智能稳固梯的研发应用

杨泽宇 淡亚新 潘国祥 李枝清 张爱军

（中国核工业二三建设有限公司红沿河项目部，辽宁大连116300）

1 设计背景

扶梯子本身作为无技术含量且枯燥的工作不利于施工人员的成长，通过应用智能稳固梯减少核电施工现场扶梯子人员，进而转入其他更具有技术含量、更有价值的工作之中，减少人智的浪费，更有利于人员的培养。为了解放扶梯人从事其他施工活动，同时保证登梯作业人员施工过程安全，智能稳固梯需解决如下问题：

问题1：人字梯必须有人扶梯（加装斜支撑杆）；

问题2：有防止倾倒的重力感知装置（加装支撑杆及重力传感器）；

问题3：有提醒登梯作业人员安全事项及疲劳工作的提醒装置。

本设计梯子为多支撑杆机构，通过软件模拟验证其稳定性，在爬梯的过程中能始终保持梯子重心在两个支撑点之间而不会倾倒，保证了作业人员的安全。使用电气元件，加装重力感应器智能感知人员登梯作业，发布安全语音提醒，自我感知登梯作业开始进行计时，控制登高作业时长（15 min），较人为控制更加智能、准确、合理，进而能更好地避免疲劳作业[1]。

2 设计理念

2.1 双向防侧翻伸缩支撑杆

传统人字梯只有四个支撑杆接地，人员在登梯作业过程中容易向两侧侧翻，为提高梯子的稳固性，规避梯子重心向两侧偏移，在普通人字梯上加装可伸缩限位导杆，在爬梯过程中，能始终保持梯子重心在两个支撑点之间而不会倾倒。用受力分析软件给定预设条件，模拟人爬梯过程，当工作人员携带250 N重物，斜杠张开大于32°时，模拟结果如图1所示。

图1 受力分析模拟图

2.2 重力感应

加装重力传感装置，即当有人登梯作业时，图2中压缩弹簧被压缩触发限位开关，同时传感器发出电信号给控制器，控制器开始计数，并因感知有人登梯开始广播登梯作业防范措施及疲劳作业预警提醒。

图2 重力感应装置图

防倾侧的语音提示：计算水平力/侧向力四点平均受力，智能提示可能的侧倾方向。

2.3 智能语音提示

智能语音提示分为登梯安全措施提示和长时间疲劳作业提示，前者提示作业人员登梯前梯子使用要点和登梯作业中的安全注意事项，后者为人性化提示登梯作业人员不要长时间登梯作业，具体时长可按照不同公司的安全管理规定进行定制化设置。

3 设计方案

设计人员吸收市场上成熟的多功能梯子制作经验，按照核电特殊的使用场景，进行材料选购、元件选型、模拟计算，详细信息数据如表1所示，设计人员反复在施工现场进行机械部分可靠性测试和电气功能安全评估、校核[2]。在普通人字梯的基础上进行智慧化设计，使得该梯具有较高稳定性的同时兼顾人性化提示，为核电施工安全增添了一道防火墙。

4 使用方式

（1）当操作人员踏上人字梯后，人字梯上的载荷增加，压缩弹簧，同时限位开关撞块撞击电气限位开关的撞针，电气限位开关触点闭合，触发计时单元开始计时，数字显示如图3所示。

表1 智能稳固梯信息表

图3 稳固梯应用场景图

（2）当计时结束，控制系统内的语音报警单元发出“提示休息”的提示音，提醒操作人员下梯休息。

（3）人字梯上端有复位按钮，操作人员按下复位按钮，语音提示停止，计时器重新计时，重复上述流程。

（4）操作人员下梯后，人字梯上载荷恢复正常，弹簧弹起，限位开关撞块离开电气限位开关的撞针，电气限位开关触点打开，语音报警单元发出的提示音停止。

（5）待休息时间结束，可继续上梯操作，循环上述流程。

5 结语

梯子是生产生活中的常用工具，实际使用中，当工作环境复杂时，大多数情况下需要两人配合完成登梯作业，使用不便且工作效率低。目前，国内外的梯子主要通过电动辅助顶撑，或通过其他人来辅助，结构较复杂，成本高，搬运人力和物力耗费大[3]。故在人字梯本体加装斜杆支撑结构，辅以智能安全提示功能具有一定的实际应用意义。鉴于此，本文通过力学软件模拟梯子载荷及在使用时如何保持安全站姿，进而避免因重心偏移发生侧翻，在此基础上设计了一种集成稳固装置、感应装置、智能语音提醒装置的新型智能稳固梯，具有结构简单、成本低廉、工作效率高、安全可靠等特点，填补了此类梯子（人字梯、登高梯）的空白。