输电线路钢管杆作业防坠落装置的制作方法

本发明属于输电线路运行维护技术领域，具体涉及一种输电线路钢管杆作业防坠落装置。

背景技术：

在电力系统中，由于人的不安全行为、物的不安全状态、环境不良及监督管理不力等各方面因素造成的各种事故中，经统计排在前三位的事故分别为触电、高处坠落和误操作。显而易见，每年因高处作业时的防护不当，引起的坠落事故是当今最主要的伤亡事故之一。如今人们对预防意外事故的发生越来越重视，而高处作业本身充满着潜在危险，可能会有各种各样的因素引发坠落事故的发生。因此，充分利用和发挥高处作业的基本防护器材的作用，合理的进行防坠装置的布置或配置，减轻失足跌落者的伤痛或伤害，对高处作业人员而言是十分必要的。

现在常用的防坠落器材有安全带(电工围杆带)、保护绳、防坠器三种。安全带一般是在高空操作时，扣在身边的钢管上，但随着电压等级的不断提升，钢管杆的高度日益增长，施工人员在繁重作业中，极易忘记这项操作，或者为了方便动作故意不扣，或者未能完全扣紧，而下方监督人员距离过远，存在视野盲区，难以及时发现。安全绳作为第二道防线，挂在高处，为了方便工作，安全绳一般预留较大裕度，一旦失足，人员极易被安全绳拉伤。而现有的防坠器多采用差速保护，重量大，运行有噪音，施工人员有较大横向动作时，也会突然锁死，干扰正常工作。

目前，开发一种可靠性高、保护力强、安全可靠的输电线路钢管杆作业防坠落系统已是输电线路运行维护领域急需解决的课题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种输电线路钢管杆作业防坠落装置，具有制动距离小、运行无噪音、可提醒、可监视、安全可靠的优点。

根据本发明的一个方面，提供了一种输电线路钢管杆作业防坠落装置，包括锁定检测单元和中控监视单元；

插头上带有插孔的安全带固连在锁定检测单元的本体上，锁定检测单元的本体上还设有竖直锁孔，锁定检测单元包括插头推进组件、锁定组件和开关组件，插头推进组件包括设置在竖直锁孔上端一侧的第一电机、第一从单片机、驱动齿轮、主动轮和设置在竖直锁孔上端另一侧的从动轮、控位弹簧、第一限位销、第一行程开关以及设置在竖直锁孔底端的第二行程开关，第一从单片机控制第一电机，第一电机与驱动齿轮相连，驱动齿轮与主动轮啮合，主动轮正对从动轮，从动轮连接控位弹簧，控位弹簧尾部装有第一限位销，控位弹簧中部上侧安装第一行程开关，第一行程开关和第二行程开关均用于控制第一电机断电；锁定组件包括设置在上滑道和下滑道之间的联动架，联动架后侧依次连接联动架复位弹簧和第四限位销，上滑道和下滑道固定在锁定检测单元本体上，联动架内设有主锁舌组件和控制锁舌组件，主锁舌组件包括依次连接的主锁舌、主锁舌弹簧和第二限位销，控制锁舌组件包括依次连接的控制锁舌、控制锁舌弹簧和第三限位销，竖直锁孔另一侧正对主锁舌和控制锁舌的位置设有主锁舌孔和控制锁舌孔，联动架上还固连有滑轨，滑轨一端为联动架锁定组件，包括联动架锁定片、锁定片复位轴、支架、滑轮和挡块，联动架锁定片以锁定片复位轴为轴心，在锁定片复位轴的一端固连支架，支架上安装滑轮，并且支架与滑轨之间的联动架锁定片上固定挡块，锁定片复位轴固连在锁定检测单元的本体上；开关组件包括电动开关、电磁线圈、开关杆和开关杆自复位轴，电动开关设置在锁定检测单元本体表面，控制电磁线圈，电磁线圈正对位置设置开关杆，开关杆以设置在锁定检测单元本体上的开关杆自复位轴为轴心，开关杆的另一端抵住联动架锁定片的自由端，防止其顺时针转动；

中控监视单元包括主单片机、信号传输器和地面监视器，主单片机获取第一从单片机的信息，通过信号传输器与地面监视器联络；所述锁定检测电源和中控监视单元中的主单片机、信号传输器设置在全身式绑带基体上。

