架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置的研制_林添进.pdf

/架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置的研制林添进陈亮洪海涛程志杰邹振平陈肇隆（.国网福建省电力有限公司泉州供电公司.福建电力职业技术学院）摘要：架空输电线路及输电电缆线路通道运维过程中，因基建、清赔等原因，线路通道走廊保护区内树竹超高常有发生，树竹超高将导致线路放电、跳闸，是危及线路安全运行的严重隐患，当输电线路与树木的最小距离小于安全标准规定时，有可能造成树闪事故，导致供电中断，甚至会造成电网安全事故。为消除运维人员在砍树过程中造成的安全风险与困扰，研制架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置，该装置构造简单，造价低廉，能有效提高工作效率，保证人身安全与设备安全。关键词：树竹清障；卡具设计；安全倒向控制；经济效益 引言树木清障是输电线路运维人员日常维护工作的重要内容之一，而如何在砍树过程中控制与带电导线安全距离严重不足的树竹是困扰运维人员的关键性难题。本项目计划研制一种架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置，可以有效规避作业风险，保证作业人员的安全。该装置具有低造价、轻量化、易于操作等特点，能够减轻基层一线班组人员劳动强度。存在的问题树竹清障作业，要求工作人员必须熟练掌握作业方法、流程及危险点，特别是树竹将倾倒时有效控制其倒向的措施。砍伐超高树竹时，若不能有效控制其倒向，倾倒后的树竹将可能倒向附近的工作人员或者高低压线路等设施，严重危及人身、财产安全。近年来，公司系统内基层单位在树竹砍伐作业中，因不能有效控制树竹倒向而引起的人身伤害事件时有发生。而现有的控制倒向的常规方式有人力推树和上树绑扎控制绳两种方式。前者由于人力推树支点过低，往往不够控制树木倒下的方向，后者费时费力且上下树过程中有高坠的风险，因此，迫切需要研制一种高效、安全的架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置，来解决传统方法的不足，具有巨大实用价值和社会意义。课题确定运用“头脑风暴法”对架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置的总体设计方案进行研究、技术分析，认为装置可采用机械式、半自动、全自动三种方案。全机械式方案，研制成本低，但难以满足仅需 人牵引的要求；全自动化研制成本高，难度大，且可靠性难以保证。因此，项目小组决定采用半自动设计方案，并根据设定的目标值进行功能分析，将装置分卡具结构、固定方式和牵引装置三个模块进行设计研制。装置的设计.卡具结构确定项目成员就卡具主体结构设计进行讨论，认为卡具应满足硬度、韧度够强，操作轻便的要求。小组成员经讨论，最终确定金属抱箍作为卡具的主体结构方案，其优点为作业人员不用登高就可轻松将其送到离地 及以上的树干身，可越过分叉枝卡住树干身，不脱落。同时，可与送其上树的伸缩操作杆灵活组合与拆卸，如图 和图 所示。图 卡具功能示意图图 金属抱箍卡具.固定方式确定砍伐超高树竹作业中，需要使用操作杆将抱箍卡具安全地顶至离地 及以上的树干身，抱箍固定后，将操作杆与卡具拆除，以避免树竹倾倒后压坏操作杆。同时，应使抱箍平面能与操作杆形成一定角电气技术与经济 产品与解决方案 /度，抱箍上升过程中万一发生意外脱落，人员不在抱箍坠落半径内，以确保人身安全，且操作杆与抱箍卡具应能灵活组合与拆卸。