何照祥，谭浩，刘松，聂瑛，孟维旭

（云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱 665000）

1 高空防坠装置概述

目前，我国的高压线路架空线路输电杆塔防高空跌落安全装置大体有2 种设计类型，即钢绞线杆铁塔高空防飘坠保护装置和脚钉式杆塔的高空安全防高空坠落装置。其中，钢绞线高空防坠装置在铁塔上的应用范围相对更广，种类相比脚钉防坠装置也多，因此，它能够被用于各种架空线路。但由于安装过程中需要工作人员不断变换位置，因此，与脚钉式防坠落装置相比，还是存在一定的风险。脚钉式杆塔高空防坠落装置系统是相对钢绞线防坠装置来说，有一定的比例的空间使用和复杂性，但安全性也得到了一定的提升。

脚钉式杆塔防坠安全装置系统里，主要机械结构主要包括了脚钉、安全带以及防高空垂直坠落的钩索系统等几个重要部件。该系统应用最明显突出的一些主要技术优点是，整个的生产与安装工作的整个过程都几乎完全不再需要再花费较多的人工设备成本，操作及维护方式相对更加的安全简单，适应了现在高空作业的安装调试人员较为普遍习惯的高空攀登的工作方式习惯，并且安装后不需再影响其供电线路正常运转和正常供电服务。此外，脚钉在安装与适用性方面也是相对强，可以极为方便地被安装及使用在任何一种类型结构形式的塔台身上。电力工人每次检修登塔及使用的过程中，工作人员一旦高空发生坠落，安全带、安全绳、防人高空突然坠落使用的安全钩带就能够被立即牢固地挂在或系扎在安全的吊钩绳带上，起到防止在高空工作场所人员发生意外后发生人身的高空坠落及灾害事故，保护职工其人身安全的重要作用。

但是，防坠脚钉也存在一定的缺陷。目前，随着各行各业对电能需求的不断增加，越来越多的电力工程设施正在建设中。在实际施工使用过程中，对高空电力设施的巨大需求，使得高空作业的风险随之增大。因此，架空电线高空安全防坠装置将进一步加以创新或完善，其种类和结构样式会越来越多。考虑到国内目前复杂的现场施工管理情况，由于在技术、资金、设备管理等许多方面复杂的制约原因，许多电线高空安装防坠的装置都在一些功能细节上也需要予以改进加强和升级优化。当然，除了要优化高空防坠系统，同样要给安装高空防坠系统的工作人员做好安全培训。如果施工人员忽视安装，就会无形中给今后整个社会高空作业活动埋下安全隐患。

目前，我国架空高压电力线路系统的架空铁塔高度一般普遍要求较高，工作中人员攀登上高塔会同时消耗工作人员大量的体力。工作人员需要在现场调整集中体力时，只能尽量将所有注意力尽量集中用在固定脚钉位置上，脚钉处的实际站立支撑面积会非常有限，再加上使用过程中，施工人员因为长时间高空作业产生身体不适等，都会大大地增加人从铁塔高空垂直坠落事故的死亡概率。如果不对防坠脚钉进行优化，施工人员的安全问题始终得不到解决。为了从根本上解决高空作业存在的安全隐患，本文对防坠脚钉进行新的设计与应用进行分析，更好地降低了高空作业的危险系数。

2 设计原则

要进行防坠脚钉的创新设计，首先要明确设计的原则，即一个较好用的办公工具应该尽量符合安全、实用、方便等的应用原则，这要求我们在设计防坠脚钉时，综合应考虑公司员工多方面素质的需求。如果只是片面追求操作安全度，却忽视工作效率要求，这种设计方式在一些实际生产工作应用中都是极不可取的。因此，新型脚钉的安全设计也要尽量综合考量平衡操作安全性、防摔倒及防碰坠伤害程度、工人恐惧原因、操作安全效率、高空作业时身体的疼痛反应和压力状况，以尽可能满足安全设计的标准要求和设计其他要求，并遵循以下原则。