进一步地，所述第一开关上覆有第一防误触盖，第一防误触盖由第一自复位轴固定在所述锁定检测单元的本体上。

进一步地，所述插头两面设有波纹。

进一步地，所述输电线路钢管杆作业防坠落装置还包括手动开关组件，包括手动开关、连杆、7形变向杆、变向杆复位弹簧和变向轴，手动开关通过连杆与变向杆相连，变向杆复位弹簧安装在变向杆下方，与连杆在一条垂线上，7形变向杆的折点上连接变相轴，变向杆的下端在转动时可以推动所述开关杆逆时针转动。

进一步地，所述第二开关上覆有第二防误触盖，第二防误触盖由第二自复位轴固定在所述锁定检测单元的本体上。

进一步地，所述输电线路钢管杆作业防坠落装置还包括设置在全身式绑带基体上的坠落制动装置，包括通过主轴连接在柱形防护罩里的棘轮组件和制动组件，棘轮组件包括棘轮、第二从单片机、电磁铁、棘爪轴、固定架、棘爪、卷簧、钢丝绳和挂环，第二从单片机控制电磁铁，固定架安装在柱形防护罩上方，下端铰接棘爪轴，棘爪可转动地固定在棘爪轴上，不工作状态时翘起，棘轮安装在主轴上，能与棘爪卡接，棘轮与保护罩之间的主轴上安装卷簧，并绕有钢丝绳，钢丝绳穿出柱形防护罩并在末端连接挂环；制动组件包括制动盘、主动盘、棘齿、制动轴、带齿重块、拉簧和拉簧调节螺栓，制动盘与柱形防护罩固连，边缘布满棘齿，主动盘连接在主轴上，主动盘上开孔铰接制动轴，制动轴连接带齿重块，带齿重块尾端安装拉簧，拉簧尾端有拉簧调节螺栓固定；

所述中控监视单元上还设有速度传感器和加速度传感器，速度传感器和加速度传感器发送信息给所述主单片机，主单片机能够获取第二从单片机的信息。

进一步地，所述柱形防护罩上的钢丝绳出口处安装出口线保护环。

进一步地，所述中控监视单元上还设有扬声器和显示屏。

本发明的工作过程为：

首先由人员背负安全带基体上钢管杆，到达工作位置时，将锁定检测装置打开，绕过角钢系好，并将坠落制动装置的挂环挂在高处。如果未系安全带则会发出警告信息，未扣紧则会自动将插头向内推进。当发生坠落时中控监视单元会提供制动信号使坠落制动装置迅速动作，如果出现电气故障则触发机械制动，实现双重保护。各部件的工作情况全程反映给地面监视人员。

与现有技术相比，本发明的优点在于，集电气自动化、机电一体化，单片机控制等技术于一体，具有如下优势：

1.安全带情况实时掌控并提醒，尽可能减少了不规范作业的产生；

2.发生坠落时拥有感应制动和机械制动双重保护；

3.电子控制，动作速度远快于其他机械制动，制动距离小于0.1m；

4.减轻了地面监视人员的工作负担，确保施工人员的生命安全；

5.可以利用现有的全身式安全带，改装要求低；

6.不增加新的动作要求，不需要要培训，便于施工人员接受；

7.运行无噪音；

8.功能可扩展，应用范围广；

9.结构合理，性能可靠；

10.可调节灵敏度。

附图说明

图1为本发明提供的输电线路钢管杆作业防坠落装置整体图；

图2为锁定检测单元剖面示意图；

图3为锁定检测单元运行过程示意图；

图4为锁定检测单元1-1视角示意图；

图5为插头结构示意图；

图6为坠落制动装置剖视图；

图7为坠落制动装置左视图；

图8为坠落制动装置右视图；

图9为中控监视单元示意图；

图10为本装置程序控制系统原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，本发明提供了一种输电线路钢管杆作业防坠落装置，设置在全身式绑带基体1上，包括锁定检测装置2、坠落制动装置3、中控监视单元4，中控监视单元4的地面监视器94为监视人员手持。全身式绑带基体1包括腰带5、肩带6、腿带7、第一搭扣8、第二搭扣9、第一调节扣10、第二调节扣11、第三调节扣12、第四调节扣13、第五调节扣14、第六调节扣15、连接板16、连接带17。

