機車車輛檢修車頂作業安全滑索系統

歐陽鵬，李 豫

（國鐵集團工程設計鑒定中心，北京 100844）

近年來，我國的社會經濟水平和科學技術水平都得到了不同程度的提升，人們的物質文化生活水平也不斷提升，因此，人們對鐵路客運條件與服務水平的要求也不斷提升。為滿足旅客的高標準要求，我國鐵路機車車輛實現了快速的現代化發展，包括：提速鐵路空調客車的大量使用、和諧機車和高速動車組的運營。

新型機車車輛及動車組車頂空調裝置，接觸網及供電系統等需要定期檢查檢修，車頂檢修工作量大幅增加。機車車輛檢查檢修庫棚、整備場等場所，檢修人員需要登上車頂，對車輛頂部設施進行檢修。車頂面距地面高度約4 m以上，屬于國家標準GB3608的高空作業范圍，存在人員墜落的風險。

1 車頂檢修現狀防護措施

目前國內在機車車輛及動車組車頂檢修防護措施有以下幾點。

1.1 既有客車技術整備所

客車技術整備所內整備庫（棚）或室外整備線設有頂層作業平臺、臨修庫臨修線局部設置頂層作業平臺，但頂層平臺對側未設防止人員墜落的安全網欄，如圖1所示。目前，檢修人員檢修作業時佩戴定長的安全帶，但是沒有給安全帶掛鉤提供專門的掛點。檢修人員需要目視評估安全帶掛點位置，有的掛在客車空調吊環上、有的掛在頂層平臺欄桿上、有的掛在起重掛鉤上，因為掛點均是固定的，所以作業人員每換一個工位就要摘一次鉤，在作業摘鉤及掛鉤的環節中，不但存在墜落的危險情況，而且會極大地影響工作效率。另外安全帶的長度是固定的，所以人員活動范圍受到局限，也增加了摘鉤的頻次。

圖1 車頂無安全網

1.2 既有動車組設備

動車段（所）內檢查庫、檢修庫設有3層作業平臺、臨修庫臨修線局部設置頂層作業平臺，為保證作業人員登車頂安全，在對側設置了安全網欄，如圖2所示。因無起重機，動車組檢查庫安全網采用房屋架懸掛形式，整個檢查庫頂部比較凌亂。而檢修庫和臨修庫因有起重作業，安全網采用地面支撐式，占用的地面作業空間且妨礙臨修臺位起吊作業。頂層作業平臺設置了風動翻板裝置，增加了翻板操作規程。三層檢修平臺和護欄與車輛間仍存在間隙，而且車頭和車尾部分處于全開放狀態，檢修人員墜落的風險依然存在。

1.3 既有機車整備場

機務段、機務折返段整備棚或室外整備線一般設有三層作業平臺。近年新建的機務整備棚均在頂層設置雙側平臺或單側作業平臺對側設置固定安全網欄，但檢修人員在檢修作業時仍佩戴定長的安全帶，一般掛在接觸網上。

2 車頂作業安全防護工藝設計需求

2.1 車頂檢修作業直接引起墜落的客觀因素

機車車輛車頂檢修直接引起墜落的客觀因素包括：陣風風力5級（風速8.0 m/s）以上；II級或以上的高溫作業；平均氣溫≤5℃的作業環境；作業場地有冰、雪、霜、水、油等易滑物；作業場所光線不足，能見度差；體力勞動強度大等因素。

2.2 車頂作業安全防護工藝方案

2.2.1 安全網欄

頂層作業平臺對側設置固定安全網欄，用來防止作業人員墜落，安全網欄一般與平臺長度相等，由方形鋼管框架和鋼絲網組成。網欄高1.3 m，根據需要，其下部安裝風動翻轉架以減少車體與安全網欄的間隙。適用于檢修作業工作量大，作業人員多的場所。

2.2.2 安全帶

防止高處作業人員發生墜落或發生墜落后將作業人員安全懸掛的個體防護裝備。適用于車頂檢修作業工作量小，人員少的場所。

2.2.3 安全滑索系統工藝需求

安全網欄設計方案頂層平臺和護欄與車輛間存在間隙，而且車頭和車尾部分處于全開放狀態，檢修人員墜落的風險依然存在。安全帶方案目前使用不規范，配套裝置不齊，且人員作業受限，影響工作效率。在頻繁摘鉤及掛鉤的環節中，亦存在墜落危險。

