输电走廊树障定向倾倒辅助装置及可伸缩修枝工具研究

输电走廊树障定向倾倒辅助装置及可伸缩修枝工具研究

王德贺  张俊伟  张秀

贵州电网有限责任公司培训与评价中心  贵州省贵阳市  551400

摘要：本论文聚焦于提升输电走廊树障砍伐作业的安全性和效率，设计并研发了两项创新工具。首先，树障定向倾倒辅助装置采用轻便型绝缘操作杆为基础，通过可拆卸、可更换结构实现了不同高度树障砍伐方向控制。其次，可伸缩修枝工具以可伸缩绝缘操作杆为基础，通过顶部安装常规修枝工具组件，尾部可续借绝缘操作杆，实现了在6米以上辅助系绳工具协助下的12米左右高度修枝作业。这两项创新工具不仅提高了作业的灵活性，同时有效解决了传统作业方式存在的安全隐患和效率问题，为输电走廊树障砍伐作业提供了更安全、更高效的解决方案。

关键词：树障砍伐、定向倾倒、绝缘操作杆、辅助装置、可伸缩修枝工具

引言：在电力行业，为确保输电线路的通畅，树木砍伐清障工作是一项至关重要的任务[[1]]。为了有效控制树障的倒向，通常需要在树木计划倾倒的方向上系上方向绳。然而，目前的砍伐作业存在安全风险，主要依赖于传统的人工方式进行方向控制绳的系绳操作。尤其是在面对高大树木时，传统作业方式无法提高工作效率，同时存在严重的安全问题。传统的人工方式存在明显的安全隐患。工作人员在进行系绳操作时，需要攀爬至树木的指定高度，这不仅存在高空坠落的风险，而且可能受到蛇、蜂等危险动物的攻击。对于较高的树木，传统工具如梯子等已经无法满足系绳的高度需求，导致作业效率低下。本研究旨在解决传统树障砍伐作业方式存在的安全问题和效率低下的困境。通过引入树障定向倾倒辅助装置及可伸缩修枝工具，旨在提高作业的安全性和效率，同时适应不同高度和类型的树障，以推动整个行业的技术创新。新的辅助装置和工具设计可以有效减少工作人员高空攀爬的风险，提高作业的安全性。其次，通过设计更高效的装置和工具，可以提高树障砍伐的作业效率，缩短作业周期，从而降低潜在的线路中断时间。此外，新的设计还能够适应更多不同高度和类型的树障，使清障作业更为灵活和普适。最终，本研究有望引领输电线路树障砍伐作业领域的技术创新，并为类似作业提供可行的解决方案，推动相关技术的应用推广[[2]]。

一、问题现状

目前，高空树枝修改工具普遍采用“绝缘操作杆+锯头”的绝缘高枝剪方式（如下图1）。这种传统工具的操作方式存在一些明显的问题，限制了其在实际应用中的灵活性和适应性。首先，这种工具采用的绝缘操作杆通常无法自由调节长度，导致在不同场合和树木高度的作业中存在限制。这限制了工作人员在高空环境下的操作灵活性，无法适应复杂的工作需求。

图1

其次，当前绝缘高枝剪的设计使其在树枝修改的高度上存在较为明显的限制，一般仅能适应6米以内的范围。这种局限性限制了工作人员对于较高树木的有效处理，从而影响了作业的全面性和效率。在实际应用中，遇到更高的树枝或复杂的树冠结构时，传统的“绝缘操作杆+锯头”方式往往无法胜任，使得树木修剪工作面临一定的困境[[3]]。

由于缺乏操作杆长度的自由调节和对更高树枝的适应性，工作人员可能被迫采用危险的人工攀爬或其他不够安全的手段，增加了作业中的潜在风险。因此，当前的高枝剪工具在实际应用中存在一定的局限性，迫切需要更灵活、适应性更强的设计，以提高树木修剪作业的安全性和效率。在这一背景下，研发一种具有可调节长度和更广泛适应性的高空树枝修改工具变得尤为迫切和重要。

针对上述问题，本项目计划研制输电走廊树障定向倾倒辅助装置及可伸缩修枝工具各1套，二者可单独使用，亦可配合使用，可实现较大高度范围的树障砍伐方向控制绳的辅助系绳及高枝修剪作业。

二、研究方案

1.树障定向倾倒辅助装置

树障定向倾倒辅助装置采用轻便型绝缘操作杆为基础，整体设计为可拆卸、可更换结构。为了适应不同高度的系绳位置，装置被划分为两个区间，分别是6米及以下和6米以上[[4]]。