锁定检测装置2套在腰带5左侧，中控监视单元4中的控制部分套在腰带5右侧，坠落制动装置3套在肩带6背部中央，固定在连接板16上。腰带5后侧和肩带6左侧缝合橡胶制成的线路走廊，方便各部分电源连接和信号沟通。肩带6和腿带7缝合在在腰带5上，第一搭扣8、第二搭扣9分别位于腿带7左侧和右侧上，穿戴时可以解开第一搭扣8、第二搭扣9，套在腿上，第一调节扣10、第二调节扣11系在肩带6的左侧和右侧，第三调节扣12系在肩带6中央的连接带17上，第四调节扣13系在腰带5上，第五调节扣14、第六调节扣15分别系在腿带7左侧和右侧上。

参考图2、图3、图4、图5，锁定检测装置2用于锁定安全带、检测作业人员进行安全带插入操作，同时安全带的状态传输出去，包括第一电机18、第一从单片机19、驱动齿轮20、主动轮21、从动轮22、控位弹簧23、第一限位销24、第一行程开关25、第二行程开关26、第一防误触盖27、第一自复位轴28、电动开关29、主锁舌30、主锁舌弹簧31、主锁舌孔32、第二限位销33、控制锁舌34、控制锁舌弹簧35、控制锁舌孔36、第三限位销37、联动架38、上滑道39、下滑道40、联动架复位弹簧41、第四限位销42、第二防误触盖43、第二自复位轴44、手动开关45、连杆46、变向杆47、变向杆复位弹簧48、变向轴49、开关杆50、开关杆自复位轴51、电磁线圈52、联动架锁定片53、锁定片复位轴54、支架55、挡块56、保护外壳57、滑轮58、滑轨59、固定基座60、织带61、插孔62、插头63、行线槽64。

第一电机18受第一从单片机19控制，与驱动齿轮20相连，对右侧的主动轮21实行边缘驱动。从动轮22右侧安装有控位弹簧23，控位弹簧23尾部装有第一限位销24，用于限制控位弹簧23位置。控位弹簧23中部上侧装有第一行程开关25，可以控制第一从单片机19，进而控制第一电机18断电，当有较大异物伸进插槽(主动轮21与从动轮22之间)时，控位弹簧23大幅后移，从动轮22触发第一行程开关25，第一从单片机19获得信号，第一电机18断电，防止异物深入。插槽底部装有第二行程开关26，被插头63抵住后可以控制第一从单片机19，进而控制第一电机18断电。第一防误触盖27安装在第一自复位轴28上，可以用手指推开第一防误触盖27，松开手指会自动复位。第一防误触盖27下方是电动开关29，直接控制电磁线圈52，可以解除安全带的锁定，第一防误触盖27防止工作时意外打开安全带开关。

主锁舌30是锁定安全带的主要构件，主锁舌30穿过插孔62到达主锁舌孔32中实现安全带的锁定。主锁舌30后方连接主锁舌弹簧31，主锁舌弹簧31尾部安装第二限位销33。控制锁舌34用于配合其他机构解除安全带的锁定。控制锁舌34尾部安装控制锁舌弹簧35，控制锁舌孔36在控制锁舌34前方，控制锁舌弹簧35尾部安装第三限位销37。第三限位销37后面套接联动架复位弹簧41，用于控制联动架38恢复到插头63插入前的位置。第四限位销42安装在联动架复位弹簧41的后面。

