缓冲型速差自控器的研究与开发

马 恒， 李向军， 李周选， 严明安，高义波

（1.浙江华电器材检测研究所 浙江省高处作业防护技术重点实验室，杭州 310015；2.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江 金华 321017）

缓冲型速差自控器的研究与开发

马 恒1， 李向军2， 李周选1， 严明安2，高义波1

（1.浙江华电器材检测研究所 浙江省高处作业防护技术重点实验室，杭州 310015；2.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江 金华 321017）

介绍了一款缓冲型速差防坠器的研究与开发过程，包括整机设计与关键零部件的选择和性能测试要求等内容，开发完成的缓冲型速差自控器通过摩擦片的摩擦缓冲作用，可以减少坠落过程中人

缓冲型；速差自控器；高处作业；防护

0 引言

自控器是防止高处作业坠落伤亡事故发生的重要防护用具。根据使用场合不同，分为速差自控器、导轨自控器、绳索自控器[1]。而速差自控器对使用场合要求较低，因此应用最为广泛，市场使用率约占所有自控器的80%[2]。在检测工作中发现，速差自控器虽然能很好地防止作业人员坠落致死事故的发生，但在整个坠落过程及坠落锁止过程中，止坠机构动作突然，坠落人员仍可能承受坠落高度产生的坠落冲击力，且当坠落冲击力大于一定值时，将会对人体产生致残伤害。

GB 24544-2009《坠落防护速差自控器》中要求，速差自控器动态冲击性能应小于等于6 kN。但从对市场的调研和抽检情况来看，90%以上速差自控器的动态冲击力大于国标规定的6kN，安全现状令人担忧[3]。因此研发了一种缓冲型速差自控器，能有效减少坠落过程中对人体的冲击力，减轻人体受到的直接伤害。

1 设计与实现

速差自控器用于人员高空作业防止意外坠落，即使意外坠落也能在限定距离内快速制动锁定坠落人员，保障人员的生命安全。密封的铝合金外壳防坠器，因速度的变化引起自控，通过抗棘齿双盘式制动系统，有效控制人体失控下坠，作业时可随意拉出绳索使用。在正常上下（小于2 m/s）情况下不影响正常作业[4]。

速差自控器利用转轮的速度差自动控制，“高挂低用”[5]。工作时，防坠器上端防脱挂钩挂在工作点上方的结构架上，下端防脱挂钩挂在工作人员的安全带上，当钢丝绳下坠速度超过1 m/s时，转轮带动制动齿动作，将转轮制动，钢丝绳被止住，工作人员即不会坠落。排除危险后，解除钢丝绳受力，在弹簧的作用下，转轮反向转动将制动齿复位，释放转轮，防坠器又恢复正常工作状态。工作原理见图1。

图1 速差自控器典型结构和主要部件

研究在速差自控器内部增加一个缓冲装置，当人员坠落产生速度差，抗棘齿双盘式制动系统动作有效阻止人员失控下坠时，缓冲装置将同时发生动作，给予人体一定的缓冲作用，减少抗棘齿双盘式制动系统对人体的突然制动伤害。

2 整机构成与关键零部件选择

G-J型速差自控器采用摩擦缓冲式速差止坠机构，由壳体、支架、转动盘、钢丝绳、止转齿、卷簧、内齿盘、摩擦片和带有防坠指示器的挂钩等构成。如图2所示，转动盘连接于支架上，钢丝绳卷绕在转盘上，且钢丝绳末端露出壳体并连接有挂钩，转动盘上铰接1对止转齿，这2个止转齿通过弹簧弹性收拢，和止转齿对应配合的内齿盘则固定在支架上，且内齿盘的一端面垫有摩擦片，构成摩擦缓冲式速差止坠机构。

G-J型速差自控器的基本动作原理是：利用物体下坠速度差自行控制、“高挂低用”原理设计。正常使用时，钢丝绳随人体自由伸缩（在防坠器内卷簧的作用下，钢丝绳可以自由伸缩），万一失足坠落，钢丝绳拉出速度突然加快，自控器内锁止机构止转齿由于惯性作用产生离心力，卡住齿盘，使齿盘慢慢转动，直至停止（类似汽车刹车系统），起到缓冲的目的，使冲击力减少到最小，不伤及作业者。

3 产品结构特点

G-J型速差自控器的摩擦缓冲式速差止坠机构具有以下特点：

（1）坠落具有自控缓冲功能，缓冲性能优异，冲击力小。

在下坠过程中，止转齿受离心力甩开并卡住内齿盘时，内齿盘会缓慢转动并摩擦停止，不会瞬间立刻锁止，有一个缓冲阶段，减少止坠冲击力，防止人员过快移动被突然拉住导致受伤，提高了安全性。

