緩沖型速差自控器的研究與開發(fā)

馬 恒， 李向軍， 李周選， 嚴(yán)明安，高義波

（1.浙江華電器材檢測研究所 浙江省高處作業(yè)防護(hù)技術(shù)重點實驗室，杭州 310015；2.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017）

緩沖型速差自控器的研究與開發(fā)

馬 恒1， 李向軍2， 李周選1， 嚴(yán)明安2，高義波1

（1.浙江華電器材檢測研究所 浙江省高處作業(yè)防護(hù)技術(shù)重點實驗室，杭州 310015；2.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321017）

介紹了一款緩沖型速差防墜器的研究與開發(fā)過程，包括整機(jī)設(shè)計與關(guān)鍵零部件的選擇和性能測試要求等內(nèi)容，開發(fā)完成的緩沖型速差自控器通過摩擦片的摩擦緩沖作用，可以減少墜落過程中人

緩沖型；速差自控器；高處作業(yè)；防護(hù)

0 引言

自控器是防止高處作業(yè)墜落傷亡事故發(fā)生的重要防護(hù)用具。根據(jù)使用場合不同，分為速差自控器、導(dǎo)軌自控器、繩索自控器[1]。而速差自控器對使用場合要求較低，因此應(yīng)用最為廣泛，市場使用率約占所有自控器的80%[2]。在檢測工作中發(fā)現(xiàn)，速差自控器雖然能很好地防止作業(yè)人員墜落致死事故的發(fā)生，但在整個墜落過程及墜落鎖止過程中，止墜機(jī)構(gòu)動作突然，墜落人員仍可能承受墜落高度產(chǎn)生的墜落沖擊力，且當(dāng)墜落沖擊力大于一定值時，將會對人體產(chǎn)生致殘傷害。

GB 24544-2009《墜落防護(hù)速差自控器》中要求，速差自控器動態(tài)沖擊性能應(yīng)小于等于6 kN。但從對市場的調(diào)研和抽檢情況來看，90%以上速差自控器的動態(tài)沖擊力大于國標(biāo)規(guī)定的6kN，安全現(xiàn)狀令人擔(dān)憂[3]。因此研發(fā)了一種緩沖型速差自控器，能有效減少墜落過程中對人體的沖擊力，減輕人體受到的直接傷害。

1 設(shè)計與實現(xiàn)

速差自控器用于人員高空作業(yè)防止意外墜落，即使意外墜落也能在限定距離內(nèi)快速制動鎖定墜落人員，保障人員的生命安全。密封的鋁合金外殼防墜器，因速度的變化引起自控，通過抗棘齒雙盤式制動系統(tǒng)，有效控制人體失控下墜，作業(yè)時可隨意拉出繩索使用。在正常上下（小于2 m/s）情況下不影響正常作業(yè)[4]。

速差自控器利用轉(zhuǎn)輪的速度差自動控制，“高掛低用”[5]。工作時，防墜器上端防脫掛鉤掛在工作點上方的結(jié)構(gòu)架上，下端防脫掛鉤掛在工作人員的安全帶上，當(dāng)鋼絲繩下墜速度超過1 m/s時，轉(zhuǎn)輪帶動制動齒動作，將轉(zhuǎn)輪制動，鋼絲繩被止住，工作人員即不會墜落。排除危險后，解除鋼絲繩受力，在彈簧的作用下，轉(zhuǎn)輪反向轉(zhuǎn)動將制動齒復(fù)位，釋放轉(zhuǎn)輪，防墜器又恢復(fù)正常工作狀態(tài)。工作原理見圖1。

圖1 速差自控器典型結(jié)構(gòu)和主要部件

研究在速差自控器內(nèi)部增加一個緩沖裝置，當(dāng)人員墜落產(chǎn)生速度差，抗棘齒雙盤式制動系統(tǒng)動作有效阻止人員失控下墜時，緩沖裝置將同時發(fā)生動作，給予人體一定的緩沖作用，減少抗棘齒雙盤式制動系統(tǒng)對人體的突然制動傷害。

2 整機(jī)構(gòu)成與關(guān)鍵零部件選擇

G-J型速差自控器采用摩擦緩沖式速差止墜機(jī)構(gòu)，由殼體、支架、轉(zhuǎn)動盤、鋼絲繩、止轉(zhuǎn)齒、卷簧、內(nèi)齒盤、摩擦片和帶有防墜指示器的掛鉤等構(gòu)成。如圖2所示，轉(zhuǎn)動盤連接于支架上，鋼絲繩卷繞在轉(zhuǎn)盤上，且鋼絲繩末端露出殼體并連接有掛鉤，轉(zhuǎn)動盤上鉸接1對止轉(zhuǎn)齒，這2個止轉(zhuǎn)齒通過彈簧彈性收攏，和止轉(zhuǎn)齒對應(yīng)配合的內(nèi)齒盤則固定在支架上，且內(nèi)齒盤的一端面墊有摩擦片，構(gòu)成摩擦緩沖式速差止墜機(jī)構(gòu)。

G-J型速差自控器的基本動作原理是：利用物體下墜速度差自行控制、“高掛低用”原理設(shè)計。正常使用時，鋼絲繩隨人體自由伸縮（在防墜器內(nèi)卷簧的作用下，鋼絲繩可以自由伸縮），萬一失足墜落，鋼絲繩拉出速度突然加快，自控器內(nèi)鎖止機(jī)構(gòu)止轉(zhuǎn)齒由于慣性作用產(chǎn)生離心力，卡住齒盤，使齒盤慢慢轉(zhuǎn)動，直至停止（類似汽車剎車系統(tǒng)），起到緩沖的目的，使沖擊力減少到最小，不傷及作業(yè)者。

