Zadanie nr 03.5: Opracowanie metodyki badań dla potrzeb szacowania dopuszczalnego okresu użytkowania uprzęży chroniących przed upadkiem z wysokości

Kierownik zadania: dr inż. Krzysztof Baszczyński

Okres realizacji: 01.01.2006 - 31.12.2007

Uprzęże takie jak np. szelki bezpieczeństwa, pasy do nadawania pozycji w podparciu, szelki biodrowe są jednym z podstawowych składników indywidualnych systemów chroniących przed upadkiem z wysokości. W zależności od rodzaju uprzęży pełnią one różne odpowiedzialne funkcje w systemach ochronnych np. powstrzymują spadanie człowieka w awaryjnej sytuacji, łagodzą skutki powstrzymywania spadania przez rozłożenie działających sił dynamicznych na odpowiednie części ciała użytkownika, nadają odpowiednią pozycję podczas powstrzymywania spadania oraz w czasie oczekiwania na pomoc. Ze względu na obniżanie poziomu parametrów ochronnych w cza-sie eksploatacji sprzętu, np. na skutek oddziaływania warunków atmosferycznych, konieczne jest przewidywanie okresu użytkowania uprzęży. Problem przygotowania odpowiedniej metody badawczej pozwalającej na szacowanie dopuszczalnego okresu użytkowania uprzęży chroniących przed upadkiem z wysokości był głównym celem podjętego zadania.
W ramach zadania przeprowadzono badania parametrów ochronnych uprzęży chroniących przed upadkiem z wysokości, które użytkowano na różnych stanowiskach pracy przez okres od kilku do kilkunastu lat. Dzięki nim ustalono, że najczęstszymi przyczynami dyskwalifikacji były: uszkodzenia szwów łączących odcinki taśm włókienniczych, przecięcie taśm włókienniczych przez klamry zaczepowe lub regulacyjno-spinające i zerwanie klamer regulacyjno-spinających. Ustalono, że długość okresu użytkowania szelek miała istotny wpływ na utratę parametrów ochronnych.
Badania wykazały również, że nieużywane uprzęże, wyprodukowane kilkanaście lat temu i przechowywane w warunkach zalecanych przez producenta nie straciły w tym okresie swoich parametrów ochronnych.
Na podstawie analizy literatury oraz własnych badań laboratoryjnych określono czynniki wy-stępujące w środowisku pracy, które powodują utratę parametrów ochronnych uprzęży. Spośród takich czynników jak: promieniowanie słoneczne, zmienne temperatury oraz wilgoć, uszkodzenia mechaniczne typu przecięcie i przetarcie, zanieczyszczenia pyłowe najbardziej istotnym i nie przypadkowym czynnikiem w procesie degradacji uprzęży wykonanych z taśm włókienniczych jest promieniowanie słoneczne.
W konsekwencji tego opracowano metodę przyspieszonego starzenia elementów włókienniczych uprzęży opierającą się na naświetlaniu za pomocą urządzenia z lampą XBO-450W/4. W wyniku przeprowadzonych badań ustalono przelicznik między czasem naświetlania za pomocą urządzenia i czasem użytkowania uprzęży. Przykład obniżenia wytrzymałości taśm włókienniczych pod wpływem naświetlania przedstawiono na rys.1.
Wykorzystując wyniki badań uprzęży fabrycznie nowych i wycofanych z użytkowania opracowano metodę badawczą pozwalającą na szacowanie dopuszczalnego maksymalnego okresu użytkowania opierającą się na badaniu odporności na obciążenie statyczne próbek taśm i kompletnych uprzęży, których najsłabsze węzły konstrukcyjne poddano przyspieszonemu starzeniu wywołanemu naświetlaniem za pomocą lampy ksenonowej typ XBO-450W/4.
W celu sprawdzenia metody przeprowadzono badania taśm włókienniczych oraz sześciu najbardziej popularnych typów szelek bezpieczeństwa produkowanych w Polsce. Uzyskane wyniki potwierdziły poprawność opracowanej koncepcji metody badawczej, a także dostarczyły informacji wskazujących na najsłabsze węzły przebadanego sprzętu, które decydują o utracie jego parametrów ochronnych.
Przygotowana metoda badań jest przeznaczona głównie do określania okresu użytkowania nowych uprzęży to znaczy takich, w których: zastosowano taśmy włókiennicze, nici do szycia i elementy z tworzyw sztucznych o nieznanych własnościach charakteryzujących przebieg starzenia lub wprowadzono nowe rozwiązania konstrukcyjne zmieniające rozkład sił podczas powstrzymywania spadania z wysokości.

Rys. 1. Wyniki badań wytrzymałościowych taśm włókienniczych stosowanych w sprzęcie chroniącym przed upadkiem z wysokości poddanych naświetlaniu za pomocą urządzenia z lampą XBO-450W/4.

