一種砼桿攀爬工作平臺的設(shè)計

莫盛秋

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

一種砼桿攀爬工作平臺的設(shè)計

莫盛秋

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

介紹了一種用于電力設(shè)備安裝、檢修的砼桿攀爬工作平臺的設(shè)計。重點闡述了砼桿攀爬檢修平臺的結(jié)構(gòu)、組成和工作原理，分析了砼桿攀爬工作平臺受力情況、性能特點及實際應(yīng)用。通過砼桿攀爬工作平臺，可將電力設(shè)備安裝維修人員和相關(guān)器材運送到砼桿高處，極大地降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高了電力設(shè)備架設(shè)安裝的工作效率，同時能確保工作人員的安全。

砼桿； 攀爬； 工作平臺； 電力設(shè)備

0 引言

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，需要架設(shè)的電桿越來越多，有時為適應(yīng)高壓輸電要求，電桿架設(shè)得也越來越高。在我國一些地方，特別是一些交通不便的地區(qū)，電力設(shè)施的安裝，特別是高空電力設(shè)施的安裝維修主要是依靠人工攀爬至砼桿高處進(jìn)行操作。這種靠人力攀爬電桿，向高處輸送器材以及對電力設(shè)施進(jìn)行檢測維護(hù)的工作方式，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。故人們迫切需要一種能夠攀爬砼桿的設(shè)備來幫助完成這些工作。隨著我國城市現(xiàn)代化的發(fā)展、城市照明和城市亮化工程不斷推進(jìn)，一些廣場的燈桿、路燈燈桿不斷增高，這對燈具的安裝、檢測和維修、材料的運送提出了新的要求，也需要一種能夠攀爬燈桿的設(shè)備來幫助完成這些工作。

本設(shè)計的目的是為人們提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、功能完善、安全可靠的，能夠在桿類、柱狀的物體進(jìn)行上下攀爬，幫助人們運送物資、器材，或開展觀測、作業(yè)的設(shè)備，以減輕相關(guān)行業(yè)工作人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率[1]。

1 砼桿攀爬工作平臺組成

砼桿攀爬工作平臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要由齒輪齒條滑動攀爬機(jī)構(gòu)、卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)、抱箍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、作業(yè)平臺框架和動力及電氣控制系統(tǒng)5個部分組成[2]。

圖1 砼桿攀爬工作平臺結(jié)構(gòu)圖

1.1 齒輪齒條滑動攀爬機(jī)構(gòu)

齒輪齒條滑動攀爬機(jī)構(gòu)主要有內(nèi)滑臂、外滑套、主電機(jī)、單向?qū)л?、軸承A、軸承B、齒條及齒輪等零件。其結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 齒輪齒條滑動攀爬結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)滑臂安裝在外滑套中，軸承A和軸承B能防止內(nèi)滑臂向左右、前后傾斜，使其只能在外滑套中垂直上下運動。內(nèi)滑臂和外滑套上的單向?qū)л喸跈C(jī)構(gòu)上升時能滾動，下降時不能滾動，可阻止機(jī)構(gòu)下滑。齒輪安裝在電機(jī)軸上(圖中電機(jī)遮蓋部分)，與齒條嚙合[3]。

1.2 卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)

卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)見圖3所示。

卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)包括滾軸、單向滾輪、卡扣左臂、卡扣右臂、卡扣拉簧等零件[4]。機(jī)構(gòu)的內(nèi)滑臂和外滑套上各安裝有一只卡扣?？凼峭ㄟ^活動軸、插銷等零件分別與內(nèi)滑臂、外滑套相連接。

1.3 抱箍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

抱箍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖3 卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖4 抱箍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

抱箍旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括左抱箍、右抱箍、左懸臂、右懸臂、壓抬螺釘、旋轉(zhuǎn)滾輪及旋轉(zhuǎn)電機(jī)等零部件。抱箍內(nèi)裝有滾針軸承，左右抱箍通過螺釘連接抱緊。懸臂一端與抱箍連接，當(dāng)中與轉(zhuǎn)軸鉸接，另一端懸于壓頂螺釘之下。