2.1 安全性原则

爬钉作业阶段是进行高空作业最基本最常见的操作流程，其安全性是最受关注的一点。通过运用该安全理论研究可以逐步证实，在使用传统安全塔桩可能存在一些天然的安全隐患因素的极端情况条件下，通过设计提高自身安全避险意识、安全防范工具或采取安全保障措施，可以充分弥补隐患，并真正达到安全防止人体高空坠落发生的安全效果。因此，虽然传统脚钉的使用安全程度更符合常识和安全的要求。但因为传统的脚钉没有全程装置的保护，登高作业上确实存在一定的安全隐患，尤其当是在高温雨天或者野外、山区登高作业时，需要综合考虑各种因素，加强传统脚钉防坠困难的设计，避免脚钉滑落，提高防坠装置整体的安全水平。

2.2 舒适性原则

传统的脚钉受力面积小，因此，在作业时会发生脚底踏疼痛和身体不适等状况。为了避免施工人员身体不适造成安全问题，可以考虑增大脚钉得到受力面积，以减轻施工人员在工作中可能产生的不适感。

2.3 快捷、简单的原则

由于施工人员普遍受教育程度较低，容易违反安全准则，按照习惯施工。在施工过程中，经常也可能会看到有人员中途需要临时的停留，比如，观察情况和寻找一些火灾隐患、休息等。在从事高空安全作业的这短短的几十秒里，或者在仅仅这一两分钟时间范围内，员工自身也可能因为作业时间相对较短，因此存在侥幸心理，有时会习惯性地不按公司规定系安全带，或者是在系上好的安全带后轨道的升降运动过程中或多或少存在有各种的安全隐患发生的现象。所以，公司有时可能需要考虑专门设计在高空轨道钉架上加装上各种安装快速、简单、动作风险要小得些的高空轨道的安全防护和固定件，以大大地降低人员从高空的安全和坠落和伤人的风险。同时，应当做好安全教育工作，让施工人员从根本上重视，杜绝安全隐患。

3 防坠脚钉设计思路

3.1 防坠脚钉防脱设计

现在所有的老式的脚钉都是朝一个水平方向的弯曲，防碰摔工具钩脚的转动垂直方向可以达到360°，所以，我们可以为了保持脚钉的原来的水平弯曲的角度方向不变，在这两个角度垂直弯曲方向之间增加了两个突出的部分。这样还可以很有效地防止防飘坠从工具上的挂钩处侧向滑出。

3.2 新型防坠脚钉设计

该装置在现有的脚钉基础上进行改进，整个脚钉设计成闭环样式，便于脚踏和防止安全带挂入后滑出。外形转角处采用圆角设计，平滑的过渡，防止尖锐给作业人员带来伤害。在脚踏部分设计有防滑纹路，避免作业人员踩踏后打滑造成坠落的风险。该装置包括脚钉部分以及安装螺母部分。

将本装置通过与螺母配合的方式，固定在塔材上，本装置采用标准的安装尺寸设计，可固定在对应的塔材上，如图3 中所示。作业人员在攀登时，可将安全带挂在如图1 中所示的②的位置，由于挂置安全带的位置采用斜面设计，在斜面的作用迫使下，安全带将自动滑到靠近塔材一端，减小力臂，增加稳定性，避免力臂过大，带来不稳定等影响；整个装置转角处均采用圆角设计，圆滑的过渡从而避免尖锐部分对作业人员在攀登时产生伤害；脚钉设计为闭环样式，在攀登时，作业人员可将脚踏在如图1 中所示的⑤的位置上，避免在踩踏过程中滑出脚钉，造成坠落的风险。

图1 装置示意图

图2 装置结构图

图3 安装示意图

为了验证装置结构设计的可行性，项目组在Catia Generative Structural Analysis 软件中进行了静态受力分析，验证本装置的承重能力。根据脚钉理论上的使用情况，给脚钉添加相应的固定点、受力方向以及相应的模型网格细分。在配置好相关的分析流程后，由软件分析计算得知，该装置在施加载荷大于8000N 时，会产生略微形变。普通M16 脚钉端部的允许受力为2352N，按作业人员90kg 体重进行核算，考虑2.5 倍安全系数，即2205N，因此，本装置符合正常攀登的安全需求。

