淺談技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)推動(dòng)安全生產(chǎn)發(fā)展
——?jiǎng)⒓业揽诠?jié)制閘自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

莊逸民 周子靖 董友龍 石少忠

2016年12月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)安全生產(chǎn)領(lǐng)域改革發(fā)展的意見》。這是歷史上第一次以黨中央、國(guó)務(wù)院名義印發(fā)安全生產(chǎn)方面的文件，充分體現(xiàn)了黨中央對(duì)安全生產(chǎn)工作的極大重視。2017年1月，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃的通知》公開發(fā)布，把安全生產(chǎn)紅線意識(shí)作為指導(dǎo)安全生產(chǎn)各項(xiàng)工作的大方向、總戰(zhàn)略，并將之凝練歸納為安全發(fā)展理念，強(qiáng)調(diào)大力弘揚(yáng)安全發(fā)展理念，大力實(shí)施安全發(fā)展戰(zhàn)略，把安全發(fā)展融入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展大局，貫穿于規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等各環(huán)節(jié)。在國(guó)家安全生產(chǎn)形勢(shì)一片向好的同時(shí)，水利基層管理單位在安全生產(chǎn)管理方面也面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

劉家道口水利樞紐管理局自成立以來，高度重視安全生產(chǎn)工作，認(rèn)真貫徹安全生產(chǎn)法律法規(guī)和有關(guān)規(guī)定，制定適合本單位的安全生產(chǎn)規(guī)章制度，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，落實(shí)安全責(zé)任、安全投入，定期進(jìn)行安全教育培訓(xùn)，定期進(jìn)行工程觀測(cè)、開展隱患排查，建立健全的安全應(yīng)急管理預(yù)案，保證作業(yè)安全，強(qiáng)化安全管理，安全生產(chǎn)情況良好。

近年來，劉道口局重視技術(shù)創(chuàng)新，在日常管理工作中遇到現(xiàn)有技術(shù)難以解決的困難時(shí)，常常集思廣益，創(chuàng)新出一種適應(yīng)新困難的新技術(shù)。其中，劉家道口節(jié)制閘自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置就是一項(xiàng)不斷創(chuàng)新的成果。

一、設(shè)計(jì)背景

我國(guó)擁有眾多的河流，水利設(shè)施也是廣泛分布。在這些水利設(shè)施中，水閘是數(shù)量最多的，檢修啟閉機(jī)是水閘工程的重要組成部分，是在閘門檢修時(shí)，用來開啟和閉合閘門達(dá)到控制水的流動(dòng)和截止的一種專用起重設(shè)備。在水閘日常管理中工作閘門需檢修或全程試車時(shí)，應(yīng)將檢修門孔上的防護(hù)裝置打開，檢修啟閉機(jī)將檢修閘門吊運(yùn)到所要檢修的閘孔中，使門體疊加成為一體，進(jìn)入工作狀態(tài)，方便工作閘門檢修或全程試車；而不檢修時(shí)，檢修閘門分別鎖定在閘墩上，需要在上方蓋上防護(hù)裝置，防止人員跌落及雜物進(jìn)入閘口處。為了便于檢修啟閉機(jī)吊運(yùn)，檢修門孔上方由鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格防護(hù)欄（以下簡(jiǎn)稱防護(hù)欄）覆蓋作為安全保護(hù)裝置，劉家道口節(jié)制閘共36孔閘門，每孔共有14個(gè)護(hù)欄，每個(gè)護(hù)欄的尺寸為2.7m×1.2m（長(zhǎng)×寬），重量110kg。

在日常管理中，工作閘門需進(jìn)行定期與不定期的檢修和全程試車，檢修閘門需經(jīng)常性檢查。劉道口局工程技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)每次工作閘門全程試車、檢修工作閘門和檢查檢修閘門時(shí)，都必須需要4個(gè)工作人員一起把防護(hù)欄抬起，然后直行移到安全地方。但是，每次抬起防護(hù)欄時(shí)，稍有不慎極易造成人員墜落，存在較大安全隱患；而且劉家道口節(jié)制閘閘長(zhǎng)600余米，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作量大。據(jù)周邊地區(qū)調(diào)查，目前水閘上還沒有專門的設(shè)備搬運(yùn)護(hù)欄。

《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》提出的12字方針是“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”。要求在日常工作中必須把安全生產(chǎn)放在首位，不能以犧牲人的生命、健康為代價(jià)換取發(fā)展，劉家道口局以此為指導(dǎo)思想，為滿足水閘工程日常管理和安全生產(chǎn)管理的需求并結(jié)合當(dāng)前的科學(xué)管理發(fā)展前沿，技術(shù)人員及時(shí)采取有效措施，消除安全隱患存在，從安全管理著手，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格防護(hù)欄的構(gòu)造結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境及運(yùn)行特點(diǎn)，通過對(duì)該裝置的設(shè)計(jì)、可行性反復(fù)試驗(yàn)、實(shí)踐操作和改進(jìn)，不斷探索，克服技術(shù)瓶頸，推出自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置。

