輸電線路坐式單導線飛車的研制

廖志文 林靖瑯

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529100）

1 設計背景

送電線路由于架設在野外，所接觸到的地形、氣候條件有著較大差異。廣東省江門市地處沿海地區，由于降雨較為充沛，水分的酸堿性、夾雜鹽類等，容易加速導地線的氧化，導致其發生銹蝕現象。同時由于江門地區電力線路發展較早，建成了很多投運超過30年的110 kV線路，這些110 kV線路一般為單導線。近年來，為滿足技防的要求，需要更換殘舊、銹蝕的導地線，以適應日益嚴峻的防風防汛形勢。更換導地線必須在交叉跨越上方織網以防止發生掉線事件，織網則需要施工人員長時間坐飛車出導線。

施工人員坐飛車出導線，通常需要腰部長時間向同一方向彎曲，且一直以腰部用力的姿勢保持平衡。長時間彎腰且受力的作業，將導致腰部處于長期緊張狀態，局部血管、神經長時間受壓迫，使得身體血液循環受阻，嚴重者不乏腰肌纖維收縮、痙攣，松弛度減弱造成的腰肌勞損問題，嚴重威脅著高空作業人員的人身安全。同時，如此長期不符合人機工效的操作，容易使施工人員產生抵觸心理，從管理角度而言，容易誘發不聽指揮的不利因素，導致現場管理失控，易發生人身傷亡的事故事件。

為此，本項目小組結合實際作業分析，針對飛車整體結構進行升級改造，重點改善人員需要長時間作業時出現的不適感，同時保證高空人員的安全，有效提升輸電線路檢修質量和運行安全性。

2 飛車結構分析

如圖1所示，傳統單導線飛車結構簡單，僅由兩個滾輪、不銹鋼車身、一個腳踏和一個簡易座椅組成，其存在著以下缺點：1）傳統飛車由于未能卡住導線，易滑動，施工作業人員上下滑車極其困難；2）傳統飛車設計時缺少人機工效考慮，人員乘坐極度不舒適，致使人員移動費力，對高空作業人員的體力是一個極大的考驗[1]。

圖1 傳統飛車

本項目研制的新式單導線飛車結構包括三大部分：滑輪部分、剎車部分、承托部分。

2.1 滑輪部分

選用的滑輪部分需滿足以下3個條件：1）滑輪具有較好的耐磨性、抗沖擊性，適用于一般的低載荷場景即可；2）滑輪材質摩擦系數小，減少對導線的磨損，還要保證其使用壽命較長；3）尺寸最好為標準件，便于獲取的同時，適用于目前大部分運行中的110 kV單導線線路。

通過比對市面上易獲取的適用于滑輪的材料，發現純尼龍材質為本項目較為理想的材料。尼龍材質滑輪機械性能較好，其與鋼芯鋁導線的摩擦系數為0.2，使用過程中產生的摩擦力較小，對導線磨損傷害較低，可忽略不計。純尼龍材質滑輪還具有以下優點：1）尼龍材料耐磨，使用壽命大于鑄鐵輪；2）尼龍材料質量較輕，成本低；3）價格便宜，獲取渠道廣。

市面上較易獲取的純尼龍滑輪（含軸帶軸承）標準件的尺寸如表1所示。

表1 尼龍滑輪參數

PA6是一種很重要的工程用塑料，具有較好的力學性能、耐化學藥品性，熱穩定好，強度高，被廣泛應用于汽車制造業、化工設備、電子工程、電器、機械、航空以及建筑業等領域，充分顯示了其在現代工業中占有的地位。由于優良的性能表現，PA6常作為制作軸承、滑輪、齒輪的原材料，與本項目的目標契合[2]。

通過數據發現，該滑輪標準件可卡入目前185～300 mm2的導線，該類型導線是目前大部分在運行110 kV線路的截面積，足以滿足110 kV線路的施工需求。

2.2 剎車部分

理論上，要把一根導線拉直需要無窮大的力，實際中不存在這樣的力，而且輸電線路輸電距離較長，導線有自重，導線越直，崩得越緊，拉力就越大，在導線受到風壓的情況下，輸電線路桿塔水平荷載越大，對于輸電線路設計要求非常高。所以，電力線路設計時為防止發生倒塔倒桿的情況，會在可控范圍內留有弧垂，使導線呈懸垂鏈式的形狀。

導線留有弧度，而傳統舊式飛車因未能卡緊導線，容易滑動，導致高空人員上下飛車極其難受。出導線工作，為了保持平衡，腰部長期受力，容易造成人員受傷。為飛車加上剎車系統，可以保證飛車在作業過程中保持卡緊鎖死狀態。與滑輪不同，剎車系統需要較大的摩擦系數，通過剎車材料夾緊導線的方式，使得高空人員在工作過程中，移位到工作地點后，可使飛車固定在導線上，同時不能損傷導線，則要求材質有著不錯的剎車性能，還要有著夠軟的質地。通過類比日常生活中較常見的物件，發現普通自行車制動裝置是較合適的模型，該類自行車制動剎車片使用橡膠，橡膠有著很好的摩擦性能，也用于自行車的輪胎，可增大與地面的接觸摩擦力。橡膠制作的剎車壽命較長，飛車移動速度低、載重輕，從經濟成本、加工難度和安全系數綜合考慮，是剎車部分理想的與導線接觸的材料。

