离心触发式安全锁坠落试验与可靠性分析

谢贻东1,2 刘佳欢1 徐 凯3 尚伟鹏11 北京建筑大学机电与车辆工程学院 北京 102616 2 北京交通大学机械与电子控制工程学院 北京 100044 3 大唐新能源试验研究院 北京 101599摘 要：阐述了离心触发式安全锁检验规则和结构可靠性，给出了安全锁可靠性试验方案，通过安全锁测试装置对某厂出产的升降机用LSL30 型离心触发式安全锁进行500 次坠落试验、静置试验及5 次解体试验，探究该类安全锁的可靠程度。试验前后安全锁完好，壳体未发现破损、裂纹等，关键零件磨损正常。关键词：离心触发；坠落距离；静置滑移；解体中图分类号：TH16 文献标识码: A 文章编号：1001-0785（2018）06-0132-040 引言提升装置在工程机械中应用广泛，其安全性受到多方面的影响。从外因上看，装置长时间在空气中暴露，潮湿、腐蚀等因素会对装置造成较大的侵扰；从内因上看，机械长时运转、磨损严重、超载等因素也是破坏装置安全性的重要原因[1,2]。这些因素可能引起制动力失效、牵引力不足、曳引绳断裂等状况，从而造成施工事故。提升装置的主要安全保护装置是安全锁[3]，安全锁的作用是保证在提升过程中钢丝绳或机械机构突然发生破坏时，能够立即锁紧安全钢丝绳，从而有效防止坠落并保证提升装置中的人员安全[4]。当前我国广泛采用的安全锁类型为摆臂防倾斜式和离心触发式 [5]。摆臂防倾斜式安全锁的工作原理为，当工作绳出现断裂现象或吊篮倾斜到规定角度时，安全锁锁绳；离心触发式安全锁的工作原理；当提升机运行速度超过规定极限值时，安全锁锁绳。本文研究为离心触发式安全锁。对于安全锁的探讨，国内外学者已进行了大量的研究，弟玫[6] 等对吊篮安全锁的几何参数和力学问题进行了分析, 指出了安全锁锁紧性能的主要影响因素；李明等[7] 对刚性与柔性两类安全锁的性能与工作方式进行了探讨与研究，得出了其对附着装置强度与抗倾覆稳定性的影响；于世奎[8] 等对锁绳机构进行分析，探讨锁芯和琵琶板的几何参数、安装尺寸等因素对性能的影响。1 离心触发式安全锁检验规则与可靠性理论1.1 检验规则目前国内对安全锁的应用已十分成熟，并广泛应用于建筑施工、风电机组等多项领域，主要作为高处作业提升装置保证人身安全的最后一道措施，因此，安全锁的性能测试、结构参数等必须精确计算。国家对于安全锁性能指标具有严格要求，必须符合国家标准GB19155—2003《高处作业吊篮》的相关要求[9]，其中对离心触发式安全锁的规定主要为：1) 当悬吊平台速度升至锁绳速度时，安全锁可自动锁住安全钢丝绳，同时悬吊平台下滑不得超过200 mm；2) 对安全锁施加静力试验载荷后静置10 min，期间不得出现任何滑移现象；3) 安全锁在锁绳状态下不得自动复位；4) 锁绳速度不得大于30 m/min。1.2 结构可靠性理论我国《建筑结构设计统一标准》[10] 对结构可靠性的定义为：在规定时间、规定条件内，结构能够完成预设功能的能力。建筑机械中通常用安全系数K 来表征可靠性的大小：设S 为截面综合载荷效应，它代表各载荷分量各自效应的总和，设R 为构件截面抗力，则若R 大于S ，即式（1）中时，就认为结构整体性能可靠。2 试验设备与方案2.1 试验设备安全锁型号为LSL30, 钢丝绳直径为Φ 8.3 mm, 离心触发式锁绳方式, 出厂日期为2015 年11 月。图1为本次试验用安全锁。图1 试验用安全锁测试为专用安全锁测试设备，该装置可以对摆臂防倾斜式安全锁和离心触发式安全锁进行测试，可测取角度和坠落距离等参数，其结构外形见图2。