CN209270753U - 用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，包括外壳，所述外壳之内设置有抱杆机构、行走机构和控制系统；所述行走机构固定于所述外壳上，行走机构包括一个主动轮，所述主动轮在卡紧在杆塔上时通过转动带动整个载人爬杆装置沿着杆塔上下运动；所述抱杆机构用于和所述行走机构相互配合，使得载人爬杆装置能够抱紧杆塔；所述控制系统包括电池和控制器；所述电池用于为行走机构和抱杆机构提供动力，所述控制器用于控制所述抱杆机构和所述行走机构。本实用新型的载人爬杆装置，具有可以机器人代替人工进行爬杆、降低爬杆作业的劳动强度、提高爬杆高空作业的安全可靠性等优点。

Description

用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统作业辅助装置，尤其是一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置。

背景技术

电力行业中，杆塔是架空输电线路中用来支撑输电线的支撑物。杆塔多由钢材或钢筋混凝土制成，是架空输电线路的主要支撑结构。世界各国线路杆塔采用钢结构、木结构和钢筋混凝土结构。通常对木和钢筋混凝土的杆形结构称为杆，塔形的钢结构和钢筋混凝土烟囱形结构称为塔。不带拉线的杆塔称为自立式杆塔，带拉线的杆塔称为拉线杆塔。

对于线路维修维护人员，登杆塔作业对电力线路进行维修的工作是不可缺少的一个环节，其标准化操作直接关系到作业人员的人身安全与电力系统的安全运行。登杆塔作业中，登高辅助工具是必不可少的重要工具之一。近年来，由于登高辅助工具的原因，电力系统登杆作业时，频发人身伤亡事故。

目前，使用最普通、最多的登杆工具是“脚扣”。脚扣是套在鞋上爬电线杆子用的一种弧形铁制工具，其具有重量轻、强度高、韧性好；可调性好，轻便灵活；安全可靠，携带方便等优点，是电工攀登不同规格的水泥杆或木质杆的理想工具。但是使用脚扣具有以下几个方面的问题：(1)脚扣在正式使用时，一定要对登杆人员进行专业培训；需要使用者找准力的转换平衡才可确保安全，登高者的左右脚的上下转换全靠作业者找准力的平衡来实现登高的；(2)脚扣能否扣紧电杆完全有作业者自己掌握，全由个人的经验来判断，安全可靠性低；(3) 脚扣的登杆方式的劳动强度高，站立时间短，体力耗费大，容易造成疲劳。基于以上几个原因，使登高作业者在作业时感觉沉重，心理恐慌，容易造成作业精力不集中，从而出现事故。

申请号为201711261930.2的中国实用新型专利“一种用于攀登电线杆的防滑脚扣”，包括活动钩和脚踏板；活动钩由弧形段和直线段构成；活动钩的弧形段设有紧贴电线杆的长橡胶垫，活动钩的直线段未端与连接杆的一端形成连接；连接杆的另一端与脚踏板固定连接；脚踏板对应活动钩弧形段的一侧固定连接T 形爪。该实用新型结构简单，便于操作、拆卸，能有效防止脚扣打滑和脚掌在登高过程中从脚扣中发生滑落的现象。但是，仍然未摆脱传统脚扣的作业模式。

因此，作业人员都希望能设计出一种智能化的爬杆装置，通过机器提供辅助动力来帮助工作人员爬杆，节约体力，降低劳动强度和体力消耗，使得工作人员能够把主要的体力和精力用于登高后的作业上去，从而提高杆塔登高作业的效率和可靠性。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，以在工作人员爬杆的过程中提供辅助动力，节约工作人员的爬杆过程中消耗的体力和精力。

本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。

一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其结构特点是，包括设置有开口的外壳，所述外壳之内设置有抱杆机构、行走机构和控制系统；爬杆时杆塔位于开口之内，由外壳、抱杆机构、行走机构围绕杆塔并且夹紧杆塔；