丁苯橡膠，簡稱SBR，是橡膠工業的骨干產品，是目前市面上最通用的合成橡膠品種。SBR橡膠具備生熱低、低溫撓性好、容易加工成型的優點，較適合作為本項目飛車的剎車橡膠。把剎車橡膠固定在與飛車主桿同樣的材質上，再通過固定螺栓安裝在飛車上，并可通過活動螺栓調節，達到放松和緊固的目的，實現剎車的要求。剎車裝置如圖2所示。

圖2 剎車裝置設計圖

2.3 承托部分

秉承著我司“一切事故都可以預防”的安全理念，設計的新式飛車應符合人機工效。人機工效，以人為本。通過研究人—機—環境的協調關系，探知人體在特定工作環境中的工作能力和工作極限，針對高空作業人員使用飛車的難點、痛點，深入了解人體與飛車的矛盾，才能準確把握新式飛車的設計方向。本項目小組運用問卷調查的形式，采訪調研了共102名以前和目前有坐飛車出導線經驗的員工，主要設計以下幾個問題：

1）最近一次使用飛車時，工作人員的體重區間：

A.50 kg 以下 B.50 ～60 kg C.60 ～70 kg D.70～80 kg E.80～90 kg F.90～100 kg G.100 kg以上

2）使用飛車，人體哪個部位最難受：

A.頭部 B.頸部 C.腰部 D.腿部 E.其他_________（請填寫）

3）使用哪種材質的飛車體驗最好：

A.鑄鐵 B.鋁合金 C.其他材質______（請填寫）

收集好信息后，分析得出的結果，與本項目小組的構想大致相同。高空作業人員使用飛車時，人體感覺最難受的部位是腰部，這是因為在高空作業時，為了防止飛車擺動，需要利用腰部的力量進行平衡，由于沒有腰部支撐，整個工作過程中腰部無法得到休息，致使腰部異常難受，更有甚者，可能導致作業時腰部神經麻木，難以獨自完成工作，需要其他人員協助方可回到鐵塔附近，這在增加人員投入的同時，也難以保障工作安全。本項目中的飛車通過增加腰部支撐結構，以解決腰部受力嚴重的問題，一方面能給腰部支撐以緩解疲勞，另一方面延長了員工工作的續航時間，當工作人員累了之后，可直接在飛車上原地休息。同時，還緩解了高空作業人員的恐懼感，當使用飛車在導線上移動時，由于傳統飛車后背無支撐，高空人員容易感到往后翻，當有了后背支撐后，后顧之憂得以消除，工作便可大膽開展。

針對材質問題，優先使用鋁合金材料。對比鑄鐵，鋁合金有以下特點：

1）鑄鐵與鋁合金同體積的情況下，鋁合金質量輕約1/3；

2）鋁合金加工性良好，適合各種加工工藝，而本項目主要涉及的加工有切割和鉆孔，鋁合金材料都能在加工后保持強度不變；

3）耐腐蝕性，鋁合金表面較易氧化成氧化鋁，能有效保護加工后的飛車，使其不易生銹，可長期使用；

4）鋁合金可回收很強，有利于節約資源。

結合工作中的體驗，質量較輕的單導線飛車可大幅減少人員在高空作業過程中的體力消耗。其他材質，如碳纖維材料等，雖具有更好的機械性能和質量控制性能，但由于其不菲的價格，在實際工作中不易實現。

在保證安全的前提下，本項目飛車采用型號為6063-T6的鋁合金材料。6063-T6型鋁合金主要合金元素是硅、鎂，并形成Mg2Si，由于Mg2Si固溶于鋁中，6063-T6型鋁合金有人工時效硬化功能（人工時效是指將經固溶處理后的合金加熱到室溫以上的適當溫度，保持一定時間使合金性能發生變化的處理過程。人工時效時，新相沉淀的速度較自然時效快，但硬化的峰值沒有自然時效高）；含有一定量的錳與鉻，可以起到中和鐵的剛度不夠的作用；添加少量的銅和鋅，提高了合金的強度，而又不使其抗腐蝕性明顯降低；鈦能細化晶粒，可控制再結晶組織[3]。

對人員體重的調查，主要目的在于改善傳統舊式飛車空間較小的問題，達到對飛車進一步優化的目的，同時也被作為本項目單導線飛車能承受最高質量的參考。

3 整合設計

綜上所述，本項目坐式單導線飛車為質量輕、有腰部支撐、可提升工作續航時間的鋁合金材料加工而成的新式飛車。CAD設計圖如圖3所示。

圖3 坐式單導線飛車設計圖

4 結束語

江門開平市、臺山市、恩平市即將更換導地線線路約400 km，在此背景下，使用該坐式單導線飛車具有非常強的實際工程價值。該飛車結構簡單，成本較低，能大幅度提高工作續航能力，降低工作強度，減緩身心疲憊。尤其是對于目前大量入企的新員工，他們缺少高空作業經驗，高空作業技能弱，利用坐式單導線飛車學習出導線并克服高空恐懼是不錯的選擇，值得推廣。