變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置設(shè)計(jì)

王德賀，張俊偉，王 婷，趙 錚

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，貴州 清鎮(zhèn) 551417）

近年來(lái)，電力企業(yè)高度重視安全生產(chǎn)工作，員工安全聲場(chǎng)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，安全防護(hù)設(shè)備日漸完善。而在變電站日常運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，安全帽是最基本也是最重要的安全防護(hù)用品。按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，安全帽主要包含帽襯、帽殼、下頜帶和后箍等部分，可有效地緩沖、分散外界的瞬間沖擊力，進(jìn)而減輕或避免突發(fā)外力對(duì)作業(yè)人員頭部、腦部的直接沖擊。對(duì)于安全帽而言，絕緣性能、沖擊吸收性能、側(cè)向剛性、耐穿刺性能和阻燃性是其關(guān)鍵核心指標(biāo)。Q/CSG510001—2015《中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力安全工作規(guī)程》規(guī)定：任何人進(jìn)入生產(chǎn)場(chǎng)所，應(yīng)正確佩戴安全帽。而按照相關(guān)規(guī)程要求，正確存放、保養(yǎng)安全帽是做好安全生成工作的重要前提。一般來(lái)說(shuō)，安全帽不應(yīng)與其他工器具混合存放，更不能在高溫、陽(yáng)光直射、潮濕和酸堿等環(huán)境中存放，以免影響安全帽的防護(hù)性能。

目前，公司范圍內(nèi)各變電站生產(chǎn)場(chǎng)所配備的安全帽數(shù)量較多，使用非常頻繁，存放也較為隨意，存放器具較為簡(jiǎn)單，且清洗困難。安全帽長(zhǎng)期暴露在空氣中，容易受到日曬、潮濕影響，造成防護(hù)性能下降，存在一定的安全隱患（圖1）；夏季天氣炎熱，員工出汗較多，安全帽的下頜帶易存在汗水痕跡，導(dǎo)致潮濕打滑，安全系數(shù)大大降低；同時(shí)，絕大部分存放地點(diǎn)無(wú)安全帽消毒措施及設(shè)備，外來(lái)人員交叉使用易引發(fā)疾病、細(xì)菌和病毒等的傳染，導(dǎo)致皮膚病等傳染性疾病傳播，不利于變電站作業(yè)人員的身體健康。

圖1 變電站安全帽存放現(xiàn)狀

為了解決上述問(wèn)題，本文計(jì)劃設(shè)計(jì)一種變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)裝置，該裝置外觀借鑒現(xiàn)有安全工器具柜樣式（高度約1800mm，單個(gè)柜子可容納40個(gè)安全帽），可實(shí)現(xiàn)安全帽收納、添加清洗劑、自動(dòng)水洗、自動(dòng)烘干、自動(dòng)紫外消毒和存儲(chǔ)等功能，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。同時(shí)，該裝置還能提供友好的人機(jī)操作界面，實(shí)時(shí)顯示安全帽消毒狀態(tài)等信息，方便使用者存取、清洗和消殺，提升變電站安全帽清洗效率，保障作業(yè)人員身體健康，增強(qiáng)變電站安全帽管理水平。

1 研究現(xiàn)狀

針對(duì)安全帽現(xiàn)場(chǎng)存放、清洗、消毒等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者紛紛進(jìn)行了有益的探索及嘗試。

1）信陽(yáng)供電公司李娟等成功研制了安全帽消毒手推車(chē)，其設(shè)計(jì)了手推式的安全帽存儲(chǔ)架，可四處移動(dòng)，每個(gè)手推車(chē)可存放12頂安全帽，其采用紫外燈管作為消毒殺菌工具。但是，該裝置存在安全帽存儲(chǔ)數(shù)量較少、智能化水平較低、無(wú)法進(jìn)行清洗、消毒方式單一等諸多問(wèn)題，需要進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2）寧波新芝凍干設(shè)備股份有限公司黃欣等設(shè)計(jì)了一種基于相對(duì)擠壓吸水輔助干燥的安全帽清洗烘干一體機(jī)（圖2），其主要包括主機(jī)體、旋轉(zhuǎn)清洗刷、輸送滑軌、相對(duì)擠壓吸水裝置、熱風(fēng)烘干機(jī)、可滑動(dòng)伸縮桿和吸盤(pán)等部件，其可在安全帽進(jìn)行熱風(fēng)干燥前，先利用相對(duì)擠壓的力擠出安全帽扣繩上的水并吸走，對(duì)帶有較多水分且較難烘干的扣繩進(jìn)行初步干燥，再與安全帽進(jìn)行同步烘干，可防止出現(xiàn)安全帽已烘干，而扣繩未干，導(dǎo)致發(fā)霉發(fā)臭的情況發(fā)生，保證安全帽后期使用的舒適度。該設(shè)計(jì)在安全帽自動(dòng)清洗、全面烘干上具有顯著優(yōu)點(diǎn)，但是，該設(shè)計(jì)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要人工干預(yù)等問(wèn)題，仍需進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

