A380登機橋新型穩定裝置的開發

胡克明

（蒂森克虜伯機場系統（中山）有限公司，廣東中山 528437）

A380登機橋新型穩定裝置的開發

胡克明

（蒂森克虜伯機場系統（中山）有限公司，廣東中山 528437）

通過四輪行走的支腿方式探索、現有技術的各種支腿結構的分析，為A380登機橋設計了全新的凸輪穩定裝置，其結構簡單、自重輕，經機場的實際運行，證明可達到穩定A380登機橋的目的。

A380登機橋；穩定裝置；支腿；輔助支撐

0 前言

登機橋的行走機構承擔著大部分登機橋的負荷并帶動登機橋移動完成接泊飛機功能。普通登機橋行走機構如圖1所示，通常由圓柱支承、輪架、行走輪等組成，這種設計具有結構簡單、運動靈活等特點，而廣泛被采用。但因外形呈啞鈴狀，其中間的圓柱支承與行走輪架之間采用鉸接，整體上構成為對登機橋中部鉸接式單點支撐，通道水平位置保持僅靠通道后部的兩個鉸接座實現，普通登機橋因高度不是太高，登機橋的穩定性可得到滿足。

但A380登機橋的高度遠大于普通橋，且更長一般達40多米，由三個通道及多組滾輪構成能伸縮結構，以及通道升降機構都是較大的焊接結構件構成，精度不高，必須有較大的配合間隙，來保證運動的靈活性，加之較大高度和長度造成受到外力時產生的彈性變形也會大些。所以這種鉸接單支承的行走機構的A380登機橋在接泊飛機時，會出現晃動現象，給旅客造成安全上心理壓力。

圖1 通用登機橋行走機構

1 解決方案

方案一：四輪支撐結構

花了不少人力和物力進行了新的結構設計并進行了研制。曾設計、試制了四輪支撐方式來增強了登機橋的穩定性。行走裝置，包括輪架、二個行走輪、二個轉向電機和二個轉向減速機;還包括一個從動輪系;行走輪設置在主輪架的前部，從動輪系設置在底盤的后部。轉向機構也采用過四個油缸及鏈條與鏈輪來實現轉向功能的結構。

因采用四輪支撐，登機橋的整體穩定性好，但轉向機構采用電動需大減速比的行星減速器，國外客戶常要求用進口品牌，成本太高，而采用液控方式，增加了四個油缸，液控系統變動很大，整個液壓系統要重新設計制造。

四輪支承方案中的兩驅動輪的轉向需進行同步控制，其控制程序不僅要考慮兩個行走輪的轉速、方向，還要與兩個轉向驅動配合，且兩個轉向驅動的轉角需協調，這樣控制軟件的算法很復雜，造成控制系統也復雜，降低了可靠性，如用來對已在機場的登機橋進行改造，工程量將相當大，周期長，除了登機橋的通道、接機口不變，整個行走機構、升降機構、控制系統、液控系統及液壓站都要重新做，成本是相當高。

方案二：增加穩定裝置

傳統的行走機構由圓柱支撐、輪架、行走輪及驅動電機和行星減速器組成，每個電機均由變頻器驅動，帶動行走輪轉動。兩個電機不同的正轉與反轉的組合方式，就可完成登機橋向前、向后或向左、向右運動的功能，這樣結構和控制都簡單，經不斷探索，認為還是用兩輪支承加類似支腿形式妥當，現有支腿按結構有蛙式支腿、H型支腿、X型支腿和輻射型支腿，結合到登機橋使用狀況，如有雙橋位、服務梯等情況的制約，支腿跨度不能太大，有些在已有登機橋專利的圈地范圍內。只能創新設計出全新“支腿”。

經對各種方案進行斟酌，從中確定了不會與現有專利沖突的A380登機橋穩定裝置方案，在進行試制同時，并申報了專利[1]，并得到了批準。此穩定裝置外觀如圖2所示。

2 方案介紹

（1）機械部分組成及零部件設計

穩定裝置機械部分主要由：聯接法蘭、穩定裝置本體、減速機、尾軸帶手柄電機、驅動軸、凸輪、雙金屬軸承、定位螺釘、安全護圈等組成，穩定裝置構成如圖3所示。

圖2 穩定裝置外觀示意圖

圖3 穩定裝置構成圖

聯接法蘭與裝置本體用螺栓連接，聯接孔是腰形孔，因為登機橋在結構上，保證不了橫梁能處于水平狀態，橋體難免有一定的傾斜，加之機坪坡度不規則，所以穩定裝置本體在高度方向需要有一定調節范圍。

