多功能架空輸電線路鐵塔防墜落腳釘的創新設計與應用研究

何照祥，譚浩，劉松，聶瑛，孟維旭

（云南電網有限責任公司普洱供電局，云南 普洱 665000）

1 高空防墜裝置概述

目前，我國的高壓線路架空線路輸電桿塔防高空跌落安全裝置大體有2 種設計類型，即鋼絞線桿鐵塔高空防飄墜保護裝置和腳釘式桿塔的高空安全防高空墜落裝置。其中，鋼絞線高空防墜裝置在鐵塔上的應用范圍相對更廣，種類相比腳釘防墜裝置也多，因此，它能夠被用于各種架空線路。但由于安裝過程中需要工作人員不斷變換位置，因此，與腳釘式防墜落裝置相比，還是存在一定的風險。腳釘式桿塔高空防墜落裝置系統是相對鋼絞線防墜裝置來說，有一定的比例的空間使用和復雜性，但安全性也得到了一定的提升。

腳釘式桿塔防墜安全裝置系統里，主要機械結構主要包括了腳釘、安全帶以及防高空垂直墜落的鉤索系統等幾個重要部件。該系統應用最明顯突出的一些主要技術優點是，整個的生產與安裝工作的整個過程都幾乎完全不再需要再花費較多的人工設備成本，操作及維護方式相對更加的安全簡單，適應了現在高空作業的安裝調試人員較為普遍習慣的高空攀登的工作方式習慣，并且安裝后不需再影響其供電線路正常運轉和正常供電服務。此外，腳釘在安裝與適用性方面也是相對強，可以極為方便地被安裝及使用在任何一種類型結構形式的塔臺身上。電力工人每次檢修登塔及使用的過程中，工作人員一旦高空發生墜落，安全帶、安全繩、防人高空突然墜落使用的安全鉤帶就能夠被立即牢固地掛在或系扎在安全的吊鉤繩帶上，起到防止在高空工作場所人員發生意外后發生人身的高空墜落及災害事故，保護職工其人身安全的重要作用。

但是，防墜腳釘也存在一定的缺陷。目前，隨著各行各業對電能需求的不斷增加，越來越多的電力工程設施正在建設中。在實際施工使用過程中，對高空電力設施的巨大需求，使得高空作業的風險隨之增大。因此，架空電線高空安全防墜裝置將進一步加以創新或完善，其種類和結構樣式會越來越多。考慮到國內目前復雜的現場施工管理情況，由于在技術、資金、設備管理等許多方面復雜的制約原因，許多電線高空安裝防墜的裝置都在一些功能細節上也需要予以改進加強和升級優化。當然，除了要優化高空防墜系統，同樣要給安裝高空防墜系統的工作人員做好安全培訓。如果施工人員忽視安裝，就會無形中給今后整個社會高空作業活動埋下安全隱患。

目前，我國架空高壓電力線路系統的架空鐵塔高度一般普遍要求較高，工作中人員攀登上高塔會同時消耗工作人員大量的體力。工作人員需要在現場調整集中體力時，只能盡量將所有注意力盡量集中用在固定腳釘位置上，腳釘處的實際站立支撐面積會非常有限，再加上使用過程中，施工人員因為長時間高空作業產生身體不適等，都會大大地增加人從鐵塔高空垂直墜落事故的死亡概率。如果不對防墜腳釘進行優化，施工人員的安全問題始終得不到解決。為了從根本上解決高空作業存在的安全隱患，本文對防墜腳釘進行新的設計與應用進行分析，更好地降低了高空作業的危險系數。

2 設計原則

要進行防墜腳釘的創新設計，首先要明確設計的原則，即一個較好用的辦公工具應該盡量符合安全、實用、方便等的應用原則，這要求我們在設計防墜腳釘時，綜合應考慮公司員工多方面素質的需求。如果只是片面追求操作安全度，卻忽視工作效率要求，這種設計方式在一些實際生產工作應用中都是極不可取的。因此，新型腳釘的安全設計也要盡量綜合考量平衡操作安全性、防摔倒及防碰墜傷害程度、工人恐懼原因、操作安全效率、高空作業時身體的疼痛反應和壓力狀況，以盡可能滿足安全設計的標準要求和設計其他要求，并遵循以下原則。

