移动式攀登铁塔防坠落装置的研制

QC成果报告一、报告题目移动式攀登铁塔塔塔防坠落落装置置的研制制二、小组名称王彪供电技术创创创新工作作室QC小组三、小组概况小组名称王彪供电技术创创创新工作作室QC小组活动课题名称移动式攀登铁塔塔塔防坠落落装置置的研制制注册时间2016年0222月课题类型创新型注册次数32次出勤率98.6%小组成员情况姓名性别学历职务组内分工王彪男本科组长活动策划潘家乐男本科副组长课题选择陈建文男专科督导（指导）活动指导李永男本科组员数据分析王涛男本科组员数据分析王伟男本科组员现场试验彭真君男专科组员现场试验杨名杨男专科组员技术实施徐洪福男本科组员数据整理刘彬男本科组员数据整理金永刚男研究生组员效果分析魏汉峰男专科组员效果分析小组获奖情况2011年，“新型输电电线线路登铁铁塔防防坠落装装置的的研制”项目获得得第第三届“海洋杯”全国QC小组成果果发发表赛二二等奖奖。2013年，“新型接地地线线的研制”项目获得得第第七届“海洋杯”全国QC小组成果果发发表赛一一等奖奖。2015年，“提高砍伐伐树树木倒向向控制制成功率”项目获得得第第十二届“海洋杯”全国QC小组成果果发发表赛优优胜奖奖；“研制新型型架架空地线线防振振锤复位位器”项目获得得第第十二届“海洋杯”全国QC小组成果果发发表赛二二等奖奖；2013年，获获获得“全国优秀秀质质量管理理小组组”荣誉称号号。2014年，获获获得“全国优秀秀质质量管理理小组组”荣誉称号号。2015年，获获获得“全国优秀秀质质量管理理小组组”荣誉称号号。2016年，获获获得“全国优秀秀质质量管理理小组组”荣誉称号号。四、报告正文移动式攀登铁塔塔塔防坠落落装置置的研制制王彪供电技术创创创新工作作室QC小组一、实施背景（一）选择课题题题1.术语注释铁塔作业防坠落落落装置：用于铁塔塔高高处作业业人员员在攀登登、移移动和作作业过过程中发发生坠坠落后能能安全全悬挂在在空中中的防护护装置置。如图1所示是常常用用的轨道道式攀攀登铁塔塔防坠坠落装置置。图1铁塔作业防防坠坠落装置2.提出问题输电线路的铁塔塔塔普遍较较高，工工作人员员在攀攀登铁塔塔作业业过程若若没有有有效的的装置置保护，时时时时存在着着高处处坠落的的危险险。Q/GDW1117999.22-200133《国家电网网公公司电力力安全全工作规规程线线路部分分》中中明确规规定：：“钢管杆塔塔、330m以上上杆杆塔和22200kV及以以上上线路杆杆塔宜宜设置作作业人人员上下下杆塔塔和杆塔塔上水水平移动动的防防坠安全全保护护装置”，如图2所示。图2国家电网网公司司电力安安全工作作规程程线路部部分目前，我们普遍遍遍使用的的安全全保护装装置为为轨道式式攀登登铁塔防防坠落落装置（如如图图3所示），但但但其存在在很多多缺点：：无法法移动、装装设设成本高高、安安装周期期长、防防坠模块块厂家家型号不不统一一、轨道道锈蚀蚀出现卡卡阻现现象、易易被盗盗窃等。图3轨道式攀攀登铁铁塔防坠坠落装置置该装置的主要缺缺缺点在于于：该该装置只只能在在固定的的铁塔塔进行一一次性性安装，无无法法拆卸，一一塔塔一防坠坠，而而造价又又高，每每增加一一基铁铁塔至少少需要要投入1.5万元。据据统统计，沧沧州地地区所辖110kkV以上的铁铁塔塔一共有142225基，需花花费2.1亿元。造造价价过于昂昂贵，使使得该装装置很很难大面面积推推广。那么，我们能不不不能克服服旧装装置不能能移动动、造价价高等等缺点，研研制制一种新新型可可移动的的攀登登铁塔防防坠落落装置呢呢？小小组成员员集思思广益，通过讨论分分析析，在攀攀岩者者攀岩的的方法法中得到到了很很大的启启发：：攀岩者者攀岩岩时，领领攀者者攀爬时时依次次在岩壁壁上打打眼，安安装销销钉。这这样就就可将安安全带带挂钩固固定在在销钉上上，实实现安全全攀爬爬。而后后来的的攀爬人人员攀攀爬过程程中只只需移动动安全全带的挂挂钩至至每个销销钉上上即可实实现安安全攀爬爬。小组成员决定借借借鉴攀岩岩者攀攀岩的方方法，创创新工艺艺，确确定课题题为：：移动式式攀登登铁塔防防坠落落装置的的研制制。小组人员对课题题题进行了了技术术查新，未未查查询到有有关移移动式攀攀登铁铁塔防坠坠落装装置的信信息，如如图4所示。图4课题查新图图（二）设定目标标标并进行目目标标可行性性分析析1．设定目标：：：人员坠落落时时的坠落落距离离小于1米。2．目标可行性性性分析：当作业人员坠落落落时，在在身体体脱离塔塔身的的情况下下，人人员以自自由落落体形式式坠落落，下降降距离离与瞬时时速度度的关系系为v^2==22gh。