多功能高空作業(yè)平臺設計及關鍵機構動態(tài)特性研究

王琛

摘 要：本文針對高空作業(yè)的特殊需要，提出應用多功能微機化智能操作來操控高空作業(yè)平臺，并以風力發(fā)電塔架為研究對象，在檢修數(shù)字化、電控數(shù)字化等方面進行了分析。根據(jù)數(shù)控平臺的工作原理，對其結構進行了系統(tǒng)的動態(tài)分析，使其各個運行機構發(fā)揮至最大的作用，工作效率、安全系數(shù)均不同程度得到提高。

關鍵詞：高空作業(yè)；風力發(fā)電塔架；平臺設計；關鍵機構

關于高空作業(yè)平臺，它是非地面及地下進行相關高空作業(yè)的一個主要設備之一。運作靈活、操控簡易、安全可靠是它主要的優(yōu)勢特性。當前國內(nèi)重工業(yè)領域尤其是風電零部件制造領域?qū)Υ祟愖鳂I(yè)平臺尤為重視，特別是風力發(fā)電塔架制造現(xiàn)場?；陲L力發(fā)電塔架兆瓦級的增加，風力發(fā)電塔架的直徑不斷增大，現(xiàn)有的某些配套設備及工裝因各種局限性已經(jīng)很難滿足其安全、高效地生產(chǎn)。所以，非常需要一種新型的更具安全性、時效性的平臺操控機構來進行高空作業(yè)。研究高空作業(yè)平臺，首先要找準其作用位點、應用對象（本文主要研究風力發(fā)電塔架現(xiàn)場制造、檢修），其次根據(jù)其原理來設計結構框架，最后，還要重視安全和防護問題。

一、高空作業(yè)

要想設計一種高空作業(yè)平臺，那么我們有必要先了解一下什么是高空作業(yè)，顧名思義，高空作業(yè)就是在高處進行施工，例如在洞口、高架、橋洞、以及懸空等地點，這些地點都是高空作業(yè)的主要地點，當然，也是傷亡發(fā)生的最多處。隨著新經(jīng)濟中新能源的比重不斷增大，重工業(yè)領域的不斷智能化，高空作業(yè)也逐步向人工智能領域靠攏。所以，設計出一個平臺，使之能夠通過地面操控，把相關設備和操作工人既高效又安全的運送到指定高處進行工作，非常具有時效性。

（一）風電塔架

所謂風電塔架，就是一個將風能轉(zhuǎn)化為電能的大型設備。風電塔架利用大自然的風力，將勢能轉(zhuǎn)化為機械能繼而轉(zhuǎn)化為電能。風電塔架中含有各種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（比如葉片），高規(guī)格的風電塔架體型大、高度高，需要一定的轉(zhuǎn)化、接收、支配、控制以及調(diào)整電流方向的電力設施。我國現(xiàn)有的風電站分布在全國各地有利風力發(fā)電的地方，總體來說，新能源發(fā)電設備是支撐全國用戶正常用電保障和基礎的后起之秀，是霧霾整治的攻堅力量。因此，風電塔架制造與研究機構的工作也顯得尤為重要。

（二）平臺數(shù)字化

在全球經(jīng)濟數(shù)字化發(fā)展的帶動下，新能源方面特別是風電塔架制造也在逐步信息化和智能化。風力發(fā)電塔架發(fā)電量的兆瓦級提升，使得現(xiàn)場的制造、檢修過程與先前相比已經(jīng)變得極其困難，傳統(tǒng)的高空作業(yè)平臺已經(jīng)不再適應現(xiàn)有的大兆瓦級發(fā)電塔架的制造及檢修。所以，研究一種新型的高空作業(yè)平臺來改變傳統(tǒng)的現(xiàn)狀是非常有必要的，運用微原子技術、微機技術、智能通信技術以及智測技術等新型信息化微型化技術，可以使傳統(tǒng)的作業(yè)平臺的操控變得更靈活、更方便、更具有時效性。

（三）塔架制造中高空作業(yè)平臺的必要性

風力發(fā)電塔架作為現(xiàn)有風力發(fā)電機組的主要構成部分，既起了電能轉(zhuǎn)化和電能輸送的橋梁作用，又是確保風機正常運作的基礎，一旦它的結構出了問題，那么將對整個機組的安全運作產(chǎn)生很大的影響。制造一個高空作業(yè)平臺，首先，能夠解決各類不同兆瓦級的風力發(fā)電塔架的制造、檢修問題。其次，風力發(fā)電塔架的制造要經(jīng)常進行高空作業(yè)、檢修，這個平臺必須能夠適應各種困難環(huán)境，靈活的轉(zhuǎn)移地點，高效的進行高空作業(yè)。最后，這種平臺大大提高高空作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，減少工人因個人因素而導致的傷亡數(shù)量。

二、多功能高空作業(yè)平臺設計

設計一款新型的、多功能的高空作業(yè)平臺，主要考慮三個方面的優(yōu)勢發(fā)展方向：一，功能齊全，集天梯、轉(zhuǎn)運架于一體；二，作業(yè)范圍空間大，懸空、自由旋轉(zhuǎn)360度，每平臺最大使用面積達三到四平方米的區(qū)域；三，重量輕便，設備采用輕型材料、伸縮彈簧、高強板等，方便移動、儲存。

