曲靖安全锁安全性能的分析与研究

1 安全锁制动原理

国内常见的安全锁，其制动结构是由绳夹一套板组成的平面四杆机构，再加上连杆两端形成双半圆楔形槽机构组合而成。其制动原理是当篮体滑移或坠落时触发机构通过扭簧弹力作用，使四杆机构的双曲柄顺向转动，迫使绳夹夹住钢丝绳形成初始摩擦力，同时篮体继续下移，在双半圆楔形槽作用下使双曲柄继续顺向转动，这种制动过程时间相当短，人们常称它为瞬时式制动，并且，它的转矩大小与篮体荷重呈正比，较终达到绳夹一套板制动篮体坠落的要求。

根据动能定理可知，当坠物坠落时欲将其停止，即垂直制动，主要负载是坠物直线运动的惯性动能和重力功两部分。吊篮在工作过程中发生断绳或下滑时所做的功应该由安全锁的制动动能予以平衡，其中，一部分消耗于反抗重力做功，这部分能量由夹绳机构的外加夹紧力承受；另一部分消耗于初始速度制动动能，这部分能量由夹绳机构构件的材料冲击强度承受。现以800kg的吊篮产品为例，在制动速度12m／min、制动距离100mm以内时采用夹绳式安全锁制动，估算动能／势能大约为l／4，由此可见，安全锁制动机构设计必须按照其不同能量分配的特点，选择机构形式，校验机构强度。

尽管上述观点仅属定性分析，但是其制动现象已被安全锁动力性能试验所证实。在试验中发现，由于绳夹存在热处理缺陷，导致绳夹冲不过3次其凸耳已经断裂，套板半圆严重变形；安全锁夹紧能量足以使一条新的钢丝绳试验7－10次即被拉断，表现出极大的摩擦效应。

2 安全锁试验技术

我们针对安全锁安全性能考核的要求，设计制造了一套思路新颖、结构简单、安全可靠、效率高的试验装置，并对多种安全锁进行了自由坠落、滑移和静力等一系列试验。

2．1自由坠落试验 1）试验目的：模拟吊篮断绳工况下的制动性能。

2）试验装置：主要由试验架、可变动加载的升降试验台、脱钩器、减震器、加速度计和电动葫芦等机构组成。试验架高度为 2 500mm，试验台轮廓尺寸为1100mm X 600mm x 700mm，较大加载重量800kg。

3）试验方法：人工安装安全锁，手控电动葫芦提升试验台，人工控制脱钩器，对安全锁在不同载荷的自由落体工况下做制动试验，同时利用加速度计记录试验曲线。

2．2滑移试验 1）试验目的：模拟提升机工作过程中机器失灵下滑时的制动性能。

2）试验装置：主要由试验架、可变动加载的升降篮体、提升机、发讯器、工作滑轮和电控箱等机构组成。试验架高度为 2 500m，篮体轮廓尺寸为700mm g 600mm x 450mm，加载重量较大为 800kg。

3）试验方法：人工安装安全锁，电控提升机提升篮体，改变制动下滑速度，在速度发讯器包括离心甩块或电控的监控下触发安全锁制动。

4）试验指标：制动距离、制动速度。

2．3静力试验 1）试验目的：模拟安全锁静态锁住吊篮的制动性能。

2）试验装置：同2．2。

3）试验方法：将篮体手动锁住在安全绳上，在篮体加载工况下吊挂48小时。

4）试验指标：滑移量、夹紧弹簧刚度。

3 影响安全锁安全性能的因素

目前国内常用的安全锁有离心甩块夹绳式和摆臂夹绳式两种，它们的夹绳机构基本相同，区别于触发机构有所不同，因此，对他们的安全性能影响因素分析可归纳为以下几点： 1）夹绳构件的冲击强度对确保安全锁的安全性至关重要，为此必须严格控制其材料和热处理工艺。

2）触发机构灵敏性（包括速度或角度触发）会影响安全锁制动距离长短。制动距离越短，冲击力越大，甚至造成机构的破坏；制动距离过长，则不符合安全标准要求。为此，建议将通过安全锁锁定机构较佳反应时间相对应的制动距离值作为评价安全锁允许的安全下滑指标。

3）由于夹绳式安全锁多采用松夹时夹紧弹簧处于储能弹力的方式，因此工作过程中多数时间弹簧处于压缩或扭转变形状态，若其刚度下降，即长时间压缩后弹簧力值下降，将导致夹紧力失效。

4）由于安全锁在露天工地中使用，则使其在制动力中的摩擦系数不稳定，从而导致安全锁制动力发生变化，为此必须对安全锁实行安全性定期标定制度。

5）这种安全锁操作不够方便，会间接导致人为不安全因素。如由于锁紧后难以打开或者安全镇过于灵敏而影响施工操作，导致操作人员放弃使用安全锁。

总之，为保证安全锁的安全性能，除优化机构设计和改善机构刚度外，还由于许多影响因素存在随机性，在考核安全锁性能时应该十分重视安全锁的动力试验。

4 提高安全锁安全性能的途径

1）选用合理的夹绳机构以满足冲击强度要求。根据对2种夹绳机构的对比坠落试验发现，采用模块夹绳机构比绳夹一套板结构较为优越。同样经过5次坠落试验，楔块夹绳机构解体检查，无明显变形和磨损，但是在绳夹一套板机构中出现绳夹凸耳断裂。究其原因首先在于这种结构如不严格控制其制造精度和热处理要求，在绳夹凸耳处极易产生应力集中；其次是楔块夹绳机构改变了应力承载状态，使绳夹凸耳受到的剪切应力变为锁芯挤压应力，而且扩大了锁芯承载面积，相当于增加了锁芯夹绳机构的冲击强度。

2）控制夹绳弹簧刚度，要求在夹紧位置时弹簧力值与锁芯自重呈某种比例，以使夹绳机构方面满足安全锁卸载后不会自动松夹的目的；另一方面采用少量冲击力，又能松开锁芯。夹绳弹簧刚度的大小可通过安全锁静力试验获得。

3）触发机构合理选型。尽管不同的物理量触发会有不同的触发机构，但是对于触发机构的总要求应该是满足事故触发所需的灵敏限（使触发器的响应产生一个可觉察变化的较小激励变化值），由此可见，评价触发机构的灵敏限成为安全锁安全质量指标之一。

4）安全锁总体设计除要求结构简单外，在露天工地和恶劣气候等环境条件下还要求夹绳机构可靠、复位机构灵活到位，达到安全锁安全使用的目的。

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