爬桿輔助平臺可行性研究報告

張凱

摘要：隨著社會的發(fā)展，高空作業(yè)在人們的生活中出現(xiàn)得越來越普遍。高空作業(yè)具有較高的復雜性和危險性，工作人員往往需要架設吊繩或者使用工程車到達預定高度的位置，前期準備工作繁瑣，作業(yè)環(huán)境存在高危險性和高不確定性，且作業(yè)過程成本高昂，作業(yè)效率低下。而本文設計了一種爬桿輔助平臺，降低了高空作業(yè)復雜性與作業(yè)成本，提高了作業(yè)效率，同時也大大減少高空作業(yè)對人帶來的潛在傷害。

關鍵詞：高空作業(yè);爬桿輔助;平臺設計

一、設計背景及意義

由于周圍環(huán)境的限制，在大型帶電作業(yè)車不能到達的檢修位置，往往一次檢修都要浪費大量的時間、人力、財力等，工作效率較低。

（2）

如遇高空作業(yè)車及作業(yè)平臺無法抵達設備指定位置，往往需要檢修人員攀爬。

（3）

國網檢修工人在進行爬桿作業(yè)時，傳統(tǒng)的都是利用穿戴腳扣進行爬桿，到合適位置時，檢修工人雙腳只能維持上下錯位的狀態(tài)。這樣的狀態(tài)不利于高空作業(yè)，且檢修人員工作效率會無法達到昀佳值。為了解決上述問題特提出爬桿輔助平臺的設想。

（4）

目前市場上作業(yè)時只能一人在高空作業(yè)或者一上一下，不能同時容納兩個人在同一高度進行作業(yè)。

針對上述現(xiàn)狀，研發(fā)一款便攜式輔助平臺設備來解決此現(xiàn)狀，填補行業(yè)中的空白，節(jié)省檢修時間、人力成本、提高工作效率。檢修人員在高空作業(yè)檢修時，可以卸掉腳扣，雙腳踏在輔助平臺上。由于力的作用是相互的，平臺受力面積大于腳扣受力面積，平臺對雙腳的擠壓是微乎其微的，所以作業(yè)人員是完全不會有任何不舒適感的。

平臺結構是圓形機構，檢修人員可以繞著水泥桿 360度范圍內活動。腳扣結構只適應爬桿需求，檢修人員只能在局部范圍內活動。

二、國內外研究現(xiàn)狀

1、滾輪式

該樣式輔助平臺以多個滾輪環(huán)抱桿件增加接觸面積并運用自鎖的原理設計，借助爬桿的自重與負載，使一側的滾輪斜向下緊扣在電線桿上，另一側滾輪斜向上緊扣在電線桿上，以此來產生較大的摩擦力，借助這個摩擦力，電機帶動滾輪轉動驅動整個輔助平臺的移動。采用舵機為驅動滾輪，依靠滾輪與桿件之間的摩擦力完成移動。該爬桿輔助平臺有較大的負載能力，動作平穩(wěn)且沖擊較小。但是越障能力較差，且整機體積較大，結構相對復雜。

2、仿生式

仿生式爬桿輔助平臺，顧名思義就是通過模仿生物爬桿時的步態(tài)和貼附方式，進而設計出的。該輔助平臺可以分為頭部，中部，尾部。頭部尾部分別設計有夾緊部件，中部設計有伸縮部件。爬行桿件時，尾部通過夾緊部件夾緊桿件，頭部夾緊部件松開，中部伸縮部件伸長，之后頭部夾緊，尾部松開，中部縮短。以此完成一個周期動作。該類型的輔助平臺有良好的對心能力，利用氣缸完成機器人的夾緊與移動有一定的負載能力與快速的響應速度。同時負載能力較好，結構簡單，具備一定的越障能力，對控制的要求也相對簡單

3、仿尺蠖式

仿生類爬桿輔助平臺學習了生物結構或者運動特性上的優(yōu)勢，使得結構緊湊，或者對環(huán)境的適應性與機動性能良好。該類爬桿輔助平臺對高性能的新型材料有一定的要求，需要精密靈敏的傳感器為爬桿機器人感知外界環(huán)境，對控制方式，驅動方式更是發(fā)起高要求的挑戰(zhàn)。也因為復雜的仿生類爬桿機器人在開發(fā)和制造上的困難，導致其還局限于實驗驗證，難以應用到工業(yè)方向。

三、項目的理論和實踐依據(jù)

