摘要：随着我国电力事业的快速发展和城镇化进程的不断推进，输电线路检修、高层建筑外墙清洗等高空作业需求日益增长，传统人工作业模式效率低下、劳动强度大、安全风险高，需高效、安全、便捷的机械化作业装备。本文针对高空作业领域存在的痛点，研制了一种便携式电动传递作业绳索系统，该系统由电动提升装置、安全防坠器、调速下降器等部件组成，集成了无线遥控、失重保护等功能，实现作业人员与工具的电动提升与精准定位。

关键词：高空作业；电动传递；绳索系统；便携式；安全防护

引言：

近年来，随着我国经济建设的快速发展，城镇化和工业化进程不断加快，输电线路建设规模不断扩大，高层建筑不断涌现，与之相伴的是输电线路检修、高层建筑外墙清洗等高空作业需求的快速增长。据统计，我国现有 35kV 及以上架空输电线路达 99.7 万千米，高层建筑 14.2 万栋 ，高空作业量大面广，作业环境复杂多变，经常面临设备陈旧、地形崎岖、恶劣天气等困难，传统人工作业模式下，作业人员需要手动搬运沉重工器具，长时间维持高难度作业姿势，攀爬高耸构筑物，面临较大的生理和心理负担。

一、电动传递作业绳索系统的应用背景

我国幅员辽阔，南北气候差异显著，输电线路跨越不同地形、气候条件，南方多山地丘陵，北方多平原台地，沿海多台风、雷暴，内陆多沙尘、雨雪冰冻。输电线路铁塔高度一般在 30-110 米，不同区域杆塔高低差异大，给检修作业带来很大困难，常规带电检修作业难度大、效率低，需频繁登塔作业，工作强度大、安全风险高。我国城镇化进程持续推进，高层建筑不断增多，100 米以上高层建筑已超 6 万栋，给外墙检修、清洗、维护带来巨大需求，现有机械化清洗设备如吊篮，成本较高，架设不便，高空坠物风险大，人工清洗则劳动强度大，需要频繁攀爬、擦拭，存在较大的高空芏落风险[1]。

森林火灾、地震等自然灾害以及高层建筑火灾、矿难事故频发，应急救援需求日益突出，受空间环境限制，常规运梯车、吊车等大型救援设备难以快速到位，需一种便携式救援装置，能迅速架设，将救援人员、物资输送至指定地点，提高救援效率。输电线路检修、高层建筑外墙清洗、应急救援均面临作业效率低、劳动强度大、安全风险高等共性问题，需轻便、高效、安全的电动绳索提升装备，满足不同作业场景需求。

二、便携式电动传递作业绳索系统的总体设计

（一）系统组成与技术路线

便携式电动传递作业绳索系统由电动提升装置、安全防坠器、调速下降器、无线遥控器、可拆卸连接件等组成，系统总重量不超过 25 kg。电动提升装置采用无刷电机驱动，最大起升重量 200 kg，最大提升速度 18 m/min，标称功率 1.6 kW，装置配备有过载保护、断电保护、极限位置自停等安全保护功能。安全防坠器与电动提升装置联动，在断电、失重时自锁，防止作业人员或工具坠落，调速下降器可根据作业需要调节下降速度，最大下降速度 25 m/min，无线遥控系统由工业级无线通信模块组成，具有自动跳频、扩频等抗干扰功能，遥控距离可达 100 m。

系统连接采用模块化设计，提升装置、防坠器、下降器等部件通过快速连接件连接，便于携带和现场组装，提升绳索采用高强度聚乙烯绳，直径 8 mm，最小断裂力 12 kN，长度 200 m，绳索通过专用卡线器与作业人员安全带、工具吊带相连，实现作业人员与工具的同步提升[2]。

作业时，工作人员先利用螺栓将电动提升装置固定在杆塔、墙体等作业面上，再利用快速连接件将防坠器、下降器与提升装置连接。作业人员将安全带与绳索相连，另一端与工具吊带相连。通过无线遥控装置控制，实现人员与工具的精准提升和下降，作业人员通过调节安全带与绳索的位置，调整作业姿态。

（二）便携性设计

系统充分考虑了野外作业对设备便携性的需求，在满足安全性能的前提下，最大限度实现系统的小型化、轻量化和一体化。电动提升装置采用紧凑型设计，减小体积；选用航空铝等轻质高强材料，降低重量，将无线通信模块、控制器等电气部件集成设计，布置在电机外壳内，避免外露线缆，装置最终实现650 mm×220 mm×270 mm的小型化布局，整机重量不超过12 kg。传动及控制部分均采用模块化设计，便于拆卸组装与维修更换，电池组采用锂电池，具有能量密度高、循环寿命长等优点，单组电池重量不足2 kg，4组电池即可满足长时间作业需求。