3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點

G-J型速差自控器的摩擦緩沖式速差止墜機(jī)構(gòu)具有以下特點：

（1）墜落具有自控緩沖功能，緩沖性能優(yōu)異，沖擊力小。

在下墜過程中，止轉(zhuǎn)齒受離心力甩開并卡住內(nèi)齒盤時，內(nèi)齒盤會緩慢轉(zhuǎn)動并摩擦停止，不會瞬間立刻鎖止，有一個緩沖階段，減少止墜沖擊力，防止人員過快移動被突然拉住導(dǎo)致受傷，提高了安全性。

（2）確保作業(yè)安全，防止防墜器使用失效。

為確定作業(yè)安全，標(biāo)準(zhǔn)要求自控器在繼續(xù)或重新使用時，必須檢查止墜部分是否能正常工作，為此，自控器設(shè)置有下墜指示器，自控器若經(jīng)歷墜落后，指示器顯示紅色，使用者可以從外部清晰地判別自控器是否被沖擊過，以避免使用已失效的自控器，保證作業(yè)絕對安全。

（3）緩沖機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。

緩沖機(jī)構(gòu)中采用了高強(qiáng)度耐摩擦的摩擦片，并且采用碟型墊片來壓齒盤，保證緩沖機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定。

（4）作業(yè)時無噪音。

由于與轉(zhuǎn)盤上鉸接的2個止轉(zhuǎn)齒是通過彈簧彈性收攏的，克服了現(xiàn)有同類產(chǎn)品在卷收鋼絲繩時棘輪一直在敲打棘爪的端部而發(fā)出“噠噠”的噪音。

圖2 G-J型速差自控器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

4 整機(jī)性能測試及評估

4.1 靜態(tài)性能測試

將速差自控器安全繩完全拉出，并用夾子夾住以避免縮回，距速差自控器1.0 m處將安全繩纏繞在卷盤上；在速差自控器頂端與安全繩末端之間施加測試力，并確保自鎖功能不啟動；加載12 kN測試力，拉伸速率不超過30 mm/min；保持5 min，無任何元件破裂和斷裂，連接器未打開，未出現(xiàn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)卡死等使導(dǎo)致差自控器失效的情況。

4.2 動態(tài)性能測試

動態(tài)性能測試示例如圖3所示。

圖3 動態(tài)性能測試

將速差自控器安全繩全部收回，安裝在試驗架上；將安全繩拉出600 mm，夾住避免縮回，將100 kg測試重物掛在安全繩末端；將測試重物提升600 mm，距掛點水平距離不超過300 mm；釋放測試重物，測量并記錄力值和距離H；測試重物靜止后，觀察試樣情況，測試結(jié)果如表1所示。

表1 緩沖型速差自控器動態(tài)性能測試結(jié)果

墜落試驗后，速差自控器能自鎖，沖擊力不大于6.0 kN；墜落距離不大于2.0 m；無任何元件破裂和斷裂；連接器未打開，未出現(xiàn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)卡死等使速差自控器失效的情況，指示器正常工作。

4.3 收縮性能測試

安裝好速差自控器，將速差自控器安全繩全部收回，再將速差自控器安全繩全部拉出，然后使其在受控狀態(tài)下完全收回。重復(fù)25次，速差自控器在此過程中均能自如地收回全部長度。

4.4 自鎖可靠性測試

將速差自控器安裝在工作面上方約2.5 m處，確保速差自控器安全繩完全回收；將5 kg測試重物掛在外部端點上，使測試重物下落，速差自控器未鎖止測試重物；每次增加測試重物重量1 kg，當(dāng)測試重物達(dá)到8 kg時，速差自控器成功鎖止測試重物。

將8 kg測試重物連在速差自控器安全繩末端；將速差自控器安全繩拉出1 m，測試重物距掛點水平距離不超過300 mm；釋放測試重物；重復(fù)上述步驟1 000次，自控器能正常鎖止。

5 結(jié)語

緩沖型速差自控器通過改變原有速差自控器的結(jié)構(gòu)，增加了摩擦片進(jìn)行緩沖處理，使墜落過程中的沖擊力小于2 kN，墜落距離小于1 m。緩沖型速差自控器的研制貫徹人性化的設(shè)計理念，確保高處作業(yè)時人的安全性、人的舒服性、產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，有助于減少高處作業(yè)墜落傷害事故、甚至死亡事故的發(fā)生，可有效減少電網(wǎng)企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)損失。

[1]GB 24544-2009墜落防護(hù)速差自控器[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2]余虹云，李瑞.電力高處作業(yè)防墜落技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3]趙金娜，郭進(jìn)平，侯東升，等.基于AHP的高處墜落事故脆性分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2009，5（5）∶204 -208.

[4]國家電網(wǎng)公司.國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程變電部分[M].北京：中國電力出版社，2009.

（本文編輯：徐 晗）

Research and Development of Buffered Speed Automatic Controller

MA Heng1，LI Xiangjun2，LI Zhouxuan1，YAN Anming2，GAO Yibo1
（1.Key Laboratory for Protection Technology of High-Rise Operation，Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute，Hangzhou 310015，China；2.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China）

The paper introduces the research and development of a buffered speed automatic controller，including complete machine design，key parts selection，performance test and so forth.By friction buffering of the friction plate，the buffered speed automatic controller can reduce impact force of human body during falling down.

buffered；speed automatic controller；work at heights；protection

國網(wǎng)浙江省電力公司科技項目（5211JH1400W9）

X946

B

1007-1881（2016）11-0031-03

2016-07-04

馬 恒（1988），男，工程師，從事高處作業(yè)器具匹配性與墜落創(chuàng)傷關(guān)系研究工作。

體受到的沖擊力。