新型安全帶檢測懸掛裝置研制

高 誠，趙小兵，楊曉彪

（遼寧省安全科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110004）

安全帶是防止高處作業(yè)人員發(fā)生墜落或發(fā)生墜落后將作業(yè)人員安全懸掛的個體防護(hù)裝備［1］。安全帶作為高處作業(yè)必不可少的防護(hù)裝備［2］，市場需求日益凸顯，因此，安全帶產(chǎn)品質(zhì)量的檢測工作顯得極為重要［3］。

墜落懸掛安全帶是高處作業(yè)或登高人員發(fā)生墜落時，將作業(yè)人員安全懸掛的1種安全帶。根據(jù)GB 6095-2009《安全帶》和GB/T 6096-2009《安全帶測試方法》的規(guī)定，墜落懸掛安全帶應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求的測試方法進(jìn)行整體動態(tài)負(fù)荷測試［4］。

然而，國內(nèi)對安全帶檢測裝置的研究和革新的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，相關(guān)研究多數(shù)集中在車用安全帶的檢測裝置上［5］，對高處作業(yè)用安全帶并未給予足夠的關(guān)注。新型安全帶檢測裝置缺位的同時，安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試試驗、測試方法和測試數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)也就更為難尋，這都在一定程度上制約了安全帶檢測行業(yè)的發(fā)展，也必然會影響到安全帶的檢測質(zhì)量和安全帶本身的產(chǎn)品質(zhì)量。

大連理工大學(xué)的金鑫開展了安全帶負(fù)荷測試系統(tǒng)的設(shè)計，但研究重點側(cè)重于軟件系統(tǒng)，匹配的機械裝置仍沿用原有的檢驗設(shè)備［6］。依據(jù)現(xiàn)行的安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試程序，測試人員需要高處作業(yè)，手動調(diào)整模擬人就位位置，人工懸掛安全帶掛鉤，這種測試程序不但增加了測試人員的勞動強度，降低了工作效率，高處作業(yè)還大大增加了測試人員的作業(yè)危險性。因此，迫切需要1種安全便捷的安全帶檢測懸掛裝置用于替代人工高處作業(yè)。

1 動態(tài)負(fù)荷測試

按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求，墜落懸掛安全帶應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行整體動態(tài)負(fù)荷測試，測試過程中不應(yīng)出現(xiàn)織帶撕裂、開線、金屬件碎裂、連接器開啟，繩斷，模擬人滑脫，緩沖器（繩）斷等現(xiàn)象。墜落停止后模擬人懸吊在空中時，不應(yīng)出現(xiàn)模擬人頭朝下的現(xiàn)象，安全帶不應(yīng)出現(xiàn)明顯不對稱滑移或不對稱變形，安全繩同主帶的連接點應(yīng)保持在模擬人的后背或后腰，不應(yīng)滑動到腋下、腰側(cè)，模擬人的腋下、大腿內(nèi)側(cè)不應(yīng)有金屬件，不應(yīng)有任何部件壓迫模擬人的喉部等部位。

墜落懸掛安全帶動態(tài)負(fù)荷測試設(shè)備包括沖擊測試架、沖擊力測量裝置、墜落（下滑）距離測量裝置或標(biāo)尺、底座和數(shù)據(jù)處理裝置。其中，沖擊測試架要求同建筑結(jié)構(gòu)連為一體或基礎(chǔ)在大地的懸掛點，懸掛點在承受20kN時，最大位移小于1mm。此外，底座應(yīng)具有一定強度，并安裝傳感器。

僅含安全繩的墜落懸掛安全帶動態(tài)負(fù)荷測試方法：按照產(chǎn)品說明將安全帶穿戴在模擬人身上，模擬人頭部吊環(huán)與釋放器連接，提升模擬人到重心高于懸掛點1m處，保證懸掛點到釋放點水平距離小于300mm；在穿過調(diào)節(jié)扣的帶扣和帶扣框架處做出標(biāo)記；釋放模擬人并開始計時；5min后，檢查安全帶情況，并記錄測試結(jié)果。

2 懸掛裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 裝置性能和功能要求

為了方便快捷完成墜落懸掛安全帶動態(tài)負(fù)荷測試，懸掛裝置需要實現(xiàn)以下性能要求和功能特點：

（1）強度：模擬人墜落沖擊時，懸掛裝置的機構(gòu)件應(yīng)無損壞；

（2）剛度：懸掛裝置的懸掛點在承受外載荷20 kN時，最大位移小于1mm，此外，還應(yīng)考慮測試過程中結(jié)構(gòu)件必須滿足的剛度要求；

（3）穩(wěn)定性：懸掛裝置中的受壓構(gòu)件應(yīng)有足夠的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)壓桿失穩(wěn)的現(xiàn)象；

