軌道車(chē)輛高處裝配作業(yè)中水平安全繩的設(shè)計(jì)與選用

孫建輝

（長(zhǎng)春長(zhǎng)客-龐巴迪軌道車(chē)輛有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

1 概述

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3608-93《高處作業(yè)分級(jí)》規(guī)定：“凡在墜落高度基準(zhǔn)面2m 以上（含2m）有可能墜落的高處進(jìn)行作業(yè)，都稱(chēng)為高處作業(yè)?！币虼嗽谲壍儡?chē)輛裝配過(guò)程中，尤其是車(chē)頂、空調(diào)等安裝作業(yè)過(guò)程中，存在著大量的高處作業(yè)和邊緣作業(yè)。由于車(chē)輛頂部弧形較大，更是容易發(fā)生高空墜落的地點(diǎn)，我們應(yīng)該充分做好高空安全預(yù)防措施，減少安全事故的發(fā)生。實(shí)踐中常用兩端固定的鋼絲繩作為軟梁充當(dāng)水平安全繩，即采用一定規(guī)格的鋼絲繩，兩端固定，中間部分作為掛扣操作人員的安全帶使用。所以，有必要根據(jù)操作條件的不同來(lái)設(shè)計(jì)和選用符合要求的水平安全繩，并明確和規(guī)范水平安全繩的使用條件，以保證施工人員在高處作業(yè)發(fā)生墜落時(shí)得到有效保護(hù)。

2 計(jì)算的基本假設(shè)

2.1 遵循安全帶高掛低用原則。因?qū)嶋H操作中，安全帶要掛扣在約高出操作平面以上1m 的水平鋼絲繩上，安全帶有效保護(hù)長(zhǎng)度為1.5m，而實(shí)際沖擊距離在1m 以?xún)?nèi)，沖擊力相對(duì)較小，所以采用靜力計(jì)算方法，不考慮沖擊力影響；

2.2 由于實(shí)際使用的水平鋼絲繩兩端固定，中間自然垂下，鋼絲繩中間最大下垂距離fmax 約為跨距的1/20～1/15[1]，假設(shè)鋼絲繩自重延跨距均勻分布；

2.3 安全帶與鋼絲繩接觸采用U 形卡環(huán)，接觸點(diǎn)較圓滑，局部彎曲較小。鋼絲繩主要承受軸向張力作用[2]；

2.4 卡環(huán)可以在鋼絲繩上自由滑動(dòng)，計(jì)算時(shí)可以近似認(rèn)為集中載荷作用點(diǎn)為水平鋼絲繩的中點(diǎn)。

3 水平安全繩的力學(xué)模型

水平安全繩的張力與載荷的大小、跨距、垂度、鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度和直徑等都有密切關(guān)系，只有計(jì)算出臨時(shí)水平生命線(xiàn)的最大張力，才能正確選擇安全、合適的鋼絲繩。如圖1 所示，車(chē)間中實(shí)際的水平安全繩總跨距為12m，跨距較大，且在實(shí)際操作中可能有兩人同時(shí)使用。為增加水平安全繩的安全性，中間增加了一個(gè)支點(diǎn)來(lái)固定安全繩，因此在計(jì)算中可取水平安全繩跨距L 為6m。

圖1 水平安全繩安裝示意

計(jì)算水平安全繩的張力簡(jiǎn)圖如下。從圖2 中可以看出，A、B點(diǎn)為水平安全繩的兩端固定點(diǎn)，鋼絲繩的自重近似認(rèn)為沿AB連線(xiàn)均勻分布，鋼絲繩在自身重力作用下自然下垂，最大垂度f(wàn)max 為（1/15～1/20）L，L 為鋼絲繩的跨距，q 為鋼絲繩自重引起的均布載荷，Q 為操作人員發(fā)生墜落后鋼絲繩產(chǎn)生的集中載荷。

圖2 水平安全繩力學(xué)計(jì)算模型

4 實(shí)際計(jì)算過(guò)程

計(jì)算中，選則常用的6×19 鋼絲繩（鋼絲繩公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1400N/mm2，α＝0.85），根據(jù)6×19 鋼絲繩的主要數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算并挑選合適直徑規(guī)格的鋼絲繩；單個(gè)人的質(zhì)量取100kg；最大垂度f(wàn)max 取L/20，最終計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 水平安全鋼絲繩最大張力計(jì)算及選用結(jié)果（跨度6m）

即，當(dāng)1 人操作時(shí)，所選用鋼絲繩直徑至少為9.3mm；當(dāng)有2 人同時(shí)操作時(shí)，所選用鋼絲繩直徑至少為14.0mm。

在實(shí)際的水平安全繩的設(shè)計(jì)和選用過(guò)程中，還有使用現(xiàn)有鋼絲繩（即直徑已確定），按照相應(yīng)的跨度要求，設(shè)計(jì)水平安全繩的情形，利用上述分析和公式，可以計(jì)算出兩個(gè)支架之間的最大允許跨距，并增加必要的中間支點(diǎn)。