在后期產品中，還加長了腰形孔，腰形孔方便了高度調節，這樣聯接強度不易保證。為了穩定裝置能牢固、可靠地固定在升降行走機構的橫梁側面，在本體的側面焊接有螺紋板，裝兩螺M30的螺釘，頂在橫梁的端部法蘭上，用來承受地面的反作用力。本體方管上部開了大倒角，方便調節、固定本體離地面的高度，并配有防護蓋板。

減速機內藏在本體方管中，初樣是采用帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速器，但考慮到可能受到較大載荷而損壞，后改為減速比大、結構緊湊、傳遞扭矩大、效率高的斜齒輪-螺旋錐齒輪減速機，制動力由電機尾部盤式制動器來提供。

軸承初選滾動軸承，考慮可能的承載，尺寸將很大，而實際使用是處于低速擺動運動，且時間很短。為此改為廣泛使用于礦山機械、汽車、建筑機械、軋鋼機械等的雙金屬滑動軸承，它是以碳鋼為基體，表面燒結銅鉛錫鋅粉，適用于高載低速下的旋轉、搖擺運動，銅粉面加工有油孔。其靜承載250 N/mm2，動承載140 N/mm2。

凸輪的支承方式可采用單邊支承結構，這樣凸輪可360度旋轉，可調節的高度范圍大，但因軸處于懸臂狀態，零件受力不平衡。因此采用了凸輪兩邊用軸承支承的結構形式，調節范圍通過合理設計凸輪的輪廓曲線來保證。

凸輪外形曲線開始設計時，參考標準[2]中4.9.3機坪坡度，機坪縱、橫坡度應能防止其表面積水，并在符合排水要求的條件上，盡可能平坦。飛機機位部分的最大坡度宜不大于0.8%。由此凸輪曲線整段設計成觸地工作段。

在機場試裝時，原凸輪曲線一般是可應付符合標準的機坪坡度進行使用，但有條橋要通過一個凸出油井蓋有困難，因油井蓋造成調節難度大，如圖4所示。

考慮到機坪有可能出現異常狀況，提高登機橋的通過性，對凸輪的曲線進行了合理分配，重新設計時，將凸輪擺動的角度范圍分成三段，即行走段、過渡段和觸地工作段。按需要對曲線進行合理規劃，處于行走段時，凸輪距地面距離盡可能高，以提高登機橋的通過能力；處于觸地工作段時，凸輪受到的地面反作用力F應盡可能靠近凸輪轉軸的軸心，以提高穩定裝置的承受負荷能力。理論上地面的支反力F越近軸心的，穩定裝置的承載力能力迅速增加，但需要的曲線長度也隨之增加，需合理取舍。經綜合考慮，做出凸輪工作廓線分配規劃圖，再對得到的凸輪廓線進行簡化調整，改進后凸輪曲線如圖5所示。

圖4 機坪面凸起油井蓋形成障礙

圖5 凸輪工作廓線設計

圖6 組合凸輪

組合凸輪結構如圖6所示。觸地工作段采用可更換耐磨尼龍塊的嵌合形式，尼龍塊有一定的彈性能起緩沖作用，避免剛性的鋼鐵與機場水泥地面碰觸而損壞機坪。按新設計的凸輪在機場更換后，經使用驗證，凸輪外形能滿足行走時的通過性能，也能較好起到穩定橋的作用。

凸輪軸既要與減速機輸出軸聯接，又要帶動凸輪轉動，為簡化結構，凸輪軸設計成了中空形式，并在軸上開有油槽，用于儲存油脂，利于潤滑，中心螺孔用于拆卸。

圖7 中空凸輪軸外形圖

當發生緊急情況、登機橋出現故障（如出現控制系統、驅動電機損壞等其他意外）或停電的情況下，機場通常要求在2分鐘內將登機橋退回2～3米，確保登機橋能安全撤離飛機，不致延誤航班。因此有手動退橋的要求，為此定制的電機帶尾軸，并配有手輪。當要手動退橋時，先將本體方管上的側蓋板取下，按電機上標識釋放制動器手動釋放螺釘，由人工盤動電機尾部的手輪，使凸輪脫離接觸地面，再通過手動退橋裝置就能實現手動退橋功能。如圖8所示。