2.1 安全性原則

爬釘作業階段是進行高空作業最基本最常見的操作流程，其安全性是最受關注的一點。通過運用該安全理論研究可以逐步證實，在使用傳統安全塔樁可能存在一些天然的安全隱患因素的極端情況條件下，通過設計提高自身安全避險意識、安全防范工具或采取安全保障措施，可以充分彌補隱患，并真正達到安全防止人體高空墜落發生的安全效果。因此，雖然傳統腳釘的使用安全程度更符合常識和安全的要求。但因為傳統的腳釘沒有全程裝置的保護，登高作業上確實存在一定的安全隱患，尤其當是在高溫雨天或者野外、山區登高作業時，需要綜合考慮各種因素，加強傳統腳釘防墜困難的設計，避免腳釘滑落，提高防墜裝置整體的安全水平。

2.2 舒適性原則

傳統的腳釘受力面積小，因此，在作業時會發生腳底踏疼痛和身體不適等狀況。為了避免施工人員身體不適造成安全問題，可以考慮增大腳釘得到受力面積，以減輕施工人員在工作中可能產生的不適感。

2.3 快捷、簡單的原則

由于施工人員普遍受教育程度較低，容易違反安全準則，按照習慣施工。在施工過程中，經常也可能會看到有人員中途需要臨時的停留，比如，觀察情況和尋找一些火災隱患、休息等。在從事高空安全作業的這短短的幾十秒里，或者在僅僅這一兩分鐘時間范圍內，員工自身也可能因為作業時間相對較短，因此存在僥幸心理，有時會習慣性地不按公司規定系安全帶，或者是在系上好的安全帶后軌道的升降運動過程中或多或少存在有各種的安全隱患發生的現象。所以，公司有時可能需要考慮專門設計在高空軌道釘架上加裝上各種安裝快速、簡單、動作風險要小得些的高空軌道的安全防護和固定件，以大大地降低人員從高空的安全和墜落和傷人的風險。同時，應當做好安全教育工作，讓施工人員從根本上重視，杜絕安全隱患。

3 防墜腳釘設計思路

3.1 防墜腳釘防脫設計

現在所有的老式的腳釘都是朝一個水平方向的彎曲，防碰摔工具鉤腳的轉動垂直方向可以達到360°，所以，我們可以為了保持腳釘的原來的水平彎曲的角度方向不變，在這兩個角度垂直彎曲方向之間增加了兩個突出的部分。這樣還可以很有效地防止防飄墜從工具上的掛鉤處側向滑出。

3.2 新型防墜腳釘設計

該裝置在現有的腳釘基礎上進行改進，整個腳釘設計成閉環樣式，便于腳踏和防止安全帶掛入后滑出。外形轉角處采用圓角設計，平滑的過渡，防止尖銳給作業人員帶來傷害。在腳踏部分設計有防滑紋路，避免作業人員踩踏后打滑造成墜落的風險。該裝置包括腳釘部分以及安裝螺母部分。

將本裝置通過與螺母配合的方式，固定在塔材上，本裝置采用標準的安裝尺寸設計，可固定在對應的塔材上，如圖3 中所示。作業人員在攀登時，可將安全帶掛在如圖1 中所示的②的位置，由于掛置安全帶的位置采用斜面設計，在斜面的作用迫使下，安全帶將自動滑到靠近塔材一端，減小力臂，增加穩定性，避免力臂過大，帶來不穩定等影響；整個裝置轉角處均采用圓角設計，圓滑的過渡從而避免尖銳部分對作業人員在攀登時產生傷害；腳釘設計為閉環樣式，在攀登時，作業人員可將腳踏在如圖1 中所示的⑤的位置上，避免在踩踏過程中滑出腳釘，造成墜落的風險。

圖1 裝置示意圖

圖2 裝置結構圖

圖3 安裝示意圖

為了驗證裝置結構設計的可行性，項目組在Catia Generative Structural Analysis 軟件中進行了靜態受力分析，驗證本裝置的承重能力。根據腳釘理論上的使用情況，給腳釘添加相應的固定點、受力方向以及相應的模型網格細分。在配置好相關的分析流程后，由軟件分析計算得知，該裝置在施加載荷大于8000N 時，會產生略微形變。普通M16 腳釘端部的允許受力為2352N，按作業人員90kg 體重進行核算，考慮2.5 倍安全系數，即2205N，因此，本裝置符合正常攀登的安全需求。

