安全鎖安全性能的分析與研究

         1 安全鎖制動(dòng)原理

         國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的安全鎖，其制動(dòng)結(jié)構(gòu)是由繩夾一套板組成的平面四桿機(jī)構(gòu)，再加上連桿兩端形成雙半圓楔形槽機(jī)構(gòu)組合而成。其制動(dòng)原理是當(dāng)籃體滑移或墜落時(shí)觸發(fā)機(jī)構(gòu)通過(guò)扭簧彈力作用，使四桿機(jī)構(gòu)的雙曲柄順向轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使繩夾夾住鋼絲繩形成初始摩擦力，同時(shí)籃體繼續(xù)下移，在雙半圓楔形槽作用下使雙曲柄繼續(xù)順向轉(zhuǎn)動(dòng)，這種制動(dòng)過(guò)程時(shí)間相當(dāng)短，人們常稱(chēng)它為瞬時(shí)式制動(dòng)，并且，它的轉(zhuǎn)矩大小與籃體荷重呈正比，最終達(dá)到繩夾一套板制動(dòng)籃體墜落的要求。

         根據(jù)動(dòng)能定理可知，當(dāng)墜物墜落時(shí)欲將其停止，即垂直制動(dòng)，主要負(fù)載是墜物直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的慣性動(dòng)能和重力功兩部分。吊籃在工作過(guò)程中發(fā)生斷繩或下滑時(shí)所做的功應(yīng)該由安全鎖的制動(dòng)動(dòng)能予以平衡，其中，一部分消耗于反抗重力做功，這部分能量由夾繩機(jī)構(gòu)的外加夾緊力承受；另一部分消耗于初始速度制動(dòng)動(dòng)能，這部分能量由夾繩機(jī)構(gòu)構(gòu)件的材料沖擊強(qiáng)度承受。現(xiàn)以800kg的吊籃產(chǎn)品為例，在制動(dòng)速度12m／min、制動(dòng)距離100mm以?xún)?nèi)時(shí)采用夾繩式安全鎖制動(dòng)，估算動(dòng)能／勢(shì)能大約為l／4，由此可見(jiàn)，安全鎖制動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必須按照其不同能量分配的特點(diǎn)，選擇機(jī)構(gòu)形式，校驗(yàn)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度。

       盡管上述觀點(diǎn)僅屬定性分析，但是其制動(dòng)現(xiàn)象已被安全鎖動(dòng)力性能試驗(yàn)所證實(shí)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于繩夾存在熱處理缺陷，導(dǎo)致繩夾沖不過(guò)3次其凸耳已經(jīng)斷裂，套板半圓嚴(yán)重變形；安全鎖夾緊能量足以使一條新的鋼絲繩試驗(yàn)7－10次即被拉斷，表現(xiàn)出極大的摩擦效應(yīng)。
 

         2 安全鎖試驗(yàn)技術(shù)

       我們針對(duì)安全鎖安全性能考核的要求，設(shè)計(jì)制造了一套思路新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、效率高的試驗(yàn)裝置，并對(duì)多種安全鎖進(jìn)行了自由墜落、滑移和靜力等一系列試驗(yàn)。

         2．1自由墜落試驗(yàn)

         1）試驗(yàn)?zāi)康模耗M吊籃斷繩工況下的制動(dòng)性能。

         2）試驗(yàn)裝置：主要由試驗(yàn)架、可變動(dòng)加載的升降試驗(yàn)臺(tái)、脫鉤器、減震器、加速度計(jì)和電動(dòng)葫蘆等機(jī)構(gòu)組成。試驗(yàn)架高度為 2 500mm，試驗(yàn)臺(tái)輪廓尺寸為1100mm X 600mm x 700mm，最大加載重量800kg。

         3）試驗(yàn)方法：人工安裝安全鎖，手控電動(dòng)葫蘆提升試驗(yàn)臺(tái)，人工控制脫鉤器，對(duì)安全鎖在不同載荷的自由落體工況下做制動(dòng)試驗(yàn)，同時(shí)利用加速度計(jì)記錄試驗(yàn)曲線(xiàn)。

         2．2滑移試驗(yàn)

         1）試驗(yàn)?zāi)康模耗M提升機(jī)工作過(guò)程中機(jī)器失靈下滑時(shí)的制動(dòng)性能。

         2）試驗(yàn)裝置：主要由試驗(yàn)架、可變動(dòng)加載的升降籃體、提升機(jī)、發(fā)訊器、工作滑輪和電控箱等機(jī)構(gòu)組成。試驗(yàn)架高度為 2 500m，籃體輪廓尺寸為700mm g 600mm x 450mm，加載重量最大為 800kg。

         3）試驗(yàn)方法：人工安裝安全鎖，電控提升機(jī)提升籃體，改變制動(dòng)下滑速度，在速度發(fā)訊器包括離心甩塊或電控的監(jiān)控下觸發(fā)安全鎖制動(dòng)。

         4）試驗(yàn)指標(biāo)：制動(dòng)距離、制動(dòng)速度。

         2．3靜力試驗(yàn)