二、設(shè)計(jì)過程

2014年1月上旬試驗(yàn)正式開始。通過篩選方案、比較性價(jià)比，選擇Q345B鋼管作為機(jī)架的金屬材料，并在機(jī)架外部刷油漆防腐；水平移動(dòng)軌道采用檢修啟閉機(jī)現(xiàn)有運(yùn)行軌道為基礎(chǔ)；為了滿足吊降防護(hù)欄時(shí)平穩(wěn)安全，避免發(fā)生卡滯現(xiàn)象，在手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部位配裝開式蝸輪減速機(jī)。

經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)此方案存在以下缺陷：

（1）操作復(fù)雜，難以達(dá)到兩端設(shè)備同步。在吊降防護(hù)欄時(shí)，需要兩個(gè)人同時(shí)搖轉(zhuǎn)位于提升機(jī)兩端的旋轉(zhuǎn)把手，否則就會(huì)導(dǎo)致吊降過程中防護(hù)欄發(fā)生傾斜，不便操作。

（2）吊運(yùn)速度慢，工作效率偏低。吊抓防護(hù)欄后移動(dòng)時(shí)需要人工推動(dòng)，不能批量快速移動(dòng)，需要大量吊運(yùn)防護(hù)欄時(shí)工作效率偏低。

（3）不能自動(dòng)吊運(yùn)，難以形成集中控制。

民國(guó)紀(jì)元前十三年，公歷一八九九年，十二月二十五日，于其循例之游藝會(huì)中加演話劇。是役也，不特為學(xué)生演劇之先聲；亦即為話劇輸入中國(guó)之嚆矢。劇凡三：一曰《稟見得妻》，取材于昆曲《人獸關(guān)》之《演官》，而多所損益。屬混沌初開，因簡(jiǎn)陋特甚，既無布景，又乏燈光；而上場(chǎng)有詩(shī)，下場(chǎng)有對(duì)，猶未盡脫舊劇窠臼。其二則為系西洋短劇，純以英語(yǔ)出之。至劇名為何，已不復(fù)能舉矣。[4]32

鑒于以上設(shè)計(jì)缺陷，自2014年7月中旬，開始研究改進(jìn)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置。根據(jù)水閘結(jié)構(gòu)、防護(hù)欄構(gòu)造和檢修啟閉工作環(huán)境，通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行的可靠性和可行性進(jìn)行反復(fù)測(cè)試、改進(jìn)和論證，研制出自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置。該裝置既可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吊運(yùn)功能，又能批量工作，有效縮短了檢修啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)間，提高了工作效率和安全系數(shù)，滿足了安全生產(chǎn)管理需求。

三、自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置簡(jiǎn)介

1.工作原理

主要以直流電池組為驅(qū)動(dòng)電源，采用直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制和蝸輪減速技術(shù)，利用行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的前、后運(yùn)行，用霍爾感應(yīng)原理線性調(diào)速來控制設(shè)備運(yùn)行速度；利用升降電機(jī)和減速器來控制升降速度，并通過傳動(dòng)軸與吊具連接，實(shí)現(xiàn)吊抓功能。

2.基本構(gòu)造

該裝置主要由機(jī)架、驅(qū)動(dòng)電源、行走電機(jī)、升降電機(jī)、減速器、傳動(dòng)軸、吊具及自動(dòng)控制單元組成，利用現(xiàn)有檢修桁車的運(yùn)行軌道為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)為雙向自動(dòng)移動(dòng)式。

3.設(shè)計(jì)參數(shù)確定及制作過程

（1）機(jī)架制作

機(jī)架主要用于安裝該裝置各組成部件，并將荷載傳遞給基礎(chǔ)，保證裝置正常運(yùn)行，其特點(diǎn)是機(jī)加工量大，制造尺寸精度要求高。機(jī)架的金屬材料依然選擇Q345B低合金鋼。根據(jù)工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)又要滿足能吊運(yùn)兩個(gè)檢修防護(hù)欄的要求，合理布局裝置結(jié)構(gòu)，滿足設(shè)備跨度要求，設(shè)計(jì)出機(jī)架、行走輪、吊具及其導(dǎo)向裝置，并在基礎(chǔ)機(jī)架、連接部分等多處采用輔助固定方式，保證能承載足夠大的重量。

（2）驅(qū)動(dòng)電源選擇

在劉家道口節(jié)制閘檢修橋上無外接移動(dòng)交流電源，在檢修啟閉機(jī)的滑軌線中接線不現(xiàn)實(shí)，重新敷設(shè)交流電工作量大，且成本過高。所以選擇了一種環(huán)保、清潔、轉(zhuǎn)換率高的能源——鉛酸蓄電池作為驅(qū)動(dòng)電源，能保障行走電機(jī)、升降電機(jī)和自動(dòng)控制單元的穩(wěn)定電壓需求。為了避免蓄電池饋電，方便給蓄電池充電，在電池組置于機(jī)架頂端的傳動(dòng)軸上方，設(shè)有外接充電口，不需要額外的線纜，實(shí)現(xiàn)整機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。通過實(shí)踐，此電源完全能滿足日常工作需求。