某動車檢查庫庫配屬車少，車頂檢修作業少，故設局部作業平臺；為取消安全網欄設計且滿足車頂檢修走行要求，亟需一種用于機車車輛檢修的安全滑索系統，以解決上述問題。安全滑索系統工藝需求：

（1）永久安全滑索貫通全部檢修作業面，無死角。

（2）作業人員沿著永久滑索自由移動，滑塊可以輕易通過滑索支撐座，任何時候都不需要分離拆卸安全繩掛鉤。

（3）換位裝置可以將兩個滑塊對換位置，保證兩個對向運動的人員錯身通過。

（4）差速安全繩可以自由調節長度，增加了作業人員的活動范圍。

（5）五點式安全帶保證人員墜落時不受二次傷害。

（6）安全滑索總體重量輕，不會給建筑物鋼結構受力造成影響，建設成本低。

3 安全滑索系統組成

為提高車頂檢查、檢修的質量，并提高作業效率，就必須采用高效率、安全、可靠的先進的工藝方案和裝備，而安全滑索系統是保證車頂檢修作業人員安全的重要手段之一。

安全滑索系統，安裝于庫房頂層作業平臺側上方的屋頂或由平臺設置支架，包括：吊裝于庫房屋梁上的多個支柱；穿設于各支柱下方的滑索；滑動連接于所述滑索上的防護組件，防護組件包括安全滑塊、防墜差速器和多點式安全帶，如圖3所示。

圖3 安全滑索布置形式

支柱豎直設置，支柱的上端設置有支柱底板，支柱底板的兩側分別通過梁夾與房屋梁固定連接，支柱底板的傾斜角度與庫房屋梁底部的傾斜角度一致。支柱的下端設置有支撐座。滑索依次穿過各支柱的支撐座。安全滑塊滑動安裝于所述滑索上，且能滑過所述支撐座，防墜差速器的兩端分別與安全滑塊和多點式安全帶固定連接。

斜拉桿傾斜設置，其一端固定于庫房屋梁上，另一端固定于與其相鄰的支柱下方。斜拉桿包括實心拉桿和固設于實心拉桿兩端的鎖頭，其中一端的鎖頭通過第一耳板與庫房屋梁連接，另一端的鎖頭通過第二耳板與支柱連接。

支柱的最大間距為15 m，滑索到車頂上方的距離為2 m。滑索、支撐座及安全滑塊的材質設計為不銹鋼，緊固螺栓為高強度螺栓。滑索為雙股安全線，其中每股安全線的直徑為8 mm。安全線的首尾分別與房屋地線連接。

換位裝置分為靜止部分和運動部分，當兩個滑塊同時進入換位裝置的運動部分時，限位銷會把兩個滑塊固定，運動部分旋轉180°，限位銷解鎖，就完成了兩個滑塊的位置對換，那么對向運動的人員就可以錯身通過了。換位裝置圖，如圖4所示。

圖4 換位裝置

伸縮安全帶及多點式安全帶的材質設計為絕緣材料防止人員觸電。速差式安全帶的長度可以調節，最長可以增加到6 m，可最大范圍內增加作業人員的活動范圍，有效地提高了工作效率。人員正常運動時安全帶可以自由伸縮，發生墜落時安全帶瞬間卡死。

五點式安全帶通過約束人員的雙肩，腰部和雙腿，增加了安全帶和身體的接觸面積，一方面在墜落發生時控制人體重心，另一方面防止人員勒傷。

4 安全滑索系統受力計算

4.1 計算假定及要求

（1）每個人重量為100 kg；重力加速度為g=10 N/kg；安全系數為2。

（2）假設最不利情況下，5個人的重量集中加載在支座中間一個點上。那么向下的力為F=100 kg×5×10 N/kg×2=10 kN。

（3）鋼絞線預張力1 kN。保證鋼絞線靜止狀態下水平拉直。鋼絞線自重0.325 kg/m。

（4）滑索支座額定間距應小于15 m，國內動車組鋼結構廠房柱距間隔一般為6 m或9 m，故滑索支柱間距可為12 m或9 m。本次計算按照最大間距12 m計算。

（5）滑索由支柱與屋架梁連接，屋架梁能夠承受的力遠大于滑索向下的力，所以本次計算不考慮滑索向下的力，只對滑索內部拉力進行計算。

4.2 滑索所受拉力

如圖5所示，根據前邊假設，發生墜落前鋼纜為水平，墜落發生時，鋼絞線中間受到垂直向下的力F=10 kN，鋼絞線受力伸長，每100 m達到最大伸長量E=1 m，最終拉力傳遞到端頭支柱，再通過斜拉結構傳遞到屋架梁上，墜落停止。這時鋼纜與水平方向形成等腰三角形。已知支座間距L=12 m，鋼纜伸長到13 m，根據三角計算知最大下落距離為f=2.5 m，鋼纜與水平方向夾角的正弦值為sin（a）=2.5/6.5 m。垂直向下的力等于鋼纜拉力在垂直方向的分量，支座間鋼纜的瞬間拉力為T1=F/[2*sin（a）]=13 kN。

