赵玉才　郭阳　赵玉富　赵光金　董锐锋

河南 郑州 450052;3.国网河南省电力公司营销服务中心，河南 郑州 450052;4.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南 郑州 450052）

摘 要：本文介绍了一种废铅蓄电池搬运工具的制作方法，目的是解决变电站用铅蓄电池因质量较大、排列紧密在移动电池时操作难度大的问题，避免在搬移过程中出现跌落破损、（Pb金属铅）中毒和（H2SO4硫酸）腐蚀等安全隐患，提高搬运电池的安全可靠性和工作效率。

关键词：废铅蓄电池;搬运;安全

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）25-0120-04

The Development of a Substation Waste Lead Battery Handling Tool

ZHAO Yucai GUO Yang ZHAO Yufu ZHAO Guangjin DONG Ruifeng

（1.Henan Jiuyu Epri Electric Power Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450052;2.State Grid Grid Waste Resource Treatment Technology laboratory， Zhengzhou Henan 450052;3.State Grid Henan Electric Power Company Marketing Service Center， Zhengzhou Henan 450052;4.State Grid Henan Electric Power Research Institute， Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper introduces a waste lead battery handling tool production method， in order to solve the substation lead battery due to the weight of larger， tight arrangement in the mobile battery operation difficult problems， to avoid falling damage in the process of moving， Pb poisoning and H2SO4 corrosion and other safety hazards， improve the safety reliability and efficiency of handling batteries.

Keywords： waste lead battery;handling;safety

1 技术背景

废铅蓄电池作为危险废物已被列入《国家危险废物名录》。铅蓄电池含有大量重金属铅和硫酸，报废的铅蓄电池在搬运时如果不慎接触人体，会腐蚀人体皮肤，甚至导致铅中毒[1]。

目前，大部分变电站使用的是阀控式密封铅酸电池[2]，质量较大、排列紧密，蓄电池安装、拆卸过程中需移动蓄电池时操作难度较大。在变电站的新建、技改等工程中，经常会有蓄电池的拆除和搬运。铅蓄电池经过长时间的使用后会伴有鼓胀、漏液等现象，因电池间排布紧密，膨胀后与四周接触，移动的时候操作空间有限，搬运的难度很大。当在拆卸过程中受力点不均匀无法控制力度时，常常会造成电池破损出现漏液，容易对人员皮肤、衣服造成酸液腐蚀，存在极大的安全隐患。本文介绍了废铅蓄电池搬运工具的制作方法，很好地解决了上述问题。

2 技术原理

2.1 杠杆

本文设计的废铅蓄电池搬运工具采用了杠杆原理[3]，如图1所示。动力乘以动力矩等于阻力乘以阻力矩，用代数公式表示为：

F×L=F×L （1）

式中：F表示动力;L表示动力矩;F表示阻力;L表示阻力矩。

從式（1）可看出：杠杆达到平衡时，动力矩越大动力越小;反之，动力矩越小，动力越大。依据现场操作空间，废铅蓄电池搬运工具设计有L2

2.2 摩擦力

废铅蓄电池搬运工具采用了摩擦力原理[4]，如图2所示。

用代数公式可表示为：

F+F=G （2）

F=F=μN （3）

G=mg （4）

则有：

2μN=mg  （5）

式中：N为工具对电池外壳的压力;μ为橡胶摩擦系数;m为电池的质量;g为重力常数。

2.3 大气压力

废铅蓄电池搬运工具利用吸盘吸住铅蓄电池塑料外壳，如图3所示，采用大气压力[5]，用代数公式可表示为：

F=PS （6）

F=Pπr （7）

式中：F为大气压力;P为标准大气;S为吸盘的圆形面积;π为圆周率;r为吸盘半径。

2.4 滑轮

废铅蓄电池搬运工具为了节省操作空间，还采用了滑轮原理[6]来改变力的方向，如图4所示。

用代数公式可表示为：

F=F （8）

3 材料及结构设计

3.1 材料

废铅蓄电池搬运工具采用金属和橡胶材料，金属材料采用不锈钢或铝合金，必须能承受25～30 kg的质量。橡胶材料主要为吸附电池外壳、绝缘保护和防止电池外壳划伤。

3.2 结构设计

废铅蓄电池搬运工具結构设计简图如图5所示。

图5中，橡胶防滑块包裹在金属杆外边，起到防滑和保护电池外壳不被划伤的作用;金属小滑轮，改变受力方向;滑轮钢丝可以拉紧和松开吸盘;吸盘可以吸附到电池外壳增大摩擦力;金属框架的材料可以采用不锈钢和铝合金;橡胶垫起到绝缘作用，保护电池正负极不会短路;金属框架交叉横轴连接和固定金属框架，可转动;钢丝拉手可以通过钢丝拉紧和松开吸盘;工具把手外包裹橡胶垫，可以夹紧物体，也可以提起物体。

