一种可折叠式便携井盖抬升装置

0 引言

井盖作为电力、电信及市政基础设施的重要防护部件，在日常运维和应急抢修中需要频繁开启。然而，现有人工撬动方式劳动强度大，且伴随腰部损伤、砸伤等职业风险；在紧急作业中，还存在耗时长、效率低的问题。现有市场上的井盖抬升设备多为固定式结构，重量大、通用性差，仅适用于特定尺寸井盖，难以满足现场多样化作业需求。随着电力行业安全、高效、绿色化运维理念的推进，研发一种便携、可适配、多场景安全作业的机械化抬升装置已成为迫切需求。本文在分析作业需求和现有技术局限的基础上，提出并研制了一种可折叠式便携井盖抬升装置，采用模块化结构和智能控制策略，通过实验验证其在结构强度、动力性能、适配能力与安全防护方面的综合优势，为相关行业提供了可借鉴的工程技术方案。

1 设计方法与系统构成

1.1 总体设计思路

装置功能被分解为支撑、动力、传动、调节、控制五大模块，遵循轻量化、可折叠、多适配、安全可控的设计原则。各模块在完成独立性能测试后进行系统集成，确保装置在不同作业环境中均具备稳定性与可靠性。

1.2 模块化设计方案

1.2.1 支撑模块

通过材料对比试验，选取6061 铝合金作为框架材料，实现重量、承载与成本的平衡。框架采用三点铰链 + 卡扣折叠结构，尺寸可由 120cm^× 80cm收纳至 80cm× 50cm× 30cm 50 0 次折叠循环后结构无显著磨损， 200kg 静载下最大变形量为 2.3mm 。

1.2.2 动力模块

动力系统由伺服电机与行星减速箱组成，传动比 1:10，最大牵引力达2200N 。供电采用12V/10Ah 磷酸铁锂电池与AC220V 双模式，电池模式续航4.5h，外接模式可持续运行。双电源切换响应时间0.5s，确保连续作业。

1.2.3 传动模块

采用两组动滑轮与三组定滑轮组合，实际省力倍数 4.1–4.3 倍。牵引绳为直径 8mm 高强度尼龙绳，断裂强度 ≥5000N ，100 次循环后磨损率1.5% ，传动效率保持 95% 以上。

1.2.4 调节模块

配置 L 型井盖钩与托板式钩两种牵引机构，通过快拆接口实现 ≤10s 更换。横撑丝杆调节结构可在 30-100cm 间连续调整，适配 95% 以上常见井盖尺寸，适配测试成功率 100‰ 。

1.2.5 控制模块

基于 PLC（S7-1200）与 C++ 语言实现“ 速度–张力” 闭环控制。张力传感器实时监测牵引力，超出 3000N 时自动停机。定位误差 ≤± 1.2mm ，调速范围 0-5cm/s ，响应时间 0.3s

2 工程实现与性能验证

2.1 实验方法

实验包括静载与折叠循环试验、动力输出与续航测试、牵引力与磨损率评估、尺寸适配性试验以及控制系统响应测试。静载试验验证框架承载能力；折叠循环试验检验铰链与卡扣耐久性；动力测试在 100kg 负载下测量牵引力与续航时间；磨损率评估通过显微测量绳体磨损深度；适配性试验覆盖10 种典型井盖；控制测试在模拟与实物工况下测量定位精度与响应时间。

2.2 试验结果与分析

支撑模块在 200kg 静载下结构稳定，折叠/展开平均耗时分别为 48s 和42s。动力模块在电池模式下可连续抬升 100kg 井盖4.5h，外接电源模式8h无性能衰减。传动系统在各负载下的省力倍数稳定，磨损率低于设计上限。

调节模块实现所有测试井盖的稳定抓取，无滑脱。控制模块在实测中张力超阈值保护触发准确，定位误差远低于± 2mm 目标值。与人工撬动相比，单次操作时间缩短约 70% ，且作业过程中无职业伤害事件发生，显示出显著的效率与安全优势。

2.3 工程应用验证

该装置已在临沭县供电公司检修与抢修任务中投入使用。在10 余次应急作业中，单人即可完成井盖抬升与移动，平均用时45s，现场反馈显示作业安全性与效率显著提升，且无需额外人工协作。

图1 可折叠式便携井盖抬升装置最佳方案系统图

3 技术创新与应用前景

3.1 创新要点

本研究在结构设计上引入6061 铝合金与折叠力学结合的轻量化方案，使装置在满足高承载要求的同时可单人携带，显著提升了机动性。在动力与适配方面，构建了双供电系统并配合可更换牵引机构，实现了从狭窄井室到大型盖板的多场景适用。控制层面，融合PLC 与张力传感器的闭环算法，使抬升过程具备实时监测与主动防护能力，为复杂工况下的安全作业提供了可靠保障。

3.2 推广与应用前景

该装置不仅适用于电力运维，还可推广至市政工程、通信运维等领域。未来与智能运维系统结合，可实现远程控制与状态监测，并拓展至井盖状态检测等多功能模块，推动跨行业作业模式升级。

4 结论与展望

本文设计并验证了一种可折叠式便携井盖抬升装置，在结构轻量化、动力性能、适配能力和安全控制等方面均达到预期指标。工程应用表明，该装置可显著降低劳动强度与安全风险，提升运维效率。未来将进一步优化材料与控制算法，引入远程与智能检测功能，推动装置向无人化、多功能化方向发展，为电力及市政运维的安全高效提供持续技术支撑。

参考文献

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