一种新型输电杆塔登高防坠装置

国网甘肃省电力公司兰州供电公司 孔晨华 杨 康 张天毅 孔 渊 魏 民

近年来，吊装升降脚手架事故时有发生，而攀爬脚手架事故影响较大。因此，攀爬脚手架的安全性成为人们关注的焦点。本文提到攀爬脚手架的三个安全装置：防倾覆装置、防坠落装置、同步控制装置，其中最为重要的就是防坠落装置。各种相关标准规范对攀爬架的防坠落装置都有明确的要求，尤其是2019年实施的JG/t546-2019《建筑施工用附着式升降作业安全防护平台》中，对爬架的防坠装置做了详细的分类和要求。防坠保护装置可分为夹持式防坠装置和卡阻式防坠装置，挡落保护装置分为顶撑式、摆块式和转轮式三种类型[1]。以下简单介绍顶撑防坠装置。

1 高空坠落的原因

输电线路主要承担高压输电的任务，确保线路安全是设备运行维护的首要任务。传输线的缺陷基本上是在电气连接上。在目前自动化机器人还没有应用在输电线路缺陷消除前，消除缺陷只能靠人工来完成，而高处坠落由此产生，原因归结主要以下几点：

一是在建设及使用电力系统的过程中，工作人员需要进行高空作业，该过程存在一定的坠落风险，容易造成较为严重的人员伤亡。当操作人员爬上几十米甚至几百米的高塔时，即使是最熟练的技术人员也会在高空无意识地出现一些动作偏差，这种偏差有时会直接导致手中的工具、仪器或材料掉落[2]。

二是作业时受一些意外因素，如风、雨、雪等天气因素的影响。天气变化导致铁塔有一些轻微的摆动，或者导线的抖动，这些不可控的因素突然袭来，会让作业人员出于自身保护原因而掉落物品。

三是如果工具、仪器、材料或零配件过多，人员的注意力稍微分散，就可能导致某零件或者材料掉落。

一般来说，从高空落物是很难完全避免，但人员坠落涉及人身安全。人员的主观意识需要不断宣传和落实安全常识，不断进行业务培训。对于不可抗拒的外部力量，人员需要有适应变化的能力，工具和仪器的分散问题可以通过技术改进来解决[3]。

2 高空坠落的危害

输电线路杆塔的设计考虑了强度、美观和安全性，但未考虑坠物防护装置。除自爆玻璃绝缘子渣在日常运行中可能掉落外，其余95%基本属于作业时的高空落物。作业时消缺基本上需要塔下人员配合，此时从高处落下的物体很容易伤到人。有关实验证明1kg重物从25m高处落下，所产生的冲击力根据公式Ft=mv，在不计算空气阻力，假设下落时间为1s的情况下，得出为25kg左右，如果掉落在工作人员的头部位置，就算有安全帽的保护，也只能理论上吸收4900N，相当于5kg力。

如果在更换绝缘子时因操作不慎掉落或其他原因掉落，将直接危及地面人员的安全。

3 输电杆塔登高防坠装置的应用现状

目前，我国输电线路上高空作业工具及仪器防坠落装置的正式推广时间不长，在使用过程中存在许多问题。如供应商多，质量参差不齐，工具仪表防坠装置的规格、材料、种类也不尽相同，给电力公司在使用和维修过程中造成了较大障碍。现在，国家电力公司已经意识到防坠装置的重要性，近年来工作人员在对高空输电线路进行调查和维修时，由于工具和仪器的缺位，工具在使用过程中意外跌落的现象也时有发生。为了减少此类事故的发生，防坠装置的出现在很大程度上解决了这一问题，也在一定程度上为高空作业的工人提供了安全保障。