Zadanie nr 03.6: Opracowanie metod badań i kryteriów oceny własności

Kierownik zadania: dr inż. Krzysztof Baszczyński

Okres realizacji: 01.01.2005  -  31.10.2007

Analizując konstrukcję indywidualnych systemów chroniących przed upadkiem z wysokości można stwierdzić, że większość ich składników zawiera części metalowe. Z tego powodu korozja jest poważnym czynnikiem wywołującym utratę parametrów ochronnych tego sprzętu. Przeprowadzona ocena stanu technicznego sprzętu wycofanego z użytkowania wskazywała, że w specyficznych warunkach agresywnych środowisk sprzęt chroniący przed upadkiem z wysokości bardzo szybko tracił swe parametry ochronne pomimo spełnienia wymagań sprecyzowanych w normach EN, stanowiących podstawę oceny zgodności z dyrektywą 89/686/EWG. Przykładem zaobserwowanych warunków, w których bardzo szybko postępowały procesy korozyjne jest dla urządzeń samohamownych  środowisko morskie, a dla urządzeń samozaciskowych ze sztywnymi prowadnicami środowisko z dużą ilością zanieczyszczeń przemysłowych.
Z tego względu podjęto zadanie, którego głównym celem było opracowanie metody badań oraz wymagań w zakresie odporności na korozję sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości przeznaczonego do stosowania w agresywnych korozyjnie środowiskach i mikroklimatach.
W ramach zadania scharakteryzowano indywidualny sprzęt chroniący przed upadkiem z wysokości pod kątem jego wrażliwości na działanie środowisk korozyjnych i sklasyfikowano jego główne materiały, które są podatne na działanie takich środowisk. Przeprowadzono wstępne kondycjonowania elementów i składników sprzętu metodą NSS (o przedłużonym czasie trwania) dzięki czemu opisano uszkodzenia jakie mogą wystąpić na skutek działania środowiska korozyjnego. Na podstawie doniesień literaturowych ustalono jakie czynniki fizyczne i chemiczne powodują intensyfikację procesów korozyjnych, czyniąc środowisko w którym występują bardziej agresywnym. Do-konano przeglądu najważniejszych aktualnie stosowanych metod kondycjonowania próbek i gotowych wyrobów metalowych w środowiskach agresywnych wykorzystywanych w badaniach odporności na korozję. Stosując informacje o czynnikach fizycznych i chemicznych intensyfikujących korozję oraz specjalnie sformułowane kryteria przydatności metod kondycjonowania dla elementów i składników sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości określono pięć metod. Wybrane metody poddano badaniom sprawdzającym, które polegały na przeprowadzeniu kondycjonowań oraz porównaniu powstałych efektów korozyjnych zarówno na odpowiednich próbkach blach jak i gotowych składnikach sprzętu ochronnego. W efekcie wybrano dwie metody:
- ASS (pH 2,6-2,8) przydatną dla symulacji silnie zanieczyszczonych środowisk przemysłowych oraz miejskich,
- Mgły wody morskiej przydatną dla symulacji środowiska morskiego i nadmorskiego.
Wykorzystując te metody kondycjonowania przeprowadzono badania wpływu środowisk agresywnych chemicznie na: zatrzaśniki, urządzenia samohamowne i samozaciskowe chroniące przed upadkiem z wysokości, których przykładowe wyniki przedstawiono na rys.1.
Kondycjonowane w środowisku korozyjnym składniki systemów ochronnych poddano badaniom w zakresie występowania korozji podłoża oraz poprawności działania. Wyniki przeprowadzonych badań wykorzystano do opracowania kryteriów oceny:
● występowania korozji podłoża elementów metalowych sprzętu,
● poprawności działania zatrzaśników oraz urządzeń samozaciskowych i samohamownych.
Dla potrzeb badań poprawności działania sprzętu (urządzeń samozaciskowych i samohamownych chroniących przed upadkiem z wysokości) kondycjonowanego w warunkach środowisk agresywnych chemicznie zaprojektowano i skonstruowano stanowisko pozwalające na precyzyjny pomiar drogi powstrzymywania spadania. W stanowisku tym do określania przemieszczenia obciążnika badawczego wykorzystano dalmierz laserowy.
Opracowane metody badań oraz stanowiska badawcze poddano badaniom sprawdzającym, a w tym przeprowadzono walidację metody badań blokowania urządzeń samohamownych i samozaciskowych kondycjonowanych w środowisku korozyjnym. Uzyskane pozytywne wyniki potwierdziły możliwości prowadzenia badań odporności na korozję sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości przeznaczonego do stosowania w szczególnie agresywnym chemicznie środowisku.

Rys.1. Urządzenia samozaciskowe poddane kondycjonowaniu metodą ASS(pH 2,6 - 2,8) przez: a – 24 godz., b – 48 godz. c – 72 – godz., d – 96 godz.

