新型安全带检测悬挂装置研制

高 诚，赵小兵，杨晓彪

（辽宁省安全科学研究院，辽宁 沈阳 110004）

安全带是防止高处作业人员发生坠落或发生坠落后将作业人员安全悬挂的个体防护装备［1］。安全带作为高处作业必不可少的防护装备［2］，市场需求日益凸显，因此，安全带产品质量的检测工作显得极为重要［3］。

坠落悬挂安全带是高处作业或登高人员发生坠落时，将作业人员安全悬挂的1种安全带。根据GB 6095-2009《安全带》和GB/T 6096-2009《安全带测试方法》的规定，坠落悬挂安全带应按照标准要求的测试方法进行整体动态负荷测试［4］。

然而，国内对安全带检测装置的研究和革新的重视程度远远不够，相关研究多数集中在车用安全带的检测装置上［5］，对高处作业用安全带并未给予足够的关注。新型安全带检测装置缺位的同时，安全带整体动态负荷测试试验、测试方法和测试数据的文献也就更为难寻，这都在一定程度上制约了安全带检测行业的发展，也必然会影响到安全带的检测质量和安全带本身的产品质量。

大连理工大学的金鑫开展了安全带负荷测试系统的设计，但研究重点侧重于软件系统，匹配的机械装置仍沿用原有的检验设备［6］。依据现行的安全带整体动态负荷测试程序，测试人员需要高处作业，手动调整模拟人就位位置，人工悬挂安全带挂钩，这种测试程序不但增加了测试人员的劳动强度，降低了工作效率，高处作业还大大增加了测试人员的作业危险性。因此，迫切需要1种安全便捷的安全带检测悬挂装置用于替代人工高处作业。

1 动态负荷测试

按照国家标准要求，坠落悬挂安全带应按标准规定的方法进行整体动态负荷测试，测试过程中不应出现织带撕裂、开线、金属件碎裂、连接器开启，绳断，模拟人滑脱，缓冲器（绳）断等现象。坠落停止后模拟人悬吊在空中时，不应出现模拟人头朝下的现象，安全带不应出现明显不对称滑移或不对称变形，安全绳同主带的连接点应保持在模拟人的后背或后腰，不应滑动到腋下、腰侧，模拟人的腋下、大腿内侧不应有金属件，不应有任何部件压迫模拟人的喉部等部位。

坠落悬挂安全带动态负荷测试设备包括冲击测试架、冲击力测量装置、坠落（下滑）距离测量装置或标尺、底座和数据处理装置。其中，冲击测试架要求同建筑结构连为一体或基础在大地的悬挂点，悬挂点在承受20kN时，最大位移小于1mm。此外，底座应具有一定强度，并安装传感器。

仅含安全绳的坠落悬挂安全带动态负荷测试方法：按照产品说明将安全带穿戴在模拟人身上，模拟人头部吊环与释放器连接，提升模拟人到重心高于悬挂点1m处，保证悬挂点到释放点水平距离小于300mm；在穿过调节扣的带扣和带扣框架处做出标记；释放模拟人并开始计时；5min后，检查安全带情况，并记录测试结果。

2 悬挂装置结构设计

2.1 装置性能和功能要求

为了方便快捷完成坠落悬挂安全带动态负荷测试，悬挂装置需要实现以下性能要求和功能特点：

（1）强度：模拟人坠落冲击时，悬挂装置的机构件应无损坏；

（2）刚度：悬挂装置的悬挂点在承受外载荷20 kN时，最大位移小于1mm，此外，还应考虑测试过程中结构件必须满足的刚度要求；

（3）稳定性：悬挂装置中的受压构件应有足够的稳定性，避免出现压杆失稳的现象；

（4）自动化：电动升降安全带挂点和模拟人，就位后自动停止，摒弃以往人工登高钩挂安全带挂点，消除作业人员高空坠落安全风险；

（5）准确性：模拟人就位后，应保证其重心高于悬挂装置悬挂点1m，且悬挂点到释放点水平距离小于300mm；

（6）连接可靠：安全带连接器——传感器——悬挂装置悬挂点3者之间的连接应可靠稳固，模拟人吊点与释放机构之间的连接应可靠稳固；

（7）操作便捷：操作步骤应满足国家标准中测试步骤的要求，采用地面操控装置，按键指示标识明确、清晰，测试过程中需安装拆卸的连接装置应做到操作便捷。

2.2 装置结构设计

安全带检测悬挂装置由安全带挂点升降机构、安全带挂点锁定机构、模拟人升降机构和模拟人释放机构、电气系统、液压系统和其他支撑结构件组成，如图1所示装置结构示意图［7］。

