Summary of Research on Fall Prevention Devices

Liu Cheng¹, Kong Xiangmei ¹,Li Shaojian

Abstract: During high-altitude operations, fall arrest devices are important tools to ensure personal safety. This article discusses the structure and technical principles of guided and telescopic fall arrest devices, analyzes the benefits of using fall arrest devices, and proposes the development direction of fall arrest devices.

Keywords: Working at heights; Personal safety; Fall prevention

0引言

随着国家电网公司高压和特高压电网建设的加快，其相应的塔架数包括高度均增势显著，在电力实践当中，对于220kV及以上输电线路而言，其塔架高度通常都超过了20m，甚至有些跨越塔高可达100米以上。线路安装、运行、维护等工作需要操作人员经常上下塔，其在实际作业过程中面临着较大的安全风险，特别是高空坠落风险。以往在对操作人员进行高空坠落防护时，更多是借助于传统安全带，但是从它的防护程度以及防护效果上来看，其无疑还有较大的优化完善空间，因此站在实际工作需求角度上讲，加强高空作业防坠落装置研究具有较强的现实意义。结合现阶段输电线路高空作业实际现状来看，诸多类型的防坠落装置都有着广泛应用，其具体涵盖有导向式类型、伸缩式类型以及其它类型^[3]。

1 导向式类型

1.1结构构成

对于此种类型的装置来说，其结构构成一般会包括有导轨、自锁装置、连接器、系索、安全带（绳）、缓冲器等。在具体实践工作当中，涉及到塔架、电杆等相关高空作业，经常都会应用此类防坠落装置来保护操作人员安全，使之能够更加安全的攀爬、横移以及作业。

在此类型装置结构构成中，导轨与自锁装置是最为关键的环节，就前者来说，其一般有柔性材料（如：链条等）导轨与刚性材料（如：硬型材等）导轨；就后者来说，其则涵盖了自锁功能与导向设施，当操作人员在作业过程中发生了坠落，此时自锁装置便会于导轨进行自动锁定，保护操作人员安全。这里需要重点把握好自锁装置锁紧原理。

1.2自锁装置锁紧原理

自锁装置环节之于导向式防坠落装置而言无疑占有十分重要的地位，其锁紧原理包括有以下几个方面：

（1）杠杆式，顾名思义，即以杠杆式制动作为基础，借助于特制圆钢来制成轨道，防坠落装置由开放式钩形合金钢制成，是一个整体部件，没有连接附件。当操作员用右手在塔上下移动时，装置由于会受到杠杆原理^[4]的作用影响将能够马上锁定，进而以实现相应的保护目的。

（2）偏心凸轮制动式^[4]，针对该层面来说，其主要是基于轨道划分成了T型轨道与钢索轨道两类，前者的导轨所选取的是T型钢，同时依托于制动盘偏心凸轮设计了防坠落装置，装置的构成包括有偏心制动凸轮、楔体、铰链轴、回位弹簧和导轮，在攀爬和正常下降过程中，防坠落装置位于操作员的胸腰处，一旦操作人员出现了坠落情况，则此时偏心制动凸轮外端将会立即下降，内端紧压导轨，实现制动锁定，进而保护操作人员安全；后者的轨道是塔身拉紧固定的钢丝绳，依托于偏心凸轮设计将自锁装置扣于轨道，同时闭合安全盖，安全销自动锁定安全盖，一旦操作人员出现了坠落情况，自锁装置立即锁定在轨道上，保护工作人员不坠落。

（3）棘爪制动式，对于该方式而言，其结构构成情况具体包括有导轨部分（安有凸台1个），防坠落装置部分（内有可伸缩棘爪1个），以及连接件部分等。在相应实践工作中，如果一切处于正常状态下，则此时控制弹簧受到压缩会让棘爪缩回于防坠落装置，同时沿着轨道滑动；但是如果处于非正常状态下，即发生了坠落问题，则此时平衡被打破，同时控制弹簧马上释放会让棘爪随即伸出并于轨道突起卡住，进而让防坠器锁定于导轨，实现对操作人员的保护。

