轨道车辆高处装配作业中水平安全绳的设计与选用

孙建辉

（长春长客-庞巴迪轨道车辆有限公司，吉林 长春 130062）

1 概述

国家标准GB3608-93《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m 以上（含2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”因此在轨道车辆装配过程中，尤其是车顶、空调等安装作业过程中，存在着大量的高处作业和边缘作业。由于车辆顶部弧形较大，更是容易发生高空坠落的地点，我们应该充分做好高空安全预防措施，减少安全事故的发生。实践中常用两端固定的钢丝绳作为软梁充当水平安全绳，即采用一定规格的钢丝绳，两端固定，中间部分作为挂扣操作人员的安全带使用。所以，有必要根据操作条件的不同来设计和选用符合要求的水平安全绳，并明确和规范水平安全绳的使用条件，以保证施工人员在高处作业发生坠落时得到有效保护。

2 计算的基本假设

2.1 遵循安全带高挂低用原则。因实际操作中，安全带要挂扣在约高出操作平面以上1m 的水平钢丝绳上，安全带有效保护长度为1.5m，而实际冲击距离在1m 以内，冲击力相对较小，所以采用静力计算方法，不考虑冲击力影响；

2.2 由于实际使用的水平钢丝绳两端固定，中间自然垂下，钢丝绳中间最大下垂距离fmax 约为跨距的1/20～1/15[1]，假设钢丝绳自重延跨距均匀分布；

2.3 安全带与钢丝绳接触采用U 形卡环，接触点较圆滑，局部弯曲较小。钢丝绳主要承受轴向张力作用[2]；

2.4 卡环可以在钢丝绳上自由滑动，计算时可以近似认为集中载荷作用点为水平钢丝绳的中点。

3 水平安全绳的力学模型

水平安全绳的张力与载荷的大小、跨距、垂度、钢丝绳的抗拉强度和直径等都有密切关系，只有计算出临时水平生命线的最大张力，才能正确选择安全、合适的钢丝绳。如图1 所示，车间中实际的水平安全绳总跨距为12m，跨距较大，且在实际操作中可能有两人同时使用。为增加水平安全绳的安全性，中间增加了一个支点来固定安全绳，因此在计算中可取水平安全绳跨距L 为6m。

图1 水平安全绳安装示意

计算水平安全绳的张力简图如下。从图2 中可以看出，A、B点为水平安全绳的两端固定点，钢丝绳的自重近似认为沿AB连线均匀分布，钢丝绳在自身重力作用下自然下垂，最大垂度fmax 为（1/15～1/20）L，L 为钢丝绳的跨距，q 为钢丝绳自重引起的均布载荷，Q 为操作人员发生坠落后钢丝绳产生的集中载荷。

图2 水平安全绳力学计算模型

4 实际计算过程

计算中，选则常用的6×19 钢丝绳（钢丝绳公称抗拉强度1400N/mm2，α＝0.85），根据6×19 钢丝绳的主要数据来计算并挑选合适直径规格的钢丝绳；单个人的质量取100kg；最大垂度fmax 取L/20，最终计算结果如表1 所示。

表1 水平安全钢丝绳最大张力计算及选用结果（跨度6m）

即，当1 人操作时，所选用钢丝绳直径至少为9.3mm；当有2 人同时操作时，所选用钢丝绳直径至少为14.0mm。

在实际的水平安全绳的设计和选用过程中，还有使用现有钢丝绳（即直径已确定），按照相应的跨度要求，设计水平安全绳的情形，利用上述分析和公式，可以计算出两个支架之间的最大允许跨距，并增加必要的中间支点。

建议完成的水平安全绳做模拟坠落冲击试验，用以验证其安全性。试验后的钢丝绳必须更换成相同规格的新钢丝绳，具体试验要求请参考第5 章。

5 水平安全绳的测试[4]

根据GB30862-2014《坠落防护挂点装置》中的要求，不同类型的防坠落装置均应进行相应的性能测试，包括但不限于滑移测试、动态性能测试、静态性能测试等。使用单位可根据自身实际情况，参考上述标准要求自行进行测试。下面，简述一下适用于本文中所提的水平安全绳的性能测试要求。

5.1 装配滑移

在1.0kN 的测试负荷下保持1min，各部件的滑动不应大于（10±1）mm。当水平安全绳为多人同时使用时，每增加1 人测试负荷相应增加1.0kN。

5.2 动态性能

将测试绳一端通过可移动挂点连接在水平安全绳上，另一端连接在测试重物上，并将可移动挂点移动到水平安全绳中央，将测试重物吊起至自由下落距离为（1500±50）mm，与挂点水平距离不大于300mm 位置，释放重物。重物不应接触地面，移动挂点不应与水平安全绳脱离，不应出钢丝绳断裂、金属件碎裂、其他固定结构松脱等现象。

5.3 静态性能

在整个水平安全绳装置安装完毕后应对每个结构固定装置在与地面垂直方向上施加6kN 的负荷，并保持15s，整个装置应没有破断即松动。

在水平安全绳下方沿坠落方向施加动态性能测试力峰值2倍的测试负荷，并保持3min，卸载后观察挂点装置，挂点装置应无破断。

6 水平安全绳的设置条件和布置

6.1 通过以上的计算过程可以看出，水平安全绳在使用过程中，受跨距和集中载荷的影响比较大。因此，在设置水平安全绳的时候，如果有必要需在中间增加支架来固定钢丝绳。同时，两端以钢架立柱作为固定点时，钢丝绳与钢架棱角处相接触时应加衬垫，以防钢丝绳的磨损。如果以钢支架连接孔连接时，应采用足够强度的卡环或连接销轴连接。

6.2 每一条水平安全绳要独立设置，不得因为长度不够采用绳卡搭接或相互套挂连接。

6.3 每一条水平安全绳应有明显标识。根据计算载荷，必须明显标明允许同时挂几个人作业，严禁超载荷使用。

6.4 安装水平安全绳时应确保安全的坠落距离，保证人员坠落过程中不接触地面。

6.5 在水平安全绳的实际使用过程中，应制定相应的维护检查规程，定期对水平安全绳的连接和磨损情形进行检查修复及更换，包括检查钢丝绳两端连接处，例如钢支架连接孔、卡环或连接轴销等。

7 结论

以钢丝绳作为临时水平生命线，用于扣、挂安全带，是一种简便的处理方法。虽然经过理论计算，但相比较于成型产品，仍有一些缺陷。为了能在发生意外时保证施工作业人员的安全，除了要对水平安全绳做有效的设计，以保证它的应力在有效抗拉强度范围内，同时更要重视水平全绳的安全管理措施，确保日常检查及保养到位。