一種安全防護(hù)帽撞擊體驗(yàn)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

陳良波,張水參,盧世偉

（ 泉州理工職業(yè)學(xué)院，福建 泉州 362268 ）

0 引言

隨著我國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，建筑工程行業(yè)成為事故及風(fēng)險(xiǎn)較高的行業(yè)，政府對(duì)于建筑行業(yè)安全問題極為重視，制定了“預(yù)防為主、安全第一、綜合治理”的安全工作方針。安全防護(hù)帽是最為基礎(chǔ)的安全設(shè)備之一，本文針對(duì)其撞擊體驗(yàn)設(shè)備，從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)方面入手進(jìn)行改進(jìn)，以真實(shí)模擬安全事故發(fā)生時(shí)的人體感受，借此提高行業(yè)從業(yè)人員的安全隱患意識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)。

1 現(xiàn)有技術(shù)

根據(jù)對(duì)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)的專利查詢，目前國(guó)內(nèi)僅有一種施工工地安全帽撞擊安全體驗(yàn)設(shè)備的制造方法的專利，其包括箱體、箱體內(nèi)部氣缸、升降機(jī)構(gòu)以及墜落打擊棒等。該專利方法中需由空壓機(jī)提供動(dòng)力，采用軸承在導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)升降。

另外，根據(jù)福建安坪建材科技有限公司提供的安全帽撞擊體驗(yàn)裝置以及一些展會(huì)上展示的產(chǎn)品，可知目前市場(chǎng)主流安全帽撞擊體驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)見圖1，實(shí)物見如圖2。

圖1 結(jié)構(gòu)原理

圖2 安全帽撞擊體驗(yàn)裝置實(shí)物

如圖所述，撞擊裝置在箱體內(nèi)設(shè)置電動(dòng)推桿、升降機(jī)構(gòu)和墜落打擊棒，電動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)時(shí)頂升升降機(jī)構(gòu)，在垂直安裝的導(dǎo)軌導(dǎo)向作用下，升降機(jī)構(gòu)與墜落打擊棒脫離接觸，此時(shí)，墜落打擊棒墜落，打擊測(cè)試安全帽，從而模擬安全事故發(fā)生時(shí)人體的感受。就該套裝置的原理來看，安全性能高，有效性強(qiáng)，但是存在設(shè)備故障率高、維護(hù)成本高、利潤(rùn)率低等問題。設(shè)備故障主要集中表現(xiàn)在：

1）導(dǎo)軌生銹

該裝置為文明施工、安全施工的體驗(yàn)裝置，按要求均被放置在戶外工地上，施工場(chǎng)所較惡劣的環(huán)境易引發(fā)導(dǎo)軌生銹，即便在導(dǎo)軌材質(zhì)上選用不銹鋼拉條，在我國(guó)大部分沿海地區(qū)的工地仍無法擺脫生銹現(xiàn)象。

2）軸承損壞

升降機(jī)構(gòu)的墜落帶來垂直方向的沖擊，墜落打擊棒撞擊安全帽后對(duì)軸承產(chǎn)生徑向沖擊，受此影響，滾動(dòng)體易碎裂從而損壞軸承。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，原方案軸承壽命僅在2 000次左右。

3）電機(jī)燒毀。

受導(dǎo)軌生銹、軸承損壞等因素困擾，升降機(jī)構(gòu)上升困難，易發(fā)卡死現(xiàn)象，電機(jī)易燒毀。

2 改進(jìn)方案

為克服原裝置技術(shù)不足，讓更多的從業(yè)者親身體驗(yàn)建筑生產(chǎn)活動(dòng)中安全帽的重要性，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高，節(jié)約制造商采購(gòu)成本與維護(hù)成本，改進(jìn)方案從機(jī)械部分和電控部分入手。

