軌道車輛高處裝配作業(yè)中水平安全繩的設(shè)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(yè)分級》規(guī)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(yè)，都稱為高處作業(yè)。”因此在軌道車輛裝配過程中，尤其是車頂、空調(diào)等安裝作業(yè)過程中，存在著大量的高處作業(yè)和邊緣作業(yè)。由于車輛頂部弧形較大，更是容易發(fā)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(fā)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(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)操作條件的不同來設(shè)計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)生墜落時得到有效保護。

2 計算的基本假設(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，安全帶有效保護長度為1.5m，而實際沖擊距離在1m 以內(nèi)，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(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，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(guān)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(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(jù)6×19 鋼絲繩的主要數(shù)據(jù)來計算并挑選合適直徑規(guī)格的鋼絲繩；單個人的質(zhì)量取100kg；最大垂度fmax 取L/20，最終計算結(jié)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(jié)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(shè)計和選用過程中，還有使用現(xiàn)有鋼絲繩（即直徑已確定），按照相應的跨度要求，設(shè)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(guī)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(jù)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(tài)性能測試、靜態(tài)性能測試等。使用單位可根據(jù)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(tài)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(jié)構(gòu)松脫等現(xiàn)象。

5.3 靜態(tài)性能

在整個水平安全繩裝置安裝完畢后應對每個結(jié)構(gòu)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(tài)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(shè)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(shè)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(huán)或連接銷軸連接。

6.2 每一條水平安全繩要獨立設(shè)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(jù)計算載荷，必須明顯標明允許同時掛幾個人作業(yè)，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(guī)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(huán)或連接軸銷等。

7 結(jié)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(jīng)過理論計算，但相比較于成型產(chǎn)品，仍有一些缺陷。為了能在發(fā)生意外時保證施工作業(yè)人員的安全，除了要對水平安全繩做有效的設(shè)計，以保證它的應力在有效抗拉強度范圍內(nèi)，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(yǎng)到位。