（4）曲柄连杆夹紧制动式，针对该方式来说，其结构构成情况具体包括凹槽导轨部分与自锁装置部分，其中后者上制动板同底板间存在间缝，如果操作人员处于正常的作业状态，则其攀爬过程中间隙会扩大，同时自锁装置会沿轨道滑动，但是如果操作人员发生坠落问题，则此时自锁装置制动部件间间隙迅速变窄，使之被夹紧且锁定于轨道，实现对于操作人员的安全保护。

（5）速差式，速差式顾名思义即速度差类型，该装置主要是由两部分组成：一个T形轨道和一个自锁装置，其锁定功能是依靠自锁装置外壳和运动之间的相对速度差，以此作为基础达到相应锁定功能。具体来看，其自锁装置结构构成情况包括有外壳与滑动机芯，其中后者的内部涵盖有同轨道啮合的十字轮、限速弹簧以及阻尼机构。在相应实践工作中，若当处于上行状态，则轨道上横轮旋转，此时阻尼机构未发挥作用，降低上行时的阻力；而若当处于下降状态，则此时阻尼机构将会发挥作用，并且让自锁装置于轨道匀速下降（其速度是与操作人员向下运动速度相仿）。如果操作人员在作业过程中出现了意外风险，当下落速度超过自锁装置的滑动速度时，则此时机芯同壳体之间处于相对运动，在此状态之下，十字轮将会卡住，进而实现锁定目的。这里需要指出的是，阻尼作用下落速度原则上几乎是恒定的（同钟摆原理），这可以确保当人体下落时，自锁装置与人体之间的速度差能够可靠地产生，从而确保锁定和非常小的下落距离。

（6）组合式，针对该方式来说，通常是横向借助于钢绞线来加以保护，而垂直向或是借助于工（T）字型轨道，或是借助于钢丝绳轨道，进而形成两种组合方式。具体分析来看：

其一，“水平钢绞线防坠装置+垂直轨道防坠装置”，前者装置原理为：实践工作当中进行水平移动，只需把安全带挂钩挂于钢绞线，再予以拖动，同时由于有齿轮式过钩设计也免去了卸钩麻烦；后者装置原理为：工（T）字钢型轨道配合防坠落装置，以杠杆原理作为基础，实践工作中如果操作人员遇到了坠落问题，防坠落装置会失去向上的张力，制动块在扭力弹簧的作用下进行杠杆制动，最终锁定于轨道。

其二，“水平钢绞线防坠落装置+垂直钢绞线偏心凸轮制动式防坠落装置”，针对于该组合方式来说，其上下轨道通过钢绞线张紧固定于塔架，自锁装置则是基于偏心凸轮原理。在此模式下，其能够通过一只手钩在轨道上，使两侧安全开关闭合，进而自动锁定安全盖。若实践工作中遇到坠落问题，在偏心凸轮机构作用下，自锁装置会迅速锁定于轨道。

2 可伸缩类型

此类型装置主要包括系绳、速差自动控制器、连接器、缓冲器（可选）、安全绳等组成，并且同安全带来加以共同使用，能够满足实践工作中高挂低用的需求。在实践工作中，涉及短距离垂直爬塔等可以应用该类装置来全程保护操作人员作业安全^[3]。在其相应原理方面，该类型装置主要是基于坠落时速度差，借助于内部锁定系统（如：棘轮制动器等）来快速的锁定钢丝绳，以免所面临的坠落情况继续。放松钢丝绳，则卷筒马上解锁，钢丝绳能够拉出、缩回，待相关作业内容结束，其会自动缩回装置。