         1）試驗(yàn)?zāi)康模耗M安全鎖靜態(tài)鎖住吊籃的制動(dòng)性能。

         2）試驗(yàn)裝置：同2．2。

         3）試驗(yàn)方法：將籃體手動(dòng)鎖住在安全繩上，在籃體加載工況下吊掛48小時(shí)。

         4）試驗(yàn)指標(biāo)：滑移量、夾緊彈簧剛度。
 

         3 影響安全鎖安全性能的因素

        目前國(guó)內(nèi)常用的安全鎖有離心甩塊夾繩式和擺臂夾繩式兩種，它們的夾繩機(jī)構(gòu)基本相同，區(qū)別于觸發(fā)機(jī)構(gòu)有所不同，因此，對(duì)他們的安全性能影響因素分析可歸納為以下幾點(diǎn)：

         1）夾繩構(gòu)件的沖擊強(qiáng)度對(duì)確保安全鎖的安全性至關(guān)重要，為此必須嚴(yán)格控制其材料和熱處理工藝。

         2）觸發(fā)機(jī)構(gòu)靈敏性（包括速度或角度觸發(fā)）會(huì)影響安全鎖制動(dòng)距離長(zhǎng)短。制動(dòng)距離越短，沖擊力越大，甚至造成機(jī)構(gòu)的破壞；制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，則不符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，建議將通過(guò)安全鎖鎖定機(jī)構(gòu)最佳反應(yīng)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)距離值作為評(píng)價(jià)安全鎖允許的安全下滑指標(biāo)。

         3）由于夾繩式安全鎖多采用松夾時(shí)夾緊彈簧處于儲(chǔ)能彈力的方式，因此工作過(guò)程中多數(shù)時(shí)間彈簧處于壓縮或扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài)，若其剛度下降，即長(zhǎng)時(shí)間壓縮后彈簧力值下降，將導(dǎo)致夾緊力失效。

         4）由于安全鎖在露天工地中使用，則使其在制動(dòng)力中的摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致安全鎖制動(dòng)力發(fā)生變化，為此必須對(duì)安全鎖實(shí)行安全性定期標(biāo)定制度。

         5）這種安全鎖操作不夠方便，會(huì)間接導(dǎo)致人為不安全因素。如由于鎖緊后難以打開(kāi)或者安全鎮(zhèn)過(guò)于靈敏而影響施工操作，導(dǎo)致操作人員放棄使用安全鎖。

         總之，為保證安全鎖的安全性能，除優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和改善機(jī)構(gòu)剛度外，還由于許多影響因素存在隨機(jī)性，在考核安全鎖性能時(shí)應(yīng)該十分重視安全鎖的動(dòng)力試驗(yàn)。
 

         4 提高安全鎖安全性能的途徑

         1）選用合理的夾繩機(jī)構(gòu)以滿(mǎn)足沖擊強(qiáng)度要求。根據(jù)對(duì)2種夾繩機(jī)構(gòu)的對(duì)比墜落試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用模塊夾繩機(jī)構(gòu)比繩夾一套板結(jié)構(gòu)較為優(yōu)越。同樣經(jīng)過(guò)5次墜落試驗(yàn)，楔塊夾繩機(jī)構(gòu)解體檢查，無(wú)明顯變形和磨損，但是在繩夾一套板機(jī)構(gòu)中出現(xiàn)繩夾凸耳斷裂。究其原因首先在于這種結(jié)構(gòu)如不嚴(yán)格控制其制造精度和熱處理要求，在繩夾凸耳處極易產(chǎn)生應(yīng)力集中；其次是楔塊夾繩機(jī)構(gòu)改變了應(yīng)力承載狀態(tài)，使繩夾凸耳受到的剪切應(yīng)力變?yōu)殒i芯擠壓應(yīng)力，而且擴(kuò)大了鎖芯承載面積，相當(dāng)于增加了鎖芯夾繩機(jī)構(gòu)的沖擊強(qiáng)度。

         2）控制夾繩彈簧剛度，要求在夾緊位置時(shí)彈簧力值與鎖芯自重呈某種比例，以使夾繩機(jī)構(gòu)方面滿(mǎn)足安全鎖卸載后不會(huì)自動(dòng)松夾的目的；另一方面采用少量沖擊力，又能松開(kāi)鎖芯。夾繩彈簧剛度的大小可通過(guò)安全鎖靜力試驗(yàn)獲得。

         3）觸發(fā)機(jī)構(gòu)合理選型。盡管不同的物理量觸發(fā)會(huì)有不同的觸發(fā)機(jī)構(gòu)，但是對(duì)于觸發(fā)機(jī)構(gòu)的總要求應(yīng)該是滿(mǎn)足事故觸發(fā)所需的靈敏限（使觸發(fā)器的響應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)可覺(jué)察變化的最小激勵(lì)變化值），由此可見(jiàn)，評(píng)價(jià)觸發(fā)機(jī)構(gòu)的靈敏限成為安全鎖安全質(zhì)量指標(biāo)之一。