由现有有的的轨道式式防坠坠装置设设计参参数可知知，防防坠滑块块可在在0.1秒内对坠坠落落人员进进行锁锁止，根根据瞬瞬时动量量计算算公式Ft==Mv，可得人人体体承受冲冲击力力为：F=Mv/t===M（2gh）1/2//tt通过查阅医学方方方面的资资料，小小组发现现在正正常情况况下，当当一名80kg登塔人员员承承受的冲冲击力力超过45000N时，就会会造造成身体体重伤伤。重力力加速速度以9.8m//ss²计算,坠落制动动时时间为0.1s。将以上数值代入入入计算公公式可可得坠落落最大大允许距距离为为h=1.62mmm.小组通过查阅资资资料，工工程学学中一般般要设设定20%--330%的安全保保护护系数，选选取取保险系系数为为25%，即h*（1+0..225）=1.2288m，得出h=1..33m，因此我我们们将坠落落距离离设为1米，如果果移移动式攀攀登铁铁塔防坠坠落装装置能够够在1米内将人人员员由动制制静，即即可以在在医学学允许范范围内内保护登登塔人人员的生生命安安全。通过以上计算分分分析，小小组成成员一致致认为为该目标标可行行！（三）提出各种种种方案并并确定定最佳方方案1.提出方案：：小组采用“头脑风暴暴法”充分发表表意意见，提提出可可能解决决问题题的方案,并用亲和和图图进行整整理（如如图5所示）,最终形成成以以下四种种方案案:图5方案整整整理亲和图图表1：方案对比比分分析表方案一防脱钉自锁手套套套方案二速差自锁防坠绳绳绳方案三交替互锁防坠钩钩钩方案四双钩轮换安全带带带方案模拟1、方案简介：：：制作一副副高高强度材材料手手套,手套之间间存存在互锁锁连接接,两只手套套通通过腕扣扣与分分别双手手固定定。攀登登时,通过电磁磁回回路的通通断来来控制手手套与与脚钉之之间的的交替自自锁。2、实现过程：：：登塔前，作作业人员戴好好手套，扣好好腕扣，通过过腕带将手套套固定在双手手上，此时解解锁开关处于于断开位置。使使用者一手握握住脚钉时，锁锁钉入锁孔，自自锁后手无法法松开。只有有当双手均握握住脚钉时，两两手套同时解解锁，方可松松开任意一手手。松开一手手后两手同时时恢复自锁，另另一只手无法法松开，实现现登塔全过程程交替自锁保保护。即使脚脚踩空，由于于至少一只手手会通过锁钉钉和锁孔牢牢牢锁在脚钉上上，人体被单单手挂住，不不会坠落。上上塔后可以腾腾出一只手按按解锁开关解解锁，摘掉手手套。1、方案简介：：：设计一套套防防坠模块,一端可快快速速安装在在脚钉钉上，另另一端端为可拆拆卸防防坠绳索索的结结构，防防坠绳绳索通过过速差差保护模模块与与作业人人员安安全带相相连接接,给予登铁铁塔塔人员以以保护护。2、实现过程：：：第一电工工每每隔几米米将一一个防坠坠模块块上卡到到脚钉钉上，并并将防防坠绳安安装在在脚钉防防坠模模块的挂挂钩内内，防坠坠绳下下端由监监护人人通过铁铁塔收收紧。人人员一一旦坠落落，装装置通过过安全全带—挂环—防坠绳—脚钉防坠坠模模块挂钩—下部控制制人人员，形形成可可靠的防防坠控控制。当当第一一电工到到达铁铁塔顶部部后，扎扎好安全全带，再再将防坠坠绳从从安全带带上拆拆下固定定在铁铁塔主材材上。防防坠绳挂挂好后后，下部部作业业人员通通过自自行研制制防坠坠模块进进行登登塔，滑滑块具具有速差差保护护功能，人人员员一但坠坠落可可以快速速锁紧紧。1、方案简介：：：设计一种种带带弯钩的的防坠坠脚钉以以及与与之配套套防坠坠钩，作作业人人员身着着全身身式安全全带与与防坠钩钩相连连，通过过防坠坠钩的交交替钩钩挂确保保登塔塔人员的的人身身安全。2、实现过程：：：作业人员员登登塔过程程中，2只防坠钩钩交交替挂扣扣在防防坠脚钉钉上，确确保任何何时候候均有1只防坠钩钩挂挂扣在防防坠脚脚钉上。登登塔塔人员发发生坠坠落时，通通过过安全带带、安安全绳和和防坠坠钩挂扣扣在牢牢固的脚脚钉上上。避免免人员员坠落。1、方案简介：：：制作一条条全全身式安安全带带，其带带有两两条延长长保护护绳挂钩钩，两两条保护护绳轮轮换挂在在铁塔塔的牢固固构件件上，通通过安安全带的的特殊殊缠绕方方法实实现下坠坠过程程中的拉拉紧、锁锁死。2、实现过程：：：作业人员员登登铁塔时时，身身穿带有有两道道防护绳绳的安安全带，每每道道防护绳绳上均均有防脱脱落挂挂钩，攀攀登过过程中轮轮换将将其中1条保护绳绳钩钩挂在铁铁塔牢牢固构件件上，确确保任何何时段段都有一一道保保护起作作用，保保证了作作业人人员的攀攀登安安全。可靠性可100%防止止止坠落可100%防止止止坠落作业人员交替操操操作步骤骤较多多，防坠坠落几几率不能能保证证100%%作业人员交替操操操作步骤骤较多多，防坠坠落几几率不能能保证证100%%制作周期60天37天50天30天开发难易度机械部分小组可可可独立完完成，但但电路部部分需需要与相相应厂厂家合作作。