第二防误触盖43安装在第二自复位轴44上，可以用手指推开第二防误触盖43，松开手指会自动复位。第二防误触盖43下方是手动开关45，可以在失电的情况下解除安全带的锁定，属于备用开关。手动开关45通过连杆46与变向杆47相连，变向杆复位弹簧48安装在变向杆47左下方，与连杆46、手动开关45在一条垂线上，确保打开手动开关45后变向杆47能够迅速恢复原来的位置。变向杆47的另一端与开关杆50相接近，转动时可以推动开关杆50逆时针转动。开关杆50为铁制，可以被电磁线圈52吸引而逆时针转动，这样就实现了电动手动都能控制开关杆50。开关杆自复位轴51安装在开关杆50的旋转轴心上，确保开关杆50能够回到原位。开关杆50下方抵住联动架锁定片53，阻止联动架锁定片53顺时针转动。锁定片复位轴54固连在保护外壳57内侧，联动架锁定片53以锁定片复位轴54为轴心，左端固连一个支架55，支架55上安装滑轮58。联动架锁定片53左下端固连挡块56，用于限制滑轨59的向右移动。滑轨59固连在联动架38上，联动架38安装在上滑道39与下滑道40之间，可以左右滑动。固定基座60安装在手动开关45右侧，用于固定织带61末端。织带61前端系着插头63，插头63中央有方形插孔62，前端制成拱形，插头63两侧刻有横向纹理，提供摩擦力便于主动轮21出力。行线槽64安装在保护外壳57的内侧四周，是电源线和信号线的走廊。

参照图6-10，所述坠落制动装置3用于施工人员发生坠落时阻止下落，拥有感应制动和机械制动两种方式，包括第二从单片机65、电磁铁66、棘爪轴67、固定架68、柱型防护罩69、棘爪70、主轴71、卷簧72、钢丝绳73、挂环74、出线口保护环75、制动盘76、主动盘77、棘齿78、制动轴79、带齿重块80、拉簧81、拉簧调节螺栓82、棘轮83。感应制动依赖中控监视系统4提供制动信号，执行制动命令。机械制动依赖快速转动形成的离心力进行制动。

参照图7，第二从单片机65控制电磁铁66，同时将工作状态传输出去。固定架68安装在柱型防护罩69内上方，固定架68下端铰接棘爪轴67。棘爪70可以绕棘爪轴67转动，受棘爪轴67控制平时处于翘起状态。棘轮83固定在主轴71上，跟随主轴71转动。电磁铁66对着棘爪70右侧，通电可以吸引棘爪70逆时针转动，从而卡住棘轮83形成制动。主轴71前端安装卷簧72，并绕有钢丝绳73，钢丝绳73尾端连接挂环74。拉动钢丝绳73可以带动棘轮83顺时针转动，同时卷簧72蓄力，松开钢丝绳73可以在卷簧72的带动下，棘轮83逆时针转动回收钢丝绳73。为了防止钢丝绳73磨损严重，出口处安装出线口保护环75。

参照图8，主动盘77与制动盘76在同一平面上，制动盘76与柱型防护罩69相连，四周固连棘齿78，不能转动，主动盘77与主轴71相连，跟随主轴71转动，主动盘77边缘与主轴71之间开孔铰接制动轴79，制动轴79连接带齿重块80，带齿重块80尾端安装拉簧81，拉簧81尾端由拉簧调节螺栓82固定，拉簧调节螺栓82可以调节拉簧81的松紧程度。

中控监视单元4用于控制输电线路钢管杆作业防坠落系统、提供电源、提醒安全带操作，同时将输电线路钢管杆作业防坠落系统的工作情况通知地面监视人员，包括加速度传感器84、速度传感器85、主单片机86、信号传输器87、扬声器88、蓄电池89、充电插口90、显示屏91、电源开关92、保护壳93、地面监视器94。

主单片机86安装在保护壳93中上方，获取速度传感器85、加速度传感器84、第一从单片机19、第二从单片机65的信息，并通过右侧的信号传输器87与地面监视器94联络。扬声器88位于保护壳93左下方，用于发出警告声音。蓄电池89位于主单片机86下方，提供12v工作电源，同时电池上自带有充电插口90、显示屏91、电源开关92。地面监视器94通过信号传输器87了解各部分运行情况。

下面以攀爬钢管杆为例，利用图1-10简述全身式安全带基体1、锁定检测装置2、坠落制动装置3、中控监视单元4的工作过程：

首先在攀爬钢管杆前，安全带插在插槽内，钢丝绳73绞收在柱型防护罩69内。按照正常规程穿戴全身式安全带基体1，解开第一搭扣8、第二搭扣9，套在腿上扣住，根据肩部的松紧调节第一调节扣10、第二调节扣11，根据躯干的松紧调节第三调节扣12、第四调节扣13，根据腿部的松紧调节第五调节扣14、第六调节扣15。穿戴整齐后打开电源开关92，中控监视系统4开始工作，加速度传感器84、速度传感器85获电，实时测量纵向加速度和实时速度，通过信号传输器87传给地面监视器94。施工人员开始爬塔上杆时，动作幅度大，纵向加速度和实时速度变化也较大，不会触发警告。但到达施工位置后开始定点施工时，纵向加速度基本接近零，此时若检测到锁定检测系统2没有工作过，主单片机86将发布命令，扬声器88将发出“请将安全带系好”的提示音。