绳索采用新型高强度聚乙烯材料，在强度高于传统尼龙绳的同时，实现重量减轻30%以上，绳索盘采用镁铝合金材料，在保证强度的同时减轻重量，绳索、安全带、工具吊带采用柔性可卷曲设计，便于收纳。安全防坠器与调速下降器采用创新一体化设计，将功能部件集成于外壳内部，减小体积，方便安装，快速连接件重量轻、强度高，单个重量不足0.2 kg，4个连接件总重不到1 kg。得益于上述轻量化设计，系统各部件总重量控制在25 kg以内，工作人员可利用专用背包，将提升装置、电池组、绳索等各部件收纳其中，单人即可背负前往作业现场，实现便捷运输与快速部署。

（三）安全可靠性设计

作为人机交互频繁、事关人身安全的特种作业装备，本系统对安全性与可靠性提出了极高要求。对系统进行了全面的失效模式与影响分析（FMEA），识别出对人身安全有重大影响的关键失效模式，并制定预防控制措施，电动提升装置设置多重保护功能，具备过载保护、过热保护、欠压保护、限位保护等，在电机电流、温度等参数超限时，控制器自动切断电源。防坠器采用双重保险设计，在断电时利用机械棘轮自锁；在安全绳承载力突变时，利用速差传感与离合器实现速差制动。即使在极端情况下，也能保证载荷始终处于悬挂状态，杜绝坠落风险，下降器具备双重调速功能，可手动调节下降速度，也可根据载荷重量自动调节，避免速度过快[3]。

关键受力部件均经过严格的强度校核与疲劳分析，在最恶劣工况下仍具有2倍以上安全系数。电机、制动器、传感器等关键功能部件均选用高可靠性的工业级产品，并经过严格筛选与老炼试验，保证在恶劣环境下稳定工作，设置三重控制方式，作业人员佩戴遥控器，地面监护人员手持遥控器，在紧急情况下可切断电源。在系统总装完成后，进行了全面的安全性能测试，包括静载试验、动载试验、坠落试验、电磁兼容试验等，测试结果表明系统在各种工况下均能安全平稳运行，保护功能可靠，电磁兼容性良好。

三、便携式电动传递作业绳索系统应用案例

（一）输电线路检修作业应用

针对某山区±800 kV特高压直流输电线路的检修作业是一项高难度、高风险的工作。传统的检修方式需要动用大型机械设备，如高架工作平台、吊篮等，不仅运输不便、成本高昂，而且在崎岖的山区地形中难以施展，作业人员需要攀爬至数十米高的杆塔上，面临极大的坠落风险，而便携式电动传递作业绳索系统为解决这一难题提供了创新方案。本案例中，作业人员只需携带轻便的绳索系统徒步到达作业杆塔，利用螺栓将提升装置固定在横担上，无需烦琐的设备搭建过程，安全绳索一端连接作业人员安全带，另一端连接检测仪器和作业工具，通过无线遥控器操控，即可将作业人员稳稳送到数十米高的导线和金具处，极大减轻了作业人员的体力负担。地面监护人员通过遥控随时监控提升过程，可远程下放或停止，为作业安全提供了可靠保障，便携式作业设备打破了地形限制，2名作业人员即可完成设备携带、安装与操作，在提高作业效率的同时，也显著降低了劳动强度。

在整个作业过程中，绳索系统发挥了至关重要的作用。作业人员始终与安全绳索相连，绳索带动作业人员在杆塔和导线间灵活转移，省去了烦琐的攀爬和频繁地上下移动，使得检测、更换等作业可以连续开展。高空作业面临的最大风险来自人员坠落，而本系统采用钢丝绳材质的安全绳索，抗拉强度高，配以自锁式防坠器，一旦发生人员坠落，能够第一时间卡死、止坠，将危险扼杀在萌芽状态，使人身安全得到最大程度的保障[4]。

（二）高层建筑外墙清洗作业应用

在高层建筑外墙清洗领域，传统作业模式主要依托吊篮等大型设备，存在装备笨重、灵活性差、对环境污染大等问题，而便携式电动绳索系统为解决这些难题提供了创新的思路。本案例充分利用了电动绳索系统的便携性优势，作业人员携带清洗装备，通过电动提升装置被稳稳送至百米高空作业面，避免了烦琐的设备安装和调试过程，极大提高了工作效率[5]。绳索作业省去了笨重吊篮的搭设，使得整个作业过程更加轻便灵活，不仅降低了设备运输成本，更显著缓解了高空抛物隐患，极大保障了地面行人的生命财产安全。

