安全鎖安全性能的分析與研究

         1 安全鎖制動原理

         國內常見的安全鎖，其制動結構是由繩夾一套板組成的平面四桿機構，再加上連桿兩端形成雙半圓楔形槽機構組合而成。其制動原理是當籃體滑移或墜落時觸發機構通過扭簧彈力作用，使四桿機構的雙曲柄順向轉動，迫使繩夾夾住鋼絲繩形成初始摩擦力，同時籃體繼續下移，在雙半圓楔形槽作用下使雙曲柄繼續順向轉動，這種制動過程時間相當短，人們常稱它為瞬時式制動，并且，它的轉矩大小與籃體荷重呈正比，最終達到繩夾一套板制動籃體墜落的要求。

         根據動能定理可知，當墜物墜落時欲將其停止，即垂直制動，主要負載是墜物直線運動的慣性動能和重力功兩部分。吊籃在工作過程中發生斷繩或下滑時所做的功應該由安全鎖的制動動能予以平衡，其中，一部分消耗于反抗重力做功，這部分能量由夾繩機構的外加夾緊力承受；另一部分消耗于初始速度制動動能，這部分能量由夾繩機構構件的材料沖擊強度承受。現以800kg的吊籃產品為例，在制動速度12m／min、制動距離100mm以內時采用夾繩式安全鎖制動，估算動能／勢能大約為l／4，由此可見，安全鎖制動機構設計必須按照其不同能量分配的特點，選擇機構形式，校驗機構強度。

       盡管上述觀點僅屬定性分析，但是其制動現象已被安全鎖動力性能試驗所證實。在試驗中發現，由于繩夾存在熱處理缺陷，導致繩夾沖不過3次其凸耳已經斷裂，套板半圓嚴重變形；安全鎖夾緊能量足以使一條新的鋼絲繩試驗7－10次即被拉斷，表現出極大的摩擦效應。
 

         2 安全鎖試驗技術

       我們針對安全鎖安全性能考核的要求，設計制造了一套思路新穎、結構簡單、安全可靠、效率高的試驗裝置，并對多種安全鎖進行了自由墜落、滑移和靜力等一系列試驗。

         2．1自由墜落試驗

         1）試驗目的：模擬吊籃斷繩工況下的制動性能。

         2）試驗裝置：主要由試驗架、可變動加載的升降試驗臺、脫鉤器、減震器、加速度計和電動葫蘆等機構組成。試驗架高度為 2 500mm，試驗臺輪廓尺寸為1100mm X 600mm x 700mm，最大加載重量800kg。

         3）試驗方法：人工安裝安全鎖，手控電動葫蘆提升試驗臺，人工控制脫鉤器，對安全鎖在不同載荷的自由落體工況下做制動試驗，同時利用加速度計記錄試驗曲線。

         2．2滑移試驗

         1）試驗目的：模擬提升機工作過程中機器失靈下滑時的制動性能。

         2）試驗裝置：主要由試驗架、可變動加載的升降籃體、提升機、發訊器、工作滑輪和電控箱等機構組成。試驗架高度為 2 500m，籃體輪廓尺寸為700mm g 600mm x 450mm，加載重量最大為 800kg。

         3）試驗方法：人工安裝安全鎖，電控提升機提升籃體，改變制動下滑速度，在速度發訊器包括離心甩塊或電控的監控下觸發安全鎖制動。

         4）試驗指標：制動距離、制動速度。

         2．3靜力試驗

         1）試驗目的：模擬安全鎖靜態鎖住吊籃的制動性能。

         2）試驗裝置：同2．2。

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

         4）試驗指標：滑移量、夾緊彈簧剛度。
 

         3 影響安全鎖安全性能的因素

        目前國內常用的安全鎖有離心甩塊夾繩式和擺臂夾繩式兩種，它們的夾繩機構基本相同，區別于觸發機構有所不同，因此，對他們的安全性能影響因素分析可歸納為以下幾點：

         1）夾繩構件的沖擊強度對確保安全鎖的安全性至關重要，為此必須嚴格控制其材料和熱處理工藝。

         2）觸發機構靈敏性（包括速度或角度觸發）會影響安全鎖制動距離長短。制動距離越短，沖擊力越大，甚至造成機構的破壞；制動距離過長，則不符合安全標準要求。為此，建議將通過安全鎖鎖定機構最佳反應時間相對應的制動距離值作為評價安全鎖允許的安全下滑指標。

         3）由于夾繩式安全鎖多采用松夾時夾緊彈簧處于儲能彈力的方式，因此工作過程中多數時間彈簧處于壓縮或扭轉變形狀態，若其剛度下降，即長時間壓縮后彈簧力值下降，將導致夾緊力失效。

         4）由于安全鎖在露天工地中使用，則使其在制動力中的摩擦系數不穩定，從而導致安全鎖制動力發生變化，為此必須對安全鎖實行安全性定期標定制度。

         5）這種安全鎖操作不夠方便，會間接導致人為不安全因素。如由于鎖緊后難以打開或者安全鎮過于靈敏而影響施工操作，導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，除優化機構設計和改善機構剛度外，還由于許多影響因素存在隨機性，在考核安全鎖性能時應該十分重視安全鎖的動力試驗。
 

         4 提高安全鎖安全性能的途徑

         1）選用合理的夾繩機構以滿足沖擊強度要求。根據對2種夾繩機構的對比墜落試驗發現，采用模塊夾繩機構比繩夾一套板結構較為優越。同樣經過5次墜落試驗，楔塊夾繩機構解體檢查，無明顯變形和磨損，但是在繩夾一套板機構中出現繩夾凸耳斷裂。究其原因首先在于這種結構如不嚴格控制其制造精度和熱處理要求，在繩夾凸耳處極易產生應力集中；其次是楔塊夾繩機構改變了應力承載狀態，使繩夾凸耳受到的剪切應力變為鎖芯擠壓應力，而且擴大了鎖芯承載面積，相當于增加了鎖芯夾繩機構的沖擊強度。

         2）控制夾繩彈簧剛度，要求在夾緊位置時彈簧力值與鎖芯自重呈某種比例，以使夾繩機構方面滿足安全鎖卸載后不會自動松夾的目的；另一方面采用少量沖擊力，又能松開鎖芯。夾繩彈簧剛度的大小可通過安全鎖靜力試驗獲得。

         3）觸發機構合理選型。盡管不同的物理量觸發會有不同的觸發機構，但是對于觸發機構的總要求應該是滿足事故觸發所需的靈敏限（使觸發器的響應產生一個可覺察變化的最小激勵變化值），由此可見，評價觸發機構的靈敏限成為安全鎖安全質量指標之一。