纯机械，小组能能能够通过过现有有工具自自行加加工。防坠钩小组可独独独立完成成，但但防坠脚脚钉需需要与相相应厂厂家合作作。原有安全带基础础础上的改改进，小小组能够够通过过现有工工具自自行加工工。经济性购买高强度聚乙乙乙烯材料料（用用于制作作手套套）2100元，电磁磁回回路硬件件（电电磁吸合合线圈圈、MSPP4430单片片机机等）1100元，电磁磁回回路软件件开发发费用2000元，共计5200元防坠模块不锈钢钢钢200元，防坠坠绳绳索（30米绝缘绳绳、不不锈钢钩钩子等等）500元，自锁锁器200元，共计900元弯钩脚钉购置333000元（1基铁塔全全部部改装），防防坠钩不锈钢钢材料费用3000元，共计6000元两条安全带购置置置，共计600元方案比较方案一：防坠性性性可靠，但但结结构复杂杂，成成本稍高高，开开发难度度较大大，需与与特定定厂家合合作。方案二：防坠性性性可靠，结结构构简单，成成本本低，小小组可可自行研研制成成功。方案三：防坠性性性不可靠靠，改改装脚钉钉费用用高，需需与特特定厂家家合作作。方案四：防坠性性性不可靠靠，结结构简单单，成成本最低低，小小组可自自行研研制。结论不采用采用不采用不采用通过以上分析（如如表1所示），小小组确定采用用“速差自锁防防坠绳”方案，并确确定方案由防防坠模块、防防坠绳索、速速差自锁器三三部分组成，如如图6所示。图6速差自锁锁防坠坠绳结构构图2.防坠模块的的选选择经小组分析讨论论论，提出出从穿穿钉方式式、防防掉落方方式、穿穿绳方式式三个个方面进进行方方案选择择，如如图7所示：图7防坠模块块选择择图（1）穿钉方式式选选择（如表表表2所示）：：表2穿钉方式式选择择表方案一开合卡扣式穿钉钉钉方案二一体套环式穿钉钉钉结构简图卡扣合卡扣合简易图简易图卡扣开卡扣开实际图实际图安装方式开合卡扣挂住脚脚脚钉直接套钉试验分析1、与脚钉的有有有效接触面面积积：2cm22、最大承力：：：25000NN3、安装时间：：：10次平均5秒1、接地有效接接接触面积：：5cm22、最大承力：：：＞40000NN3、安装时间：：：10次平均2秒优点卡扣窄，用材料料料少，轻轻便安装时间短,接接接触面积积大，承承力性能能好缺点安装步骤多,安安安装时间间长，接接触面积积小，最最大承力力有限限一体式设计宽度度度大，用用材多多，重量量稍大大结论不采用采用经实验分析，方方方案一由由于卡卡扣较窄窄，用用材料少少，轻轻便易携携带，但但安装步步骤多多,安装时间间长长，接触触面积积小，最最大承承力有限限。方方案二安安装时时间短,接触面积积大大，承力力性能能好，重重量虽虽大但对对安全全方面更更有保保障，因因此穿穿钉方式式选取取方案二二：一一体套环环式穿穿钉。(2)防掉落方方方式选择择（如如表3所示）：：表3防掉落方方式选选择表方案一顶劲弹簧式方案二旋转螺杆式结构简图弹力握柄顶劲弹簧弹力握柄顶劲弹簧旋转螺杆旋转螺杆锁定方法手握弹力握柄穿穿穿钉后，松松开开握柄，顶顶柱柱自动顶顶紧脚脚钉穿钉后，用小扳扳扳手拧紧紧螺杆杆顶住脚脚钉试验分析1、锁定试验：：：弹簧顶劲劲后后不可松松劲。2、锁定耗时：：：0秒。弹簧簧回回弹自动动锁定定，无额额外锁锁定操作作。3、工具：不需需需工具。1、锁定试验：：：旋转拧紧紧后后自动锁锁定，不不可松劲劲。2、锁定耗时：：：10次平均10秒3、工具：小板板板子1把优点操作简单，耗时时时少，不不携带带工具，锁锁定定牢靠结构简单，锁定定定牢靠缺点结构复杂操作复杂，耗时时时长，需需携带带工具结论采用不采用经实验分析，方方方案一操操作简简单，耗耗时少少，不需需携带带工具，锁锁定定牢靠，但但结结构稍复复杂。方方案二结结构简简单，锁锁定牢牢靠，但但操作作复杂，耗耗时时长，需需携带带工具。但但因因此防掉掉落方方式选取取方案案一：顶顶紧弹弹簧锁定定。图8顶劲弹簧簧示意意图本次使用市面上上上常见的的工作作圈数为7.5的不锈钢钢压压缩弹簧簧，外外径10mm，线径2mm。由弹簧簧弹弹力公式式：弹簧弹力=弹簧簧簧刚度（kg/mmm）*压缩量（mm）弹簧刚度=（线线线径*10000）/（C3*工作圈数数）C=（弹簧外径径--线径）/线径可见在弹簧刚度度度确定的的情况况下弹簧簧弹力力与压缩缩量存存在单一一关系系，为保保证弹弹簧弹力力达到到130N，同时解解决决脱钉时时因顶顶劲力过过大导导致的卡卡涩问问题，小小组用用黄金分分割法法对顶劲劲弹簧簧的压缩缩量进进行优选选试验验，选取取最佳佳弹簧自自由长长度（弹弹簧自自由长度=压缩量+压缩后的的长长度15mm）。