趙玉才　郭陽(yáng)　趙玉富　趙光金　董銳鋒

河南 鄭州 450052;3.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)中心，河南 鄭州 450052;4.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052）

摘 要：本文介紹了一種廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具的制作方法，目的是解決變電站用鉛蓄電池因質(zhì)量較大、排列緊密在移動(dòng)電池時(shí)操作難度大的問(wèn)題，避免在搬移過(guò)程中出現(xiàn)跌落破損、（Pb金屬鉛）中毒和（H2SO4硫酸）腐蝕等安全隱患，提高搬運(yùn)電池的安全可靠性和工作效率。

關(guān)鍵詞：廢鉛蓄電池;搬運(yùn);安全

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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 技術(shù)背景

廢鉛蓄電池作為危險(xiǎn)廢物已被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》。鉛蓄電池含有大量重金屬鉛和硫酸，報(bào)廢的鉛蓄電池在搬運(yùn)時(shí)如果不慎接觸人體，會(huì)腐蝕人體皮膚，甚至導(dǎo)致鉛中毒[1]。

目前，大部分變電站使用的是閥控式密封鉛酸電池[2]，質(zhì)量較大、排列緊密，蓄電池安裝、拆卸過(guò)程中需移動(dòng)蓄電池時(shí)操作難度較大。在變電站的新建、技改等工程中，經(jīng)常會(huì)有蓄電池的拆除和搬運(yùn)。鉛蓄電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后會(huì)伴有鼓脹、漏液等現(xiàn)象，因電池間排布緊密，膨脹后與四周接觸，移動(dòng)的時(shí)候操作空間有限，搬運(yùn)的難度很大。當(dāng)在拆卸過(guò)程中受力點(diǎn)不均勻無(wú)法控制力度時(shí)，常常會(huì)造成電池破損出現(xiàn)漏液，容易對(duì)人員皮膚、衣服造成酸液腐蝕，存在極大的安全隱患。本文介紹了廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具的制作方法，很好地解決了上述問(wèn)題。

2 技術(shù)原理

2.1 杠桿

本文設(shè)計(jì)的廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用了杠桿原理[3]，如圖1所示。動(dòng)力乘以動(dòng)力矩等于阻力乘以阻力矩，用代數(shù)公式表示為：

F×L=F×L （1）

式中：F表示動(dòng)力;L表示動(dòng)力矩;F表示阻力;L表示阻力矩。

從式（1）可看出：杠桿達(dá)到平衡時(shí)，動(dòng)力矩越大動(dòng)力越小;反之，動(dòng)力矩越小，動(dòng)力越大。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作空間，廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具設(shè)計(jì)有L2

2.2 摩擦力

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用了摩擦力原理[4]，如圖2所示。

用代數(shù)公式可表示為：

F+F=G （2）

F=F=μN(yùn) （3）

G=mg （4）

則有：

2μN(yùn)=mg? （5）

式中：N為工具對(duì)電池外殼的壓力;μ為橡膠摩擦系數(shù);m為電池的質(zhì)量;g為重力常數(shù)。

2.3 大氣壓力

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具利用吸盤(pán)吸住鉛蓄電池塑料外殼，如圖3所示，采用大氣壓力[5]，用代數(shù)公式可表示為：

F=PS （6）

F=Pπr （7）

式中：F為大氣壓力;P為標(biāo)準(zhǔn)大氣;S為吸盤(pán)的圓形面積;π為圓周率;r為吸盤(pán)半徑。

2.4 滑輪

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具為了節(jié)省操作空間，還采用了滑輪原理[6]來(lái)改變力的方向，如圖4所示。

用代數(shù)公式可表示為：

F=F （8）

3 材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 材料

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具采用金屬和橡膠材料，金屬材料采用不銹鋼或鋁合金，必須能承受25～30 kg的質(zhì)量。橡膠材料主要為吸附電池外殼、絕緣保護(hù)和防止電池外殼劃傷。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖5所示。

圖5中，橡膠防滑塊包裹在金屬桿外邊，起到防滑和保護(hù)電池外殼不被劃傷的作用;金屬小滑輪，改變受力方向;滑輪鋼絲可以拉緊和松開(kāi)吸盤(pán);吸盤(pán)可以吸附到電池外殼增大摩擦力;金屬框架的材料可以采用不銹鋼和鋁合金;橡膠墊起到絕緣作用，保護(hù)電池正負(fù)極不會(huì)短路;金屬框架交叉橫軸連接和固定金屬框架，可轉(zhuǎn)動(dòng);鋼絲拉手可以通過(guò)鋼絲拉緊和松開(kāi)吸盤(pán);工具把手外包裹橡膠墊，可以?shī)A緊物體，也可以提起物體。

4 同類(lèi)工具比較

經(jīng)檢索，發(fā)現(xiàn)了同類(lèi)型工具的發(fā)明專(zhuān)利，比較典型的一些例子分解圖如圖6至圖10所示[7]。

圖6為變電站專(zhuān)用蓄電池抬卸移動(dòng)工具，質(zhì)量較大，使用過(guò)程較復(fù)雜，裝卸都需要擰螺絲，且存在電池短路的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7為變電站蓄電池拆卸搬運(yùn)工具，需借助其他工具才能工作，裝卸都需要擰螺絲，使用過(guò)程較復(fù)雜，工作效率不高。

