0引言

在輸電線路角鋼塔維護和檢修過程中,高空作業(yè)人員面臨著許多類型的安全風險,其中攀登上下桿塔的過程風險最大,歷年已出現多次人員傷亡事件。高空作業(yè)人員在上下桿塔過程中,可能出現打滑、疏忽、磕碰、體力不支等情況,在各類不可預測狀況發(fā)生時,若防墜措施不到位,將產生人人都不愿面對的后果。

現有防墜落裝置均存在局限性。目前國內有多種登塔防墜裝置,例如防墜軌道、防墜器、防墜繩等,但防墜軌道并沒有大范圍安裝,工作人員在安裝防墜器、防墜繩裝置時,也需要登塔,第一位登塔作業(yè)的人員同樣存在很大的安全風險^[1]。

在桿塔具備防墜軌道、防墜器、防墜繩等設施的情況下,作業(yè)人員往往僅依靠其中一種設施的單一防護能力進行登塔,同樣存在一定的安全隱患,一旦防墜措施失效、卡死,人員上下塔作業(yè)時將失去防護措施。

目前,各省老舊桿塔占比較大,半數超高壓線路桿塔沒有安裝防墜軌道,新建輸電線路桿塔也只在桿塔全高達到一定高度后才進行安裝^[2],作業(yè)人員上下桿塔很大程度上依靠腳釘攀爬,即使人員使用雙鉤安全帶,也只能與塔材形成連接,且桿塔某些部位并不適合懸掛雙鉤安全帶,如:橫擔連接處、塔材較寬或凸出處等(圖1)。人員在高空作業(yè)時,有可能會失去雙鉤安全帶保護,產生極大風險。

1研制意義及思路

1.1 研制意義

輸電線路腳釘是現有的一種輸電線路桿塔攀登裝置,用于人員上下桿塔檢修、維護時,手腳攀登、抓握,適用于鋼管塔、角鋼塔,通常位于桿塔四條塔腿之一,鋼筋制作,由螺栓固定于桿塔主材塔腿上。

由于高壓輸電線路檢修作業(yè)存在桿塔高、環(huán)境區(qū)別大、人員個體差異等因素,高空登塔作業(yè)時,若無保護攀登,將產生極大的安全風險,也不符合安規(guī)規(guī)定^[3]。對于高空作業(yè)人員尤其是新參加工作或經驗缺乏者,設計一種防墜落腳釘裝置能夠很好地解決其登塔、下塔過程中的心理、身體困難,保障人員安全。

1.2 研制思路

1)尋找最適宜的防滑紋路且滿足基本攀登手握能力,具有可靠防滑性能;2)設計合理的新型腳釘結構,雙鉤安全帶與腳釘連接部位應安全便捷可靠,人員使用方便;3)在塔腿上任意部位作業(yè)時,工具包或重物也能夠懸掛于腳釘上,且有可靠、便捷的安全措施,避免高空墜物;4)改造后的腳釘不會對人員工作習慣產生影響;5)承載力驗算;6)尺寸符合人員手部、足部尺寸,不會造成安全隱患^[4]。

2新型腳釘各部位設計

2.1傳統(tǒng)腳釘尺寸測量

經過對500 kV輸電線路實地測量,細化腳釘參數,數據如表1所示。

測量后,根據數據對腳釘進行模擬圖繪制,如圖2所示,500 kV腳釘平直部分長度120 mm,彎曲部分尺寸37 mm×35 mm,腳釘截面直徑為14 mm。

2.2 防滑紋路選取

在光圓鋼筋制作而成的腳釘表面打磨一層防滑紋路,參考目前1 000 kV洪臺一線的桿塔腳釘,腳釘與手腳接觸部分制作交叉紋路,相較于無紋路腳釘,減少了側滑,增加了摩擦性,是最優(yōu)選擇的紋路,此設計使新型腳釘滿足基本攀登手握能力,具有防滑性能。

2.3新型腳釘輪廓結構

針對腳釘結構的選擇,提出三種方案,對原本腳釘結構進行改良,但在外觀上存在一點差異。三種方案簡介:方案一僅改造腳釘的末端,形成彎鉤狀;方案二在原有腳釘改造腳釘末端的基礎上,附加一個圓環(huán),能夠懸掛雙鉤安全帶;方案三在方案二的基礎上,將圓環(huán)改為方環(huán)。最終確定選用方案三,此設計使新型腳釘能與雙鉤安全帶進行可靠連接,且人員手握、腳踩均不受影響,具有防墜功能。

2.4尾端掛鉤防脫設計

在腳釘末端彎掛鉤處打孔,直徑6 mm(末端掛鉤不受力,打孔不影響腳釘整體承載力),作業(yè)人員隨身攜帶銷釘,當有需要時,將工具包或重物放置于彎鉤內側,插入銷釘,形成穩(wěn)定安全措施,防止工具包或重物墜落。取出工具包或重物時,需拔出銷釘。銷釘每隔10 m塔高預留一個,此設計功能完備,不易損,成本很低。

2.5 附加環(huán)設計

附加環(huán)最終設計尺寸為內寬100 mm,高80 mm,方環(huán)可以容納人的腳部踩放、手部抓握,對初學登塔作業(yè)者產生極大的助力;解決方環(huán)尺寸過小的問題,使作業(yè)人員也能夠用腳踩,豐富了人員登塔作業(yè)方式,降低了人員體力消耗。