3.3 防墜鉤的設計

新型防墜鉤可以是在原有的安全帶掛鉤設計的原理基礎上，結合現代人體工程學原理的結構特點而進行創新開發，安全無縫連接，掛鉤處的鉤口大小完全適合普通的腳釘。防脫落掛鉤在扣入防脫落的釘子中后，釘子防滑口上的掛鉤處的突起可以充分保證掛鉤處和腳釘子之間不分離，以增強安全性。

3.4 安全帶的設計

全身掛胸式安全帶將會被用作新型安全帶，在此基礎上，還應當再額外地采用兩條與兩個防側墜式安全繩掛鉤進行連接的安全繩，以此來保證該裝置能夠主要受力的點全部集中控制在位于人體的正前部的上部的位置，避免重心不穩，也能夠防止因身體的過度受力所造成的沖擊墜落時人體發生扭曲或墜落，從而減少安全事故的產生。

4 新型防墜腳釘應用

針對新型防墜腳釘的應用，研發者先對高空作業人員進行了全面系統的安全培訓，然后在現場進行自檢，新型塔腳釘的抗彎強度達到了500kg，符合現場安全實用標準。由于在施工前進行了系統的安全培訓，工人的安全意識得到了很大的提升。再加上防墜腳釘得到了優化，使得工人在高空作業時，做到了安全、穩定、規范。當施工人員中途停下時，安全帶或后備保護繩的卡扣可以保證卡在新型道釘的內側，相對過去防墜裝置的安全性大幅度提升。在整個高空作業動作過程中，高空作業人員可以保證自身的身體基本不變形。在活動時，工作人員只需要用腿發力，雙手不需要額外用力，因此可以很好地保證自身在高空中維持身體平衡，增強自身的穩定性，提升安全系數。由于接觸面積增大，舒適性也得到了提升，施工人員在自我保護的前提下，整個過程基本符合常識性的安全要求，同時，也減少了員工高空作業時的恐懼感。

5 結語

（1）隨著現代社會用電的迅速增長，國家電網公司近年來也增加了特高壓和特高壓輸電線路的建設。防高墜落安全裝置是有效保障高空作業的人員生命安全與安全工作的重要屏障，具有極其良好穩定的安全發展和前景。但目前應用的防墜裝置，功能各異，質量參差不齊，通用性不高，難以在各行業廣泛應用。因此，對防墜腳釘的創新與應用是提升高空作業安全的關鍵，其研究工作刻不容緩。

（2）鐵塔防墜腳釘的創新設計需要遵循安全性、舒適性和快捷、簡單三個基本原則。隨著當前社會科技文明條件的持續飛速提高和進步，科學技術產品及其技術設備被廣泛研究發展及應用，高空安全的防高墜落技術裝置及其方法會越來越多地趨于復雜多樣化，保護安全措施原則要求等也必然會隨之更加完善，并追求科學。同時，一個較好用的辦公工具應該盡量符合安全、實用、方便等的應用原則，綜合應考慮公司員工多方面素質的需求。因此，新型腳釘的安全設計也要盡量綜合考量平衡操作安全性、防摔倒及防碰墜傷害程度、施工人員的恐懼原因、操作安全效率、高空作業時身體的疼痛反應和壓力狀況，以盡可能滿足安全設計的標準要求和設計其他要求。

（3）在腳釘設計上，本文主要針對防墜腳釘防脫、防墜腳釘承重力、防墜鉤、安全帶以及防墜腳釘與鞋底摩擦力上進行設計與強化。雖然防墜腳釘整體的使用安全性能和結構可靠性等已開始基本全面得到有力保障，但它在安全舒適性能和控制靈敏性方面還有進一步完善、提升和改進的空間。與此同時，還應該加強對施工人員的培訓，提升施工人員的安全意識，避免因為操作不當等原因引發安全事故。

（4）在腳釘的應用上，由于新型腳釘設計比老式腳釘的接觸面積增大，因此，施工人員作業時的舒適性也得到了提升，新腳釘防墜裝置能使施工人員在自我保護的前提下，整個過程基本符合常識性的安全要求，同時，也減少了員工高空作業時的恐懼感，提升了高空作業的安全性和舒適度。多功能架空輸電線路鐵塔防墜落腳釘的創新設計與應用不僅關系到電力行業的發展，更關系到無數工作人員的人身安全，推廣安全系數更高防墜裝置刻不容緩。