圖5 滑索拉力示意圖

滑索由兩根8 mm不銹鋼鋼絞線組成，單根鋼絞線抗拉系數為160 000 MPa，最小破斷拉力為53.9 kN，兩根安全線可承受拉力107.8 kN，遠大于T1=13 kN。

4.3 系統對屋梁的作用力

由于發生墜落時，滑索對支柱發生的是一個瞬間的沖擊力，使鋼絞線瞬間伸長，由于鋼絞線具有一定的柔性，鋼絞線和中間支座發生摩擦力，把沖擊力均勻地傳遞給中間支柱，最后到達端頭支座，由端頭支柱和斜拉桿承受穩定的拉力。端頭支柱的斜拉結構，由截面積為201 mm2的鋼筋制成。斜拉結構的抗拉強度為235 MPa，拉力為201 mm2×235 MPa=47.23 kN。遠大于T1=13 kN支柱端頭受到的最大拉力。

5 安全滑索系統感應電消除措施

安全滑索與接觸網是平行布置的，當接觸網有電時，會使安全滑索產生比較強的感應電，強度會危及人員安全。安全滑索系統通過以下兩種方式釋放感應電，保證系統絕對安全。

5.1 結構接地

鋼索安裝在支撐座上，支撐座和支柱連接，支柱和鋼結構屋梁連接，400 m長的鋼索有36個支柱與屋梁連接，形成并聯電路。由于鋼索與鋼結構為良導體，所以鋼索上收到的感應電很快就會通過鋼結構的綜合地線導入大地。

當列車進庫，接觸網停電后，鋼索上就不會再有感應電勢了。另外差速安全帶是由絕緣材料制成，人員不會和鋼索發生直接接觸。

5.2 地線接地

參考《接觸網安全工作規程》V形天窗停電作業接地線設置的要求，接觸網兩接地線間距大于1 000 m時，需增設接地線。為了防止接觸網對生命線系統的感應電對車頂作業人員產生傷害，生命線系統鋼索需要接地處理；在橫向第1和36軸，延屋梁安裝接地銅導線，導線截面積不小于30 mm2，兩地線間距為410 m，遠小于以上規定的要求，理論上是絕對安全的。系統接地后實際測量的接地電阻小于30Ω。

6 安全滑索系統工程應用

安全滑索系統在某專運動車檢查庫設計首次使用，該檢查庫為既有改造，由于房屋結構承重、空間限制等因素，該庫不能安裝通常的懸掛式安全防護網，那么在人員車頂作業防墜落方面，就需要一種可以起到防墜落作用，而且重量很輕的方案。

安全滑索系統設計在每條股道上方各布置一條滑索，每條長410 m，每條通過支柱吊裝于庫房屋梁下方，支柱按照12 m間距設計，其中安全帶與滑索通過安全滑塊連接，安全滑塊可跟隨作業人員移動，移動時無需手動干預，而且在空中的任何時候都不需要進行分離摘掛安全掛鉤的動作，保證安全無死角，并且保證了檢修人員的工作效率；其中防墜差速器可以自由調節長度，自動收回，發生墜落時立即鎖止，可專門用于墜落時吸收能量，其配合多點式安全帶使用，可更好地保護墜落人員安全；同時該系統增加了作業人員的活動范圍，安全系數更高，承重重量更大。另外，該系統結構簡潔，在庫房中沒有占用空間，使庫房內部整體整潔度提高。

7 結束語

機車車輛檢修車頂作業安全滑索系統，結構輕巧，沒有對建筑物結構造成影響，同時保證了庫內簡潔美觀；在使用過程中完全達到預期的保護作用，保護了車頂操作人員的生命安全，且建設成本低廉，具有極高的安全價值和經濟價值。

機車車輛檢修車頂作業安全滑索系統的研制應用，解決了安全網設計的工藝不足，是安全網的一個替代工藝方案，為未來動力集中動車組檢查庫設計提供了事件經驗。