经过讨论确定采用专用金具方案，研制专用金具，在操作杆顶部设计金属结构，在卡具上设计与其相匹配的金属导槽，可实现卡具与操作杆的快速装、拆，如图 所示。图 用金具效果图.牵引方式确定确定卡具结构、卡具与操作杆的固定方式之后，小组就控制绳的牵引方式进行讨论，从“节省人力，实现远程操控、确保作业人员不被砸伤”为出发点，以“牵拉尾绳仅需 人，人员伤亡风险降至 ”为目标，制定利用遥控单电机牵引方式，实现控制树竹沿着预定方向倒向的遥控单电机牵引方案，该方案虽然需要采购电机、蓄电池，成本较高，但可节约人力，将作业人员被砸伤风险降为 ，达到预期值，如图 和图 所示。图 牵引方式示意图图 操作示意图 方案实施.抱箍的研制抱箍卡具设计如图 所示，针对国内现有技术的不足，提出一种箍紧树竹后便不会再滑动、抱箍锁紧机构承受较小的压力从而避免抱箍锁紧机构崩开的树竹倒向控制抱箍。通过以下技术方案实现：一种树竹倒向控制抱箍，包括可相对闭合或张开的相互铰接的第一抱箍和第二抱箍、设置在第一抱箍上的第一摆臂、设置在第二抱箍上的第二摆臂、设置在第一、第二抱箍前端之间使第一、第二抱箍保持在闭合状态的锁紧机构，牵拉绳通过两支绳分别与第一、第二摆臂连接，当第一、第二抱箍张开时，第一、第二摆臂张开，牵拉绳施加拉力可带动第一、第二摆臂相对靠拢，使第一、第二抱箍闭合，其中一个抱箍设置有相对于牵拉绳的受力段。图 抱箍设计图受力段内侧设置有锯齿。第一抱箍与第一摆臂之间设置有弹簧、第二抱箍与第二摆臂之间设置有弹簧，当牵拉绳未受力时，弹簧使第一、第二抱箍一直处于张开状态。包括设置在其中一个抱箍上的定位机构，定位机构与操作杆配合，可将抱箍安放在树竹高处。锁紧机构包括设置在一个抱箍上的锁舌、设置在另一个抱箍上的锁芯，锁芯内设置有用于卡住或者松开锁舌的活动件。两抱箍呈一大一小的圆弧状，抱箍闭合后呈现完整的圆环。第一摆臂垂直设置在第一抱箍铰接的一端，第二摆臂垂直设置在第二抱箍铰接的一端。第一摆臂、第二摆臂末端均设置有通孔，牵拉绳的两支绳分别穿过通孔绑在第一、第二摆臂上。定位机构为与抱箍一体成型的空心圆柱。本新型抱箍卡具具有如下有益效果：其中一个抱箍设置有相对于牵拉绳的受力段，伐树时受力段承受主要的压力，从而使锁紧机构承受的压力很小，因此能够避免锁紧机构由于承受压力太大而崩开的情况。在抱箍的受力段内侧设置锯齿，在箍紧树竹时，能够增加抱箍与树竹间的摩擦力，即使遇到光滑的树竹，也不会滑动。在抱箍与摆臂间设置弹簧，能够保证抱箍在还未放置在树竹指定位置时一直保持张开的状态。抱箍受力分析，抱箍设计满足拉最大直径 的树木时钢绳的拉力在水平方向的分解力大于树木反作用于抱箍臂在水平方向的分解力。设绳子拉力为电气技术与经济 产品与解决方案 /、绳子与固定抱箍的水平夹角为 ，水平方向的拉力分解为 。树木与活动抱箍臂之间的反作用力为、在水平方向的夹角为 分解力为 ，则：满足水平拉力的分解力大于反作用力在水平方向的分解力时，活动抱箍可有效地紧密闭合，且受绳子拉力时越来越紧。抱箍实物如图 所示。图 抱箍实物图实施结果：抱箍卡具满足硬度、韧度够强，操作轻便的要求。作业人员不用登高就可轻松将其送到离地 及以上的树干身，可越过分叉枝卡住树干身，不脱落。机械专业技术人员对其进行强度及功能分析，论证可行。.专用固定金具的研制设计专用金具作为卡具与操作杆的固定（装与拆）方式，与操作杆顶部金具相匹配，能实现抱箍的快速装拆。可使抱箍平面与操作杆形成一定角度，提升过程人员不在抱箍坠落半径内。如图 所示，操作杆顶端金具设计为齿轮型机械结构，类似时针可调节多个角度进行锁紧固定（见图 ）此设计可使操作杆提升抱箍过程中，作业人员不在抱箍坠落半径内，从而避免人员被砸伤。在专用抱箍卡具上设计一个与操作杆端部金具相匹配的卡扣槽（见图 ），实现与操作杆的连接，此项设计能够有效避免在顶起抱箍时因操作不当或树枝遮挡而造成的抱箍脱落。