軌道車輛高處裝配作業中水平安全繩的設計與選用

孫建輝

（長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司，吉林 長春 130062）

1 概述

國家標準GB3608-93《高處作業分級》規定：“凡在墜落高度基準面2m 以上（含2m）有可能墜落的高處進行作業，都稱為高處作業。”因此在軌道車輛裝配過程中，尤其是車頂、空調等安裝作業過程中，存在著大量的高處作業和邊緣作業。由于車輛頂部弧形較大，更是容易發生高空墜落的地點，我們應該充分做好高空安全預防措施，減少安全事故的發生。實踐中常用兩端固定的鋼絲繩作為軟梁充當水平安全繩，即采用一定規格的鋼絲繩，兩端固定，中間部分作為掛扣操作人員的安全帶使用。所以，有必要根據操作條件的不同來設計和選用符合要求的水平安全繩，并明確和規范水平安全繩的使用條件，以保證施工人員在高處作業發生墜落時得到有效保護。

2 計算的基本假設

2.1 遵循安全帶高掛低用原則。因實際操作中，安全帶要掛扣在約高出操作平面以上1m 的水平鋼絲繩上，安全帶有效保護長度為1.5m，而實際沖擊距離在1m 以內，沖擊力相對較小，所以采用靜力計算方法，不考慮沖擊力影響；

2.2 由于實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，接觸點較圓滑，局部彎曲較小。鋼絲繩主要承受軸向張力作用[2]；

2.4 卡環可以在鋼絲繩上自由滑動，計算時可以近似認為集中載荷作用點為水平鋼絲繩的中點。

3 水平安全繩的力學模型

水平安全繩的張力與載荷的大小、跨距、垂度、鋼絲繩的抗拉強度和直徑等都有密切關系，只有計算出臨時水平生命線的最大張力，才能正確選擇安全、合適的鋼絲繩。如圖1 所示，車間中實際的水平安全繩總跨距為12m，跨距較大，且在實際操作中可能有兩人同時使用。為增加水平安全繩的安全性，中間增加了一個支點來固定安全繩，因此在計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

計算水平安全繩的張力簡圖如下。從圖2 中可以看出，A、B點為水平安全繩的兩端固定點，鋼絲繩的自重近似認為沿AB連線均勻分布，鋼絲繩在自身重力作用下自然下垂，最大垂度fmax 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 為操作人員發生墜落后鋼絲繩產生的集中載荷。

圖2 水平安全繩力學計算模型

4 實際計算過程

計算中，選則常用的6×19 鋼絲繩（鋼絲繩公稱抗拉強度1400N/mm2，α＝0.85），根據6×19 鋼絲繩的主要數據來計算并挑選合適直徑規格的鋼絲繩；單個人的質量取100kg；最大垂度fmax 取L/20，最終計算結果如表1 所示。

表1 水平安全鋼絲繩最大張力計算及選用結果（跨度6m）

即，當1 人操作時，所選用鋼絲繩直徑至少為9.3mm；當有2 人同時操作時，所選用鋼絲繩直徑至少為14.0mm。

在實際的水平安全繩的設計和選用過程中，還有使用現有鋼絲繩（即直徑已確定），按照相應的跨度要求，設計水平安全繩的情形，利用上述分析和公式，可以計算出兩個支架之間的最大允許跨距，并增加必要的中間支點。

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

5 水平安全繩的測試[4]

根據GB30862-2014《墜落防護掛點裝置》中的要求，不同類型的防墜落裝置均應進行相應的性能測試，包括但不限于滑移測試、動態性能測試、靜態性能測試等。使用單位可根據自身實際情況，參考上述標準要求自行進行測試。下面，簡述一下適用于本文中所提的水平安全繩的性能測試要求。

5.1 裝配滑移

在1.0kN 的測試負荷下保持1min，各部件的滑動不應大于（10±1）mm。當水平安全繩為多人同時使用時，每增加1 人測試負荷相應增加1.0kN。

5.2 動態性能

將測試繩一端通過可移動掛點連接在水平安全繩上，另一端連接在測試重物上，并將可移動掛點移動到水平安全繩中央，將測試重物吊起至自由下落距離為（1500±50）mm，與掛點水平距離不大于300mm 位置，釋放重物。重物不應接觸地面，移動掛點不應與水平安全繩脫離，不應出鋼絲繩斷裂、金屬件碎裂、其他固定結構松脫等現象。

5.3 靜態性能

在整個水平安全繩裝置安裝完畢后應對每個結構固定裝置在與地面垂直方向上施加6kN 的負荷，并保持15s，整個裝置應沒有破斷即松動。

在水平安全繩下方沿墜落方向施加動態性能測試力峰值2倍的測試負荷，并保持3min，卸載后觀察掛點裝置，掛點裝置應無破斷。

6 水平安全繩的設置條件和布置

6.1 通過以上的計算過程可以看出，水平安全繩在使用過程中，受跨距和集中載荷的影響比較大。因此，在設置水平安全繩的時候，如果有必要需在中間增加支架來固定鋼絲繩。同時，兩端以鋼架立柱作為固定點時，鋼絲繩與鋼架棱角處相接觸時應加襯墊，以防鋼絲繩的磨損。如果以鋼支架連接孔連接時，應采用足夠強度的卡環或連接銷軸連接。

6.2 每一條水平安全繩要獨立設置，不得因為長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有明顯標識。根據計算載荷，必須明顯標明允許同時掛幾個人作業，嚴禁超載荷使用。

6.4 安裝水平安全繩時應確保安全的墜落距離，保證人員墜落過程中不接觸地面。

6.5 在水平安全繩的實際使用過程中，應制定相應的維護檢查規程，定期對水平安全繩的連接和磨損情形進行檢查修復及更換，包括檢查鋼絲繩兩端連接處，例如鋼支架連接孔、卡環或連接軸銷等。

7 結論

以鋼絲繩作為臨時水平生命線，用于扣、掛安全帶，是一種簡便的處理方法。雖然經過理論計算，但相比較于成型產品，仍有一些缺陷。為了能在發生意外時保證施工作業人員的安全，除了要對水平安全繩做有效的設計，以保證它的應力在有效抗拉強度范圍內，同時更要重視水平全繩的安全管理措施，確保日常檢查及保養到位。