安全鞋耐压缩、耐刺穿性能检验装置的研究

引言

    保护足趾安全些与防刺穿是实行生产许可证管理的特种劳动防护用品，为了确保其安全性能指标的可靠，我们按照原劳动部下达的科研任务，成功研制了XY-20型安全鞋耐压缩、耐刺穿性能检验装置。

    1 主要研究内容

    安全鞋耐压缩、耐刺穿性能检验装置的主要研究内容是选择力的传动方式，设计符合鞋形特点的结构，研制满足标准要求的测检装置。具体为以下3个方面：

    1.1 设计依据

    设计依据是原劳动部行业标准LD50-94《保护足趾安全鞋》，国际GB12017-89《防刺穿鞋抗刺穿技术条件及试验方法》，国际标准ISO/DIS8782-1994《劳动保护用品安全防护工作鞋的技术要求与试验方法》。根据我国标准法总则第4条和国务院颁布标准实施条例第4条要求，对国际标准、卫生标准、环境标准和贸易需要的标准应当优先等效、等同采用，本课题遵循这一原则，以ISO/DIS8782-1994中的规定为依据，其具体指标为耐压缩检测仪器的检测范围≥20KN，测量误差不大于±1%，仪器施压速度为（5±2）mm/min;耐刺穿检验仪器的检测范围≥2KN，施压速度为（10±3）mm/min。

    1. 2工作原理

    2. XY-20型压力试验机采用液压传动原理，为台式结构，其工作原理框如图1所示。

    以安全鞋耐压缩试验为例：首先按LD50-94红5.8.3款要求放入试验机工作平台的中心部，根据LD50-94中表1要求按安全鞋类别预置压力检测的KN数，如Aη2型为10KN然后起动电动油泵，工作平台上升，观察压力显示情况，根据压力上升情况对压力上升速度进行微调，当压力达到额定值时，油泵停止升压，并自动起动记时器，时间到打开放油阀，工作平台回归原位，取出试样中的橡皮泥，按标准表1中的要求进行测量，试验过程完毕，

    2.3 主要技术环节

    1.3.1 液压传动系统与工作平台

    经调查比较，得知液压传动相对于机械传动与电气传动具有输出功率大，设备运行平稳，体积小，重量轻，反应快，易于实现无级变速、自动控制与过载保护等优点。同时液压元件已实现标准化，便于液压系统的实际、制造与维护，结合安全鞋耐压缩、耐刺穿试验试样小，受力大的特点，为了确保实验过程总的安全、平稳操作，因此确定本课题耐压缩试验样机采用液压传动系统，其动作程序如图2

    根据安全鞋标准的要求，按照液压系统的设计方法，液压系统的负载分析如下：设液压系统的运动部件总重量G=20000N， 运动部件的静摩擦系数fs=0.1;动摩擦系数fd=0.05,则系统阻力负载为：

     Ff(静摩擦阻力)

     =0.1*2000N=2000N

     Ff（动摩擦阻力）

     =0.05*2000N=1000N

    已知耐压试验的最大工作负载Ft为20KN，设系统机械效率ηm为0.9，则可得：

     液压系统启动负载

     F=Ffs/ηm≈222N

     液压系统快进负载

     F=Ffd/ηm≈111N

     液压系统最大工作负载

     F=(Ft+Ffd)/ ηm

     =(20000+100)/0.9

     =22333N

    据此可得液压系统负载如图3所示

    由安全鞋标准要求可知液压系统的运动速度如图4

    根据负载可查表选取执行元件的工作压力，并由负载大小，工作压力及运动速度，参照《液压工程手册》中的推荐数值选出液压系统的主要元件参数，经综合整理确定试验机液压传动系统。

    根据安全鞋的试样特点，液压机的行程定为40mm，上下块距离120mm,支柱距离140mm.

    1.3.2 测量方法与自动控制

    本试验机的测量方法没有用简单的压力表示方式，因为液压系统长用的”Mpa”表不能直观地指示安全鞋标准所规定的压力数值，因此，本试验机采用电子测量与控制电路，其核心部件就是BHT-4型电阻应变式测力传感器，其外型为圆柱体，具有较高的结构强度，抗振和抗冲击稳定性，安装于液压机工作平台的上块内。传感器信号经放大器处理后，通过A/D转换直接从LED显示器上读出，同时将处理后的标准信号送电压比较电路，与每次试验设定的标准压力值相比较，如果测量信号与设定信号相等，则比较器输出驱动信号并通过驱动继电气控制 液压系统的工作状态，压力测量与比较电路的原理框图见图5

    防刺穿鞋的刺穿报警电路见土6。图6中a框内为标准规定的试样夹持器，其结构见图7。

    当刺钉穿透试样，上电极接触到下电极，则电路接通，发出警报。如果在规定压力下，未能穿透则不报警。

    压力试验机的电气控制如图8。

    图8中为防止误动作造成液压系统故障或事故，采用了自动开关与手动开关串联联锁控制的方法。只有在安装试样，检查好接线与阀门状态，按下允许加压的通电按扭后，方能启动加压试验。从而使系统的安全可靠性大为提高。因为在由独立分支组成的“与”操作系统中，系统误动作发生的概率是各分支误动作发生概率的乘积。假如上述串联联锁的两部分发生误动作的概率各为0.01，则整个控制系统发生误动作仅为0.01*0.01，即由100次出现一次误动作提高到1万次才会出现一次。从安全工效学的角度来说，这是非常必要的。

    2 结论

    安全些耐压缩，耐刺穿性能检验装置依据LD50-94和GB12017-98两项标准对安全鞋耐压缩与抗刺穿的规定，按ISO/DIS8782-1994对两项指标测试设备的要求，采用液压传动与数显测控制装置相结合的技术途径，实现压力检测，有效控制与刺穿报警功能。经计量检验符合标准规定要求，并通过了国家经贸委安全生产局组织的专家鉴定。