图2 安全锁测试装置2.2 安全锁可靠性试验方案试验额定载荷1.9 kN，悬挂平台自重2.1 kN，静力试验载荷6.0 kN。试验一：坠落试验，静力试验载荷下，坠落试验目标次数设定为500 次，每次坠落均需记录坠落距离。试验二：静置滑移试验，坠落试验过程中及解体前，分别在第5 min、10 min、1 h、3 h、12 h、24 h、36 h、48 h 的时间点对安全锁进行静置，观察滑移情况。试验三：解体试验，每试验100 次，安全锁解体，查看内部结构磨损和损坏情况，并作记录。3 试验结果与分析3.1 试验一测试结果分析图3 为500 次坠落试验中记录每次坠落距离的统计结果，各试验中坠落距离均在标准规定范围内, 分别在第6、204、325 次试验中出现了坠落距离极大的情况，在第154、192、310 次试验中出现坠落距离极小的情况。从曲线趋势来看，该安全锁性能较稳定，除去几次极值情况，坠落距离基本介于20 ～ 80 mm 之间。图3 坠落距离测试结果图4 为在安全锁500 次坠落试验中坠落距离平均值的比较情况。除去301 ～ 432 次的试验结果，随着坠落次数的增加，坠落距离平均值逐渐增大，且坠落距离平均值与坠落次数成近似正相关，说明坠落次数对安全锁的制动力及制动距离有较大影响，坠落次数增多，制动力下降，制动距离延长。坠落次数在301 ～ 432 次之间时，坠落距离平均值为51.5 mm，比坠落次数在191 ～ 300次之间时坠落距离小，产生这种情况的原因为在第3 次安全锁解体后的安装过程中，锁内弹簧安装过紧，导致制动距离的缩短及试验结果的误差。图4 坠落距离平均值比较图5 为安全锁500 次试验中坠落距离出现频次分布规律图。从图中可看出，坠落距离频次分布曲线基本呈现正态分布。在第1 ～ 100 次试验中，频次出现最高的坠落距离区间为30 ～ 60 mm，频次和为0.63；在第101 ～ 190次试验中，频次最高的坠落距离区间为40 ～ 70 mm，频次和为0.92；在第191 ～ 300 次试验中，频次最高的坠落距离区间为45 ～ 85 mm，频次和为0.97；在第301 ～ 432 次试验中，频次最高的坠落距离区间为45 ～ 85 mm，频次和为0.98；在第433 ～ 500 次试验中，频次最高的坠落距离区间为50 ～ 95 mm，频次和为1。以上结果表明，随着试验次数的增加，正态分布曲线峰值逐渐向右移动，这也进一步说明了安全锁的制动平均距离随着试验次数的增加逐渐增大。正态分布曲线越来越向平均值靠拢，在区间[μ -3σ ，μ +3σ ] 内与x 轴所围面积越来越大，即概率越来越大，并逐渐趋近于1（μ 为平均值，σ 为标准差）。图5 坠落距离频次分布规律3.2 试验二测试结果分析将安全锁设置在静力试验载荷下，测算在静置5min、10 min、、1 h、3 h、12 h、24 h、36 h、48 h时间后安全锁滑移情况。表1 为静置试验中安全锁滑移距离统计情况。在设置的静置时间下，滑移距离均为0，符合文献[9] 中对静置滑移距离的相关规定，说明该安全锁锁紧后能提供较大的摩擦力，具有较优良的安全性能，可有效地保证施工过程中的安全。3.3 试验三测试结果分析坠落试验每隔100 次对安全锁进行解体，查看内部结构磨损和损坏情况，并做记录。安全锁解体前后如图6 所示。（a）解体前情况（b）解体后情况图6 安全锁解体前后情况试验三中5 次解体前后内部构造与损坏情况记录如下：1）第一次解体 解体前，安全锁结构完好，壳体未发现破损、裂纹；解体后，各零件完好，未发现异常和破损；锁块完好，未见磨损。