（4）自動化：電動升降安全帶掛點和模擬人，就位后自動停止，摒棄以往人工登高鉤掛安全帶掛點，消除作業(yè)人員高空墜落安全風(fēng)險；

（5）準(zhǔn)確性：模擬人就位后，應(yīng)保證其重心高于懸掛裝置懸掛點1m，且懸掛點到釋放點水平距離小于300mm；

（6）連接可靠：安全帶連接器——傳感器——懸掛裝置懸掛點3者之間的連接應(yīng)可靠穩(wěn)固，模擬人吊點與釋放機構(gòu)之間的連接應(yīng)可靠穩(wěn)固；

（7）操作便捷：操作步驟應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)中測試步驟的要求，采用地面操控裝置，按鍵指示標(biāo)識明確、清晰，測試過程中需安裝拆卸的連接裝置應(yīng)做到操作便捷。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

安全帶檢測懸掛裝置由安全帶掛點升降機構(gòu)、安全帶掛點鎖定機構(gòu)、模擬人升降機構(gòu)和模擬人釋放機構(gòu)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和其他支撐結(jié)構(gòu)件組成，如圖1所示裝置結(jié)構(gòu)示意圖［7］。

圖1 懸掛裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 安全帶掛點升降機構(gòu)

安全帶掛點升降機構(gòu)由電機、減速機、鋼絲繩卷筒及行程開關(guān)組成，升降控制指令由地面操控裝置發(fā)出。

安全帶掛點升降指令發(fā)出后，電機通過減速機帶動鋼絲繩卷筒運行，鋼絲繩開始按照指令完成升降動作。當(dāng)鋼絲繩自由端下降達(dá)到地面掛點位置時，鋼絲繩卷筒上至少保留2圈安全圈，此時，人工完成安全帶掛點的鉤掛動作。當(dāng)鋼絲繩自由端上升達(dá)到就位位置時，行程開關(guān)動作，電機自動停止，鋼絲繩自由端完成就位動作。

2.4 安全帶掛點鎖定機構(gòu)

安全帶掛點鎖定機構(gòu)由液壓缸、銷軸和專用卡柱組成，安全帶掛點上升完成就位動作后，安全帶掛點可以鎖定，安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試完成后，安全帶掛點可以解鎖，均通過地面操控裝置完成。

安全帶掛點鎖定指令發(fā)出后，液壓缸伸出，2個銷軸將卡柱剛性連接到裝置支架上。安全帶掛點鎖定指令發(fā)出后，液壓缸收縮，銷軸脫離卡柱，解除卡柱和裝置支架的剛性連接。

2.5 模擬人升降機構(gòu)

模擬人升降機構(gòu)由電機、減速機、鋼絲繩卷筒及行程開關(guān)組成，升降控制指令由地面操控裝置發(fā)出。

模擬人升降指令發(fā)出后，電機通過減速機帶動鋼絲繩卷筒運行，鋼絲繩開始按照指令完成升降動作。當(dāng)鋼絲繩自由端下降達(dá)到地面掛點位置時，鋼絲繩卷筒上至少保留2圈安全圈，此時，人工完成模擬人的鉤掛動作。當(dāng)鋼絲繩自由端上升達(dá)到就位位置時，行程開關(guān)動作，電機自動停止，鋼絲繩自由端完成就位動作。

2.6 模擬人釋放機構(gòu)

模擬人釋放機構(gòu)由液壓缸、掛鉤、吊具、鎖具和導(dǎo)向軌組成，模擬人上升完成就位動作后，模擬人可以釋放，安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試完成后直至模擬人上升完成就位動作前，模擬人釋放機構(gòu)需要恢復(fù)，上述動作均通過地面操控裝置完成［8］。

模擬人釋放機構(gòu)示意圖如圖2所示，卡具5為特制構(gòu)件，通過其螺栓桿與模擬人6連接成為測試對象，上部兩個連接孔大小不同，與鎖具4連接后保證模擬人朝向設(shè)計方向。

模擬人釋放指令發(fā)出后，2個液壓缸2同步收縮，與其連接的2個掛鉤3帶動鎖具4移動，直至鎖具與卡具5解除連接，卡具隨同模擬人6完成測試試驗。模擬人收復(fù)指令發(fā)出后，2個液壓缸同步伸長，與其連接的2個掛鉤隨之移動，恢復(fù)初始狀態(tài)，等待再次試驗。

2.7 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)包括電力拖動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。其中，電力拖動系統(tǒng)為安全帶掛點升降機構(gòu)、模擬人升降機構(gòu)和液壓系統(tǒng)提供動力支持；電力控制系統(tǒng)主要是對安全帶掛點升降、安全帶掛點鎖定、模擬人升降、模擬人釋放等指令信號進(jìn)行管理，采用按鈕操縱、繼電器控制型式。

電力拖動系統(tǒng)由2臺卷揚電機和1臺液壓電機組成，供電電壓380V。

電氣系統(tǒng)采取短路保護(hù)、過流保護(hù)、限位保護(hù)、電氣互鎖保護(hù)等措施。

圖2 模擬人釋放裝置示意圖

2.8 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)由單向變量泵、過濾器、溢流閥、安全帶掛點鎖定液壓缸、模擬人釋放液壓缸、三位四通電磁換向閥、壓力繼電器、截止閥、壓力表等元件組成。