所述行走机构固定于所述外壳上，行走机构包括一个主动轮，所述主动轮在卡紧在杆塔上，通过主动轮的转动带动整个载人爬杆装置沿着杆塔上下运动；

所述抱杆机构用于和所述行走机构相互配合，使得载人爬杆装置能够抱紧杆塔；

所述控制系统包括电池和控制器；所述电池用于为行走机构和抱杆机构提供动力，所述控制器用于控制所述抱杆机构和所述行走机构。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的结构特点也在于：

所述外壳为金属壳体，外壳的顶端设置有把手；外壳上还设置有操作按钮、操作控制屏。

所述外壳为三面封闭、一端开口的形状。

所述抱杆机构包括有两套，分别从杆塔的左右两边顶紧杆塔，与行走机构的主动轮一起夹紧杆塔；所述抱杆机构包括有滑动收放臂、连杆机构、钳形臂和电动缸；所述滑动收放臂与所述外壳滑动连接并可沿着所述外壳上的滑槽卡轨直线运动；所述电动缸的本体铰接于所述外壳上，所述电动缸的活塞杆的伸出一端的端部与连杆机构相铰接；所示连杆机构还分别和滑动收放臂、钳形臂相铰接；所示钳形臂与滑动收放臂相铰接；

所示钳形臂上设置有凹槽，凹槽内设置有从动轮。

所述行走机构包括主动轮和辅助定位轮，主动轮和辅助定位轮均位于所述外壳的开口的远离开口部位的一端；所示主动轮位于外壳下方，辅助定位轮位于外壳上方，且辅助定位轮位于所述主动轮的正上方。

所述控制系统包括电池和控制器；

所述电池包括主用电池和备用电池；

所述控制器用于控制电动缸和主动轮的启停与运动方向。

所述主动轮上设置有主动轮压力传感器，所述辅助定位轮上设置有辅助定位轮压力传感器。

所述外壳上设置有限位挡块，用于限制滑动收放臂向外直线移动的位置，以免滑动收放臂从滑槽卡轨上脱落。

所述从动轮的轮轴上设置有用于防止坠落的离心式棘轮装置；所述离心式棘轮装置包括棘轮壳体S、第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧；所述棘轮壳体S为中空的圆筒形，所述棘轮壳体S的内周面设置有多个均匀分布的卡槽；所述棘轮壳体S固定于所述从动轮的轮轴所在的腔体内；所述第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧均设置于所述从动轮的轮轴的端面上。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，包括外壳，所述外壳之内设置有抱杆机构、行走机构和控制系统；所述行走机构固定于所述外壳上，行走机构包括一个主动轮，所述主动轮在卡紧在杆塔上时通过转动带动整个载人爬杆装置沿着杆塔上下运动；所述抱杆机构用于和所述行走机构相互配合，使得载人爬杆装置能够抱紧杆塔；所述控制系统包括电池和控制器；所述电池用于为行走机构和抱杆机构提供动力，所述控制器用于控制所述抱杆机构和所述行走机构。

本实用新型是在杆类、柱状的物体进行上下攀爬的作业模块。通过行走机构、动力总成、控制系统等把工作人员和相关工具送到杆类、柱状的物体的高处，从而代替了常用登杆工具“脚扣”。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，具有以下几个优点。

1、本专利载人爬杆单元模块实现以机器人代替人工进行爬杆,从而把人从危险、恶劣、繁重的劳动环境中解脱出来。

2、本专利对爬杆机器人爬杆进行智能化、标准化、规范化优化，比人工根据个人经验进行爬杆更加安全可靠。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，具有可以机器人代替人工进行爬杆、降低爬杆作业的劳动强度、提高爬杆高空作业的安全可靠性等优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的主视图。

图2为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的左视图。

图3为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的俯视图。

图4为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的控制框图。

图5为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的展开状态图。

图6为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的收拢状态图。

图7为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的抱紧状态图。

图8为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的爬升时示意图。

图9为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的下降时示意图。

图10为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的载人受力分析图。

图11为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的离心式棘轮装置的横断面图。

图12为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的离心式棘轮装置的安装示意图。

图13为本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的离心式棘轮装置的局部示意图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1-3，一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，包括设置有开口的外壳，所述外壳之内设置有抱杆机构、行走机构和控制系统；爬杆时杆塔位于开口之内，由外壳、抱杆机构、行走机构围绕杆塔并且夹紧杆塔；