在6米及以下辅助系绳方面，设计了大小可调节的大挂钩，以适应不同粗细的树木。该大挂钩可以安装在轻便型绝缘操作杆的端部，通过绝缘牵引绳的协同作用，实现树障砍伐方向控制如下图2所示。在具体操作中，作业人员连接绝缘操作杆，将大挂钩安装在其端部，并将绝缘牵引绳安装在大挂钩尾部。在作业过程中，作业人员手持装置，将大挂钩挂在树干或树枝适当位置，然后旋转绝缘操作杆，使绝缘操作杆与大挂钩分离。接着，拉动绝缘牵引绳即可实现树木倾倒方向的控制。

图2

然而，对于6米以上系绳位置，由于绝缘操作杆挠度较大，单人操作将非常困难，劳动强度较大，该装置难以胜任。为解决这一问题，设计了一种新型功能机构，基于“弹弓”原理。这个装置包括羊角机构、弹力绳、瞄准镜、扳机、发射包、小重锤、导引绳及导引绳收纳盒等部分如下图3。羊角机构连接在绝缘操作杆端部，与弹力绳相连，形成弹力发射单元，该部分可以拆卸。瞄准镜和扳机都是可拆卸的结构，其中，瞄准镜采用激光瞄准，用于瞄准目标树干或树枝；扳机控制小重锤的发射，其安装位置可调节，进而控制最大射程。小重锤与导引绳相连接，带动导引绳飞向目标位置，而导引收纳盒用于收纳导引绳及小重锤。

图3

在进行6米以上辅助系绳时，作业人员安装上述设备，目测距离，调整扳机的安装位置，拉动弹力绳，实现与扳机的连接。扣动扳机，小重锤飞出，带动导引绳飞向目标位置，并挂在目标树干或树枝上，从而带动牵引绳运动至目标系绳位置，实现树干或树枝的倾倒方向控制，如图4。特别说明，在整棵树木砍伐时，无需精确发射到具体的树干或树枝，只需将树木的主体承力部分包括进来即可。这种设计为树障定向倾倒提供了更灵活、更可靠的解决方案，特别是在面对较高树木的情况下。

图4

2.可伸缩修枝工具研制

可伸缩修枝工具的研制基于可伸缩绝缘操作杆，最大长度可达6米。该工具的顶部配备了常规修枝工具组件，如锯或剪，而其尾部可续借绝缘操作杆，以在6米以上辅助系绳工具的协助下，实现12米左右高度的修枝作业。

在进行6米及以下高度修枝作业时，作业人员根据目测高度调整可伸缩绝缘操作杆并锁定，然后按照常规步骤开始修枝作业。

当需要进行6米以上高度修枝作业时，需要续借绝缘操作杆。然而，由于绝缘操作杆挠度较大，单人操作将变得非常困难。在这种情况下，通过6米以上辅助系绳工具的协助，实现12米左右高度的修枝作业成为可能。在实际操作中，一名作业人员可以先将牵引绳挂至目标修剪位置附近，然后拉动牵引绳，以协助将修枝工具提升至目标修剪位置。另外一名作业人员负责续借绝缘操作杆，并控制修枝工具瞄准目标位置，在牵引绳的协助下实现树枝修剪作业，如图5。此时，牵引绳承担了大部分的重力，而绝缘操作杆主要用于方向控制。

图5

这一研制的可伸缩修枝工具不仅适用于常规的低高度修枝作业，而且通过辅助系绳工具的应用，使得高度较大的树木修剪作业变得更为便捷和安全。因此，该工具在实际应用中具有较强的适应性，旨在提高修枝作业的效率和灵活性。

三、总结

本论文围绕两项创新性设计展开，首先是树障定向倾倒辅助装置，以轻便型绝缘操作杆为基础，通过可拆卸、可更换结构，有效解决了不同高度树障砍伐方向控制的问题。对于6米以下系绳位置，设计了大小可调的大挂钩，而在6米以上则基于“弹弓”原理，通过新型功能机构实现了更高高度的系绳辅助。其次，可伸缩修枝工具研制以可伸缩绝缘操作杆为基础，顶部装配了常规修枝工具组件，尾部可续借绝缘操作杆，通过6米以上辅助系绳工具，实现了12米左右高度的修枝作业。这两项设计不仅提高了作业的安全性和效率，同时通过灵活的结构设计，适应了不同高度和类型的树障和修枝需求，为输电走廊树障砍伐作业提供了可行的解决方案。

参考文献

[[1]] 金勋俊;李端玲.输电线路树木修枝机械的研究现状与发展趋势[J].林业机械与木工设备,2022,50(11):11-17.DOI:10.13279/j.cnki.fmwe.2022.0160

[[2]] 马永春.杨树修枝新技术与新工具[J].安徽林业,2009,(03):61+60.

[[3]] GB 3883.15-1993,手持式电动工具的安全　第二部分：电动修枝剪与电动草剪的专用要求[S].

[[4]] R.Becher;H.H.Hilf;怀邦 .新西兰的一种高干修枝工具[J].林业实用技术,1966,(11):9-10.DOI:10.13456/j.cnki.lykt.1966.11.007