一种高处作业智能安全装置的制作方法

本发明属于坠落防护，具体涉及一种高处作业智能安全装置，尤其涉及一种可在依附物发生意外坠落时自动切断载荷路径的高处作业智能安全装置。

背景技术：

1、高处作业广泛应用于电力、通讯、建筑、航空航天、设备安装检修等领域。作业人员在高空作业过程中，通常需要借助安全带、安全绳、速差保护器等装备防止自身失足坠落。现有防坠体系大多围绕“作业人员—锚固点”这一基本防护路径展开，其核心思路是在作业人员发生坠落时通过高强度连接、锁止或缓冲装置限制坠落距离，从而降低人员伤害风险。

2、然而，在部分高处作业场景中，作业人员并非仅与固定锚固点连接，还可能与作业平台、绝缘子串、工装器具、临时支撑结构等依附物存在连接关系。当这些依附物因连接失效、部件断裂、误操作或外部冲击发生意外坠落时，坠落物体会通过连接装置向作业人员传递瞬时冲击载荷。此时，传统安全带和安全绳虽然能够承受一定拉力，但无法主动切断由依附结构坠落引发的危险载荷路径，作业人员仍可能被拖拽离开预设位置（坠落），或承受超出人体安全耐受范围的冲击载荷。

3、现有技术中，也出现了一些带传感、控制或智能监测功能的防坠装置。例如，部分方案通过加速度传感器、倾角传感器、压力传感器或电子控制单元监测坠落状态，并触发机械锁止、制动或报警功能。这类装置虽然在一定程度上提高了监测和响应能力，但仍存在若干局限性：首先，电子传感类装置依赖电池、电路和控制程序，在低温、高温、潮湿、强电磁、高空长期静置等工况下，可靠性可能受到影响；其次，智能防坠装置通常结构复杂、成本较高，维护和校验难度较大，难以大规模普及；再次，现有智能防坠方案多数仍聚焦于“防止人员坠落”或“监测人员坠落”，并未专门针对“依附物失效后与作业人员之间的危险连接如何主动断开”这一问题形成有效结构解决方案。

4、此外，传统安全带、安全绳和卸扣等连接件的设计目标通常是保证足够的连接强度，避免在坠落过程中发生断裂。这种高强度设计在人员自身坠落场景中具有必要性，但在依附结构坠落场景中，高强度连接反而可能使坠落结构的冲击能量直接传递至作业人员，造成安全带过载、织带损伤、人体冲击伤害，甚至二次坠落风险。因此，现有防坠体系在“人员到依附物”这一特定连接路径上仍存在防护盲区。

5、综上，现有高处作业防护技术主要存在三类不足：一是行业层面缺乏针对依附物意外坠落的专用防护装置；二是传统高强度连接件无法在危险载荷出现时主动切断连接路径；三是电子智能类防坠装置在复杂工况下的可靠性、成本和维护性仍存在局限。因此，有必要开发一种结构简单、触发可靠、无需外部能源、能够在依附物坠落时自动断开作业人员与依附结构之间连接的安全装置。

6、需要特别说明的是，上述技术信息的分析是创造性劳动成果，将其在背景技术部分进行详细说明，仅仅旨在加深本领域技术人员对本技术总体背景技术非显而易见性的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示上述技术信息已构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种高处作业智能安全装置，用以解决高处作业中依附物意外坠落时易拖拽作业人员或向作业人员传递超额冲击载荷、现有防坠体系缺乏针对性。

2、防护的技术问题，同时实现结构简单、触发可靠、免维护、环境适应性强的效果。

3、本发明的技术方案为：

4、一方面本发明提供了一种高处作业智能安全装置，包括智能承力环、第一连接组件和第二连接组件。智能承力环为具有预设额定断裂载荷的闭环承力结构；第一连接组件设置于智能承力环的一侧，用于连接安全绳下端的系带组件的d型环处的安全绳下钩；第二连接组件设置于智能承力环的另一侧，用于连接依附物；当第一连接组件与第二连接组件之间的拉力达到或超过额定断裂载荷时，智能承力环发生断裂，解除第一连接组件与第二连接组件之间的承力连接。

5、本技术方案的基本工作原理是：在正常作业状态下，智能承力环保持完整，作业人员与依附物之间通过本装置形成可靠连接，可满足定位、辅助固定、随动约束等使用需求；当依附物发生意外坠落并产生向下冲击拉力时，若拉力超过预设额定断裂载荷，智能承力环优先发生断裂，使作业人员与坠落依附结构之间的承力连接被切断。此时，作业人员不再受到坠落结构的持续拖拽，其安全防护主要由独立的安全绳系统承担，从而降低被连带坠落或承受超额冲击的风险。

6、关于采用环状受拉破坏形式的设计原因：环的破坏载荷记为p，对于同一材料，不同的破坏形式对应不同的截面积需求；为了较为精准地确定p值，截面面积k即为p值的控制值。本发明优化后选用环状材料受拉破坏形式，通过较大的环形截面面积实现对破断力的精准控制，使断裂载荷的离散性更小、批量一致性更高。

7、本技术方案的有益效果主要体现在以下几个方面：

8、第一，填补了现有防坠体系中“依附物坠落防护”的空白。本装置专门设置在作业人员与依附物之间，能够在依附物失效时主动断开危险连接，使坠落结构不再将作业人员一同拖拽。