所述行走机构固定于所述外壳上，行走机构包括一个主动轮，所述主动轮在卡紧在杆塔上，通过主动轮的转动带动整个载人爬杆装置沿着杆塔上下运动；

所述抱杆机构用于和所述行走机构相互配合，使得载人爬杆装置能够抱紧杆塔；

所述控制系统包括电池和控制器；所述电池用于为行走机构和抱杆机构提供动力，所述控制器用于控制所述抱杆机构和所述行走机构。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，可实现登杆作业。通过本质安全型设计，能够使得装置在失去电能的情况下能够无条件自锁，保障作业人员的人身安全。

所述外壳的外部的左右两侧分别设置了第一安全带固定环31-1和第二安全带固定环31-2，用于连接安全带。

所述外壳为金属壳体，外壳的顶端设置有把手；外壳上还设置有操作按钮、操作控制屏。

所述把手包括有第一把手9-1和第二把手9-2，设置在外壳的顶面上。第一把手9-1和第二把手9-2分别位于左右两侧，使得工作人员两手能够握住把手，提高安全可靠性。第一把手9-1对应于工作人员的左手的位置，第一把手的旁边设置有上升按钮12和下降按钮13，上升按钮12和下降按钮13分别用于控制主动轮的正转和反转，带动载人爬杆装置的上升和下降。第二把手9-2的旁边设置有停车按钮14和第一急停断电按钮15。停车按钮14按下时主动轮停止工作，但是不断电。

所述操作控制屏10为触屏，位于工作人员的正对面的位置，便于操作；操作控制屏10的旁边还设置有收放臂按钮27和第二急停断电按钮30。第一急停断电按钮15和第二急停断电按钮30用于在紧急情况下，将电池的供电线路切断，使得装置断电。

座位8用于使得工作人员能够坐下，座位正对操作控制屏10设置，便于操作控制。)

所述外壳为三面封闭、一端开口的形状，以便于将杆塔置于外壳的开口之内。如图1，外壳呈U形，主动轮位于U形槽的底部，两套抱杆机构分别设置于U形槽的两侧臂的顶部。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，外壳采用7075 铝合金(国标7A75)铸模后精加工，外廓尺寸65×53×18m³。

如图1，滑槽卡轨镶嵌固定于外壳内，左右各一组，两组滑槽卡轨分别向左右呈放射状设置，以保证抱杆机构的滑动路径是与变化的杆塔11外径相吻合。

所述抱杆机构包括有两套，分别从杆塔的左右两边顶紧杆塔，与行走机构的主动轮一起夹紧杆塔；所述抱杆机构包括有滑动收放臂、连杆机构、钳形臂和电动缸；所述滑动收放臂与所述外壳滑动连接并可沿着所述外壳上的滑槽卡轨直线运动；所述电动缸的本体铰接于所述外壳上，所述电动缸的活塞杆的伸出一端的端部与连杆机构相铰接；所示连杆机构还分别和滑动收放臂、钳形臂相铰接；所示钳形臂与滑动收放臂相铰接；

所示钳形臂上设置有凹槽，凹槽内设置有从动轮。

本实用新型的一种用于电力系统登杆塔11作业的载人爬杆装置，抱杆机构包括有两套。

如图1-3所示，滑动收放臂包括第一滑动收放臂5-1和第二滑动收放臂5-2；连杆机构包括第一连杆机构6-1和第二连杆机构6-2；钳形臂包括第一钳形臂7-1和第二钳形臂7-2；电动缸包括第一电动缸4-1和第二电动缸4-2；从动轮包括第一从动轮3-1和第二从动轮3-2。