4 输电杆塔登高防坠装置运用

4.1 防坠装置使用前的检查

一是使用前必须对防坠装置外观进行检查，所有绳索不能有断股、霉烂等现象，检查壳体是否有裂纹，螺丝是否紧固。

二是对防坠装置进行试锁操作，具体方法为：将安全绳拉出后，合上锁紧卡扣，松手时安全绳不能自动回收到工具防坠器内。打开卡扣后，安全绳自动回收到工具防坠器内。

三是作业人员防坠装置的检查与准备。

4.2 作业时防坠装置使用方法

一是防坠装置必须牢固固定在全身安全带上，以便在使用过程中抽出工具。二是严禁安全绳扭结使用，并应放在干燥的地方。三是防坠器使用时，不需要加润滑剂。四是防坠器每次只能一个人使用，每个工具防坠器应根据其安全钢丝绳的有效长度配备一根拉引线绳。五是高空作业点的转移，必须将绑在防坠装置上的工具固定牢固，防止移动时工具脱落伤到操作人员。六是施工人员应根据作业活动范围的大小，选用长度合适的工具防坠器。

5 新型输电杆塔登高防坠装置概述

很多人对顶撑式防坠器一直有一个认识误区，认为顶层装置就是顶撑式防坠器，工作人员认为顶部的装置是顶部支撑的防坠器。其实不然，顶撑式防坠器可以作为停层装置用，但是停层装置不具备防坠器的要求是不可以作为防坠器用的，笔者在中国标准化协会施工安全委员会组织召开的附着式升降作业安全防护平台技术规程研讨会上，也对顶撑式防坠做了详细的介绍。

图1

顶撑式防坠在爬架上的应用已经有近20年的时间，结构形式简单，安全有效，主要构配件有防坠顶杆、复位弹簧、压缩弹簧、防坠齿等组成。

复位弹簧外径φ24，弹簧丝直径φ2.5，圈数n=16.5，复位弹簧安装在防坠顶杆和横梁的前端连接支座上，并始终拉住防坠顶杆，防止防坠顶杆回程。

每根顶杆总成由两根防坠顶杆组成，即每根附加支座上有两根防坠顶杆，防坠顶杆采用φ25圆钢，一端车丝套在顶杆套筒上，套筒上有配套的内螺纹，在保证顶出杆强度的同时，可以调整顶出杆长度，以适应现场不同的工作条件。

压缩弹簧外径φ45，弹簧丝径φ25，转数n=7。压缩弹簧安装在升降支架的套筒内，与升降电动葫芦连接，举升电动葫芦加载时，弹簧被压缩，举升电动葫芦卸载时，弹簧返回。

6 新型输电杆塔登高防坠装置设计

配备顶撑式防坠装置的附着支承如图2所示。

图2

防坠顶杆通过销轴固定在附着支承上，可以销轴为中心转动，正常状态下，附着支承的导向爪抱住导轨的导向槽，顶杆在复位弹簧的作用下始终靠在导轨的防坠齿内，有效起到固定架体和防坠作用，如附着支承与导轨装配效果图所示。

顶撑式防坠在上运行阶段和下运行阶段都能够做到有效的防坠，共分为三种工况：使用工况、上运行工况和下运行工况。

一是使用条件：架体与所附支座相互处于静止状态，防坠顶杆在回弹弹簧的张力下始终紧靠在防落齿上，防坠顶杆长度可调，调整防坠顶杆的长度，使防坠顶杆承受防落齿板的根部，使框架牢固、牢固地固定在建筑物上。

二是上运行阶段：在上运行阶段导轨与附着支承之间发现相对运动，导轨相对附着支承向上运动，防坠顶杆在复位弹簧的作用下紧紧靠在防坠齿板上，随着导轨的向上运动，防坠顶杆在防坠齿板上滑过，但始终保持要顶住齿板的角度。这样在上运行阶段就保证了架体只能向上运动，不能向下运动，稍微向下运动顶杆就会顶住防坠齿阻止架体向下运动，起到有效的防坠作用。