表4试验方案案设计计试验项目顶劲弹簧压缩量量量变化弹弹簧弹弹力取值值试验范围5mm~35mmmm（如图8所示）试验方法用0.618法法法计算压缩缩量量取值，每每一一值范围围在10个脚钉上上依依次进行行脱落落横向受受力试试验，共共计10次，记录录平平均弹簧簧弹力力和卡涩涩情况况。考察标准脱落时弹簧弹力力力≥130N，从脚钉钉取取下模块块时卡卡涩0次试验目标选取弹簧的最佳佳佳自由长长度（自自由长度=压缩量+压缩后的的长长度15mm）第一次试验图9第一次试试验x1=a+0..618(b-aa)=5+0.618((355-5)=2233.554x2=a+b--x11=5+35-233..54=16.4466表5第一次次次试验测试试及及结果考察标准试验点（压缩量）试验次数弹簧弹力卡涩次数脱落时弹簧弹力力力≥130N，从脚钉钉取取下模块块时卡卡涩0次x1=23.554410Fx1（平均）==120NNN0x2=16.446610Fx2（平均）==100NNN0弹簧弹力未达到到到考察指指标，但Fx1（平均均）更接近近130N的要求，所所以x1优于x2，去掉（a，x2），留下（x2，b），即好点点范围16.446mm~~35mmm。第二次试验图10第二次次次试验x3=b+xx2--x1=35+16.4466-23..554=27.9922表6第二次试验验测测试及结果果果考察标准试验点（压缩量）试验次数弹簧弹力卡涩次数脱落时弹簧弹力力力≥130N，从脚钉钉取取下模块块时卡卡涩0次x3=27.992210Fx3（平均）==138NNN4Fx3（平均）达达达到考察察指标标，但从从脚钉钉取下模模块时时卡涩4次，所以以x1优于x3，去掉（x3，b），留下（x2，x3），即好点点范范围16.4466mm~~277.922mmm。第三次试验x4=x3++x22-x1=27.9922+16.4466-23..554=20.8844图11第三次次次试验表7第三次试验验测测试及结果果果考察标准试验点（压缩量）试验次数弹簧弹力卡涩次数脱落时弹簧弹力力力≥130N，从脚钉钉取取下模块块时卡卡涩0次x4=20.884410Fx4（平均）==112NNN0Fx4（平均）未未未达到考考察指指标，xx1仍优于x4，去掉（x2，x4），留下（x4，x3），即好点点范范围20.8844mm~~277.922mmm。第四次试验x5=x4++x33-x1=20.8844+27.9922-23..554=25.2222图12第四次次次试验表8第四次试验验测测试及结果果果考察标准试验点（压缩量）试验次数弹簧弹力卡涩次数脱落时弹簧弹力力力≥130N，从脚钉钉取取下模块块时卡卡涩0次x5=25.222210Fx5（平均）==131NNN0试验目标实现，弹弹簧弹力Fx5（平均）达到130N,卡涩次数0次，x5优于x1，压缩量为25.222mm，弹簧自由由长度为x5+15mmm=40.222mm。选用试验得出的的的弹簧长长度40.2222mm，在现场场使使用中继继续跟跟踪测试试结果果如下表表：表9验证试验验结果果试验号项目12345678弹簧弹力131.2130.8131.3131130.5130.7131.6131.1模块卡涩00000000试验号项目910111213141516弹簧弹力131.3130.9130.8130．2130.8131131.2131.4模块卡涩00000000试验结果弹簧弹力平均11130..999N,从脚钉取取下下模块时时卡涩涩0次结论从跟踪结果可知，试验结果有效，能够保证弹簧弹力达到130N，实现了模块的防脱落功能，同时也解决了脱钉时因顶劲力过大导致的卡涩问题穿绳方式选择（如如表10所示）：表10穿绳方方方式选择表表方案一封闭圆环式方案二错位半圆式结构简图封闭单环可开合卡扣封闭单环可开合卡扣半圆双钩半圆双钩穿绳方式通过圆环的卡扣扣扣将安全全绳与与防坠器器连续续相连在在一起起。两个半圆钩环之之之间的间间隙大大于防坠坠绳索索的最小小横向向尺寸，防防坠坠绳索经经过两两个半圆圆之间间的间隙隙绕进进两个半半圆所所形成的的的圆圆孔，对对每个个防坠模模块都都进行同同样的的操作，使使防防坠模块块与防防坠绳索索之间间形成索索道。试验分析1、锁绳可靠性性性：安全绳绳穿穿入后无无法脱脱出，可可靠。2、操作耗时：：：10次平均10秒1、锁绳可靠性性性：安全绳绳在在受到指指向非非塔身抱抱铁方方向的作作用力力时，闭闭锁牢牢靠。