如图1，所述连杆机构包括两根连杆。第一连杆的一端与外壳铰接，第一连杆的另一端与电动缸的活塞杆的向外伸出的一端的端部铰接；第二连杆的一端与电动缸的活塞杆的向外伸出的一端之间相互铰接，第二连杆的另一端与所述钳形臂相铰接；所述钳形臂还与所述滑动收放臂相铰接。当电动缸的活塞杆缩回时，带动连杆机构转动，连杆机构带动滑动收放臂围绕所述滑动收放臂和外壳的铰接轴转动，从而带动了钳形臂上的从动轮转动，使得从动轮能够靠近开口之内的杆塔(如图6和图7所示，其中图7为夹紧的状态，图6为靠近杆塔11但未夹紧杆塔的状态)。反之，当电动缸的活塞杆伸出时，从动轮远离开口之内的杆塔(如图5 所示)

所述钳形臂上设置有锁舌24，所述滑动收放臂上设置有与所述锁舌相对应的锁舌槽，所述锁舌槽内设置有自动锁紧销21。

所述行走机构包括主动轮和辅助定位轮，主动轮和辅助定位轮均位于所述外壳的开口的远离开口部位的一端，即位于开口的开口槽的底部，如图1-3所示；所示主动轮位于外壳下方，辅助定位轮位于外壳上方，且辅助定位轮位于所述主动轮的正上方。所述辅助定位轮2和两个从动轮夹紧杆塔的位置位于同一水平面上，所述主动轮1的夹紧杆塔的位置位于从动轮的下方，通过主动轮的转动驱动载人爬杆装置上下运动。

所述控制系统包括电池和控制器；

所述电池包括主用电池和备用电池；所述主用电池26用于为电动缸、主动轮、控制器供电，所述备用电池25先做后备使用。工作人员在上下的过程中可以随时更换电池。

所述控制器用于控制电动缸和主动轮的启停与运动方向。所述控制器20位于外壳之内，与控制按钮、操作控制屏、压力传感器等相连接，用于检测压力传感器的压力值，并根据压力值调整电动缸，从而能够使得抱杆机构顶紧杆塔11。所述控制器20与接口板19相连接，通过接口板写入程序，连接调试装置。

动力总成16包括一级行星减速电机、一级蜗轮蜗杆减速机。蜗轮蜗杆减速机，角速度传动比是1/40，在失去电能的情况下能够无条件自锁。

所述主动轮上设置有主动轮压力传感器，所述辅助定位轮上设置有辅助定位轮压力传感器。主动轮压力传感器和辅助定位轮压力传感器分别用于检测两个轮子对杆塔的压力值，通过压力值的检测，控制两个电动缸的伸出和收缩，从而实现主动轮、从动轮、辅助定位轮等对锥形杆塔的夹持。

所述外壳上设置有限位挡块，用于限制滑动收放臂向外直线移动的位置，以免滑动收放臂从滑槽卡轨上脱落。如图2所示，第二限位挡块22-2限制了滑动收放臂的向外伸出的行程，避免其从外壳上掉落，进而引起事故发生。

所述从动轮的轮轴上设置有用于防止坠落的离心式棘轮装置；所述离心式棘轮装置包括棘轮壳体S、第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧；所述棘轮壳体S为中空的圆筒形，所述棘轮壳体S的内周面设置有多个均匀分布的卡槽；所述棘轮壳体S固定于所述从动轮的轮轴所在的腔体内；所述第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧均设置于所述从动轮的轮轴的端面上。

如图11-13所示，棘轮壳体S位于钳形臂内部，与钳形臂固定为一体。从动轮的轮轴顺时针旋转时载人爬杆装置上升，逆时针旋转为下降。确定弹簧的倔强系数和设置弹簧的行程，就可以使棘爪J1、J2在规定的转速时，由于离心力的作用抬起，卡住棘轮壳体S内部的卡槽上，使得从动轮轴也与棘轮壳体S卡接固定在一起，进而实现了限制从动轮轴旋转的目的。K1、K2是棘爪J1、J2的转轴。最坏情况是：载人爬杆装置爬升到电杆最高作业高度时，电动缸动作异常向外推，那么根据电动缸的90W电机最快打开收放臂的时长是37秒，此时载人爬杆装置会高速下落。从动轮轴也会高速转动，在离心力的作用下，棘爪J1、J2张开卡住棘轮壳体S内部的卡槽。此时本机构已经介入保护状态，载人爬杆装置接近匀速的速度低速拖曳下滑到地面。