3其他类型

3.1双安全绳全能安全带

在输电线路高空作业实践工作中，此类装置获得了较多认可，并且在全面保护操作人员安全上有着显著效果，其具体构成一般包括安全绳、连接器、系索、缓冲器等，能够在操作人员面临坠落风险时将其安全悬挂于空中。由于它有2根安全绳，并且二者处于同时工作状态，具有双重安全作用，确保摔倒后身体不会脱离安全带。缓冲器和全身安全带可以减少摔倒时对人体的冲击力，减少二次伤害。

3.2水平安全绳

在高空作业实践中，如果涉及到有距离较大的水平移动作业情况，则此类型装置将会有较多的应用，即于水平安全绳上挂上安全带。水平安全绳的材料多种多样，如尼龙绳、塑料护套钢丝绳、钢绞线、钢筋等。

3.3下线梯

吊梯是操作人员从横担上操作绝缘体或电线的梯子，包括软梯、直梯等。它通常与速度差自动控制装置结合使用。

3.4攀登自锁装置（包括垂直安全绳）

攀爬自锁装置（包括垂直安全绳）是一种临时柔性导轨导向装置，目前在施工实践当中涉及上下塔作业往往会应用到此类装置，在其具体使用上，要先将安全装置打开，再于垂直安全绳安装自锁装置，然后关闭安全装置。在操作者垂直攀爬过程中，一旦出现坠落情况，则由于受到偏心凸轮制动原理的作用影响，自锁装置会立即锁定于垂直安全绳，实现相应的保护目的。

4防坠落装置改进方向

在输电线路高空作业实践工作当中，防坠落装置除了能够保障相关各方的生命财产安全，同时还能够促进高空作业效率，确保供电方面的安全可靠性，这对于提高电力企业竞争力，带动我国电力事业健康可持续发展等都具有重要的价值与作用。目前来看，尽管有关防坠落装置的技术研究取得了很多成果，并且诸多类型的装置在实践中也有着广泛应用，但是从其实际效果上来看仍然参差不齐，还有较多需要进一步优化完善的方面，尤其是在安全、灵敏、舒适等环节上。例如，导向式防坠落装置在具体应用过程当中，无法做到高悬挂、低使用，遇到坠落事故进行保护时，可能冲击工作人员身体；同时，其与伸缩式防坠器均为被动保护，即仅是于坠落出现后锁闭，导致反应迟缓；此外，攀登过程中舒适度低，容易造成操作人员疲劳，造成安全隐患。

总之，结合现有实际情况，防坠落装置的开发应侧重于以下方向：（1）开发高悬挂、低使用装置，在保障装置本身灵敏性同时，着力降低其坠落距离，以免在坠落保护过程当中过于冲击操作人员身体；（2）转变设计思路，调整以往被动式的保护手段，寻求主动保护，尤其是要注意改进装置延迟响应问题，控制好缓冲时的相应风险；（3）要重视装置的使用体验，确保相关操作人员能够舒适的佩戴使用来进行实际作业；（4）还应简化防坠落装置的结构，提高其通用性，以便于生产和推广。

5结论

综上所述，防坠落装置对于保护高空作业人员安全，提高高空作业质量与效率等方面都具有重要意义，相关单位对此应给予足够的关注和重视，进一步加强技术研究与实践投入，尤其随着现阶段我国电力事业快速发展，相关输电线路高空作业频次及风险都有了明显提升，这就更加需要防坠落装置能够为其提供更为可靠的安全保障，同时规范装置类别，优化装置性能，建议在未来新建输电线路的典型设计中纳入塔架防坠落装置。

参考文献

[1] 输电线路高空作业防坠落措施研究[J]. 于绚;杨旭;方学珍.电气时代,2016(12)

[2] 高空安全自锁器[J]. 王汉猷.建筑工人,1994(01)

[3] 坠落防护自锁器标准的执行与产品管理[J]. 许超;智红亮;邓宝举.安全,2012(11)

[4] 铁塔防坠落装置的技术[J]. 张丙珍.云南电力技术,2016(S2)