图1 悬挂装置结构示意图

2.3 安全带挂点升降机构

安全带挂点升降机构由电机、减速机、钢丝绳卷筒及行程开关组成，升降控制指令由地面操控装置发出。

安全带挂点升降指令发出后，电机通过减速机带动钢丝绳卷筒运行，钢丝绳开始按照指令完成升降动作。当钢丝绳自由端下降达到地面挂点位置时，钢丝绳卷筒上至少保留2圈安全圈，此时，人工完成安全带挂点的钩挂动作。当钢丝绳自由端上升达到就位位置时，行程开关动作，电机自动停止，钢丝绳自由端完成就位动作。

2.4 安全带挂点锁定机构

安全带挂点锁定机构由液压缸、销轴和专用卡柱组成，安全带挂点上升完成就位动作后，安全带挂点可以锁定，安全带整体动态负荷测试完成后，安全带挂点可以解锁，均通过地面操控装置完成。

安全带挂点锁定指令发出后，液压缸伸出，2个销轴将卡柱刚性连接到装置支架上。安全带挂点锁定指令发出后，液压缸收缩，销轴脱离卡柱，解除卡柱和装置支架的刚性连接。

2.5 模拟人升降机构

模拟人升降机构由电机、减速机、钢丝绳卷筒及行程开关组成，升降控制指令由地面操控装置发出。

模拟人升降指令发出后，电机通过减速机带动钢丝绳卷筒运行，钢丝绳开始按照指令完成升降动作。当钢丝绳自由端下降达到地面挂点位置时，钢丝绳卷筒上至少保留2圈安全圈，此时，人工完成模拟人的钩挂动作。当钢丝绳自由端上升达到就位位置时，行程开关动作，电机自动停止，钢丝绳自由端完成就位动作。

2.6 模拟人释放机构

模拟人释放机构由液压缸、挂钩、吊具、锁具和导向轨组成，模拟人上升完成就位动作后，模拟人可以释放，安全带整体动态负荷测试完成后直至模拟人上升完成就位动作前，模拟人释放机构需要恢复，上述动作均通过地面操控装置完成［8］。

模拟人释放机构示意图如图2所示，卡具5为特制构件，通过其螺栓杆与模拟人6连接成为测试对象，上部两个连接孔大小不同，与锁具4连接后保证模拟人朝向设计方向。

模拟人释放指令发出后，2个液压缸2同步收缩，与其连接的2个挂钩3带动锁具4移动，直至锁具与卡具5解除连接，卡具随同模拟人6完成测试试验。模拟人收复指令发出后，2个液压缸同步伸长，与其连接的2个挂钩随之移动，恢复初始状态，等待再次试验。

2.7 电气系统

电气系统包括电力拖动系统和电气控制系统。其中，电力拖动系统为安全带挂点升降机构、模拟人升降机构和液压系统提供动力支持；电力控制系统主要是对安全带挂点升降、安全带挂点锁定、模拟人升降、模拟人释放等指令信号进行管理，采用按钮操纵、继电器控制型式。

电力拖动系统由2台卷扬电机和1台液压电机组成，供电电压380V。

电气系统采取短路保护、过流保护、限位保护、电气互锁保护等措施。

图2 模拟人释放装置示意图

2.8 液压系统

液压系统由单向变量泵、过滤器、溢流阀、安全带挂点锁定液压缸、模拟人释放液压缸、三位四通电磁换向阀、压力继电器、截止阀、压力表等元件组成。

单向变量泵提供动力支持；液压缸为执行元件，共3个，均为单活塞杆双作用液压缸；三位四通电磁换向阀共2个，控制执行元件的收缩，实现安全带挂点的锁定和模拟人的释放功能；压力继电器控制系统压力达到调定值时，自动关闭液压电机，起到安全保护作用，实现液压缸到位自动停止功能。