2.6 設計詳圖

新型腳釘保留了舊腳釘的傳統(tǒng)攀爬、腳踩功能,增加防滑紋路,使腳釘具有更好的防滑性能;增加下部方環(huán),作業(yè)人員在登塔、下塔過程中, 自身雙鉤安全帶通過下部方環(huán)固定連接,隨作業(yè)人員上下交替拆解、固定,形成可靠防墜措施;增加末端彎鉤及銷釘防脫裝置,能夠臨時鉤掛工具包、重物及各類繩索。新型腳釘設計圖如圖3所示。

2.7 實物制作

進行實物制作加工,實物尺寸按照圖紙執(zhí)行,為 HRB400鋼筋材質加工,實物如圖4所示。防墜腳釘制作后重量為1.82 kg,經檢驗,能夠與雙鉤安全帶可靠連接。在作業(yè)人員登塔、下塔過程中,防墜安全帶、防墜腳釘靜荷載達到15kN,安全帶靜拉力不小于20kN,裝置已通過試驗荷載100 kg、沖擊距離1 m及沖擊次數10次的試驗。

3   使用方法及效果檢驗

1)高空作業(yè)人員在登塔、下塔過程中 ,將自身攜帶的雙鉤安全帶與下部方環(huán)連接掛好 , 隨作業(yè)人員上下交替拆解、固定 ,形成可靠的防墜措施 ,達到預期效果。

2)新型腳釘末端彎鉤設置銷釘防脫裝置 ,銷釘在預留的孔洞中隨取隨放 ,末端彎鉤能夠鉤掛工具包及各類重物、繩索 。銷釘與彎鉤搭配 ,組成了一種牢固安全的懸掛系統(tǒng)。

傳統(tǒng)腳釘懸掛雙鉤安全帶及背包情況與新型防墜腳釘懸掛情況對比如圖5所示。

新型腳釘不改變基本功能 ,且在桿塔上安裝的間距也不改變,僅改變了結構,增加了功能的同時,不會對人員工作習慣產生影響,尺寸符合人體手部抓握及足部穿作業(yè)鞋后的尺寸,達到預定目標。

4承載力檢驗

腳釘鋼材的抗拉強度、抗剪強度、抗彎強度均滿足設計值,本腳釘結構主要計算焊縫強度,據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》^[5],全熔透對接焊縫或對接與角接組合焊縫應按下列公式進行強度計算:

式中:ρ為對接焊縫強度計算值;N為軸心拉力或軸心壓力;l_w為焊縫長度;h_e為對接焊縫的計算厚度,在對接連接節(jié)點中取連接件的較小厚度,在T形連接節(jié)點中取腹板的厚度;?_wt為對接焊縫的抗拉設計值。

所設計的腳釘與下部附加方環(huán)焊縫為熔透對接 焊縫,焊條為E43型,主要受拉應力,經取值,作業(yè)人員體重及腳釘最大瞬時受力N≤1961.33N,l_w=16mm,h_e=14mm。

經計算ρ=N/(l_wh_e)≈8.76N/mm²,查閱GB 50017—2017《鋼結構設計標準》^[5],對接焊縫的抗拉設計值?_wt=170 N/mm²,得出ρ≤?_wt,滿足承載力要求。

5 應用效果

新建線路直接采用防墜腳釘即可,對運行線路則需改造、替換原腳釘為防墜腳釘,施工簡單,無須停電。腳釘防墜落裝置因其安全易用、簡單輕便、成本低等特點廣受現場歡迎,較容易在新舊線路上推廣應用。

目前,已計劃在500 kV某158基桿塔上共安裝使用24834支防墜腳釘,按照每支腳釘批量制作費用20元算,需投資49.68萬元,每基塔成本3144元。投資約為導軌式裝置保守平均投資2萬元/基的15.72%,相對導軌式可節(jié)省266.32萬元。

若以超高壓公司 目前已運行的上萬基鐵塔計算,使用導軌式裝置,至少要投資約2億元,而推廣使用腳釘式防墜裝置,總投資約為3千萬元,可為公司至少節(jié)省約1.7億元的資金。如推廣到國網公司、全國輸電線路,其經濟效益將更加可觀。

6結束語

在新建線路中應考慮將防墜落腳釘納入線路及桿塔結構設計中,并共同計算投資比例。選擇合理的防墜落腳釘裝置不但能有效降低登塔安全風險,提高登塔人員登高安全性,也能有效減輕登塔人員作業(yè)強度。因此,深入研究桿塔防墜落腳釘裝置的優(yōu)化和應用,是每一個輸電線路工作人員應該重視的課題。

[參考文獻]

[1]彭向陽,周華敏,姚森敬.輸電線路桿塔防墜落裝置應用現狀及展望[J].廣東電力,2010,23(12):1-7.

[2]劉寶龍,李昌甫,陸文叁,等.攀登超(特)高壓輸電線路鐵塔方法分析與防墜落措施探究 [J].紅水河,2017,36(1):87-89.

[3]王偉,王彪,朱金猛,等.輸電線路安全登塔工具的研發(fā)[J].中國設備工程,2021(3):247-248.

[4]王磊,許建清,金桂如.輸電鐵塔防誤登智能腳釘研究與應用[J].農村電氣化,2023(11):95-97.

[5]鋼結構設計標準:GB 50017—2017[S].

2024年第18期第4篇