摘要：输配电线路杆塔多，作业量大，带电、检修和运行班组的工作离不开攀登杆塔和龙门架等高处作业，当前通常采取预安装防坠器的保护方式提高工作的安全度。防坠器利用物体下坠速度差进行自控，无论哪种防坠器，首先要找到的就是最高点，需要高挂低用。但是作业时间长，作业任务重，防坠器通常需要在作业前由人工攀爬至最高点进行安装，在一些不便于攀爬的环境时更是费时费力，也存在着安全隐患，这在一定程度上大大降低了工作效率。因此，本文将对柔性防坠落装置无人机装设技术展开研究。

关键词：柔性防坠落装置；无人机；装设

一、防坠落装置的发展历史

2000年以前，我国主要在建筑施工行业对防坠落装置有所涉及，在其他如石油、电力、航空行业几乎从未使用过专业的防坠落装备。但是，2009年以后由于我国行业发展的需求，我国对高空防坠落装置非常重视，在参考欧洲及国际标准的基础上，逐步建立一套较为完善的防坠落装置标准体系。由于我国在高空防护领域起步较晚，对防坠落装置标准了解不够深入，对防坠落装置也缺乏科学系统的认识，导致我国防坠器的研制技术不够成熟，在实际应用中还存在一些问题。

在20世纪30年代，前苏联的生理心理学家巴甫洛夫提出了防坠器的想法，井经历了多次的设计、设计改进以及试验。五十年代，人们在巴甫洛夫所设计的防坠器中安装钢丝绳螺旋缓冲器之后，将该防坠器命名为HTK；1966年，沈阳煤矿设计院仿制“IITK断绳保险器”，设计出了FS型防坠器。

20世纪60年代，煤科院抚顺研究所给北票矿务局冠山一井设计了一款0.65吨双层双车的防坠器，也被称为GS型防坠器。

20世纪70年代末，抚顺煤炭研究所在之前设计的防坠器设计基础上研发出来的新产品；这种防坠器的抓捕器采用的是一种滚动摩擦楔形的抓捕机构，在正常工作时，它的4根弹簧均处于拉伸状态，在制动绳和楔子之间留有一个8mm的间隙，这样能够让制动绳穿过时不受影响，当提升绳突然断开，弹簧会立刻收缩，并且抓捕器中的传动机构引导两块楔子一起紧贴着制动绳向上移动，制动绳和楔子间有摩擦力，此摩擦力带动楔子继续上滑，直到楔子卡紧制动绳，将罐笼制动。

二、国内外研究水平的现状和发展趋势

2.1导向型防坠落装置

（1）对导向型防坠器的材料进行优化。由于导轨一直暴露在自然环境当中，因此导轨的选材要注重高强度、耐磨、抗腐蚀性，以延长其使用寿命；对于自锁器，由于其在工作中要随作业人员上下移动，因此对导向型防坠器的设计要在保证其安全性的基础上充分考虑其便携性，保证防坠器的质量不超过1kg。

（2）将导向型防坠器智能化。通过给防坠器加装控制模块，研制一种能根据作业人员的移动在导轨上相应上下移动的防坠器，这不仅能解决高挂低用的问题，同时也有效缩短下坠距离，减小作业人员坠落时的惯性对身体的冲击。

2.2速差式防坠落装置

（1）重新设计防坠器的结构。现有的速差式防坠器都是一体式结构，内部易损部件安全绳无法自行更换。对防坠器的结构进行重新设计，将安全绳盘设计成可拆卸式，在使用后能及时对安全绳进行维护或更换，能有效提高防坠器的安全性。

（2）加入速度控制模块。由于目前速差式防坠器采用机械止锁，在实际应用中有误止锁情况发生且在使用后安全绳收缩速度不可控，易对内部零件造成冲击，在防坠器中加入一个速度控制模块，当安全绳拉出速度达到一定值时，防坠器能及时止锁，在解除危险后，防坠器能及时解锁，实现作业人员自救。在防坠器使用完后，控制模块能控制安全绳的收起速度，以降低挂钩对防坠器内部元件的冲击。

三、项目研究内容的原理简述

本柔性防坠落装置通过无人机挂载到达作业最高点进行固定，利用自锁式结构建立防坠器固定点，可广泛应用于大部分角钢或方钢固定点。可代替人工攀爬，减少人力劳动，解决固定式防坠导轨投资巨大、后期维护困难的问题，降低作业安全措施成本。