3.3 防坠钩的设计

新型防坠钩可以是在原有的安全带挂钩设计的原理基础上，结合现代人体工程学原理的结构特点而进行创新开发，安全无缝连接，挂钩处的钩口大小完全适合普通的脚钉。防脱落挂钩在扣入防脱落的钉子中后，钉子防滑口上的挂钩处的突起可以充分保证挂钩处和脚钉子之间不分离，以增强安全性。

3.4 安全带的设计

全身挂胸式安全带将会被用作新型安全带，在此基础上，还应当再额外地采用两条与两个防侧坠式安全绳挂钩进行连接的安全绳，以此来保证该装置能够主要受力的点全部集中控制在位于人体的正前部的上部的位置，避免重心不稳，也能够防止因身体的过度受力所造成的冲击坠落时人体发生扭曲或坠落，从而减少安全事故的产生。

4 新型防坠脚钉应用

针对新型防坠脚钉的应用，研发者先对高空作业人员进行了全面系统的安全培训，然后在现场进行自检，新型塔脚钉的抗弯强度达到了500kg，符合现场安全实用标准。由于在施工前进行了系统的安全培训，工人的安全意识得到了很大的提升。再加上防坠脚钉得到了优化，使得工人在高空作业时，做到了安全、稳定、规范。当施工人员中途停下时，安全带或后备保护绳的卡扣可以保证卡在新型道钉的内侧，相对过去防坠装置的安全性大幅度提升。在整个高空作业动作过程中，高空作业人员可以保证自身的身体基本不变形。在活动时，工作人员只需要用腿发力，双手不需要额外用力，因此可以很好地保证自身在高空中维持身体平衡，增强自身的稳定性，提升安全系数。由于接触面积增大，舒适性也得到了提升，施工人员在自我保护的前提下，整个过程基本符合常识性的安全要求，同时，也减少了员工高空作业时的恐惧感。

5 结语

（1）随着现代社会用电的迅速增长，国家电网公司近年来也增加了特高压和特高压输电线路的建设。防高坠落安全装置是有效保障高空作业的人员生命安全与安全工作的重要屏障，具有极其良好稳定的安全发展和前景。但目前应用的防坠装置，功能各异，质量参差不齐，通用性不高，难以在各行业广泛应用。因此，对防坠脚钉的创新与应用是提升高空作业安全的关键，其研究工作刻不容缓。

（2）铁塔防坠脚钉的创新设计需要遵循安全性、舒适性和快捷、简单三个基本原则。随着当前社会科技文明条件的持续飞速提高和进步，科学技术产品及其技术设备被广泛研究发展及应用，高空安全的防高坠落技术装置及其方法会越来越多地趋于复杂多样化，保护安全措施原则要求等也必然会随之更加完善，并追求科学。同时，一个较好用的办公工具应该尽量符合安全、实用、方便等的应用原则，综合应考虑公司员工多方面素质的需求。因此，新型脚钉的安全设计也要尽量综合考量平衡操作安全性、防摔倒及防碰坠伤害程度、施工人员的恐惧原因、操作安全效率、高空作业时身体的疼痛反应和压力状况，以尽可能满足安全设计的标准要求和设计其他要求。

（3）在脚钉设计上，本文主要针对防坠脚钉防脱、防坠脚钉承重力、防坠钩、安全带以及防坠脚钉与鞋底摩擦力上进行设计与强化。虽然防坠脚钉整体的使用安全性能和结构可靠性等已开始基本全面得到有力保障，但它在安全舒适性能和控制灵敏性方面还有进一步完善、提升和改进的空间。与此同时，还应该加强对施工人员的培训，提升施工人员的安全意识，避免因为操作不当等原因引发安全事故。

（4）在脚钉的应用上，由于新型脚钉设计比老式脚钉的接触面积增大，因此，施工人员作业时的舒适性也得到了提升，新脚钉防坠装置能使施工人员在自我保护的前提下，整个过程基本符合常识性的安全要求，同时，也减少了员工高空作业时的恐惧感，提升了高空作业的安全性和舒适度。多功能架空输电线路铁塔防坠落脚钉的创新设计与应用不仅关系到电力行业的发展，更关系到无数工作人员的人身安全，推广安全系数更高防坠装置刻不容缓。