2、操作耗时：：：10次平均4秒优点具备锁绳功能，结结构简单。操作方便，穿绳绳绳脱绳一一步到到位，耗耗时相相对较少少。缺点穿绳时需要按下下下卡扣穿穿孔，复复杂耗时时。结构稍复杂结论不采用采用经实验分析，方方方案一结结构简简单好实实现，但但穿绳时时需要要按下卡卡扣穿穿孔，复复杂耗耗时。方方案二二闭锁功功能完完善，操操作方方便，穿穿绳脱脱绳一步步到位位，耗时时相对对较少，但但工工艺较为为复杂杂。因此此穿绳绳方式选选方案案二：错错位半半圆式。3、防坠绳索的的的选择经小组分析讨论论论，提出出从防防坠绳索索的本本体特性性和使使用便捷捷性两两方面进进行方方案选择择，如如图13所示。图13防坠绳绳绳索选择图图（1）本体特性性选选择（如表表表11所示）：：表11本体特特特性选择表表方案一高强度绝缘绳方案二承力钢丝绳电气特性1.测量绝缘电电阻阻：使用万万万用表测测量单单位长度度（米米）的电电阻值值为100兆欧姆。2.工频耐压试试验验：105kkVV/m,持续时间5min，无闪络络，无无击穿。导电性能非常好好好机械特性耐磨性：采用PPP25000的砂纸进进行1cm长度的打打磨磨，绳子子断裂裂一半所所需打打磨次数数约2000次。最大拉断力：进进进行静荷荷重试试验，最最大拉拉断力为25kN。柔韧性：可随意意意盘折，韧韧性性极佳。密度：1.3888g/ccm33耐磨性：采用PPP25000的砂纸进进行1cm长度的打打磨磨，绳子子断裂裂一半所所需打打磨次数数约100000次。最大拉断力：通通通过查表表可得得直径11mm的钢丝绳绳约约为30000kkN。柔韧性：盘折圈圈圈数有限限，韧韧性不佳佳。密度：7.8555g/ccm33结论分析绝缘绳的耐磨性性性不如钢钢丝绳绳；作业人员体重按按按照90kg来核算，人人人体坠落落时产产生的冲冲击力力按照体体重的的10倍来计算算，则则坠落式式所产产生的冲冲击力力为9kV，均小于于两两种绳索索的最最大拉断断力。柔韧性：绝缘绳绳绳>钢丝绳。绝缘绳更为轻便便便，易于于携带带。钢丝绳不绝缘。优点绝缘性能好，强强强度够用用，易易盘折，重重量量轻，携携带方方便。强度大，耐磨缺点耐磨性尚可不易弯折，笨重重重，不绝绝缘结论采用不采用经实验分析，方方方案一高高强度度绝缘绳绳强度度够用，易易盘盘折，重重量轻轻，携带带方便便，但耐耐磨性性稍差。方方案案二钢丝丝绳虽虽然强度度大，耐耐磨，但但由于于重量较较沉，盘盘折不方方便，最最重要的的是不不绝缘，不不适适合作业业人员员携带登登塔，因因此本体体特性性方面选选择方方案一：：高强强度绝缘缘绳。（2）本体特性性选选择（如表表表12所示）：：表12使用便便便捷性选择择表表方案一单一大钩头方案二环形钢锁头结构简图适用范围主要用于安全带带带的二道道保护护绳的卡卡扣，可可靠连接接塔材材后方便便作业业人员铁铁塔上上转位，属属于于经常活活动端端。一般别扣在安全全全带的两两腰侧侧，属于于经常常固定端端。现场情况第一作业人员在在在攀登过过程中中，绳子子是扣扣在腰间间的，此此时绳扣扣是固固定端，但但当当第一作作业人人员登塔塔至横横担时，需需要要将安全全绳从从腰间拆拆下再再系到铁铁塔的的牢固构构建上上，此时时绳扣扣是活动动端。两两者的方方便与与否主要要从拆拆下快慢慢和系系到铁塔塔所需需时间的的多少少来分析析。试验分析拆绳操作耗时：：：10次平均2秒/次系绳操作耗时：：：10次平均5秒/次拆绳操作耗时：：：10次平均5秒/次系绳操作耗时：：：10次平均12秒/次优点大钩子，操作方方方便顺手手，效效率高。小锁头，体积小小小，分量量轻，登登塔携带带方便便。缺点体积大，分量重重重操作耗时结论采用不采用经实验分析，方方方案一大大钩子子，操作作方便便顺手，效效率率高，但但体积积大一些些。方方案二小小锁头头，虽然然体积积小、分分量轻轻，但操操作起起来比较较麻烦烦耗时，所所以以使用便便捷性性方面选选择方方案一：：单一一大钩头头。4、速差自锁器器器的选择经小组分析讨论论论，提出出从安安全绳锁锁止方方式、与与安全全带的连连接方方式两个个方面面进行方方案选选择，如如图14所示。图14速差自自自锁器选择择图图（1）锁止方式式选选择（如表表表13所示）：：表13锁止方方方式选择表表方案一单向齿轮锁止方案二棘爪锁止结构简图安全绳安全绳棘爪连接环棘爪连接环锁止原理齿轮具有单向导导导通性，作作业业人员攀攀登铁铁塔时单单向齿齿轮导通通，安安全绳随随着锯锯齿通过过防坠坠器，当当人员员坠落时时安全全绳相对对于齿齿轮反方方向运运动，齿齿轮被被拨片锁锁死，由由于绳子子与锯锯齿之间间存在在大系数数的摩摩擦，齿齿轮会会阻止绳绳子继继续通过过，从从而实现现有效效锁止。