用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：将载人爬杆装置靠近杆塔，通过控制按钮来控制抱杆机构将杆塔抱紧；

步骤2：工作人员爬上载人爬杆装置，并系上安全带；

步骤3：工作人员按下上升按钮，由载人爬杆装置带人沿着杆塔上升；

步骤4：上升到预定的位置后，按下停车按钮，工作人员开始作业；

步骤5：工作人员作业完毕后，按下下降按钮，由载人爬杆装置带人沿着杆塔下降；

步骤6：下降到预定的高度后，按下停车按钮，工作人员从载人爬杆装置下来；

步骤7：通过控制按钮来控制抱杆机构将杆塔松开，将载人爬杆装置从杆塔上脱离；

步骤8：收起载人爬杆装置，完成作业。

所述步骤1中，先将载人爬杆装置靠近杆塔，使得杆塔嵌入载人爬杆装置的开口中，主动轮和辅助定位轮靠紧在杆塔上；通过控制按钮使得电动缸的活塞杆缩回，活塞杆拉动连杆机构，连杆机构带动钳形臂，钳形臂逐渐靠近杆塔使得从动轮逐渐从与主动轮和辅助定位轮相对的另外一侧夹紧杆塔。

所述步骤7中，通过控制按钮使得电动缸的活塞杆伸出，活塞杆推动连杆机构，连杆机构带动钳形臂向外张开，钳形臂逐渐远离杆塔，使得从动轮逐渐从与主动轮和辅助定位轮相对的另外一侧松开杆塔；当钳形臂完全张开时，将载人爬杆装置从杆塔上脱离，完成作业。

随着机器人技术的出现和发展，本实用新型的研制一种新型的装置，利用机器人代替作业人员进行登杆。其适应于等径杆和锥形杆的爬升，并利用机械联动实现收、放臂、抱杆、锁紧等功能，智能控制模块化设计，为确保装置的安全可靠采用了本安结构设计。目前市场上没有此类登杆装置，因此本装置有广泛的适应性，能解决登杆作业的多种问题。

如图1-13，本实用新型的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，主要包括以下几个大部分构成。

1、外壳：外壳的本体框架7075铝合金(国标7A75)铸模后精加工，外廓尺寸65×53×18m³。

如图1-3所示，滑槽卡轨23镶嵌固定于本体内，包括左右各一组。两组滑槽卡轨呈放射状，以保证滑块的滑动路径是与变化的杆径相吻合。所述滑槽卡轨固定于所述外壳上，所述抱杆机构卡接在所述滑槽卡轨上并可沿着所述滑槽卡轨的轨道直线运动；

2、两套抱杆机构分别设置在两个滑槽卡轨上。每套抱杆机构包括：钳形臂、连杆机构、滑动收放臂、电动缸。钳形臂上设置有从动轮，从动轮直接与杆塔表面接触。电动缸和连杆机构铰接；连杆机构和钳形臂铰接，钳形臂和滑动收放臂铰接，钳形臂能够在滑动收放臂的端部转动；滑动收放臂与滑槽卡轨滑动连接，滑动收放臂能够沿着滑槽卡轨的轨道直线移动。由电动缸拉动连杆机构，连杆机构带动钳形臂，钳形臂固定于滑动收放臂上，滑动收放臂能够沿着滑槽卡轨移动，从而通过电动缸的推拉完成从动轮对杆塔的收拢、放开和锁紧等动作。另外，对于运动中变化的杆径，可以主动的调节电动缸的行程，使主动轮、辅助定位轮、从动轮对杆塔保持设定的正压力，始终保持抱紧杆塔的状态。主动轮、辅助定位轮的轴承座内安装水有平方向受力的压力传感器。压力传感器测量主动轮、辅助定位轮对杆塔的压力。当压力小于设定值时，控制系统驱动电动缸，带动抱杆机构收紧；当压力大于设定值时，控制系统驱动电动缸，带动抱杆机构放松；从而能够实现在杆塔直径变化的情况下，也能始终保持一定的抱紧杆塔的状态，既不会抱得太紧而使得载人爬杆装置无法上下移动，也不会抱得太松而导致载人爬杆装置自由坠落。