（2）确保作业安全，防止防坠器使用失效。

为确定作业安全，标准要求自控器在继续或重新使用时，必须检查止坠部分是否能正常工作，为此，自控器设置有下坠指示器，自控器若经历坠落后，指示器显示红色，使用者可以从外部清晰地判别自控器是否被冲击过，以避免使用已失效的自控器，保证作业绝对安全。

（3）缓冲机构性能稳定，质量可靠。

缓冲机构中采用了高强度耐摩擦的摩擦片，并且采用碟型垫片来压齿盘，保证缓冲机构性能稳定。

（4）作业时无噪音。

由于与转盘上铰接的2个止转齿是通过弹簧弹性收拢的，克服了现有同类产品在卷收钢丝绳时棘轮一直在敲打棘爪的端部而发出“哒哒”的噪音。

图2 G-J型速差自控器产品结构

4 整机性能测试及评估

4.1 静态性能测试

将速差自控器安全绳完全拉出，并用夹子夹住以避免缩回，距速差自控器1.0 m处将安全绳缠绕在卷盘上；在速差自控器顶端与安全绳末端之间施加测试力，并确保自锁功能不启动；加载12 kN测试力，拉伸速率不超过30 mm/min；保持5 min，无任何元件破裂和断裂，连接器未打开，未出现运动机构卡死等使导致差自控器失效的情况。

4.2 动态性能测试

动态性能测试示例如图3所示。

图3 动态性能测试

将速差自控器安全绳全部收回，安装在试验架上；将安全绳拉出600 mm，夹住避免缩回，将100 kg测试重物挂在安全绳末端；将测试重物提升600 mm，距挂点水平距离不超过300 mm；释放测试重物，测量并记录力值和距离H；测试重物静止后，观察试样情况，测试结果如表1所示。

表1 缓冲型速差自控器动态性能测试结果

坠落试验后，速差自控器能自锁，冲击力不大于6.0 kN；坠落距离不大于2.0 m；无任何元件破裂和断裂；连接器未打开，未出现运动机构卡死等使速差自控器失效的情况，指示器正常工作。

4.3 收缩性能测试

安装好速差自控器，将速差自控器安全绳全部收回，再将速差自控器安全绳全部拉出，然后使其在受控状态下完全收回。重复25次，速差自控器在此过程中均能自如地收回全部长度。

4.4 自锁可靠性测试

将速差自控器安装在工作面上方约2.5 m处，确保速差自控器安全绳完全回收；将5 kg测试重物挂在外部端点上，使测试重物下落，速差自控器未锁止测试重物；每次增加测试重物重量1 kg，当测试重物达到8 kg时，速差自控器成功锁止测试重物。

将8 kg测试重物连在速差自控器安全绳末端；将速差自控器安全绳拉出1 m，测试重物距挂点水平距离不超过300 mm；释放测试重物；重复上述步骤1 000次，自控器能正常锁止。

5 结语

缓冲型速差自控器通过改变原有速差自控器的结构，增加了摩擦片进行缓冲处理，使坠落过程中的冲击力小于2 kN，坠落距离小于1 m。缓冲型速差自控器的研制贯彻人性化的设计理念，确保高处作业时人的安全性、人的舒服性、产品质量的可靠性，有助于减少高处作业坠落伤害事故、甚至死亡事故的发生，可有效减少电网企业的直接经济损失。

[1]GB 24544-2009坠落防护速差自控器[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]余虹云，李瑞.电力高处作业防坠落技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]赵金娜，郭进平，侯东升，等.基于AHP的高处坠落事故脆性分析[J].中国安全生产科学技术，2009，5（5）∶204 -208.

[4]国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程变电部分[M].北京：中国电力出版社，2009.

（本文编辑：徐 晗）

Research and Development of Buffered Speed Automatic Controller

MA Heng1，LI Xiangjun2，LI Zhouxuan1，YAN Anming2，GAO Yibo1
（1.Key Laboratory for Protection Technology of High-Rise Operation，Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute，Hangzhou 310015，China；2.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China）

The paper introduces the research and development of a buffered speed automatic controller，including complete machine design，key parts selection，performance test and so forth.By friction buffering of the friction plate，the buffered speed automatic controller can reduce impact force of human body during falling down.

buffered；speed automatic controller；work at heights；protection

国网浙江省电力公司科技项目（5211JH1400W9）

X946

B

1007-1881（2016）11-0031-03

2016-07-04

马 恒（1988），男，工程师，从事高处作业器具匹配性与坠落创伤关系研究工作。

体受到的冲击力。