9、第二，采用纯机械断裂触发方式，不依赖电子传感器、电池、控制程序或外部能源，结构简单，可靠性高，适用于电力、建筑、航空航天、户外高空、强电磁干扰等复杂工况。

10、第三，智能承力环可通过材料选型、截面形状和尺寸参数精确控制额定断裂载荷，使装置在正常使用工况下保持连接可靠性，同时在危险载荷出现时及时断开，兼顾安全性和使用性。

11、第四，本装置可与现有安全带、安全绳、d型环、卸扣等标准坠落防护装备配合使用，无需对现有防护体系进行大幅改造，具备较好的兼容性和推广价值。

12、进一步地，智能承力环采用矩形截面的一体式环形结构。矩形截面结构有利于在拉伸载荷作用下形成较为明确的应力分布，便于通过截面高度、宽度和圆角参数控制断裂载荷。与复杂异形截面相比，矩形截面加工难度较低，尺寸控制相对稳定，有利于提高批量生产中断裂阈值的一致性。

13、进一步地，智能承力环采用铝合金材质制成。铝合金材料具有密度低、加工性好、强度适中、断裂行为较稳定的特点。通过选择合适的铝合金牌号和热处理状态，可以使智能承力环在达到设计载荷后发生较为明确的断裂失效，而不是持续塑性变形或突然脆性断裂，有利于提高触发可靠性。

14、进一步地，第一连接组件和第二连接组件均包括不锈钢卸扣，不锈钢卸扣穿设于智能承力环的内孔中，形成对智能承力环的对拉受力结构。采用不锈钢卸扣作为连接组件，拆装方便，连接可靠，能够适应高空作业中的频繁挂载和拆卸需求。可使智能承力环在受力时保持较为自然的受力方向，减少偏载、扭转和局部弯折对断裂载荷判断的影响。

15、进一步地，智能承力环的额定断裂载荷设置为1000n至1100n。该载荷范围能够在正常依附、定位、小幅摆动等工况下保持连接不断裂，同时在依附结构坠落产生明显冲击拉力时及时断开，避免作业人员受到过大冲击。当然，根据不同作业场景和人体防护要求，额定断裂载荷也可选择其他数值范围。

16、进一步地，智能承力环的外径设置为38mm至39mm，内径设置为23mm至25mm，轴向厚度设置为9mm至10mm，未注圆角设置为r0.5mm至r1mm，精度等级设置为it8级。该尺寸范围能够与标准卸扣、连接绳和安全带d型环形成较好的装配适配，同时保证智能承力环具有稳定的承力截面和可重复的断裂性能。通过控制内径、外径、厚度和圆角，可减少应力集中偏差，提高断裂载荷的可控性。

17、进一步地，智能承力环采用3003系铝锰合金半硬态材料制成，其抗拉强度不低于160mpa。3003系铝锰合金具有较好的成形性和中等强度，适合制作对断裂阈值有稳定要求的承力环。半硬态处理可使材料强度保持在较稳定区间，有利于批量生产时断裂载荷的一致性。

18、进一步地，不锈钢卸扣为m5规格304不锈钢卸扣，单只承载力不低于160kg，安全系数不小于4。m5规格卸扣尺寸适中，便于与连接绳、d型环和智能承力环配合使用。304不锈钢具有较好的防锈和耐腐蚀性能，适合户外高空作业环境。较高的承载力和安全系数可保证连接组件自身在正常使用和短时冲击条件下不易失效。

19、进一步地，高处作业智能安全装置还包括安全绳，安全绳的下端与系带组件的d型环连接，第一连接组件和安全绳的下钩在系带组件的d型环处连接。安全绳直径设置为14mm，最小破断力不低于1600kg。该安全绳参数能够满足常规高处作业中的承力需求，与现有安全带体系适配。当智能承力环断开后，安全绳仍可继续承担作业人员的悬挂防护，完全保证坠落保护能力。

20、进一步地，所述高处作业智能安全装置应用于输配电线路杆塔作业、通讯、建筑高处作业、航天器出舱作业、飞机外身的检修作业或运动物体上的人/机器人作业场景。本装置可用于需要在高处与临时依附结构、工装器具、作业平台、绝缘子串、导线或运动部件进行连接的场景，尤其适用于依附结构存在坠落风险且需要及时切断危险载荷路径的作业环境。

21、综上所述，本发明针对现有高处作业防护体系中“依附物结构坠落易拖拽作业人员”的问题，提出了一种全新的安全连接装置。与现有技术相比，本发明具有以下主要优势：

22、首先，本发明改变了传统防坠装置单纯依靠高强度连接和锁止制动的防护思路，通过设置可在预设载荷下断裂的智能承力环，使作业人员与坠落依附结构之间的危险连接能够被主动切断，从而形成“正常连接、危险断开”的失效安全机制。

23、其次，本发明采用纯机械结构实现触发，不依赖电子、电池或控制系统，能够在高温、低温、潮湿、强电磁、长期户外等环境中保持较高可靠性，降低误触发和拒触发风险。

24、再次，本装置结构紧凑、成本较低、安装使用方便，可直接与现有安全带、安全绳、卸扣、d型环等标准装备配合使用，具有较强的工程实用性和推广价值。

25、最后，本发明通过智能承力环、连接组件和安全绳的协同配置，构建了一种新的防护层级：安全绳承担人员坠落防护，本装置承担依附物结构坠落时的载荷路径切断功能，二者相互配合，能够提高复杂高处作业场景下的整体安全性。