1.4 工作平臺框架

砼桿攀爬工作平臺框架主要由平臺支架、工作平臺框架等部件組成，它們都是與外滑套連接。工作平臺框架用于裝載作業(yè)人員、電力維護(hù)工具等。

1.5 動力及電氣控制系統(tǒng)

工作平臺動力由蓄電池提供，電氣控制系統(tǒng)包括主電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電磁閥及控制電路板等，用于控制砼桿攀爬工作平臺的升降、旋轉(zhuǎn)等過程。

2 砼桿攀爬工作平臺的工作原理

平臺攀爬：主電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動，其端部的齒輪推動安裝于內(nèi)滑臂上的齒條向上升出，而外滑套通過卡扣夾緊在電桿原位不動，內(nèi)滑臂升到一定高度后停止。此時電機(jī)反轉(zhuǎn)，齒輪連同電機(jī)，帶動外滑套順著齒條上升，而內(nèi)滑臂通過卡扣夾緊電桿在原位不動，如此交替循環(huán)即可攀登到所需高度[5]。

平臺下降：給內(nèi)滑臂上的電磁閥通電，電磁閥將卡扣頂起一個角度，使其無法卡緊主電桿，此時齒輪做逆時針運動，內(nèi)滑臂上的齒條被齒輪逐步下拉，而外滑套不動。內(nèi)滑臂下降到達(dá)一定位置時停下，電磁閥失電，卡口將內(nèi)滑臂夾緊，此時，外滑套上的電磁閥得電，頂起外滑套上的卡口，使其無法夾緊電桿。當(dāng)齒輪做順時針轉(zhuǎn)動時，連同電機(jī)、外滑套順著齒條一同下降，直至到達(dá)需要的位置后，電磁閥失電而停止。內(nèi)滑臂下行卡扣工作示意圖見圖5所示。

圖5 內(nèi)滑臂下行卡扣工作示意圖

跨越橫擔(dān)：當(dāng)工作平臺在電桿上攀爬遇到橫擔(dān)時，卡扣受阻便無法繼續(xù)攀升，此時，平臺上的工作人員先用一只手將內(nèi)滑臂卡口上的卡銷往上拔起，然后用另一只手將活動軸拔出，此時卡扣左臂脫離內(nèi)滑臂。用同樣的方法卸卡扣右臂，此時卡扣完全與內(nèi)滑臂分開，當(dāng)內(nèi)滑臂上升超過橫擔(dān)時，再把卡扣安裝上。同理，外滑套的卡扣也能順利跨越橫擔(dān)。工作平臺跨越橫擔(dān)見圖6所示。

圖6 工作平臺跨越橫擔(dān)示意圖

平臺旋轉(zhuǎn)：當(dāng)平臺內(nèi)的工作人員完成砼桿上一個工位的工作后，需要換另一個工位開展工作，而且兩工位距離較大，原位置無法夠著，需要用到平臺旋轉(zhuǎn)功能。首先由平臺上工作人員分別將左旋臂和右旋臂抬起，將其合攏抱住砼桿，分別用前螺釘和后螺釘將兩抱箍連接夾緊電桿。然后旋動平臺框架內(nèi)兩側(cè)的壓抬螺釘，將平臺的重量轉(zhuǎn)移到左右兩根懸臂上，兩只卡扣與電桿松開。此時給旋轉(zhuǎn)電機(jī)送電，旋轉(zhuǎn)滾輪即帶動平臺圍繞砼桿轉(zhuǎn)動，到達(dá)所需的工作位置。工作平臺旋轉(zhuǎn)見圖7所示。

圖7 工作平臺旋轉(zhuǎn)示意圖

3 砼桿攀爬工作平臺受力分析

砼桿攀爬工作平臺的每一個卡扣都是一個受力平衡單元，下面將單個卡扣受力情況進(jìn)行分析。卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)受力如圖8所示。