單向變量泵提供動力支持；液壓缸為執(zhí)行元件，共3個，均為單活塞桿雙作用液壓缸；三位四通電磁換向閥共2個，控制執(zhí)行元件的收縮，實現(xiàn)安全帶掛點的鎖定和模擬人的釋放功能；壓力繼電器控制系統(tǒng)壓力達(dá)到調(diào)定值時，自動關(guān)閉液壓電機，起到安全保護(hù)作用，實現(xiàn)液壓缸到位自動停止功能。

3 懸掛裝置試制與安裝

根據(jù)懸掛裝置的設(shè)計方案和功能要求，完成外購件的選型和結(jié)構(gòu)件的設(shè)計校核，并繪制滿足制造、安裝要求的設(shè)計圖紙，最后按照設(shè)計圖紙試制懸掛裝置樣機，實物如圖3所示。

考慮到墜落懸掛安全帶的安全繩有效長度可長至2m，整體動態(tài)負(fù)荷測試試驗需要足夠的測試空間，故將其安裝在7m高度的試驗固定支架上。利用該固定支架時，其他測試工作與安全帶測試工作無沖突和干擾，且該支架下方凈空間滿足測試要求，模擬人墜落軌跡與附屬結(jié)構(gòu)無干涉。

圖3 懸掛裝置實物圖

4 懸掛裝置試驗驗證

基于新型懸掛裝置的功能和工作特點，墜落懸掛安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試已無需測試人員進(jìn)行高處作業(yè)，測試步驟也較原來測試設(shè)備做了大量簡化，新型裝置應(yīng)用后測試程序如下：

（1）確認(rèn)測試準(zhǔn)備條件就緒，按下按鈕“ON”，電源接通；

（2）按下按鈕“安全帶-降”，安全帶掛點下降（該功能為點動式，即按下按鈕起升、松開按鈕停止動作），安全帶掛點降到地面鉤掛位置，停按按鈕，鉤掛安全帶掛點；

（3）按下按鈕“模擬人-降”，模擬人下降（該功能為點動式），模擬人降到地面鉤掛位置，停按按鈕，鉤掛模擬人；

（4）同時協(xié)調(diào)按下按鈕“安全帶-升”和“模擬人-升”，安全帶掛點和模擬人同步起升（兩按鈕功能均為點動式），安全帶掛點和模擬人升到就位位置，自動停止；

（5）按下按鈕“插銷-進(jìn)”，剛性鎖定安全帶掛點；

（6）再次確認(rèn)測試準(zhǔn)備條件全部就緒后開始測試，按下按鈕“模擬人-放”，釋放模擬人并開始計時，5min后，測量并記錄偏離標(biāo)記的滑移，觀察并記錄安全帶情況；

（7）按下按鈕“模擬人-收”，恢復(fù)模擬人釋放裝置；

（8）按下按鈕“插銷-出”，解除安全帶掛點的鎖定；

（9）按下按鈕“安全帶-降”，安全帶掛點降到地面鉤掛位置，解除鉤掛。

（10）按下按鈕“安全帶-升”，安全帶掛點起升，升到就位位置，自動停止；

（11）若繼續(xù)試驗，重復(fù)2～10步；

（12）若繼續(xù)結(jié)束，按下按鈕“OFF”，電源斷開，清理并檢查試驗現(xiàn)場。

按照上述測試程序，每天測試3次，共測試3天。測試過程中：

①各機構(gòu)動作準(zhǔn)確無誤；

②升降機構(gòu)速度平穩(wěn)，在制動過程中有效可靠，空中啟動時未出現(xiàn)反向動作與下滑現(xiàn)象；

③限位開關(guān)有效，位置準(zhǔn)確；

④懸掛裝置掛點剛性位移小于1 mm；

⑤模擬人墜落正常，無干涉。

測試后檢查：

①各機構(gòu)及構(gòu)件無損壞；

②連接處無松動，連接件無損壞；

③電機減速器無異常溫升；

④液壓系統(tǒng)無泄漏。

對比研究新型裝置與實驗室原有測試裝置之間的性能和功能差異見表1。

表1 新舊測試裝置性能和功能對比

5 結(jié)束語

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《安全帶》和《安全帶測試方法》的測試要求，結(jié)合墜落懸掛安全帶動態(tài)負(fù)荷測試現(xiàn)狀，開展了新型安全帶檢測懸掛裝置的設(shè)計需求分析。在新型安全帶檢測懸掛裝置的研制過程中，考慮到測試過程中的技術(shù)、安全和人體工程學(xué)等方面的要求，解決了安全帶掛點剛性鎖定、模擬人可靠釋放、模擬人準(zhǔn)確就位等難點問題。試制的樣機通過了試驗驗證，具有電動升降、自動就位、剛性懸掛、可靠釋放、安全測試等功能特點。

該裝置用于墜落懸掛安全帶整體動態(tài)負(fù)荷測試后，將提高該測試項目的檢測質(zhì)量，保障了測試人員的人身安全，提升了測試工作的工作效率，具有一定的實用價值。