3 悬挂装置试制与安装

根据悬挂装置的设计方案和功能要求，完成外购件的选型和结构件的设计校核，并绘制满足制造、安装要求的设计图纸，最后按照设计图纸试制悬挂装置样机，实物如图3所示。

考虑到坠落悬挂安全带的安全绳有效长度可长至2m，整体动态负荷测试试验需要足够的测试空间，故将其安装在7m高度的试验固定支架上。利用该固定支架时，其他测试工作与安全带测试工作无冲突和干扰，且该支架下方净空间满足测试要求，模拟人坠落轨迹与附属结构无干涉。

图3 悬挂装置实物图

4 悬挂装置试验验证

基于新型悬挂装置的功能和工作特点，坠落悬挂安全带整体动态负荷测试已无需测试人员进行高处作业，测试步骤也较原来测试设备做了大量简化，新型装置应用后测试程序如下：

（1）确认测试准备条件就绪，按下按钮“ON”，电源接通；

（2）按下按钮“安全带-降”，安全带挂点下降（该功能为点动式，即按下按钮起升、松开按钮停止动作），安全带挂点降到地面钩挂位置，停按按钮，钩挂安全带挂点；

（3）按下按钮“模拟人-降”，模拟人下降（该功能为点动式），模拟人降到地面钩挂位置，停按按钮，钩挂模拟人；

（4）同时协调按下按钮“安全带-升”和“模拟人-升”，安全带挂点和模拟人同步起升（两按钮功能均为点动式），安全带挂点和模拟人升到就位位置，自动停止；

（5）按下按钮“插销-进”，刚性锁定安全带挂点；

（6）再次确认测试准备条件全部就绪后开始测试，按下按钮“模拟人-放”，释放模拟人并开始计时，5min后，测量并记录偏离标记的滑移，观察并记录安全带情况；

（7）按下按钮“模拟人-收”，恢复模拟人释放装置；

（8）按下按钮“插销-出”，解除安全带挂点的锁定；

（9）按下按钮“安全带-降”，安全带挂点降到地面钩挂位置，解除钩挂。

（10）按下按钮“安全带-升”，安全带挂点起升，升到就位位置，自动停止；

（11）若继续试验，重复2～10步；

（12）若继续结束，按下按钮“OFF”，电源断开，清理并检查试验现场。

按照上述测试程序，每天测试3次，共测试3天。测试过程中：

①各机构动作准确无误；

②升降机构速度平稳，在制动过程中有效可靠，空中启动时未出现反向动作与下滑现象；

③限位开关有效，位置准确；

④悬挂装置挂点刚性位移小于1 mm；

⑤模拟人坠落正常，无干涉。

测试后检查：

①各机构及构件无损坏；

②连接处无松动，连接件无损坏；

③电机减速器无异常温升；

④液压系统无泄漏。

对比研究新型装置与实验室原有测试装置之间的性能和功能差异见表1。

表1 新旧测试装置性能和功能对比

5 结束语

根据国家标准《安全带》和《安全带测试方法》的测试要求，结合坠落悬挂安全带动态负荷测试现状，开展了新型安全带检测悬挂装置的设计需求分析。在新型安全带检测悬挂装置的研制过程中，考虑到测试过程中的技术、安全和人体工程学等方面的要求，解决了安全带挂点刚性锁定、模拟人可靠释放、模拟人准确就位等难点问题。试制的样机通过了试验验证，具有电动升降、自动就位、刚性悬挂、可靠释放、安全测试等功能特点。

该装置用于坠落悬挂安全带整体动态负荷测试后，将提高该测试项目的检测质量，保障了测试人员的人身安全，提升了测试工作的工作效率，具有一定的实用价值。