操作安全带时，施工人员首先用右手食指推开第一防误触盖27，按下电动开关29，直接控制电磁线圈52获电，吸引开关杆50逆时针转动，解除对联动架锁定片53的限制，压缩状态的控制锁舌弹簧35开始伸张，推动联动架38和滑轨59后移，由于力矩不平衡，挡块56和联动架锁定片53开始逆时针转动，直到挡块56右侧的滑轮58进入滑轨59，联动架38迅速右移，带动主锁舌30也一起右移，联动架复位弹簧41被压缩蓄力，直到与控制锁舌弹簧35的张力之间形成平衡，此时主锁舌30已经完全缩回，解除了对插头63的锁定。施工人员拔出插头63后，联动架复位弹簧41舒张，推动联动架38、主锁舌30、控制锁舌34前移，直到主锁舌30进入主锁舌孔32内，控制锁舌34进入控制锁舌孔36内，此时，主锁舌弹簧31、控制锁舌弹簧35、联动架复位弹簧41均处于不受力状态，联动架38回到左侧，滑轮58离开滑轨59，锁定片复位轴54在自身恢复力的作用下顺时针转动，直到联动架锁定片53推开开关杆50，回到开关杆50下方，开关杆50在开关杆自复位轴51的作用下回到原位，再次抵住联动架锁定片53，联动架锁定片53右端的挡块56抵住滑轨59，使得联动架38不能右移。

在按下电动开关29的同时，第一从单片机19获得信号，通知主单片机86，三秒后控制第一电机18工作，施工人员将插头63带着织带61绕过钢管杆，插到主动轮21与从动轮22之间，插头63先推开主锁舌30，主锁舌弹簧31压缩，再推开控制锁舌34，控制锁舌弹簧35压缩，直到插头63到达底部触发第二行程开关26，第一电机18停转。此时插头63的插口62正对着主锁舌30，主锁舌弹簧31伸张，推动主锁舌30进入主锁舌孔32中，实现插头63的锁定。在插头63触发第二行程开关26之前，第一电机18一直工作，即使施工人员没有将插头63插到底，也能推动插头63下移，避免出现没插牢的情况。若是迟迟不曾将插头63插入，主单片机86将发出警告，扬声器88将发出“请将安全带系好”的提示音，提醒施工人员，同时地面监视人员也能时刻了解是否有过安全带插入操作和操作的时间。

接着施工人员再将挂环74挂到高处即可进行作业。当施工人员和挂环74之间位移增加时，钢丝绳73被拉出，主动盘77逆时针转动，棘轮83顺时针转动(主动盘77与棘轮83背对背所致，主动盘77与棘轮83均固定在主轴71上，跟随主轴71转动)，当施工人员和挂环74之间位移减少时，在卷簧72的带动下，棘轮83逆时针转动回收钢丝绳73。当发生坠落时，加速度传感器84会突然检测到大幅度的纵向加速度，主单片机86发布命令给第二从单片机65，第二从单片机65控制电磁铁66动作吸引棘爪70右端，棘爪70绕棘爪轴67逆时针转动，卡住棘轮83的运动，过程非常短暂。出现较大横向加速度时，可以设定不动作，减少误动的几率。该动作灵敏度可以在主单片机86内调节，一般纵向加速度更值得警惕，动作临界数值小于横向加速度动作临界值，也可以根据具体施工状况调节。如果出现电气故障，钢丝绳73将迅速被拉出来，带动主轴71快速转动，主轴71带动主动盘77转动，带齿重块80在离心力的作用下，克服拉簧81的拉力，绕制动轴79逆时针转动，由背面大齿卡住制动盘76上棘齿78，实现机械制动。拉簧81的灵敏度可以通过拉簧调节螺栓82调节。