建議完成的水平安全繩做模擬墜落沖擊試驗(yàn)，用以驗(yàn)證其安全性。試驗(yàn)后的鋼絲繩必須更換成相同規(guī)格的新鋼絲繩，具體試驗(yàn)要求請(qǐng)參考第5 章。

5 水平安全繩的測(cè)試[4]

根據(jù)GB30862-2014《墜落防護(hù)掛點(diǎn)裝置》中的要求，不同類(lèi)型的防墜落裝置均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的性能測(cè)試，包括但不限于滑移測(cè)試、動(dòng)態(tài)性能測(cè)試、靜態(tài)性能測(cè)試等。使用單位可根據(jù)自身實(shí)際情況，參考上述標(biāo)準(zhǔn)要求自行進(jìn)行測(cè)試。下面，簡(jiǎn)述一下適用于本文中所提的水平安全繩的性能測(cè)試要求。

5.1 裝配滑移

在1.0kN 的測(cè)試負(fù)荷下保持1min，各部件的滑動(dòng)不應(yīng)大于（10±1）mm。當(dāng)水平安全繩為多人同時(shí)使用時(shí)，每增加1 人測(cè)試負(fù)荷相應(yīng)增加1.0kN。

5.2 動(dòng)態(tài)性能

將測(cè)試?yán)K一端通過(guò)可移動(dòng)掛點(diǎn)連接在水平安全繩上，另一端連接在測(cè)試重物上，并將可移動(dòng)掛點(diǎn)移動(dòng)到水平安全繩中央，將測(cè)試重物吊起至自由下落距離為（1500±50）mm，與掛點(diǎn)水平距離不大于300mm 位置，釋放重物。重物不應(yīng)接觸地面，移動(dòng)掛點(diǎn)不應(yīng)與水平安全繩脫離，不應(yīng)出鋼絲繩斷裂、金屬件碎裂、其他固定結(jié)構(gòu)松脫等現(xiàn)象。

5.3 靜態(tài)性能

在整個(gè)水平安全繩裝置安裝完畢后應(yīng)對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)固定裝置在與地面垂直方向上施加6kN 的負(fù)荷，并保持15s，整個(gè)裝置應(yīng)沒(méi)有破斷即松動(dòng)。

在水平安全繩下方沿墜落方向施加動(dòng)態(tài)性能測(cè)試力峰值2倍的測(cè)試負(fù)荷，并保持3min，卸載后觀察掛點(diǎn)裝置，掛點(diǎn)裝置應(yīng)無(wú)破斷。

6 水平安全繩的設(shè)置條件和布置

6.1 通過(guò)以上的計(jì)算過(guò)程可以看出，水平安全繩在使用過(guò)程中，受跨距和集中載荷的影響比較大。因此，在設(shè)置水平安全繩的時(shí)候，如果有必要需在中間增加支架來(lái)固定鋼絲繩。同時(shí)，兩端以鋼架立柱作為固定點(diǎn)時(shí)，鋼絲繩與鋼架棱角處相接觸時(shí)應(yīng)加襯墊，以防鋼絲繩的磨損。如果以鋼支架連接孔連接時(shí)，應(yīng)采用足夠強(qiáng)度的卡環(huán)或連接銷(xiāo)軸連接。

6.2 每一條水平安全繩要獨(dú)立設(shè)置，不得因?yàn)殚L(zhǎng)度不夠采用繩卡搭接或相互套掛連接。

6.3 每一條水平安全繩應(yīng)有明顯標(biāo)識(shí)。根據(jù)計(jì)算載荷，必須明顯標(biāo)明允許同時(shí)掛幾個(gè)人作業(yè)，嚴(yán)禁超載荷使用。

6.4 安裝水平安全繩時(shí)應(yīng)確保安全的墜落距離，保證人員墜落過(guò)程中不接觸地面。

6.5 在水平安全繩的實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)制定相應(yīng)的維護(hù)檢查規(guī)程，定期對(duì)水平安全繩的連接和磨損情形進(jìn)行檢查修復(fù)及更換，包括檢查鋼絲繩兩端連接處，例如鋼支架連接孔、卡環(huán)或連接軸銷(xiāo)等。

7 結(jié)論

以鋼絲繩作為臨時(shí)水平生命線(xiàn)，用于扣、掛安全帶，是一種簡(jiǎn)便的處理方法。雖然經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，但相比較于成型產(chǎn)品，仍有一些缺陷。為了能在發(fā)生意外時(shí)保證施工作業(yè)人員的安全，除了要對(duì)水平安全繩做有效的設(shè)計(jì)，以保證它的應(yīng)力在有效抗拉強(qiáng)度范圍內(nèi)，同時(shí)更要重視水平全繩的安全管理措施，確保日常檢查及保養(yǎng)到位。