3、伺服电动缸：采用DC36V直流供电，功率90W，伸缩行程150mm，伸缩速度为4mm/s，拉力6000N，采用机电一体化的智能化设计，集成度高、重量轻，并且有断电能自锁的功能。

4、行走机构，包括主动轮和辅助定位轮，辅助定位轮位于主动轮的正上方。主动轮的材料采用的是聚氨酯材料，具有强度高、摩擦系数大、弹性好、并且在力的作用下有一定的形变等优点，这也是抓杆能力的保证。辅助定位轮采用的是尼龙材料，定位准确；辅助定位轮与主动轮位于同一侧，辅助定位轮位于主动轮的正上方。两个从动轮都是采用硬橡胶材料制成的，减少爬升阻力，增加急坠时的滑动摩擦力。

5、动力总成：包括驱动电机和减速机构。驱动电机采用DC36V/400W永磁高效伺服电机，配一级行星减速电机、一级蜗轮蜗杆减速机。输出扭矩110Nm, 输出转速60rpm。重量轻，断电能自锁。

6、安全可靠性设计：本实用新型是一个本质安全型的装置。

(1)抱杆机构的电动缸是一个丝杆传动部件，在失去电能的情况下能够无条件自锁。丝杆螺母传动副中，通过合理设计丝杆的螺纹升角，能够实现螺纹副的自锁。

(2)动力机构的蜗轮蜗杆减速机，角速度传动比是1/40，在失去电能的情况下能够无条件自锁。同时，设计的运动部件都具备断电能自锁属性，所以有一般故障时切断电源即可。

(3)上升失控，动力机构的电机为400W，满功率载人爬升速度只有0.3m/s，超速时可以按下断电开关予以脱险。

(4)下降失控时速度只要超过0.5m/s，从动轮内部设置的坠落保护单元立即卡住从动轮的轮轴，从而实现下降保护。

(5)在外壳中设置备用电池，当主电池电力不够时，可以在爬升中途随时更换备用电池。

通过以上几个方面的设计，能够使得本实用新型的载人爬杆装置具有本质安全的特性。

7、控制系统：控制系统电池和控制器，并在外壳上设置多个控制按钮，从而实现开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及智能安全控制。

8、保护单元：从动轮的轮轴在钳形臂的内部有一个离心式棘轮装置，具有可靠的单向刹车并卡死的功能。当下降速度达到设定值0.5m/s时，保护单元能够瞬间动作，不需要任何控制，卡住从动轮的轮轴，防止急坠。

如图1-3所示，通过主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18对电杆的正压力，实时对压力传感器进行采样，经过可编程控制器完成抱杆、载人、爬升、停车、下降、撤场等功能。电动缸驱动两个驱动电机M1、M2并通过反馈脉冲保证M1与M2同步工作，确保装置运行过程中处于水平与稳定状态。升降电机驱动电机M3通过反馈脉冲控制爬升的速度。

如图1-4所示，爬杆前根据电杆类型(等径杆/锥形杆)选择爬杆方式按钮后打开电源，整机进入工作状态，按放臂按钮，收放臂推出展开，第一钳形臂 7-1、第二钳形臂7-2处于打开状态，将装置靠到电杆上，准备爬杆。

如图5-7所示，人工将本体靠杆并施加20n以上的推力，主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18将此压力转换成电信号传至控制器，控制器即可输出收臂指令至两个电动缸驱动器，电动缸电机M1和M2开始同步运行，第一电动缸4-1和第二电动缸4-2收缩，速度4mm/s，拉动第一连杆机构6-1、第二连杆机构6-2，第一钳形臂7-1、第二钳形臂7-2内收，直至与第一滑动收放臂 5-1和第二滑动收放臂5-2合拢，此时锁舌24已经插入滑动臂，电动缸继续收，第二滑动收放臂5-2在回位弹簧28的作用下逐渐离开限位挡块22-2，自动锁紧销21锁紧到位，自动锁紧销21锁紧到位后两个滑动收放臂的运行是按滑槽卡轨 23的导向滑动，达到收拢状态。