2）第二次解体 解体前，安全锁结构完好，壳体未发现破损、裂纹；解体后，各零件完好，未发现异常和破损；锁块完好，未见磨损。3）第三次解体 解体前，安全锁结构完好，壳体未发现破损、裂纹；解体后，各零件完好，未发现异常和破损，摆杆有轻微冲击痕迹；锁块完好，轻微磨损。4）第四次解体 解体前，安全锁结构完好，壳体未发现破损、裂纹；解体后，各零件完好，未发现异常和破损，摆杆端部有冲击痕迹；锁块完好，磨损正常。5）第五次解体 解体前，安全锁结构完好，壳体未发现破损、裂纹；解体后，各零件完好，未发现异常和破损，摆杆端部有冲击痕迹；锁块完好，磨损正常。由试验三测试结果可知，在500 次坠落试验过程中，各零件皆完好，未发现异常和破损，关键零件如摆杆、棘轮、锁块磨损正常, 说明该安全锁性能较好，可实现500 次坠落锁紧。以上试验结果说明，该安全锁在500 次坠落试验后，灵敏度在标准范围内，性能保持完好，各次试验结果均符合文献[9] 的相关规定，同时符合文献[10] 中的可靠性指标，说明该安全锁为合格产品。4 结论1）在500 次坠落试验中，每次试验坠落距离均在标准规定范围内，且随着坠落次数的增加，坠落距离平均值逐渐增大。2）坠落距离频次分布曲线呈正态分布，随着试验次数的增加，分布曲线逐渐向平均值靠拢，在区间[μ-3σ ，μ+3σ ] 内与x 轴所围面积越来越大，即概率越来越大，并逐渐趋近于1。3）静置试验中，未发现安全锁滑移现象，滑移距离皆为0，说明该安全锁具有较强的可靠性。4）试验前后安全锁完好，壳体未发现破损、裂纹等，关键零件磨损正常。参考文献[1] 刘卉, 刘剑, 吕洪玉. 吊篮安全锁检测试验台智能测试分析[J]. 起重运输机械, 2007(7):77-79.[2] 刘兰生. 安全锁结构简介[J]. 施工技术, 1986 ( 2 ):25 .[3] 周彩虹. 斜楔机构在施工升降机防坠安全器中的应用与分析[J]. 建筑机械化, 2011( 8 ):73-75 .[4] 罗洪生，刘忠伟，李洪应，等. 楔块式防坠器存在的问题及改进[J]. 建筑机械化, 2009( 7 ):51,52 .[5] 谢贻东.Pro/E 和ADAMS 环境下防坠安全器的性能仿真与优化[J]. 北京建筑工程学院, 2012.[6] 弟玫. 吊篮安全锁结构参数的分析[J]. 建筑机械,1998(4):21-23.[7] 李明, 何微. 防坠落安全锁性能对附着升降脚手架的影响[J]. 建筑机械化, 2000, 21(1):48-50.[8] 于世奎, 李欣业, 罗志强, 等. 高处作业吊篮安全锁的制动性能分析[J]. 河北工业大学学报, 2008, 37(1):43-47.[9] GB 19155-2003 高处作业吊篮[S].[10] 中国建筑科学研究院. 建筑结构设计统一标准[M]. 北京中国建筑工业出版社, 1984.举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章企业单位和事业单位退休人员，养老金差距有多大？四川金融发成绩单 贷款余额同比增长13.7%，高于全国1.2个百分点江西一地宣布：所有个体诊所村卫生室暂停接诊发热病人清洁煤电有了新目标丨煤电转型增效系列报道③花旗：对港铁(0066.HK)发盈警不感意外 料可维持股息政策

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