2.1 機(jī)械部分

裝置中的沖擊力導(dǎo)致軸承損壞，目前難以通過改進(jìn)軸承來提高可靠性，因此，決定取消軸承，改用45拉條外套聚四氟乙烯管組成導(dǎo)軌，升降機(jī)構(gòu)也通過聚四氟乙烯管與導(dǎo)軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)物圖見圖3。聚四氟乙烯管可在－60℃～+260℃內(nèi)正常使用，具有可靠?jī)?yōu)良的耐腐蝕性和自潤(rùn)滑效果，實(shí)驗(yàn)表明，采用具有防腐蝕功能的聚四氟乙烯管作為輕型導(dǎo)軌有效降低了故障率。

圖3 聚四氟乙烯導(dǎo)軌實(shí)物

2.2 電氣部分

電氣控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)控制。初態(tài)檢查時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，繼電器有反轉(zhuǎn)信號(hào)，當(dāng)下限位有信號(hào)時(shí)，電機(jī)停止；上升按鈕啟動(dòng)后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電動(dòng)推桿推著滑塊上升至上限位行程開關(guān)，滑塊被電磁鎖扣住，實(shí)現(xiàn)延時(shí)。當(dāng)延時(shí)時(shí)間到達(dá)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，直至下限位。按下測(cè)試按鈕，電磁鎖松，滑塊自由落體運(yùn)動(dòng)，敲擊棒完成敲擊以達(dá)到模擬安全防護(hù)帽被砸效果。

1）PLC選擇

此控制系統(tǒng)僅有簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制，無模擬量的輸入或輸出，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間也無特殊要求。時(shí)間繼電器定時(shí)固定，小型PLC即可滿足要求。因系統(tǒng)需要10個(gè)輸入點(diǎn)和7個(gè)輸出點(diǎn)，可選用三菱公司的整體式小型PLCF1-20 M，具有12個(gè)輸入點(diǎn)和8個(gè)輸出點(diǎn)，完全滿足要求。

2）設(shè)計(jì)過流保護(hù)電路，防止電機(jī)燒毀

電機(jī)卡住或控制信號(hào)導(dǎo)致電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過流運(yùn)轉(zhuǎn)可引發(fā)電機(jī)燒毀。通過取消軸承、采用新導(dǎo)軌等手段可避免電機(jī)被卡現(xiàn)象。在電路設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)過流保護(hù)模塊（見圖4）在異常狀態(tài)下保護(hù)電機(jī)，待異常排除后，控制系統(tǒng)重啟，電機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4 過流保護(hù)模塊電路

2.3 試制應(yīng)用

改進(jìn)方案中的機(jī)械部分可通過鈑金、機(jī)加工以及采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件等組裝而成，聚四氟乙烯管也可通過簡(jiǎn)單渠道購(gòu)買；電控部分可采用成熟的單片機(jī)控制和PLC工控板控制，適應(yīng)范圍和安全性獲得保障；樣機(jī)經(jīng)過無故障運(yùn)行次數(shù)明顯增多，有利于降低制造商成本。經(jīng)測(cè)試，無故障運(yùn)行次數(shù)可在20 000次以上，遠(yuǎn)高于原方案。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，通過對(duì)福建省安坪科技有限公司原安全防護(hù)帽撞擊體驗(yàn)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析、電氣控制系統(tǒng)分析，找出經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因?；诖耍瑥陌踩雷o(hù)帽撞擊檢驗(yàn)裝置的導(dǎo)軌和滑塊等機(jī)械部分進(jìn)行改進(jìn)，通過增加聚四氟乙烯管防止導(dǎo)軌生銹，通過管與管的自潤(rùn)滑摩擦取消軸承，以及對(duì)滑動(dòng)部分進(jìn)行配重等，較好地解決導(dǎo)軌生銹與電機(jī)卡死現(xiàn)象；另一方面，設(shè)計(jì)過流檢測(cè)電路，提升電機(jī)壽命。最后，通過機(jī)械部分和電氣部分的改進(jìn)，使整個(gè)裝置壽命大幅度的提高，得到企業(yè)的認(rèn)可與應(yīng)用。