隧道電纜溝蓋板轉(zhuǎn)運小車的研制

1 工程概況

石黔高速公路全線長度 46km ，其中隧道路段占比達 43% ，主要涉及機電安裝的分項占比如圖1所示。隧道建設(shè)中電纜及光纜敷設(shè)完后，需要轉(zhuǎn)運大量蓋板對電纜溝進行覆蓋，但施工中發(fā)現(xiàn)在隧道內(nèi)移動蓋板比較困難。另外，在 3km 以上的超長隧道運營過程中，如果需要逐一揭蓋板進行檢修、排除故障，人力物力的投入較高；除此之外，投入大量人員后，運營高速公路隧道內(nèi)施工安全管控將成為難點，人員分散，容易發(fā)生交通事故。

鑒于上述問題，需要尋找一種移動式揭、蓋電纜溝蓋板工具，其中投入人員少顯得尤為重要。

2 研制背景

在隧道光、電纜施工完成后需要蓋好重量達 80kg 的電纜溝蓋板，一條 2km 的隧道中，電纜溝蓋板的寬度以 0.47m 計算，電纜溝蓋板數(shù)量可達8510塊。如要全部蓋完，每天投入10人，需要8天。而市面上現(xiàn)有叉車靈活性不強，其他大型機械在隧道內(nèi)作業(yè)安全風險高。因此，需要針對電纜溝蓋板結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出一種轉(zhuǎn)運小車，以實現(xiàn)多種場景下高效率的電纜溝蓋板轉(zhuǎn)運[1]。

3 設(shè)計方案

高速公路揭、蓋電纜溝蓋板作業(yè)主要利用電纜溝蓋板之間的縫隙（圖2）進行。

利用這個縫隙，設(shè)計一種剪刀夾實現(xiàn)對電纜溝蓋板的抓取。利用BIM技術(shù)進行轉(zhuǎn)運小車三維立體設(shè)計，小車的具體輪廓如圖3所示。

該小車包括移動架、可調(diào)推拉桿件以及可調(diào)推拉桿件端部的夾持結(jié)構(gòu)，根據(jù)杠桿原理計算出力矩在夾持電纜溝蓋板時，利用可調(diào)推拉桿件和夾持機構(gòu)將豎直方向的受力轉(zhuǎn)化為水平壓力對電纜溝蓋板進行夾持、轉(zhuǎn)運，可以有效提高施工效率。

大小，從而確定桿件的長度；夾持結(jié)構(gòu)包括懸掛鉤、懸掛繩以及連接在懸掛繩上用于夾持電纜溝蓋板的夾持夾。鋼絲繩屬于關(guān)鍵部件，是實現(xiàn)力矩轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵[2]。將可調(diào)推拉桿件和夾持機構(gòu)連接在移動架上，公Y

4關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

轉(zhuǎn)運小車的關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)詳細說明如圖4所示，剪刀夾關(guān)鍵件如圖5所示。

剪刀夾的設(shè)計，需要實現(xiàn)受力自動收緊，不受力自動松開。轉(zhuǎn)運小車可根據(jù)需要搬運的電纜溝蓋板的重量和尺寸調(diào)節(jié)推拉桿件的長度，利用杠桿原理，調(diào)節(jié)施加的作用力，節(jié)省人力物力，降低安全管控風險。

利用L形限位槽13-1水平段，在預備夾持電纜溝蓋板時，可在不受力的情況下，使第三連接件進入限位槽13-1垂直段內(nèi)，從而使電纜溝蓋板輕松夾持在兩個夾持鉤之間；在夾持電纜溝蓋板時，連接件自動滑落至限位槽的水平段內(nèi)，將電纜溝蓋板牢牢夾持住，一人即可實現(xiàn)電纜溝蓋板的夾持和搬運。

1—移動輪;2—頂撐桿;3—支撐連接桿；4—支撐桿；5—固定套筒;6—第一推拉桿;6-1—第一調(diào)節(jié)槽;7—第二推拉桿；7-1—第二調(diào)節(jié)槽;8—把手;9—第一調(diào)節(jié)件;10—第二調(diào)節(jié)件;11—懸掛鉤；12—懸掛繩;12-1—懸掛環(huán);13—夾持連接桿；14—第一連接件;15—第一夾持件;16—第二夾持件;17—夾持鉤;18—第二連接件;22—第四連接件。

對力的轉(zhuǎn)化問題：要將豎直方向的力變換成橫向的力矩，經(jīng)過查詢和受力分析、受力計算可知，采 用高碳鋼絲繩可以滿足需求。

本系統(tǒng)采用杠桿原理，進行受力情況計算，力矩計算公式為 為動力， F₂ 為阻力， L₁ 為動力臂， L₂ 為阻力臂），將大量數(shù)據(jù)代入公式，得到最佳杠桿長度，確定最終長度。

5 創(chuàng)新點

1）避免投入大量人員進行轉(zhuǎn)運，有效實現(xiàn)安全管控。正常情況下須投入大量人員移動電纜溝蓋板，而隧道內(nèi)車流量大、光線不足，容易發(fā)生交通事故；使用移動小車進行轉(zhuǎn)運，效率高，每人轉(zhuǎn)運的數(shù)量大。

