陳良波,張水參,盧世偉

（ 泉州理工職業(yè)學(xué)院，福建 泉州 362268 ）

0 引言

隨著我國大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，建筑工程行業(yè)成為事故及風(fēng)險較高的行業(yè)，政府對于建筑行業(yè)安全問題極為重視，制定了“預(yù)防為主、安全第一、綜合治理”的安全工作方針。安全防護(hù)帽是最為基礎(chǔ)的安全設(shè)備之一，本文針對其撞擊體驗設(shè)備，從機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計方面入手進(jìn)行改進(jìn)，以真實模擬安全事故發(fā)生時的人體感受，借此提高行業(yè)從業(yè)人員的安全隱患意識和風(fēng)險防范意識。

1 現(xiàn)有技術(shù)

根據(jù)對國家知識產(chǎn)權(quán)數(shù)據(jù)庫的專利查詢，目前國內(nèi)僅有一種施工工地安全帽撞擊安全體驗設(shè)備的制造方法的專利，其包括箱體、箱體內(nèi)部氣缸、升降機(jī)構(gòu)以及墜落打擊棒等。該專利方法中需由空壓機(jī)提供動力，采用軸承在導(dǎo)軌上實現(xiàn)升降。

另外，根據(jù)福建安坪建材科技有限公司提供的安全帽撞擊體驗裝置以及一些展會上展示的產(chǎn)品，可知目前市場主流安全帽撞擊體驗裝置的結(jié)構(gòu)見圖1，實物見如圖2。

圖1 結(jié)構(gòu)原理

圖2 安全帽撞擊體驗裝置實物

如圖所述，撞擊裝置在箱體內(nèi)設(shè)置電動推桿、升降機(jī)構(gòu)和墜落打擊棒，電動推桿運動時頂升升降機(jī)構(gòu)，在垂直安裝的導(dǎo)軌導(dǎo)向作用下，升降機(jī)構(gòu)與墜落打擊棒脫離接觸，此時，墜落打擊棒墜落，打擊測試安全帽，從而模擬安全事故發(fā)生時人體的感受。就該套裝置的原理來看，安全性能高，有效性強(qiáng)，但是存在設(shè)備故障率高、維護(hù)成本高、利潤率低等問題。設(shè)備故障主要集中表現(xiàn)在：

1）導(dǎo)軌生銹

該裝置為文明施工、安全施工的體驗裝置，按要求均被放置在戶外工地上，施工場所較惡劣的環(huán)境易引發(fā)導(dǎo)軌生銹，即便在導(dǎo)軌材質(zhì)上選用不銹鋼拉條，在我國大部分沿海地區(qū)的工地仍無法擺脫生銹現(xiàn)象。

2）軸承損壞

升降機(jī)構(gòu)的墜落帶來垂直方向的沖擊，墜落打擊棒撞擊安全帽后對軸承產(chǎn)生徑向沖擊，受此影響，滾動體易碎裂從而損壞軸承。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，原方案軸承壽命僅在2 000次左右。

3）電機(jī)燒毀。

受導(dǎo)軌生銹、軸承損壞等因素困擾，升降機(jī)構(gòu)上升困難，易發(fā)卡死現(xiàn)象，電機(jī)易燒毀。

2 改進(jìn)方案

為克服原裝置技術(shù)不足，讓更多的從業(yè)者親身體驗建筑生產(chǎn)活動中安全帽的重要性，同時考慮結(jié)構(gòu)簡單，安全性高，節(jié)約制造商采購成本與維護(hù)成本，改進(jìn)方案從機(jī)械部分和電控部分入手。

2.1 機(jī)械部分

裝置中的沖擊力導(dǎo)致軸承損壞，目前難以通過改進(jìn)軸承來提高可靠性，因此，決定取消軸承，改用45拉條外套聚四氟乙烯管組成導(dǎo)軌，升降機(jī)構(gòu)也通過聚四氟乙烯管與導(dǎo)軌相對運動，實物圖見圖3。聚四氟乙烯管可在－60℃～+260℃內(nèi)正常使用，具有可靠優(yōu)良的耐腐蝕性和自潤滑效果，實驗表明，采用具有防腐蝕功能的聚四氟乙烯管作為輕型導(dǎo)軌有效降低了故障率。

圖3 聚四氟乙烯導(dǎo)軌實物

2.2 電氣部分

電氣控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)控制。初態(tài)檢查時，電機(jī)反轉(zhuǎn)，繼電器有反轉(zhuǎn)信號，當(dāng)下限位有信號時，電機(jī)停止；上升按鈕啟動后，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電動推桿推著滑塊上升至上限位行程開關(guān)，滑塊被電磁鎖扣住，實現(xiàn)延時。當(dāng)延時時間到達(dá)，電機(jī)反轉(zhuǎn)，直至下限位。按下測試按鈕，電磁鎖松，滑塊自由落體運動，敲擊棒完成敲擊以達(dá)到模擬安全防護(hù)帽被砸效果。

1）PLC選擇

此控制系統(tǒng)僅有簡單的開關(guān)量控制，無模擬量的輸入或輸出，對系統(tǒng)的響應(yīng)時間也無特殊要求。時間繼電器定時固定，小型PLC即可滿足要求。因系統(tǒng)需要10個輸入點和7個輸出點，可選用三菱公司的整體式小型PLCF1-20 M，具有12個輸入點和8個輸出點，完全滿足要求。

2）設(shè)計過流保護(hù)電路，防止電機(jī)燒毀

電機(jī)卡住或控制信號導(dǎo)致電機(jī)長時間過流運轉(zhuǎn)可引發(fā)電機(jī)燒毀。通過取消軸承、采用新導(dǎo)軌等手段可避免電機(jī)被卡現(xiàn)象。在電路設(shè)計上，設(shè)計過流保護(hù)模塊（見圖4）在異常狀態(tài)下保護(hù)電機(jī)，待異常排除后，控制系統(tǒng)重啟，電機(jī)恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

圖4 過流保護(hù)模塊電路

2.3 試制應(yīng)用

改進(jìn)方案中的機(jī)械部分可通過鈑金、機(jī)加工以及采購標(biāo)準(zhǔn)件等組裝而成，聚四氟乙烯管也可通過簡單渠道購買；電控部分可采用成熟的單片機(jī)控制和PLC工控板控制，適應(yīng)范圍和安全性獲得保障；樣機(jī)經(jīng)過無故障運行次數(shù)明顯增多，有利于降低制造商成本。經(jīng)測試，無故障運行次數(shù)可在20 000次以上，遠(yuǎn)高于原方案。

3 結(jié)語

綜上，通過對福建省安坪科技有限公司原安全防護(hù)帽撞擊體驗裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析、電氣控制系統(tǒng)分析，找出經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因?；诖耍瑥陌踩雷o(hù)帽撞擊檢驗裝置的導(dǎo)軌和滑塊等機(jī)械部分進(jìn)行改進(jìn)，通過增加聚四氟乙烯管防止導(dǎo)軌生銹，通過管與管的自潤滑摩擦取消軸承，以及對滑動部分進(jìn)行配重等，較好地解決導(dǎo)軌生銹與電機(jī)卡死現(xiàn)象；另一方面，設(shè)計過流檢測電路，提升電機(jī)壽命。最后，通過機(jī)械部分和電氣部分的改進(jìn)，使整個裝置壽命大幅度的提高，得到企業(yè)的認(rèn)可與應(yīng)用。