4 同类工具比较

经检索，发现了同类型工具的发明专利，比较典型的一些例子分解图如图6至图10所示[7]。

图6为变电站专用蓄电池抬卸移动工具，质量较大，使用过程较复杂，装卸都需要拧螺丝，且存在电池短路的风险。

图7为变电站蓄电池拆卸搬运工具，需借助其他工具才能工作，装卸都需要拧螺丝，使用过程较复杂，工作效率不高。

图10为蓄电池专用拆装搬运工具[8]，现场工作需要两人，单人无法操作。若工具材料不牢固，则有跌落风险。

通过以上工具的综合分析比较，本文设计的废铅蓄电池搬运工具与同类型的工具相比有5个优点：①结构简单，所需材料为钢材或铝合金、橡胶垫;②体积小、质量轻、易操作、便于携带，更适合于现场作业;③使用安全，用橡胶做衬垫和绝缘垫，不接触电池，避免出现短路和酸腐蚀现象;④单独使用即可，不需要拧螺丝，不用其他工具配合使用;⑤单人可操作，节省人力。

5 试验验证

本试验以变电站阀控式密封铅蓄电池为验证对象，具体参数详见表1。

表1 变电站阀控式密封铅蓄电池一般参数

[电池类型 阀控式密封铅蓄电池 型号 DCF126-2/300 外观 完好无损 外形尺寸/mm 长×宽×高（167×147×328） 质量/kg 18.38 ]

废铅蓄电池搬运工具防滑橡胶垫尺寸为150 mm×60 mm，吸盘直径为150 mm。经查询，橡胶与塑料的摩擦系数为0.6～0.9[9]，工具可提拉质量计算公式如下（取最小摩擦系数[μ]=0.6）：

G=mg]=μN （9）

N=F+F （10）

F=P×4S=P×4πr=P×4π（R/2） （11）

式中：G为电池重力;m为电池质量取值为18.38 kg;g为重力常数取值为9.8 N/kg;μ为橡胶对塑料的摩擦系数取0.6;N为工具通过橡胶垫和吸盘对电池外壳产生的压力;F为4个吸盘对电池外壳产生的吸力;F为通过工具对电池外壳产生的夹力;P为标准大气压强取值为1.01×10 N/m;π为圆周率常数取值为3.14;r为吸盘半径;R为吸盘直径取值为0.15 m。将各数据代入式（9），可得N为300.21;将相关数据代入式（1），可得F为7 135.65 N。

按照电池质量计算，工具只需对电池外壳产生300.21 N的压力就可以将电池提起，而吸盘产生的压力为7 135.65 N，远大于300.21 N，无须再通过工具增加夹力。经验证，该工具可以提起最大质量为436.88 kg的物体，对于质量为18.38 kg的电池，完全没有问题。

6 结语

废铅蓄电池搬运工具由一线员工在现场长期工作的实践中，总结经验并结合现场操作环境实际情况设计而成，解决了现场搬运变电站废铅蓄电池工作过程中的安全问题，提高了现场工作效率。它不仅可以搬运变电站废旧电池，也可以应用于其他光滑块状物体的搬运工作。今后在使用过程中会不断改进其结构和功能，以满足更多场景的实际应用。

参考文献：

[1]向荣淑.废旧铅蓄电池的生态危害[J].生态经济，2019（4）：5-8.

[2]钟国彬，苏伟，王超，等.铅酸蓄电池寿命评估及延寿技术[M].北京：中国电力出版社，2018：3-4.

[3]唐刚，邹鹏君，谢高杨，等.基于三角形和杠杆原理的柔性铰链放大机构[J].机械设计与研究，2018（3）：46-49.

[4]王楠.体育运动中摩擦力学表现：评《摩擦学原理》[J].摩擦学学报，2021（3）：454.

[5]李贵，梁仁杰，刘耀东，等.工业自动化吸盘的类型及应用虚拟仿真实验教学系统研究[J].实验技术与管理，2021（5）：149-153.

[6]王玉培.滑轮的杠杆原理演示器[J].物理实验，1988（5）：215.

[7]赵磊，王贺磊，王栋，等.一种变电站专用蓄电池抬卸移动工具：CN106684738B[P].2019-07-12.

[8]邱强，高军，王斌.一种蓄电池专用拆装搬运工具：CN209367305U[P].2019-09-10.

[9]刘伟.摩擦条件对橡胶摩擦系数的影响[J].特种橡胶制品，2015（5）：51-53.

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