爬桿輔助平臺的設計理念來源于抱箍，一種嵌入式抱箍，它是由左、右兩半片抱箍對合后聯(lián)接而成，左、右兩半片抱箍均呈半圓環(huán)狀，半圓環(huán)兩端向外彎折，各形成一個安裝耳，其特征在于：所述的左半片抱箍一端的安裝耳上開有嵌槽，相應的，與其相配合的右半片抱箍相應端的安裝耳上設置有銷軸，右半片抱箍一端安裝耳上的銷軸嵌入左半片抱箍一端安裝耳上的嵌槽。抱箍結構的基礎上進行改裝加裝鎖緊螺桿防滑出機構，抱箍左右半片內圓面都安裝有防滑橡膠條增加摩擦力。平臺上平面是具有一定斜度的平面，設計成這樣的結構是因為作業(yè)人員在檢修維護設備時在安全帶作用下身體是不可能與電桿面相平行的，會形成一定的角度。

四、項目研究內容和實施方案

4.1 研究內容

目前針對輸電配電變電線路上的設備維修依靠單純的人力攀爬或者是高空作業(yè)車進行登高檢修，特別是變電現(xiàn)場設備非常密集，受變電站檢修通道、停電范圍、安全距離的限制，高空作業(yè)車或檢修升降平臺有時不能到達檢修位置。變電站內戶外設備居多，設備長時間暴露在空氣中，易受環(huán)境、負荷影響，設備容易被氧化及外部環(huán)境污穢物污染，導致設備需要進行定期維護。在狹窄的空間高空車無法駛入的情況下只能依靠人力攀爬登高維護清洗設備。目前傳統(tǒng)的登高是依靠穿戴腳扣的形式，到達指定檢修位置時，檢修工人雙腳只能維持上下錯位的狀態(tài)，這樣的狀態(tài)不利于高空作業(yè)。雙腳踏在同一平面上是昀舒適的一種狀態(tài)。只有姿勢正確了，檢修人員工作效率才會提升。在同一高度檢修時，目前電力行業(yè)中不依靠高空登高車的情況下只能允許一個人進行作業(yè)，需要另一人員進行協(xié)助時，只能是一人在下部進行協(xié)助，而不能同時處在同一水平面上。另外傳統(tǒng)的這種形式檢修人員只能在某個區(qū)域內進行維護，不能圍繞電桿進行360度范圍內活動檢修。

4.2 實施方案

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，包括：左右兩半平臺、鎖緊裝置、內圈防滑橡膠、螺桿防滑機構、鎖緊裝置承載塊、螺桿防滑機構承載塊、平臺面防滑槽、平臺底部網狀槽、開合機構、吊裝孔。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，左右兩半片平臺使用螺栓固定與開合機構組合在一起。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，鎖緊裝置采用手輪與螺桿配合的方式，鎖緊設備時只需順時針旋轉手輪，松開設備時只需逆時針旋轉手輪。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，內圈防滑橡膠是貼于左右兩平臺與水泥桿接觸的內圈槽中，橡膠的作用是為了增加摩擦力。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，螺桿防滑機構的組成是由拉環(huán)、銷軸、彈簧、彈簧座組成，需要分離兩平臺時，第一步逆時針旋轉手輪，第二步勾住拉環(huán)使銷軸從孔中脫離，第三步螺桿逆時針旋轉脫離螺桿防滑機構承載塊的槽口，該設備就可以打開。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，鎖緊裝置承載塊與螺桿防滑機構承載塊均用螺栓緊固分別安裝在左右兩平臺上。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，平臺面防滑槽是利用機銑的方式在平面上開槽，開槽目的是為了防止檢修人員腳底打滑。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，平臺底部網狀槽是利用機銑的方式加工而成的，可以減輕設備的重量，防止設備受環(huán)境因素出現(xiàn)裂紋。

一種爬桿輔助平臺，其特征在于，左右平臺各加工一個直徑為 30mm的吊裝孔，檢修人員爬桿時不需要隨身攜帶，到達指定位置利用繩索把設備吊裝到使用位置就行。

五、結語

本設計解決了檢修工人徒手攀爬電線桿的難題，保障了工人的人身安全，提高了工作效率，加快了工作流程，提高了工人工作時的舒適度，在后續(xù)的工作中也可以對一些部件進行調整，提高高空作業(yè)的安全性。

參考文獻

[1]高層建筑外墻清潔涂裝壁面爬行機器人研究[D].干朝陽.哈爾濱工程大學 2007

[2]現(xiàn)代機械創(chuàng)新產品分析與設計[M].機械工業(yè)出版社，趙松年等主編，2000

[3]一種載人爬桿作業(yè)平臺[P]. 高山，單曉鋒，王琦，唐旭明，吳少雷，韓先國，史夢迪，馮玉，劉陽，郭祥，甄武東，王萬成，張明帥，侯強強. 中國專利：CN210478872U，2020-05-08