圖10為蓄電池專(zhuān)用拆裝搬運(yùn)工具[8]，現(xiàn)場(chǎng)工作需要兩人，單人無(wú)法操作。若工具材料不牢固，則有跌落風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)以上工具的綜合分析比較，本文設(shè)計(jì)的廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具與同類(lèi)型的工具相比有5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需材料為鋼材或鋁合金、橡膠墊;②體積小、質(zhì)量輕、易操作、便于攜帶，更適合于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè);③使用安全，用橡膠做襯墊和絕緣墊，不接觸電池，避免出現(xiàn)短路和酸腐蝕現(xiàn)象;④單獨(dú)使用即可，不需要擰螺絲，不用其他工具配合使用;⑤單人可操作，節(jié)省人力。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

本試驗(yàn)以變電站閥控式密封鉛蓄電池為驗(yàn)證對(duì)象，具體參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 變電站閥控式密封鉛蓄電池一般參數(shù)

[電池類(lèi)型 閥控式密封鉛蓄電池 型號(hào) DCF126-2/300 外觀 完好無(wú)損 外形尺寸/mm 長(zhǎng)×寬×高（167×147×328） 質(zhì)量/kg 18.38 ]

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具防滑橡膠墊尺寸為150 mm×60 mm，吸盤(pán)直徑為150 mm。經(jīng)查詢(xún)，橡膠與塑料的摩擦系數(shù)為0.6～0.9[9]，工具可提拉質(zhì)量計(jì)算公式如下（取最小摩擦系數(shù)[μ]=0.6）：

G=mg]=μN(yùn) （9）

N=F+F （10）

F=P×4S=P×4πr=P×4π（R/2） （11）

式中：G為電池重力;m為電池質(zhì)量取值為18.38 kg;g為重力常數(shù)取值為9.8 N/kg;μ為橡膠對(duì)塑料的摩擦系數(shù)取0.6;N為工具通過(guò)橡膠墊和吸盤(pán)對(duì)電池外殼產(chǎn)生的壓力;F為4個(gè)吸盤(pán)對(duì)電池外殼產(chǎn)生的吸力;F為通過(guò)工具對(duì)電池外殼產(chǎn)生的夾力;P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)取值為1.01×10 N/m;π為圓周率常數(shù)取值為3.14;r為吸盤(pán)半徑;R為吸盤(pán)直徑取值為0.15 m。將各數(shù)據(jù)代入式（9），可得N為300.21;將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可得F為7 135.65 N。

按照電池質(zhì)量計(jì)算，工具只需對(duì)電池外殼產(chǎn)生300.21 N的壓力就可以將電池提起，而吸盤(pán)產(chǎn)生的壓力為7 135.65 N，遠(yuǎn)大于300.21 N，無(wú)須再通過(guò)工具增加夾力。經(jīng)驗(yàn)證，該工具可以提起最大質(zhì)量為436.88 kg的物體，對(duì)于質(zhì)量為18.38 kg的電池，完全沒(méi)有問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

廢鉛蓄電池搬運(yùn)工具由一線員工在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期工作的實(shí)踐中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境實(shí)際情況設(shè)計(jì)而成，解決了現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)變電站廢鉛蓄電池工作過(guò)程中的安全問(wèn)題，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率。它不僅可以搬運(yùn)變電站廢舊電池，也可以應(yīng)用于其他光滑塊狀物體的搬運(yùn)工作。今后在使用過(guò)程中會(huì)不斷改進(jìn)其結(jié)構(gòu)和功能，以滿(mǎn)足更多場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]向榮淑.廢舊鉛蓄電池的生態(tài)危害[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2019（4）：5-8.

[2]鐘國(guó)彬，蘇偉，王超，等.鉛酸蓄電池壽命評(píng)估及延壽技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2018：3-4.

[3]唐剛，鄒鵬君，謝高楊，等.基于三角形和杠桿原理的柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2018（3）：46-49.

[4]王楠.體育運(yùn)動(dòng)中摩擦力學(xué)表現(xiàn)：評(píng)《摩擦學(xué)原理》[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2021（3）：454.

[5]李貴，梁仁杰，劉耀東，等.工業(yè)自動(dòng)化吸盤(pán)的類(lèi)型及應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2021（5）：149-153.

[6]王玉培.滑輪的杠桿原理演示器[J].物理實(shí)驗(yàn)，1988（5）：215.

[7]趙磊，王賀磊，王棟，等.一種變電站專(zhuān)用蓄電池抬卸移動(dòng)工具：CN106684738B[P].2019-07-12.

[8]邱強(qiáng)，高軍，王斌.一種蓄電池專(zhuān)用拆裝搬運(yùn)工具：CN209367305U[P].2019-09-10.

[9]劉偉.摩擦條件對(duì)橡膠摩擦系數(shù)的影響[J].特種橡膠制品，2015（5）：51-53.

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