作业人员攀登时时时，安全全带连连接环向向上抬抬起，棘棘爪与与安全绳绳之间间没有受受力；；人体下下坠时时，连接接环瞬瞬间向下下拉起起，棘爪爪迅速速顶住安安全绳绳，通过过摩擦擦的力量量将绳绳子短距距离卡卡死。试验分析锁止距离：8000kG假人模拟拟攀攀登铁塔塔坠落落试验，一一旦旦坠落，安安全全绳立刻刻锁止止，10次平均每每次0.5米。锁止距离：8000kG假人模拟拟攀攀登铁塔塔坠落落试验，一一旦旦坠落，安安全全绳立刻刻锁止止，10次平均每每次0.2米。优点安全绳单通，不不不易装错错锁止距离小，可可可双向通通绳子子，结构构简单单缺点结构复杂，只能能能单向通通绳穿引时首末端容容容易混淆淆结论不采用采用经实验分析，方方方案一安安全绳绳单通，不不易易装错，但但结结构复杂杂。方方案二锁锁止距距离小，可可双双向通绳绳子，结结构简单单。因因此锁止止方式式选取方方案二二：棘爪爪锁止止。方案分解选择:::小组分析发现，棘棘爪片数、卡卡位弹簧扭矩矩、棘爪连板板长度、安全全绳直径影响响锁止距离。为为选取最佳组组合方案，小小组成员利用用正交试验法法对以上四个个参数进行优优化选择，具具体如下：1）实验目的确定速差自锁器器器锁止的的最佳佳配置方方案。2）确定考察指指指标锁止距离3）制定因素水水水平表小组经过理论计计计算和模模拟分分析，对对四个个参数选选取三三个位级级，建建立因素素位级级表如表14所示：表14正交试试试验的因素素位位级表因素棘爪片数卡位弹簧扭矩棘爪连板长度安全绳直径位级1双爪5Nm5cm16mm位级2三爪8Nm10cm18mm位级3四爪10Nm15cm20mm4）设计并实施施施方案本次试验选用正正正交表L9（34），触发发试试验50次。组装装后后，利用80kg假人模拟拟登登塔坠落落过程程。连接接环通通过连板板向下下拉起，棘棘爪爪迅速顶顶住安安全绳，通通过过摩擦的的力量量将绳子子短距距离卡死死。试试验结果果如表表15：表15正交试试试验表棘爪片数卡位弹簧扭矩棘爪连板长度安全绳直径锁止距离(m)))ABCD11（双爪）1（5Nm)3(15cm)))2(18cm)))0.6522（三爪）11(5cm)1(16cm)))0.5233（四爪）12(10cm)))3(20cm)))0.63412（8Nm)210.20522330.56632120.41713（10Nm))130.74823220.43933310.38Ⅰ=位级1锁止止距离之和1.591.801.671.1Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ＝44.52＝总和Ⅱ=位级2锁止止距离之和1.511.171.261.46Ⅲ=位级3锁止止距离之和1.421.551.561.93极差R=Ⅰ、ⅡⅡ、Ⅲ中，大数－－小小数0.170.630.410.835）试验结果分分分析看一看直接比较9个试验的锁止距离,容易看出:锁止距离最短的是4号方案.锁止距离为0.2m,组合为A1B2C2D1看一看直接比较9个试验的锁止距离,容易看出:锁止距离最短的是4号方案.锁止距离为0.2m,组合为A1B2C2D1小组成员对正交试验结果进行计算,从各位级比较可知:对于棘爪片数，位级3最好；卡位弹簧扭矩，位级2最好；棘爪连板长度，位级2最好；安全绳直径，位级1最好。即A3B2C2D1最好。小组成员对正交试验结果进行计算,从各位级比较可知:对于棘爪片数，位级3最好；卡位弹簧扭矩，位级2最好；棘爪连板长度，位级2最好；安全绳直径，位级1最好。即A3B2C2D1最好。算一算算一算看一看”与“算算算一算”结果不一一致致，进一一步进进行选择择。根根据极差R大小，将将四四个因素素排序序（如表16所示），并并并作出正正交试试验因素素趋势势图（如如图15所示）。表16因素主主主次顺序排排列列表安全绳直径卡位弹簧扭矩棘爪连板长度棘爪片数DBCA图15正交试试试验因素趋趋势势图“看一看”的组组组合A1B22CC2D1与“算一算”的组合A3B22CC2D1比较，只只有有因素A有差别。从从从趋势图图可以以看出A3因素比A1锁止距离离短短。因此此小组组决定选选择A3B22CC2D1组合，并并进进行了试试验验验证，结结果如如表17所示：表17A3BBB2C2DD11组合试验验验验证表A3B2C2DDD1组合试验验验验证表方案试验次数锁止距离A3B2C2DDD1500.18m试验结果表明，选选定的A3B2CC2D1组合方案触触发成功率最最高达到0.18m，满足安全全要求，因此此小组选择棘棘爪片数为4爪；卡位弹弹簧扭矩为8Nm；棘爪连板板长度为10cm；安全绳直直径为16mm。