圖8 卡扣鎖緊機(jī)構(gòu)受力分析圖

從圖8中可以看出，A、B兩處為單向輪，桿體與卡扣的接觸可看作是靜摩擦。此時卡扣共受到七個力的作用，其中G為平臺自身重力，P為承載的重力，NA為砼桿對滾輪A的支持力，fA為砼桿對滾輪A的靜摩檫力，NB為砼桿對滾輪B的支持力，fB為砼桿對滾輪B的靜摩檫力，ft為彈簧力，因其力較小，且是對鎖緊有利，故在此忽略。若要使卡扣受力平衡，需要滿足如下條件：

NA=NB

(1)

fA+fB=G+P

(2)

設(shè)砼桿直徑為d，平臺重心至砼桿中心距離為l，負(fù)載重心至砼桿中心距離為x，兩滾輪高度差為h?，F(xiàn)取各個力對A點的力矩側(cè)有：

(3)

(2μl-h)G≥(h-2μx)P

(4)

4 砼桿攀爬工作平臺的性能與特點

砼桿攀爬工作平臺能攀爬多個型號的砼桿。由于砼桿攀爬工作平臺的卡扣角度可以自動調(diào)節(jié)，所以能夠自動攀爬多種直徑不同的砼桿。砼桿攀爬工作平臺能跨越障礙。由于卡扣可以快速拆卸，故在攀爬過程中，當(dāng)遇到砼桿上的障礙時，可先后把卡扣卸下即可分步通過障礙，突破了平臺在砼桿上垂直運動的瓶頸。砼桿攀爬檢修平臺攀爬速度較高，每分鐘不低于8米。砼桿攀爬檢修平臺可實現(xiàn)360°水平旋轉(zhuǎn)，便于工作人員開展各種位置的作業(yè)，工作范圍廣。砼桿攀爬工作平臺安全可靠，能在任意位置鎖定。砼桿攀爬工作平臺能減輕電力檢修人員勞動強(qiáng)度，能夠幫助工作人員提高工作效率。砼桿攀爬工作平臺采用鋰電池驅(qū)動整個系統(tǒng)，工作時不需外接電源，其容量滿足連續(xù)工作4小時。自重小，載荷大，砼桿攀爬工作平臺攀爬平臺自重在40 kg以下，荷載達(dá)120 kg以上，運輸方便。

5 結(jié)束語

砼桿攀爬工作平臺主要用于在砼桿上開展電力設(shè)備安裝維修，向高處運送人員和器材的工具。隨著電力事業(yè)的發(fā)展，需要架設(shè)的電力設(shè)備也越來越多，現(xiàn)在主要靠人工來完成，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，不能跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。隨著砼桿攀爬工作平臺的使用，將能夠在很大程度上減輕人們的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，故砼桿攀爬工作平臺具有很好的市場前景。

[1] 吳宇澤.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則與實例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：150-152.

[2] 王繼成.產(chǎn)品設(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：210-211.

[3] 王良才，張文信，黃陽.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2007：201-205.

[4] 戴振東，岳林.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005：334-347.

[5] 楊家軍.機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，1999：75-77.

[責(zé)任編輯：李娟]

Design of a Concrete Pole Climbing Platform

MO Shengqiu

(Department of Mechanical and Electronical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

This paper introduces a design of a concrete pole climbing platform. It focuses on the structure, composition and working principle of the concrete pole climbing and maintenance platform, analyzes the stress concrete pole climbing working platform, performance characteristics and application. Through the concrete pole climbing working platform, power equipment installation maintenance personnel and related equipment can be transported to the top of pole, which can greatly reduce the labor intensity of workers, improve the equipment erection installation work efficiency, and ensure the safety of operating personnel.

concrete pole; climbing; working platform; electric power equipment

2016-09-04

莫盛秋(1957-)，男，研究員級高級工程師，主要研究方向：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計、精密模具設(shè)計

TM 753

B

1672-2434(2016)06-0016-04