一、引言

（一）研究背景

在工业生产、建筑施工、商业运营等场景中，开放式地沟、高空平台边缘、电梯井道等区域存在较高坠落风险。现有防护措施如机械推拉网、穿绳拉网式等，普遍存在操作繁琐（如机械推拉网开关耗时约2分钟）、安全隐患大（如手动操作易夹伤、抗坠落强度不足）、空间占用多（如完全打开占据约一半地沟空间）及成本高昂等问题，难以满足实际防护需求。因此，研发一种高效、安全、经济的坠落防护技术具有重要现实意义。

（二）研究目的与意义

本文旨在设计一种自感应伸缩坠落防护方法及装置，实现以下目标：

1、提升安全防护能力，从源头预防人员及设备坠落事故；

2、优化操作流程，兼顾自动感应与手动控制，提高作业效率；

3、减少空间占用，通过灵活结构设计提升空间利用率；

4、控制成本并增强场景适应性，实现多领域推广应用；

该研究可为坠落风险区域的安全防护提供新技术方案，具有显著的实用价值。

二、装置总体设计

自感应伸缩坠落防护装置基于“感应-驱动-防护-控制”一体化理念设计，核心由机械装置、导向装置、驱动装置、自动感应装置及控制模块组成，整体结构如图1（总体结构示意图）所示。装置具备自感应伸缩、双向开启特性，支持手自动一体控制，可根据不同场景需求调整防护状态。

三、关键部件设计

（一）机械装置：三层可伸缩防坠网

采用“上层卷轴+中层串联+下层可变”的复合结构，结合防坠杆与滑轮设计，实现防护性能与空间适应性的平衡。

基础结构：中层采用“X”型串联与横杆组合，通过前后伸缩调整形态，减少非作业状态下的空间占用；防坠杆两侧配备滑轮，确保伸缩顺畅。

场景适配设计

高空防尘/动火场景：上层高密度防火工程布卷轴展开，阻挡火花及细小颗粒坠落；

大型设备吊运场景：下层折叠结构通过推杆从“网”状转为“田”状，增强对大型坠落物的阻挡能力；

日常通行场景：下层恢复“网”状，保障通风与视野。

（二）导向装置：防偏移承轨设计

左右两侧设置轴承承轨，单侧配备导向轨，限制防坠网开关过程中的左右偏移（图3）。通过轴承与导轨的配合，降低运动摩擦，确保防护网沿预设轨迹稳定运行。

（三）驱动装置：多模式动力系统

动力源设计：以220V电力驱动为主，小型应急储能电池与机械手动摇柄为备用。主电源故障时，储能电池临时供电；电力完全中断时，手动摇柄保障基础防护功能。

动力传输：可调谐逆变电机通过链条驱动主轴，主轴经轴承连接板连接防坠网，两端橡胶摩擦轮沿承轨行走；配备配重块，可根据防护网长度与重量增减，适配不同场景。

智能功率调节：通过智能模块实时监测负载（如阻力、风力、额外承重），自动调整电机输出功率。例如：地沟设备安装时加大功率以承载设备重量；高空强风环境下稳定动力，避免运行异常。

安全防护：电机链条外装防护盒，防止人员夹伤及灰尘侵（图 4）。

（四）自动感应装置：场景化检测控制

核心功能：通过高精度感应器（如漫反射感应器、超声波感应器）检测触发信号，传输至中央控制单元，自动控制防护网动作。

场景应用

开放式地沟：漫反射感应器检测车辆磁场/红外信号，触发防护网自动开启；无信号时保持常闭，预防人员坠落；

高空平台：通过距离感（如检测50cm内人员靠近）控制防护网伸缩；

电梯井道：结合电梯运行状态信号联动防护；

环境适应：配备温湿度、烟雾传感器，高温高湿时预警腐蚀风险，检测到烟雾时自动展开防护网至安全状态。

（五）双向开启与控制模式

双向开启：一侧电机驱动，另一侧设锁合装置，支持双向开启。以地沟场景为例，开启面积占比达80%，空间利用率较传统单向开启提升 30%（图5）。

手自动一体控制

自动模式：系统根据感应信号自动操作（如车辆驶入时开启，驶离后关闭）；

手动模式：作业人员通过按钮调整开度，权限高于自动模式；

应急控制：急停按钮强制断电，优先级最高（图2：感应器工作原理图；图3：手自动切换控制流程图）。

四、工作原理

Ø 常态防护：防坠网默认常闭，阻断坠落风险；

Ø 感应触发：感应器检测到车辆/人员靠近等信号，传输至控制单元；

Ø 驱动响应：控制单元指令驱动装置启动，电机经链条带动主轴，防护网沿导向轨伸缩；

Ø 状态反馈：行程开关检测防护网到位状态（如打开/关闭极限位置），触发停止信号；

Ø 模式切换：自动模式优先响应感应信号；手动模式下，作业人员通过按钮精准控制，适用于特殊作业需求。

五、应用效果验证

（一）安全性能提升

Ø 自动常闭状态从源头避免人员意外坠落；

Ø 手自动一体设计消除传统手动操作的夹伤隐患；

Ø 多动力模式保障极端情况下的防护功能连续性。

（二）作业便捷性增强

Ø 自动感应开启减少人工干预，作业流程更连贯；

Ø 手动模式支持开度灵活调节，适配设备安装、检修等特殊场景。

（三）空间利用率优化

Ø 双向开启使地沟等场景有效作业面积提升30%；

Ø 非作业状态下防护网收缩，减少空间占用。

（四）成本与拓展性

Ø 采用通用材料，无非标制作，降低成本；

Ø 可拓展至地下停车场入口、桥梁检修通道等场景，适配多种坠落风险环境。

六、具体实施步骤

（一）感应器选型与安装

地沟场景：选用红外/地磁感应器，安装于车辆驶入路径旁，确保无遮挡检测；

高空平台：安装超声波距离感应器，设定50cm 检测阈值；

定期校准感应器灵敏度，确保信号检测准确。

（二）防护网制作与安装

根据场景承载需求选择材料（如高强度钢材/合金），地沟场景采用防腐处理；确保防护网与驱动装置连接牢固，滑轮、承轨润滑充分。

（三）驱动装置调试

测试三种动力模式的切换逻辑，验证储能电池续航与手动摇柄的操作流畅性；调试智能功率调节功能，模拟负载变化（如加装重物、模拟强风），观察电机功率自适应效果。

（四）系统联调与优化

模拟场景测试：输入车辆驶入、人员靠近等信号，验证感应 - 驱动 - 防护的联动准确性；

实际操作测试：作业人员切换手自动模式，检查防护网开度调节与应急停止功能；根据测试结果优化参数（如感应器灵敏度、功率调节阈值）。

七、附图说明

       （图一）

（图二）

（图三）

（图四）

（图五）

八、结论

本研究提出的自感应伸缩坠落防护方法及装置，通过三层可变防坠网、多模式驱动、智能感应与双向开启设计，解决了传统防护措施操作繁琐、安全系数低、空间利用率不足等问题。实际应用表明，装置在安全性、便捷性、经济性上优势显著，可广泛推广于各类坠落风险场景，为安全防护提供高效解决方案。