（2）连接方式式选选择（如表表表18所示）：：表18连接接接方式选择择表表方案一多孔连接方案二单孔连接结构简图试验分析1、连接方式：：：方案一连连接接环有单单、多多孔两种种连接接方式，可可根根据安全全带绳绳的粗细细规格格选择不不同方方式的连连接。2、最大脱环受受受力：25kN。1、连接方式：：：有一单孔孔，只只能适配配一种种型号的的安全全带绳。2、最大脱环受受受力：25kN。优点适用范围广，安安安全系数数高结构简单，易加加加工缺点结构复杂，制作作作成本高高适用性单一、安安安全系数数小结论采用不采用方案一连接环有有有单、多多孔两两种连接接方式式，可根根据安安全带绳绳的粗粗细规格格选择择不同方方式的的连接，适适用用范围广广，安安全系数数高，但但制作过过程稍稍复杂。方方案案二结构构简单单，容易易加工工，但仅仅适用用单孔连连接、安安全系数数小。因因此连接接方式式选取方方案一一：多孔孔连接接。5、确定最佳方方方案：图16最佳方方方案确定图图二、主要做法（一）制定对策策策表表19对策表表表序号对策目标措施负责人地点完成时间1制作一体式穿钉钉钉套环最大动荷载承力力力不小于40000N。画出示意图购置原材料3、加工制作4、做动荷重试试试验彭真君李永王彪供电技术创创创新工作作室2016.62制作顶劲弹簧防防防掉落结结构能承受125NNN以上外力力不不脱落。画出示意图购置原材料3、加工制作4、做静荷重试试试验王彪陈建文王彪供电技术创创创新工作作室2016.63制作错位双半环环环穿、锁锁绳挂挂钩锁绳成功率10000%画出示意图购置原材料3、加工制作4、进行闭锁试试试验王伟杨名杨王彪供电技术创创创新工作作室2016.64购置高强度绝缘缘缘防坠绳绳。1、绳子最大拉拉拉断力不小小于于25kN。2、绝缘绳直径径径为18mmm3、工频交流耐耐耐压105kkVV/m,持续时间5min，无闪络络，无无击穿1、按照要求购购购置防坠绳绳2、防坠绳静荷荷荷重试验和和工工频交流流耐压压试验。刘彬金永刚王彪供电技术创创创新工作作室2016.75制作单一大钩1、拆绳操作耗耗耗时小于2秒2、系绳操作耗耗耗时小于5秒1、画出示意图图图2、购置原材料料料3、加工制作4、进行拆绳、系系系绳试验验刘彬金永刚王彪供电技术创创创新工作作室2016.76制作棘爪锁止防防防坠自锁锁器1、坠落时锁止止止触发动作作率率100%%2、80kg假假人人坠落模拟拟拟试验锁锁止距距离小于0.3米。1、购置原材料料料2、参数按正交交交试验表进进行行加工。3、进行模拟坠坠坠落试验。徐洪福潘家乐王彪供电技术创创创新工作作室2016.77制作多孔连接环环环结构两绳扣脱环时最最最小受力力大于于45kNN画出示意图购置原材料3、加工制作4、进行脱环静静静荷载试验验魏汉锋陈建文王彪供电技术创创创新工作作室2016.88组装连接进行试试试验1、坠落时触发发发动作成功功率率100%%2、80kg假假人人坠落模拟拟拟试验坠坠落距距离小于1米。现场进行工作验验验证徐洪福潘家乐王彪供电技术创创创新工作作室2016.9（二）按对策表表表实现实施一：制作一一一体式穿穿钉套套环1、画出示意图图图2、购置原原材材料图17一体式穿穿穿钉套环加加工工图图18不锈钢钢原原材料加工制作图19一体式穿穿穿钉套环实实物物图效果检查：表20动荷重试试试验表动荷重试验序号12345678910断裂承载力/kkkN12.311.613.41111.312.412.211.91212.6平均/kN12动荷重试验值达达达到12kNN,超过40000N，达到对对策策目标。实施二：制作顶顶顶劲弹簧簧防掉掉落结构构1、画出示意图图图2、购置原原材材料图20顶劲弹弹弹簧加工图图图21购置弹簧簧模模块3、加工制作图22顶劲劲弹簧锁定实实实物图4、效果检查查：：将模块锁定在脚脚脚钉上做做横向向力静荷荷重试试验10次，记录录每每次模块块脱落落时受力力值。表21静荷重试试试验表横向力静荷重试试试验序号12345678910脱落力大小/NNN212221193233213206199214206201平均/N209.8静荷重试验值达达达到209..88N,超过125N，达到对对策策目标。实施三：制作错错错位双半半环穿穿、锁绳绳挂钩钩1、画出示意意图图2、购置原原材材料图23错位双半半半环穿、锁锁绳绳挂钩加工工图图24不锈钢钢原原材料3、加工制作图25错位双半半半环穿、锁锁绳绳挂钩实物物图图4、效果检查查：：进行闭锁试验：：：攀登时,安全绳绳绳经过两两个半半圆之间间的间间隙绕进进两个个半圆所所形成成的圆孔孔后绳绳子左右右受力力,不应脱出出，进进行10次模拟试试验验验证。