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基于高空作业安全自动控制系统的设计
发布日期:2017-12-07  来源:工业安全与环保   浏览次数:44
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在高空作业中,传统的安全带,仅仅提供力学拉力,通过一根绳子依靠物理拉力防止高空坠落事故。当绳子发生意外状况断裂时,人的生命安全就会受到威胁,发生重大事故,中国每年因此而发生蜘蛛人事故记录在册的都达到几百甚至上千人。采用传感器技术,利用自动控制安全带结合力学形变和自动控制等技术,能够在事故发生前发出预警信号,并且能够在事故发生时触发保护装置,使整个保护系统更完备,更有效的挽救生命,减少事故的发生。

1 自动控制系统的设计
目前国内外所用的高空作业安全防护装置为高空作业安全带,又称全方位安全带,一般采用橘红色丙纶带加工而成的。全方位安全带是高处作业工人预防坠落伤亡的防¬护用品。由带子、绳子和金属配件组成,总称全方位安全带。它的腰带必须是一整根,金属钩必须有保险装置,常用型号有DWIY,DWIF,TIWIIY,TIIWIIY等。但是安全带受环境,使用期限以及疲劳等多种因素影响,容易发生断裂等意外情况,国内外目前没有对这种情况采取进一步的防护措施。
为了实现意外事故安全自动控制,采用了精度为2.0的应变片以全桥方式贴在金属钩上连接在电路中,通过集成运算放大器进行变化信号的放大,然后将放大信号输出给单片机。当安全绳意外断裂时,作业人处于失重状态,金属块上力的变化导致形变,应变片测量到金属块的形变从而使得单片机接收的电压信号的改变,当变化到某个阀值后,发出指令启动执行部件。系统框图如图1所示。


图1 控制系统流程框图

2 金属钩静力分析
利用ANSYS软件进行应力分析,得到金属钩受力时应变最大的部位即能使应变片最灵敏地感受到应变的部位,在该处贴上应变片,可以使输出信号最理想最精确。应力分析如图2所示。

图2 金属钩应力分析图
从图中可以看出,应变变化最明显的部位在Mx部位,途中的颜色表示应力大小,即对应应变大小。由绿色到红色表示增大的过程,此图是在金属钩两段施加一个750N的拉力所得到的应力云图。以下是推导的理论应变:
设当工人在工作时,金属环所受拉力为F,此时金属环会产生一个应变,由于金属环左右对称且各方向偏转角为0,则由能量法求解有:
单位力偶:
M_0=X_1 (2-1)
由变形协调条件:
δ_1 X_1+∆_1 F=0 (2-2)
式中: δ_1表示挠度、∆_1表示广义位移
由式(3-1)、 (3-2)可得:
 
 
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