无人机柔性防坠落装置（通过无人机挂载至铁塔顶端角钢上）

（1）装置由无人机挂载，解决防坠器快速安装与拆卸，代替人工攀爬固定防坠器，减轻劳动强度，保证高空作业安全。

（2）装置采用航空铝合金材料，结构强度高，设计重力自锁式结构，保证连接稳定性和安全性，设计最大载荷达20000N，高于行业标准。

（3）装置充分运用智能化、信息化技术，具备连接可靠性实时检测功能，搭载视频摄像头实时监控作业画面、远程控制牵引绳抛投（可分段控制）、自动挂取、安全脱离功能，具备4G定位功能。

（4）无人机记录挂取位置轨迹，自动到定位点取下装置，拆卸便捷。

（5）装置能适应大部分水泥杆塔、铁塔、龙门架，适应干字型塔、鼓型、酒杯塔、猫形塔，适应多种方向塔材的安装固定，可在高空作业行业推广使用，应用前景广阔。

四、项目研究内容和实施方案

4.1系统组成

（1）无人机

基于大疆M300四旋翼无人机，该配件为外购配备件由供电公司自备。

（2）电动挂取装置

碳纤维材质，用于连接防坠落装置，采用双阻尼关节设计，可减小对无人机的反向冲击力，也可减小摆动频率与摆动幅度。

搭载200万像素图传系统，无线LORA传输，APP实时展示。

（3）防坠落装置

利用自锁式结构建立防坠器固定点，搭载北斗定位模块和遥控抛投器，最大载荷超过20000N。适用50～70mm，70～120mm两种宽度塔材。

（4）速差防坠器

适用绳径10mm安全绳，能够跟随工作人员攀爬或下降而上下移动，发生坠落时，差速防坠器立即锁止从而保护工作人员免受伤害。

（5）监控平板

移动APP运行载体，远程控制，设备状态展示，实时视频，定位展示，抛投控制。

（6）其他配件

其他配件包括3mm绳径牵引绳，10mm绳径安全绳（载荷＞20000N）及收绳器，便携式手提箱。

4.2本体结构设计

（1）弹性固定插销自锁

弹性固定插销内置收缩弹簧，当装置由无人机挂载时，弹性固定插销在下端设备重力作用下向上提起，装置处于未锁定状态。

当装置放下，自旋抱箍结构接触角钢，进行旋转锁定。弹性固定插销向下收缩回弹，插入设备主体，抱箍结构锁止。

（2）自旋抱箍结构

自旋抱箍结构与角钢或方钢接触实现自动锁紧和自动分离，可固定在水泥杆塔、铁塔、龙门架等作业位置的最高点，建立防坠器固定点位。

（3）电动挂取装置

采用带阻尼的不同方向的双阻尼关节设计，可减小摆动频率与摆动幅度，减小装拆时对无人机的反向冲击力。

电动挂取装置与无人机配合使用，无人机到达指定位置，通过监控平板操作控制电动抱钩闭合与张开对装置进行挂取作业。

（4）适应不同固定的角钢状态

L型角钢平面朝下，可根据现场角钢的型号调节螺栓伸出长度，使其在角钢上受力均衡。

4.3远程控制及APP

（1）远程无线控制

通过监控平板可以控制牵引绳抛投和电动挂钩解锁，装置实时回传状态信息至平板端。

（2）移动APP

APP运行于平板上，实时查看设备状态

①设备名称或编号

②设备电量显示及运行状态（在线、离线）显示

③摄像头图像展示界面

④设备所在位置定位展示

⑤“抛投”、“挂取”控制

参考文献：

[1]刘小波，叶运栖，蓝文瑞，汪剑，林旭东，高瑶，叶宇锋.断路器、隔离开关高处作业防坠落装置[J].自动化应用，2023，64（4）：102-103，107.

[2]卫晓东，梅佳，李祺，周立民，魏云龙，安传毫.新型架空线路防坠落装置用自锁器研制[J].电力安全技术，2022，24（4）：65-68.

作者简介：王栋，1990.08.10，男，汉族，陕西省渭南市合阳县，大学本科，工程师，主要从事国家电网电力工程建设工作。