Zadanie nr 03.7: Badania skuteczności działania urządzeń samohamownych chronią-cych przed upadkiem z wysokości, instalowanych do elastycznych punktów kotwi-czenia

Kierownik zadania: dr inż. Krzysztof Baszczyński

Okres realizacji: 01.01.2005 - 31.10.2007

Urządzenia samohamowne należą do podzespołów łącząco – amortyzujących przeznaczonych do zabezpieczenia przed upadkiem z wysokości pracowników, którzy podczas pracy muszą przemieszczać się na długich odcinkach pionowych. Informacje pochodzące od użytkowników tych urządzeń oraz wstępne badania prowadzone w CIOP-PIB wskazywały na występowanie specyficznych sytuacji powstrzymywania spadania, w których sprzęt ten działał w wadliwy sposób. Objawiało się to skokowym blokowaniem i odblokowywaniem linki (taśmy) urządzenia, co w efekcie powodowało, że nie następowało powstrzymanie spadania na wymaganej drodze.
W związku z tym podjęto zadanie, którego głównym celem było stworzenie podstaw teoretycznych i bazy laboratoryjnej dla oceny urządzeń samohamownych w tym zakresie.
W pierwszym etapie zadania dzięki analizie teoretycznej oraz badaniom laboratoryjnym wyjaśniono, że skokowe działanie urządzenia samohamownego jest spowodowane własnościami sprężystymi układu linka urządzenia – podzespół kotwiczący. Energia zmagazynowana w tym układzie po zatrzymaniu spadania obciążnika nie jest dostatecznie rozpraszana, a oddawana z powrotem obciążnikowi powoduje jego ruch do góry i odblokowanie zapadek, a w konsekwencji kolejne spa-danie. Dokonano przeglądu konstrukcji podzespołów kotwiczących dla urządzeń samohamownych stosowanych na różnych stanowiskach pracy. Przeprowadzono analizę teoretyczną i badania laboratoryjne, które wykazały, że częstotliwość drgań tłumionych i logarytmiczny dekrement tłumienia drgań podzespołów kotwiczących ma bezpośredni wpływ na skokowe działanie urządzeń samohamownych.
Ze względu na ważność tego problemu dla bezpieczeństwa użytkowników urządzeń samohamownych opracowano metodę badania urządzeń przeznaczonych do stosowania z elastyczny-mi podzespołami kotwiczącymi. Ideą tej metody było sprawdzenie zachowania urządzenia samohamownego, zainstalowanego do wzorcowego elastycznego podzespołu kotwiczącego, podczas powstrzymywania spadania z wysokości obciążnika badawczego. Dla opracowanej metody zaprojektowano i zbudowano stanowisko badawcze (rys.1), którego głównym elementem jest płaska sprężyna symulująca elastyczny podzespół kotwiczący. Przeprowadzone badania weryfikacyjne wykazały, że sprężyna podczas obciążenia dynamicznego za pomocą sztywnego obciążnika o masie 100 kg wykazuje częstotliwość drgań tłumionych fR równą 2,41 Hz i logarytmiczny dekrementem tłumienia δT równy 0,017, co potwierdziło osiągnięcie założonych parametrów dynamicznych stanowiska. Stanowisko badawcze zostało wyposażone w dalmierz laserowy zainstalowany na obrotowym ramieniu, którego podstawa jest przesuwana po ramie nośnej. Rozwiązanie takie pozwala ma pomiar położenia obciążnika badawczego przed i po powstrzymaniu spadania z wymaganą dokładnością.
Dokonano weryfikacji metody badawczej, która objęła ustalenie czynników wpływających na wyniki badań oraz szacowanie niepewności pomiaru drogi powstrzymywania spadania obciążnika badawczego. Dla opracowanej metody badawczej sformułowano kryterium oceny urządzeń samohamownych pod względem skuteczności działania w przypadku instalacji do elastycznych punktów kotwiczenia. Kryterium to opiera się na porównaniu długości drogi powstrzymywania spa-dania obciążnika badawczego przez urządzenie zainstalowane do sztywnego i elastycznego punk-tu kotwiczącego. Sformułowane kryterium sprawdzono w badaniach laboratoryjnych, które po-twierdziły jego poprawność.
Wykorzystując opracowaną metodę badań przygotowano procedurę badawczą przeznaczoną dla potrzeb oceny typu WE urządzeń samohamownych. Procedura została poddana badaniom sprawdzającym polegającym na sprawdzeniu precyzji pomiarów w warunkach odtwarzalności.  Wyniki badań powtórzonych w dwóch seriach, prowadzonych przez różnych operatorów, nie wykazały istotnych statystycznie różnic, co potwierdziło poprawność przygotowanej procedury badawczej.
Podjęto działania zmierzające do upowszechnienia wśród użytkowników i producentów sprzętu ochronnego  zdobytych informacji. W ramach tych działań przygotowano artykuł naukowy pt. „The influence of anchor devices on the performance of retractable type fall arresters protecting against falls from a height”, który opublikowano w JOSE w 2006 r. Opracowano również wytyczne do instalowania urządzeń samohamownych chroniących przed upadkiem z wysokości, które są przeznaczone głównie dla użytkowników sprzętu.

Rys. 1. Stanowisko do badań skuteczności działania urządzeń samohamownych instalowanych do elastycznych punktów kotwiczenia. 1 – rama nośna zgodna z PN-EN 364:1996, 2 – płaska sprężyna, 3 – badane urzą-dzenie samohamowne, 4 – obciążnik badawczy, 5 – urządzenie do szybkiego zwalniania, 6 – elektrowciąg, 7 – cięgno, 8 - dalmierz laserowy.