三是下运行阶段：架体在下运行的时候，导轨及所附支座需向下移动，但防坠顶杆在复位弹簧的拉力下始终落在防落齿上。顶杆需要被拉起脱离防坠齿才能使架体下运行，使框架运行下来。此时，压缩弹簧起作用，在升降支架上安装压缩弹簧，升降支架是机架结构运行过程中的主要受力点。为了方便防坠顶杆能够被拉起，在防坠顶杆上面设置有拉环，在提升支座与防坠顶杆拉环之间连接一根小钢丝绳，在提升设备没有受力之前，调节钢丝绳的长度，使钢丝绳绷直。在运行过程中，将设备机架的载荷吊起，转移到吊装支座上。此时，安装在升降支架上的压缩弹簧被压缩，在弹簧压缩过程中，防坠顶杆被拉起并与防落齿分离。此时，机架可以正常工作。

发生紧急情况或起重设备失荷时，那么施加在提升支座上的荷载就会消失，此时压缩瘫痪会复位弹起，升降支架与防坠顶杆拉环之间的钢丝绳也会松弛。提升支座与防坠顶杆拉环之间的钢丝绳也会松弛，防坠顶杆在复位弹簧的作用下瞬间复位顶住防坠齿，瞬间阻止架体下坠，起到有效的防坠作用。根据行业要求及相关现行规范，顶撑防坠满足以下要求：

一是防坠装置应设置在垂直主框架上，且每个支架不得少于一个；二是顶支撑防坠装置必须齐全，在机架上下运行阶段安全有效；三是顶撑式防坠制动距离不大于80mm；四是顶撑防坠必须包括顶支撑杆和励磁装置，励磁装置必须与升降动力装置连接；五是顶撑防坠装置的每个支架应至少设置在两个附加支架上。工作时，顶杆轴线与水平面夹角不得小于70°。

结合现场实际应用及顶支防落结构特点，总结出以下优点：

一是结构简单。设计的支撑杆顶部和反顶杆下降不仅满足功能需求，还简化了结构设计，也就是说，其满足节能减排的设计理念的攀爬架，操作方便、快捷。

二是安全可靠。顶撑式防坠属于“常闭式”设计，在使用和上运行阶段，顶杆始终都保持顶住的角度，在下运行阶段只有在与动力装置联动的情况才能正常下运行，确保了架体的安全性能；

三是不可拆卸性。顶撑防止坠落的二合一设计，确保架体在使用过程中必须有防坠落顶杆存在，不可缺失，更不可被拆除，如果缺失了顶撑架体就无法正常使用，只要顶撑在，就能保证架体的有效防坠。

四是容易判别。顶撑式防坠装置结构简单，动作原理简单易懂，主要结构部件的安装不保密。在日常的检查中，容易发现防坠装置各部件是否齐全，各部件是否损坏，从而直观、简单地反映防坠装置的有效性，从而保证整个框架的安全。

五是多重防坠落装置。每个支架在每个附加支架上均设有顶支撑式防坠落装置，因此每个支架至少设有两个以上防坠落装置，可单独防止坠落。当其中一道防坠失效时还有其他多道可以作用，保证万无一失。

六是瞬时防坠。顶撑式防坠器制动瞬间发生，当下降速度达到一定值时，不需要依靠下坠速度达到一定值时才可激发，单机位置失载时可实现瞬时制动。有些其他形式的防坠器需要达到一定的下坠速度才可以激发制动，但如果只有单个机位出现问题就会受到周围机位的影响不会迅速达到激发的速度，就会影响防坠效果甚至失效而发生危险。

结合长期的防坠落装置的实际应用，以及有效的防坠作用原理和设备的具体结构，防坠落装置满足建设的实际需要，而且也满足相关的攀爬架标准和规范要求，能有效的起到安全、防坠落的作用，保证框架的安全。

综上所述，新型输电杆塔登高防坠装置在高空作业中发挥了良好的实际效果，有效配置锁紧装置，能有效保证工具仪器不会有高空坠落的危险，极大地提升了高空作业的安全性，适合在现阶段广泛的推行使用。