可以減輕設(shè)備的重量，防止設(shè)備受環(huán)境因素出現(xiàn)裂紋。

一種爬桿輔助平臺(tái)，其特征在于，左右平臺(tái)各加工一個(gè)直徑為 30mm的吊裝孔，檢修人員爬桿時(shí)不需要隨身攜帶，到達(dá)指定位置利用繩索把設(shè)備吊裝到使用位置就行。

五、結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)解決了檢修工人徒手攀爬電線桿的難題，保障了工人的人身安全，提高了工作效率，加快了工作流程，提高了工人工作時(shí)的舒適度，在后續(xù)的工作中也可以對(duì)一些部件進(jìn)行調(diào)整，提高高空作業(yè)的安全性。

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