（3）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的制作和安裝

根據(jù)該裝置吊具最低位置與最高位置的垂直距離、吊具所能吊抓的最大工作負(fù)荷、工作運(yùn)行速度及兩端行走輪同步等技術(shù)要求，行走電機(jī)選擇了兩臺(tái)直流無刷調(diào)速電機(jī)，升降電機(jī)采用了直流無刷電機(jī)與渦輪減速機(jī)，來提供穩(wěn)定的動(dòng)力、可靠的傳動(dòng)比。

行走電機(jī)分別安裝在裝置兩端前行走輪側(cè)，與行走輪通過傳動(dòng)軸連接，通過集中自動(dòng)控制操作，來保證其與調(diào)速旋鈕通過霍爾感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速，通過改變電動(dòng)機(jī)正反方向，就能實(shí)現(xiàn)前行后退工作，且速度可調(diào)。

升降電機(jī)安裝在機(jī)架頂端，升降電機(jī)和渦輪、減速機(jī)配合，解決了減速比小和不能自鎖的問題，將電機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)減至需要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩，渦輪減速機(jī)低速軸采用雙軸伸結(jié)構(gòu)，通過聯(lián)軸器相連與傳動(dòng)軸連接，兩端的吊具與軸采用過盈配合聯(lián)接，為防止發(fā)生軸向竄動(dòng)，采用頂絲制約，保證其承載能力高及在振動(dòng)下工作可靠。

（4）自動(dòng)控制單元的設(shè)計(jì)和制作

將自動(dòng)控制柜安裝在機(jī)架頂端一側(cè)，為了節(jié)省線路長(zhǎng)度，使其與升降電機(jī)及無刷控制器距離最近，安裝高度為1.8m，預(yù)留出一定的操作空間。該設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，要實(shí)現(xiàn)裝置雙向運(yùn)行且速度可調(diào)可控、吊抓運(yùn)行速度穩(wěn)定且重物能在起升位置任意停止，同時(shí)要求吊、運(yùn)機(jī)構(gòu)不能同時(shí)工作。在設(shè)計(jì)時(shí)就確定了前行、后退、升降、停止、急停等功能按鈕和指示燈，為了集中自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單操作，對(duì)自動(dòng)控制單元的控制線路和按鈕進(jìn)行了調(diào)整，把前行、后退、停止和升降整合到一個(gè)控制旋鈕上，另設(shè)置了一個(gè)轉(zhuǎn)換按鈕，當(dāng)按下轉(zhuǎn)換按鈕時(shí)，該裝置可實(shí)現(xiàn)“前行—停止—后退”功能，當(dāng)旋松轉(zhuǎn)換開關(guān)時(shí)，該裝置可實(shí)現(xiàn)“上升—停止—下降”功能，控制線路上采用雙重聯(lián)鎖正反轉(zhuǎn)控制電路，兩個(gè)接觸器互相制約，使得任何情況下不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)線圈同時(shí)得電的狀況，起到保護(hù)作用。

（5）輔助設(shè)施

為了便于操作人員安全操作，在自動(dòng)控制操作柜下方、機(jī)架兩端中間位置，距地面0.3m處安置操作踏板。為適應(yīng)水閘管理規(guī)范化需要，將升降電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)軸和蓄電池統(tǒng)一安裝在一個(gè)平臺(tái)內(nèi)，并用鐵罩全部封閉，留有檢修口。在按鈕處印制操作說明及指示，易懂易操作。

四、結(jié)語(yǔ)

《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃的通知》中主要任務(wù)的第五項(xiàng)為“強(qiáng)化安全科技引領(lǐng)保障”，要求加強(qiáng)安全科技研發(fā)、推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化、推進(jìn)安全生產(chǎn)信息化建設(shè)。這一方面說明技術(shù)創(chuàng)新在安全生產(chǎn)工作中無可替代的重要性，同時(shí)也是對(duì)各級(jí)管理單位的安全生產(chǎn)工作提出的新要求、新挑戰(zhàn)，劉家道口閘自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置的發(fā)明使用正是響應(yīng)國(guó)家政策的一大體現(xiàn)。2015年下半年以來，自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置在劉家道口節(jié)制閘上正式推廣應(yīng)用。截至目前，已制作安裝了三臺(tái)，運(yùn)行效果良好。該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、可靠性好、安全平穩(wěn)，有效避免了工作人員發(fā)生跌落摔傷情況，從根本上解決了人工搬運(yùn)勞動(dòng)強(qiáng)度大和危險(xiǎn)性高的關(guān)鍵性問題，大大提高了安全系數(shù)。自動(dòng)移動(dòng)式護(hù)欄提升裝置的操作規(guī)程正在不斷完善，既滿足了水閘安全生產(chǎn)管理的需要，同時(shí)又有效地改善了工作環(huán)境，保障了水閘工程安全運(yùn)行,保護(hù)了作業(yè)人員安全與健康