（一）結構與原理

平臺結構主要包括機械部分和電控部分，其中，機械部分包括吊起結構、幅轉(zhuǎn)結構、旋轉(zhuǎn)結構、支柱結構、移動結構和安全保衛(wèi)結構，電控部分包括主機結構，外顯屏、操控按鈕結構、硬軟部件以及信號提醒系統(tǒng)。原理的話相對來說比較復雜，它是針對某一特定作業(yè)環(huán)境需要設定特定的程序，然后通過調(diào)試和檢測，使每個結構（具體到每個部位）起到隨機應變的特點功能，使相關操作人員能夠在作業(yè)區(qū)域安全地帶對此平臺進行遠程調(diào)控，以達到空前的效應。

（二）設計各個機構

1、機械部分。首先，從地盤開始，安裝地盤四角調(diào)節(jié)水平鈕，調(diào)節(jié)水平之后，安裝支腿，使緊抱旋扣牢固在主支撐柱上。其次，安裝高配置電動機，電動機是整個平臺的動力源，索帶將電動機與主轉(zhuǎn)盤相連。試通電完畢無誤后，安裝懸梁，固定中上方，降低整體重心（每個支撐部件前期都要進行防滑絕緣的處理）。最上方大平臺的支架是最后一步也是關鍵的一步，所有機械部分構造差不多都分布在此處，中央大平臺的底部考慮設計非油性轉(zhuǎn)滑軸，固定完畢后可人工進行檢測合格與否。

2、電控部分。對于電控系統(tǒng)的設計，首先一臺或多臺不等的電子計算機是必不可少的，它是控制各部分開關的操作主位，在支腿、彈簧、旋轉(zhuǎn)板等部位安裝線控開關，在最高點處安裝無線端控制開關，使之無線端連接到電腦端，實現(xiàn)平臺整體的電控無線化。各控件元件在安裝之前都要進行精準調(diào)試與檢測，以免安裝后出現(xiàn)問題，因為體積微小導致維修困難。

（三）安全防護

凡是進行高空作業(yè)，安全問題永遠會放到第一位。尤其在風力發(fā)電塔架制造現(xiàn)場的高空作業(yè)中，安全梯、防護欄、絕緣套、防滑墊等等必不可少。設備管理人員要定期對整體設備進行系統(tǒng)檢查和保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問題的位點，應及時處理解決。高空作業(yè)平臺應搭建安全扶梯，以及各種警示標志，警示燈等。另外，信號加強措施也是關鍵。

三、動態(tài)特性分析

研究高空作業(yè)平臺的動態(tài)特性，從以下幾個方面入手，平臺承受的負荷度、行走平臺靈活度、伸縮臂靈活度等，根據(jù)ADASM分析特性，不考慮最小底盤的行走，分析其行走速度、加速度、臂擺頻率等相關參數(shù)，建立虛擬的簡單模型，研究實物的穩(wěn)定性能及安全性能，這種思路不失為一種可靠安全的研究思路。再一個，設計或作用已有的模仿真實平臺的軟件來進行仿真模擬作業(yè)，大大簡化動態(tài)特性分析的復雜程度，縮短了實際研究時間，這種模型式研究法是非常有可用性的。

（一）關鍵機構

高空作業(yè)平臺的關鍵機構主要為：振臂機械機構、旋轉(zhuǎn)筒機構、行走機構（推進及剎車）、電控機構、安全防護機構、監(jiān)控機構、示警機構。研究高空作業(yè)動態(tài)特性主要從每個關鍵機構下手，弄清每個關鍵機構的運作原理、運行公式、通過對模型運作的計算與分析來整合實際平臺工作。振臂機械機構分析其振臂頻率、旋轉(zhuǎn)筒分析其轉(zhuǎn)速、行走機構分析其速度及加速度、電控機構分析其電路、安全防護機構和監(jiān)控機構分析其自動識別與攝像技術原理、示警其未盡事宜，加強遠程兩方面示警（聲光）。

（二）通過曲線方程分析特性

首先根據(jù)模型運行的情況，建立時間-速度坐標、頻率曲線、臂長-升降差坐標系，通過對模型運行的測量與計算，構造相關的曲線，那么就可以通過觀察曲線的變化趨勢，來推斷實際工作狀況。

四、結束語

文章以風力發(fā)電塔架的設備制造、檢修為主要研究對象，研究設計出一款多功能高空作業(yè)平臺，相對其他設計方案來說，本文更簡潔實用，它對于當前大部分風力發(fā)電塔架的制造、檢修來說，都是非常實用的，并且在安全可靠性方面已經(jīng)有了很大的提升。

參考文獻：

[1]殷時蓉，賈永清，尹信賢.基于ADAMS的高空作業(yè)車舉升臂動力學研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版）.2011（05）.

[2]羅天洪，尹信賢，吳韓，高會鮮.高空作業(yè)車調(diào)平機構液壓系統(tǒng)仿真研究[J].科技信息.2010（34）.

[3]岳鵬，王芳.壓路機機電液一體化技術的應用[J].科技致富向?qū)?2010（26）.