圖2 具備擠壓吸水輔助干燥安全帽清洗裝置

3）陜西吳起建輝工貿(mào)有限公司高榮、王偉等提出了一種石油開(kāi)采工人安全帽專(zhuān)用清洗裝置，其主要包括清洗箱、第一氣缸、活動(dòng)板、清洗裝置、進(jìn)水管、固定裝置、排水管和閥門(mén)等（圖3），具備節(jié)省人力、節(jié)約時(shí)間和清洗速度快等特點(diǎn)。但是，該設(shè)計(jì)需要人工手動(dòng)更換安全帽進(jìn)行逐個(gè)清洗，然后還需要放入其他存儲(chǔ)設(shè)備，整體清洗效率不高。

圖3 石油開(kāi)采工人安全帽專(zhuān)用清洗裝置

綜上所述，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者均開(kāi)展了安全帽現(xiàn)場(chǎng)存放、清洗、消毒等方面的研究，但均存在智能化水平較低、消毒方式單一、消毒效率不高和消毒存儲(chǔ)分離等問(wèn)題。經(jīng)調(diào)研，未發(fā)現(xiàn)變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置相關(guān)研究。

2 需求分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)需求

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，提出變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置現(xiàn)場(chǎng)需求如下。

1）具備熱水清洗、清水漂洗、紫外消毒、烘干和數(shù)字指示等功能。其中，重點(diǎn)注意安全帽內(nèi)襯部位、下頦帶的干燥及消毒。

2）作業(yè)人員僅需將安全帽按要求放入柜子中，考慮學(xué)員非按要求放入的情況。

3）每天作業(yè)完畢后，變電站集中進(jìn)行安全帽清洗及消毒，人工啟動(dòng)或自動(dòng)定時(shí)啟動(dòng)。

4）樣式：參考智能工器具柜。

5）單個(gè)柜子單次可存儲(chǔ)、清洗40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安全帽。

6）清洗方式：每個(gè)安全帽配備1個(gè)清洗裝置進(jìn)行熱水水洗。

7）干燥方式：熱循環(huán)。

8）消毒方式：高溫+紫外消毒。

2.2 功能需求

結(jié)合裝置現(xiàn)場(chǎng)需求，提出裝置功能需求見(jiàn)表1。

表1 一體化裝置基本功能列表

3 裝置設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)

結(jié)合變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置設(shè)計(jì)需求，提出裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（圖4）。

圖4 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

由圖4可知，變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置主要包括主進(jìn)水管1、箱體2、高壓水泵3、清洗劑添加機(jī)構(gòu)4、噴淋水管5、控制面板6、循環(huán)風(fēng)機(jī)7、循環(huán)風(fēng)管8、空氣加熱器9、存儲(chǔ)貨格10、安全帽11、往復(fù)輸送帶12、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌13、單向噴頭14、設(shè)備夾層15、紫外消毒燈帶16、雙向噴頭17和箱體支腳18等組成部件。

3.2 功能模塊設(shè)計(jì)

從功能模塊劃分，變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置主要包括箱體、存儲(chǔ)貨格、設(shè)備夾層、水洗模塊、烘干模塊、紫外消毒模塊和控制模塊。

3.2.1 箱體

箱體為本一體化裝置的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，其外觀借鑒現(xiàn)有安全工器具柜樣式，采用不銹鋼材料制作，高度約為1.80 m，寬度約2.00 m，深度約0.80 m，具備可開(kāi)合透明窗口；窗口具備防漏水設(shè)計(jì)，防止污水隨意排放；底部具有箱體支腳結(jié)構(gòu)，保持箱體平衡。

3.2.2 存儲(chǔ)貨格

存儲(chǔ)貨格為本裝置的安全帽存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)安全帽對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)貨格，貨格大小略大于安全帽尺寸，便于安全帽的存儲(chǔ)及取出。

3.2.3 設(shè)備夾層

設(shè)備夾層安裝于2層存儲(chǔ)貨格之間的位置，用于水洗噴頭、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和紫外消毒燈帶等設(shè)備安裝（圖5）；設(shè)備夾層層間距約為10 cm，夾層上開(kāi)有與存儲(chǔ)貨格對(duì)應(yīng)的孔洞，便于清洗水及紫外光可作用到安全帽上。