2）無須能源，綠色施工。設(shè)計的小車無須能源燃料，只需要滾輪及扁鋼、鋼絲繩等部件，使用杠桿原理實現(xiàn)省力的目的。

3）電纜溝蓋板轉(zhuǎn)運方向及場景不受控制。根據(jù)電纜溝蓋板的特點，設(shè)計的小車抓住電纜溝蓋板移動不受周圍影響，轉(zhuǎn)向方便，操作簡單。

4可隨時根據(jù)需要搬運的電纜溝蓋板的重量和尺寸調(diào)節(jié)可調(diào)推拉桿件的長度，利用杠桿原理，減小在搬運電纜溝蓋板過程中需要施加的作用力，節(jié)省了人力，也減輕了勞動強度。

5）轉(zhuǎn)運安全，設(shè)置自鎖裝置。在夾持電纜溝蓋板時，連接件自動滑落至限位槽的水平段內(nèi)，將電纜溝蓋板牢牢夾持住，一人即可實現(xiàn)電纜溝蓋板的夾持和搬運。

6 研制過程

基于上述關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵部位設(shè)計，對轉(zhuǎn)運小車進行加工制作，最上方手握杠桿長度為 12.5m ，末端設(shè)置了一個長度 20cm 、直徑 2.5cm 的套筒手柄，杠桿與支撐架的支點是通過支撐架上焊接的 20cm 套筒固定，套筒上方有兩個旋鈕（旋鈕之間距離為10cm） ，可以通過旋轉(zhuǎn)固定，也可以松開旋鈕調(diào)節(jié)遠端和操作端的距離，從而調(diào)節(jié)杠桿受力大小。遠端下方有一個掛鉤，掛鉤上方有一個螺栓，通過兩個螺帽固定。掛鉤下方是鋼絲繩，鋼絲繩下方懸吊的是剪刀夾（剪刀夾自然狀態(tài)下與電纜溝蓋板寬度匹配，為44cm） ，剪刀夾上端有兩個孔用于固定鋼絲繩，夾子有三個檔用來調(diào)節(jié)夾子大小 （22～66cm） ，夾子中間有一個固定夾子擺動的扁鐵，其上有一個L形限位器，防止夾子在不受力的情況下收縮一次性穿入電纜溝縫隙。正常情況下剪刀夾處于蓋板寬度，受力情況下螺栓運動在L形限位孔下端，剪刀夾受力，牢牢抓住蓋板，一個人即可操作；蓋板放下時，剪刀夾不受力，螺栓運動在L形限位孔上端，自鎖器自動打開。最下方是兩個 35cm 的充氣滾輪，用于前后左右移動。制作流程及過程圖片如表1所示。

施工時傳統(tǒng)的方式為人工搬運，無法使用機械進行作業(yè)，隧道空間狹小，叉車作業(yè)無法在隧道內(nèi)進行轉(zhuǎn)運，蓋板數(shù)量較多，需要投入大量人員，安全管控難度大?，F(xiàn)在主要使用移動小車進行轉(zhuǎn)運，巧妙利用電纜溝蓋板之間的縫隙，剪刀夾通過縫隙夾住電纜溝蓋板，再利用自鎖器實現(xiàn)蓋板的固定[3]。轉(zhuǎn)運到指定地點后，將蓋板放入電纜溝槽內(nèi)，自鎖器在未受力的情況下自動打開，實現(xiàn)了蓋板平穩(wěn)放置。在小車轉(zhuǎn)運過程中控制好小車移動的速度，一人即可迅速完成蓋板的轉(zhuǎn)運，省力、省時、安全可靠，如圖6所示。

7投入使用效果對比

石黔高速公路橋邊 2260m 隧道共計有19232塊蓋板，分為四組進行現(xiàn)場測算，每組一個人員，每人負責一個隧道一側(cè)的4808塊蓋板。以此隧道為試驗點的原因是數(shù)量具有代表性，可以正確測算實施效率。對是否使用小車進行效率對比，結(jié)果如圖7所示。

8 結(jié)束語

針對隧道電纜溝蓋板的轉(zhuǎn)運給施工及檢修工作帶來的不便，本文研制出電纜溝蓋板轉(zhuǎn)運小車，該轉(zhuǎn)運小車操作靈活性、安全性、"適用性強，相比傳統(tǒng)方法靠人工將重蓋板撬起后再由人工搬運，省時、省力、高效，具有推廣的價值。轉(zhuǎn)運小車確實能大大提高施工、運行及檢修人員工作效率，有效降低施工人員的安全風險，并且在其他領(lǐng)域的蓋板及重物轉(zhuǎn)運方面其同樣具有廣泛的推廣應用價值。

[參考文獻]

[1］林少偉，姜珊珊，晏超穎.一種新型電纜溝蓋板打開工具[J].中國新通信，2019，21（7）：81.

[2]謝瓊香，吳偉力，陳基順.電纜溝蓋板撬運輔助工具的研制[J].機電信息，2016（33）：127-128.

[3]竇征，齊飛，孫鵬.變電站電纜溝蓋板搬運裝置設(shè)計[J].農(nóng)村電工，2021，29（6）：28.

收稿日期：2025-03-12

作者簡介：裴念琦（1986一），男，河南西平人，工程師，研究方向：電力。