如图8-10所示，主动轮1、辅助定位轮2，从动轮接触电杆后，对称的臂同时进行的，直到主动轮压力传感器18反馈的压力信号值上升至预设值Fn时 (Fn)，M1和M2停止运行完成抱杆动作。在爬升过程中收放臂按钮27与选择拨叉29都是闭锁无法操作的。

Fn值的分析计算：本体的爬升是主动轮产生向上的摩擦力克服重力做功的过程，因此主动轮必须对电杆的有正压力，这个压力值就是Fn，设人体重量 100kg，本体重量9kg，则向下的总重力G＝mg＝(100+9)×9.8＝1068.2N。匀速上升时摩擦力f＝G＝1068.2N，加速阶段上升所需的摩擦力f加速度值 a＝0.25m/s^2

f＝ma＝109(9.8+0.25)＝1096N

查表得橡胶材料对水泥材料的摩擦系数μ＝0.42，橡胶材料对钢铁材料的摩擦系数μ＝0.38，我们不妨取最差状况的系数0.38，因为电杆目前只有水泥材料和钢材的。摩擦力公式f＝μFn则Fn＝f/μ＝1096/0.38＝2885N计算得出的2885N 是理想状态所需的爬升摩擦力，根据测量及经验我们需放大到3500N以上，才能可靠爬升。

如图8所示，爬杆人员系好安全带坐好后按上升按钮，主动轮1顺时针旋转，控制器指令至升降电机驱动器启动M3运行，运行过程中控制器检测到任何超出设置的信息时M3都会立即停车。特别是在爬升锥形杆时，由于杆径逐渐减小，这时主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18检测值也在减小，控制器收到主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18信号的变化并进行数据处理，控制电动伺服缸的电机做相应的运行，第一电动缸4-1、第二电动缸4-2 内缩，从而带动两个从动轮向内缩紧。于是，抱杆机构就持续维持了在一定范围内的对电杆的压力。控制系统实时对于压力传感器进行采样，这样在锥形杆的爬升过程中就能通过调整电动缸的伸缩来适应杆径的变化，使主动轮的压力满足爬升所需的摩擦力。并设置按停车按钮，使得整个系统将处于暂停状态。急停按钮，使得整个设备将处于断电状态，这两种状态本体都会自锁在电杆上。

如图9所示，爬杆人员按下降钮，此时主动轮1逆时针旋转，特别是在锥形杆下降时，杆径逐渐增大，这时主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18检测值也在增大，控制器收到主动轮压力传感器17、辅助定位轮压力传感器18信号的变化并进行数据处理，控制电动伺服缸的电机做相应的运行，第一电动缸4-1、第二电动缸4-2向外推，于是抱杆机构就持续维持了在一定范围内的对电杆的压力。控制系统实时对于压力传感器进行采样，这样在锥形杆的爬升过程中就能通过调整电动缸的伸缩来适应杆径的变化，使主动轮的压力满足下降所需的摩擦力。落下后整机进入暂停工作状态，作业人员下来后放臂按钮的闭锁功能才解除，方可操作放臂按钮。

如图10所示，因为钳形臂的刚度极高，所以为了方便计算我们假设一个从动轮Q，作为第一从动轮3-1和第二从动轮3-2的等效从动轮。那么以从动轮Q 和主动轮与电杆接触的两个点就建立一个垂直面。当人体重量压在座位上后，受力随即重新分布，如受力分析图中a＝40cm、b＝40cm、c＝12cm，G-O-Q为等效杠杆，O点为支点，由于人的重量压在G点以后，电动缸行程不变时辅助定位轮2将有离开电杆的倾向，根据杠杆原理辅助定位轮2的压力减小、主动轮1 的压力将增大，这时控制系统将再次介入调整，电动缸继续收缩，直至主动轮压力传感器17的检测压力值等于100N±10N时，电动缸停止；这样由于从动轮有了100N的对电杆压力，就可以使本体在运行过程中处于水平和稳定的状态，辅助定位轮轻轻贴着电杆运行阻力也比较小。主动轮对电杆的正压力Fn也可被被控制在3500N±10N的区间，但这种状态比较耗电，需要电动缸频繁的动作，而 3500N—4500N区间确保了主动轮对电杆有足够的摩擦力爬升的同时，又比较省电,故设定Fn的压力范围为4000N±500N，即主动轮压力传感器17的检测值处于3500N—4500N区间时，电动缸可以不动作。受力分析图中，本体框架是一个刚性体，考虑到了电杆本身的垂直度偏差、电杆的失圆度、变形度等因素，放宽辅助定位轮压力传感器18的检测压力值的许可区间比较符合实际工况需要。