作业安全是高空作业的头等大事，案例中，作业人员时刻与安全绳索相连，并由智能防坠器进行坠落保护，一旦发生人员坠落，能够自动制停，将意外风险降到最低。本案例在常规清洗流程中增设了污水回收环节，将清洗污水通过绳索回收至地面集中处理，既避免了对环境的污染，又提升了清洗的洁净度，充分体现了装备设计的人性化和环保理念[6]。在完成清洗作业后，得益于绳索系统的快速便捷拆装性能，作业人员可在短时间内将装备背负撤离，最大限度减少了高空作业时间，进一步降低了安全风险系数，便携式电动绳索系统以其安全、便捷、高效、环保的优势，为高层建筑外墙清洗作业提供了全新解决方案，不仅提升了清洗作业的工效和安全性，更彰显了现代科技进步为传统行业赋能、为城市高空作业保驾护航的时代价值，这一技术的推广应用，必将持续推动高空作业领域的进步和发展。

（三）应急救援提升装置应用

在高层建筑火灾等突发事件中，受现场环境限制，常规消防设备难以快速到位，而分秒必争的救援行动更需要轻便、灵活的装备作为有力补充，便携式电动绳索系统以其出色的机动性和适应性，在应急救援领域大放异彩[7]。火场救援最看重速度，常规登高设备调度周期长，而绳索系统能够在最短时间内架设到任意高度，使救援通道快速打通，为抢夺宝贵的生命赢得先机，案例中，消防员借助绳索系统，仅用3分钟就将遇险人员从22楼送至地面，可谓"闪电救援"，充分展现了绳索系统在紧急情况下的神速优势[8]。

便携式绳索系统还凸显了高空救援的精准性和安全性，系统采用高强度安全绳索，配以自锁防坠器，能够稳稳托起遇险人员的生命，且具备超强的可靠性，确保救援过程万无一失，智能遥控系统可实现速度和高度的精准调控，地面指挥员可根据现场情况进行远程调控，使遇险人员的撤离更加平稳有序。高空应急救援对装备的轻便性也有极高要求，案例中两名消防员即可快速抵达救援现场，携带绳索设备攀爬上高楼，开展救援行动，足见设备的便携轻巧，尤其在空间受限、无法利用大型设备时，便携装备的优势更加凸显。

结语

该系统利用电动提升技术，结合高强度绳索，实现了重量轻、体积小、组装灵活的特点，攻克了携带难、架设难的技术瓶颈。系统集成了防坠落、调速下降等多重安全保护功能，可有效规避高空芏落、设备失控等风险，在输电线路检修、高层建筑清洗、消防救援等领域得到实际应用，取得了良好的实用效果，为高空作业安全、效率的双提升提供了新思路。

参考文献：

[1] 刘洋，宋卫堂，王平智.外保温塑料大棚锥形滚筒式翻越卷放装置的设计与试验[J].中国农业大学学报， 2023， 28（9）：158-166.

[2] 陈国良，欧阳健.一种基于根管预备的绳驱机器人设计与分析[J].自动化与仪表， 2024， 39（2）：81-85.

[3] 刘源，熊鹏文，曾云飞，等.面向输电线路铁塔组立施工承力系统安全检测的力传感器设计[J].中国测试， 2024， 50（3）：116-122.

[4] 王哲，赵海涛，刘扬，等.绳结涡旋对绳索抗拉性能的影响[J].机械科学与技术， 2024， 43（3）：526-532.

[5] 许勇，郭书言，孙伟军，等.颗粒阻塞变刚度可折叠柔性臂设计[J].轻工机械， 2024， 42（1）：27-35.

[6]韦慧玲，梁成斌，王金海，等. 绳驱柔性机械手研究进展及其在农业机器人中的应用 [J]. 智能化农业装备学报（中英文）， 2024， 5 （04）： 95-106.

[7]李占贤，刘照普，于江涛. 基于绳索驱动的清仓机器人设计与分析 [J]. 华北理工大学学报（自然科学版）， 2024， 46 （04）： 119-127.

[8]郭嵘，昌国际，吉顺暘，等. 基于无人机的高空安保绳智能遥控悬挂系统的实现 [J]. 自动化与仪器仪表， 2024， （10）： 206-209. DOI：10.14016/j.cnki.1001-9227.2024.10.206.

作者简介：姓名：崔宁，出生年月：1991年06月出生，性别：男，籍贯：云南省曲靖市宣威市，学历：大学本科，职称：工程师，研究方向：高压输电线路运行检修工作，具有大型检修作业组织、策划、实施能力。 53038119910608293X  民族：汉