图 操作杆与抱箍卡具配套金具设计经统计常见超高树竹高度，确定操作杆型为可伸缩式结构，长度可达 ，以满足不同高度的树竹砍伐作业。操作杆选购重量轻、强度大的玻璃钢环氧树脂机械拉挤成型杆。使用过程：在地面，作业人员将操作杆缩至最短，将操作杆顶端的齿轮型结构调节一定角度锁定，然后与抱箍的凹槽相对接，最后利用操作杆将处于水平面的抱箍顶至一定高度的树干身，闭合卡住，如图 所示。图 专用固定金具实物图实施结果：设计专用金具作为卡具与操作杆的固定（装与拆）方式，与操作杆顶部金具相匹配，能实现抱箍的快速装拆。可使抱箍平面与操作杆成一定角度，提升过程人员不在抱箍坠落半径内。请外协厂资深机械设计师协助功能论证，模型仿真，满足目标要求。.遥控单电机选型及布置方案优化项目小组成员邀请部门具有 多年砍树经验的老师傅现场指导，应用手链葫芦和拉力环，对高 、底部直径为 的超大速生巨尾桉进行倒向牵引力测试，测试最大牵拉力为 .，即 .。而常见超高树竹高约 ，因此选型牵引力为.的遥控单电机，如图 所示。此型号能保证足够的牵引力，且仅需 人操控遥控器。布置方案应能实现远程操控，可确保作业人员不被砸伤。如图 所示，遥控单电机可绑扎在就近适宜的树桩上，经多地现场勘查，树桩到处都有，不存在找不到的情况。在超高树竹倒下时，上有树桩顶着，可有效防止电机被砸坏。遥控器采用有线式，可防止信号失效、信号干扰等不稳定因素，比无线遥控信号更强、更稳定。遥控器型号与电机相匹配，具有正反转、定速、防误操作的功能，能够实现轻松可靠地收、放控制绳。实施结果：选购的遥控单电机具有正反转、定速、电气技术与经济 产品与解决方案 /图 遥控单电机选型图 控制绳牵引方式及控制方式设计防误操作的功能，且有足够的牵引力。仅需 人操控遥控器就能实现远程操控树竹沿着预定方向倒向，避免树竹倾倒误伤及工作人员，提高作业人员的安全。.整体组装成型根据总设计方案将各个模块进行整体组装。如图 所示。图 置整体组装布置图 应用情况项目小组成员携带架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置及电锯、油瓶，到班组辖区的一处超高树竹区，工作负责人对作业人员进行安全交底后，开始进行新型装置应用测试，如图 所示。图 现场测试图测试结果装置现场应用良好，各项功能测试满足目标值要求。作业人员无需登高作业就可轻松的将牵拉绳受力点越过分叉直，设置在离地 以上的树干身。仅需一人操控遥控器，就可以轻松、安全地控制树竹倒向。减少作业人员数量，提高作业效率，大大降低安全风险。产生的经济效益砍伐超高树竹的作业，通常需要一名工作负责人（监护人）和至少 名辅助工人。采用本装置，只需 名辅助工人，且可显著提高作业效率。若按 名辅助工人日薪 元计算，国网泉州供电公司输电室一年砍树作业按 次计算，则一年可以节约人力成本 元。同时，采用遥控单电机牵拉方式，可确保牵引人员不在树倒范围内，确保人身安全。装置携带方便，使用便捷，可显著提高输电线路超高树竹清障效率，减少停电隐患和用户投诉，具有显著的经济及社会效益。结束语架空及电缆通道超高树竹清障辅助装置为项目科研攻坚小组在日常工作中对工器具的首次创新，其有效地解决了砍树清障与作业安全的突出矛盾，同时兼顾经济性与高效性，为一线生产班组的日常维护工作提供安全保障。参考文献 输电线路检测技术导则 架空输电线路故障风险计算导则 王建.输电线路气象灾害风险分析与预警方法研究 重庆：重庆大学，.吴坤祥.浙江省特高压输电线路运维检修管理模式研究 杭州：浙江工业大学，.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 5）电气技术与经济 产品与解决方案