表表22穿绳闭闭锁锁试验表穿绳闭锁试验序号12345678910是否闭锁是是是是是是是是是是闭锁成功率100%坠落时,安全绳绳绳给予两两个钩钩环斜向向外的的拉力,绳子被钩钩住住不应脱脱出，进进行10次模拟试试验验验证。表23坠落闭锁锁锁试验表坠落闭锁试验序号12345678910是否闭锁是是是是是是是是是是闭锁成功率100%两种情形下绳子子子均不会会脱出出，闭锁锁成功功率100%，对策目目标标实现。实施四：购购置置高强度绝绝绝缘防坠坠绳。1、按照要求求购购置防坠绳绳绳图26高强度绝绝绝缘防坠绳绳实实物图2、效果检查动荷重试验。表24静荷重试试试验表静荷重试验序号12345678910绳子拉断力/kkkN26303229352428333231平均/kN3010次静荷重试试验验绳子平均均均拉断力力达到到30kNN,超过25kN，达到对对策策目标。所购置防坠安全全全绳直径径为18mm，实现对对策策目标。工频交流耐压试试试验。表25工频交流流流耐压试验验表表105kV/mmm工频交流流耐耐压试验验序号12345678910持续时间/分、秒秒10′22″8′12″13′01″11′45″10′21″11′13″12′22″10′22″9′31″11′45″是否闪络或击穿穿穿击穿闪络击穿闪络闪络击穿击穿闪络闪络闪络平均闪络或击穿穿穿时间10分53秒工频交流耐压11105kkV//m,持续时间间大大于5min，无闪络络，无无击穿对对策目目标实现现。实施五：制作单单单一大钩钩头。1、画出示意意图图2、购置原原材材料图27单一大钩钩钩头加工图图28不锈钢钢原原材料加工制作图29单一大钩钩钩头实物图图效果检查表26拆绳、系系系绳试验表表拆绳、系绳试验验验序号12345678910平均拆绳1.11.31.61.41.41.821.52.11.31.55系绳4.24.45.25.04.64.744.95.04.34.6310次拆绳、系系绳试试验平均均拆绳速速度1.55秒，小于2秒，平均均系系绳速度4.63秒，小于5秒，达到到对对策目标标。实施六：制作棘棘棘爪锁止止防坠坠自锁器器购置原材料图30不锈钢原原原材料2、按照正交试试试验数值进进行行制作：：棘爪爪片数为4爪，卡弹弹簧簧扭矩为8Nm；棘爪连连板板长度为10cm；穿绳孔孔直直径大于于安全全绳直径径的16mm。图31棘爪锁止止止防坠自锁锁器器主体图3、效果检查：：：80kg假人模拟拟坠坠落试验验（如如表27所示），10次坠落试试验验，锁止止成功功率达到100%，平均锁锁止止距离为0.2663米，小于0.3米,达到对策策目目标。表2780kggg假人模拟拟坠坠落试验验80kg假人模模模拟坠落落试验验是否锁止（是///否）锁止距离/米第一次是0.28第二次是0.23第三次是0.30第四次是0.32第五次是0.16第六次是0.29第七次是0.33第八次是0.20第九次是0.25第十次是0.27平均锁止率100%%%0.263实施七：制作多多多孔连接接环结结构1、画出示示示意图2、购置原材材料图32多孔连接接接环加工图图33不锈钢钢原原材料加工制作图34多孔连接接接环加工图图实实物图4、效果检查：：：脱环静荷载试验验验：将安安全带带连接绳绳与多多孔环相相连，记记录10次脱环受受力力值。表28脱环静静静荷载试验验脱环静荷载试验验验序号12345678910脱环力/kN58617065687163596260平均/kN63.7脱环静荷载试验验验达63.77kkN，大于45kN，达到对对策策目标。实施八：组装连连连接进行行试验验1、整体组装图35整体组组组装图2、现场使用图36现场场场使用图3、效果检查：：：80kg假人模拟拟坠坠落试验验（如如表29所示），10次坠落试试验验，锁止止成功功率达到100%，平均锁锁止止距离为0.9445米，小于1米,达到对策策目目标。达达到对对策目标标。表2980kggg假人模拟拟坠坠落试验验80kg假人模模模拟坠落落试验验防坠是否启动坠落距离/米第一次是0.94第二次是1.07第三次是1.10第四次是0.87第五次是0.82第六次是0.91第七次是0.99第八次是0.83第九次是1.01第十次是0.95平均成功率100%%%0.945（三）确认效果果果1、研制成功后后后，小组将将该该移动式式攀登登铁塔防防坠落落装置交交付作作业班组组进行行试应用用，在在2016年9月-2011