本实用新型的用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，通过压力传感器检测装置对电杆的正压力信号，通过控制系统的分析，实时对压力传感器进行采样，确保爬升过程中电机能够及时做出收紧、放开动作，从而达到抱紧杆塔的作用。当装置上有人员时候，装置由于重力作用发生倾斜，控制系统根据辅助定位轮的压力变化进行调整，从而达到新的平衡，保证运行过程中处于水平与稳定状态。同时，电机驱动主动轮进行上升与下降的动作，并在上升、下降过程设立了停止、紧急停止按钮。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，包括设置有开口的外壳，所述外壳之内设置有抱杆机构、行走机构和控制系统；爬杆时杆塔位于开口之内，由外壳、抱杆机构、行走机构围绕杆塔并且夹紧杆塔；

所述行走机构固定于所述外壳上，行走机构包括一个主动轮，所述主动轮在卡紧在杆塔上，通过主动轮的转动带动整个载人爬杆装置沿着杆塔上下运动；

所述抱杆机构用于和所述行走机构相互配合，使得载人爬杆装置能够抱紧杆塔；

所述控制系统包括电池和控制器；所述电池用于为行走机构和抱杆机构提供动力，所述控制器用于控制所述抱杆机构和所述行走机构。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述外壳为金属壳体，外壳的顶端设置有把手；外壳上还设置有操作按钮、操作控制屏。

3.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述外壳为三面封闭、一端开口的形状。

4.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述抱杆机构包括有两套，分别从杆塔的左右两边顶紧杆塔，与行走机构的主动轮一起夹紧杆塔；所述抱杆机构包括有滑动收放臂、连杆机构、钳形臂和电动缸；所述滑动收放臂与所述外壳滑动连接并可沿着所述外壳上的滑槽卡轨直线运动；所述电动缸的本体铰接于所述外壳上，所述电动缸的活塞杆的伸出一端的端部与连杆机构相铰接；所示连杆机构还分别和滑动收放臂、钳形臂相铰接；所示钳形臂与滑动收放臂相铰接；

所示钳形臂上设置有凹槽，凹槽内设置有从动轮。

5.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述行走机构包括主动轮和辅助定位轮，主动轮和辅助定位轮均位于所述外壳的开口的远离开口部位的一端；所示主动轮位于外壳下方，辅助定位轮位于外壳上方，且辅助定位轮位于所述主动轮的正上方。

6.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，

所述电池包括主用电池和备用电池；

所述控制器用于控制电动缸和主动轮的启停与运动方向。

7.根据权利要求5所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述主动轮上设置有主动轮压力传感器，所述辅助定位轮上设置有辅助定位轮压力传感器。

8.根据权利要求1所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述外壳上设置有限位挡块，用于限制滑动收放臂向外直线移动的位置，以免滑动收放臂从滑槽卡轨上脱落。

9.根据权利要求4所述的一种用于电力系统登杆塔作业的载人爬杆装置，其特征是，所述从动轮的轮轴上设置有用于防止坠落的离心式棘轮装置；所述离心式棘轮装置包括棘轮壳体S、第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧；所述棘轮壳体S为中空的圆筒形，所述棘轮壳体S的内周面设置有多个均匀分布的卡槽；所述棘轮壳体S固定于所述从动轮的轮轴所在的腔体内；所述第一棘爪J1、第一棘爪转轴K1、第一棘爪复位弹簧、第二棘爪J2、第二棘爪转轴K2和第二棘爪复位弹簧均设置于所述从动轮的轮轴的端面上。