圖5 設(shè)備夾層設(shè)計(jì)參考圖

3.2.4 水洗模塊

水洗模塊包括主進(jìn)水管、高壓水泵、清洗劑添加機(jī)構(gòu)、噴淋水管、往復(fù)輸送帶、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、單向噴頭和雙向噴頭，實(shí)現(xiàn)安全帽的水洗操作，各部分功能如下。

①主進(jìn)水管一端同市政供水網(wǎng)相連，另一端同高壓水泵相連，高壓水泵與噴淋水管相連，噴淋水管與單向/雙向噴頭相連，為安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)裝置提供清洗水源。②通過(guò)清洗劑添加機(jī)構(gòu)，可添加中性溫和清潔劑，并通過(guò)噴淋水管輸送至單向/雙向噴頭，輔助提升安全帽清洗效果。③往復(fù)輸送帶為柔性結(jié)構(gòu)，其一端連接在箱體上，另一端通過(guò)滑塊安裝在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上。④單向/雙向噴頭安裝在滑塊上，并與噴淋水管相連，可實(shí)現(xiàn)單向/雙向散射高壓噴淋，實(shí)現(xiàn)對(duì)各存儲(chǔ)貨格內(nèi)安全帽內(nèi)部、外部的自動(dòng)水洗。

3.2.5 烘干模塊

烘干模塊包括空氣加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)管，具備空氣加熱、熱風(fēng)循環(huán)功能，可將水洗后的安全帽快速烘干，其中，空氣加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)采用上下位置安裝，空氣加熱器在上，循環(huán)風(fēng)機(jī)在下。循環(huán)風(fēng)管實(shí)現(xiàn)空氣加熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)的連接，并接入噴淋水管，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)循環(huán)功能。

3.2.6 紫外消毒模塊

紫外消毒主要通過(guò)紫外線破壞核酸結(jié)構(gòu)使各類(lèi)微生物致死，實(shí)現(xiàn)路徑簡(jiǎn)單，且無(wú)任何副作用?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)，消毒效果最好的是UVC波段紫外線，其可在1 s內(nèi)快速殺死各類(lèi)細(xì)菌和病毒。本文選擇253.7 nm波段防水紫外燈帶作為消毒光源（圖6）。紫外消毒燈帶安裝在設(shè)備夾層內(nèi)，可對(duì)烘干后的安全帽進(jìn)行紫外消毒，殺滅安全帽上殘存的細(xì)菌、病毒等。

圖6 防水紫外燈帶

3.2.7 控制模塊

控制模塊為本裝置的控制中心，配置10英寸（1英寸等于2.54 cm）觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)良好人機(jī)交互；控制模塊可按照預(yù)定程序控制各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)顯示裝置運(yùn)行、安全帽存儲(chǔ)等狀態(tài)，具備消洗工藝流程在線展示。控制模塊具備預(yù)約清洗、消毒功能。同時(shí)，控制模塊還預(yù)留信息化通信接口，便于后續(xù)多設(shè)備在線管理。

3.3 裝置流程設(shè)計(jì)

當(dāng)需要對(duì)安全帽進(jìn)行清洗、烘干及存儲(chǔ)操作時(shí)，首先，打開(kāi)箱體上的可開(kāi)合透明窗口，將安全帽依次放入存儲(chǔ)貨格中，關(guān)閉可開(kāi)合透明窗口；然后，操作控制面板，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，開(kāi)始安全帽水洗、烘干作業(yè)；安全帽水洗、烘干作業(yè)完成后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，進(jìn)入安全帽存儲(chǔ)模式；學(xué)員打開(kāi)箱體上的可開(kāi)合透明窗口，取出安全帽即可使用。

變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置基本工作流程如圖7所示。

圖7 裝置基本工作流程

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)變電站安全帽存儲(chǔ)、清洗過(guò)程中存在的問(wèn)題，分析現(xiàn)有研究成果，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，設(shè)計(jì)了一款變電站安全帽自動(dòng)清洗、烘干及存儲(chǔ)一體化裝置。該裝置可滿(mǎn)足安全帽收納、添加清洗劑、自動(dòng)水洗、自動(dòng)烘干、自動(dòng)紫外消毒及存儲(chǔ)等功能需求，且提供了友好的人機(jī)操作界面以實(shí)時(shí)顯示安全帽消毒狀態(tài)。該裝置克服了現(xiàn)有研究中的技術(shù)問(wèn)題，對(duì)使用者存、取、清洗和消殺方面進(jìn)行優(yōu)化，在保障作業(yè)人員生命安全的同時(shí)，提升了變電站安全帽清洗效率與管理水平。