圖8 手動凸輪抬起功能示意

（2）工作原理

原有液壓支腿用的油缸，推力較大，在接機撐起時，可像汽車吊的液壓支腿那樣，將登機橋撐起來，支腿可承受登機橋的全部或大部分的負荷。而新設計的凸輪穩定裝置，只是在停橋接泊飛機時，通過轉動凸輪將穩定裝置與機坪的空間距離填上，相當于在通道兩邊墊上墊塊，這樣登機橋在接機時就不會晃動，登機橋負荷主要是作用在兩個行走輪上的，穩定裝置只起防止登機橋搖晃的作用。

穩定裝置中的電機和減速器起的功能相當于接機時將兩塊墊塊墊上，阻止橋搖動，要行走時再將墊塊撤除的作用，所以電機的功率可較小，配的減速器尺寸也不大，能設計在方管內，這樣整個裝置可做得較輕巧、美觀。

穩定裝置工作原理如下。

登機橋行走時，將凸輪回收：控制系統發出凸輪收回指令，反轉接觸器觸點閉合，凸輪向上擺動到達限位位置，被堵轉，這將導致電機負荷迅速增大，流過電機的電流也隨之增大，電流采樣信號與電流設定值進行比較。當電流大于過流調節旋鈕設定值時，中心控制電路輸出信號使內置繼電器動作、電子過流繼電器迅速動作，使得反轉接觸器觸點斷開，電機停止轉動，此時凸輪處于回收狀態。

登機橋行走到接機位時，使凸輪觸地：發出凸輪觸地指令，凸輪正轉接觸器觸點閉合，凸輪擺動并接觸地面并被堵轉，同理，經電子過流繼電器控制，使得正轉接觸器觸點斷開，電動機供電被切斷，同時使電機制動器得電，保持凸輪觸地狀態，此時穩定裝置處于工作狀態。

因登機橋本身及機場地面有一定坡度等原因，會造成兩邊凸輪距地面的距離不同，有時差別還較大，使得凸輪著地時的轉角會不一致，即使同時轉動，凸輪也不會同時著地，故兩邊凸輪是分別由兩個電子過流繼電器控制，從而能保證兩邊的凸輪都可靠觸地，這樣凸輪穩定裝置就可實現穩定登機橋的功能，保持登機橋在旅客通行、或受到風載時不會出現搖晃現象。

凸輪觸地的角度不會一致，但凸輪回收狀態位置可設定，故可用接近開關等作回收位置的限位。接近開關屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，電感式接近開關由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，當金屬凸輪在接近這個能產生電磁場的振蕩感應頭時，使凸輪內部產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數發生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這樣回收位置檢測可用電感式接近開關代替電子過流繼電器，如圖9所示。

圖9 電感式凸輪限位

凸輪式登機橋輔助穩定裝置，電纜、電機、減速器動力系統內藏于方管內，外形簡潔，與原來的液壓輔助支撐安裝方式一樣，與登機橋組裝方便、改造工作量小，外形整體感協調。如圖10所示。

圖10 A380登機橋穩定裝置與行走機構

改造只需將原液壓輔助支撐及相關液控管路等拆下來，用堵頭封住液壓站上的原液壓支撐的出油口，用聯接螺釘將穩定裝置聯上，接好電源及控制線路等，調整好高度，功能調試后即完成改造。通過改造后的A380登機橋投入了正常使用。改造后功能性測試及處于接機工作狀態的A380登機橋如圖11，圖12所示。

圖11 帶穩定裝置A380登機橋在測試中

圖12 帶穩定裝置A380登機橋接泊飛機

圖13 A380登機橋液壓原理圖比較

國外機場有的為了環保，要求使用機電橋，即整個登機橋的驅動都不能使用液壓系統，對此凸輪穩定裝置可直接與機電升降機構以及機電行走機構組成全機電的登機橋。即使是新生產的A380登機橋使用該機電穩定裝置，其因可較大簡化液壓系統，如圖13所示，（a）為帶液壓支撐的A380登機橋液壓原理圖，（b）為采用A380登機橋凸輪穩定裝置的液壓原理圖，其性價比比液壓支腿或四輪結構也有很大的優勢。

［1］胡克明，符平宣，牛福維.一種登機橋穩定裝置［P］.中國專利：201320007563.4.

［2］民用機場飛行區技術標準［S］.UDC中華人民共和國民用航空行業標準MH5001-2006.

The Development of New Type of Stable Device for A380 Boarding Bridge

HU Ke-ming
（Thyssenkrupp Airport System(Zhongshan)Co.，Ltd，Zhongshan528437，China）

By exploring the Four-wheel structure，and analyzing the existing various outrigger，design a new cam stabilization device，for the A380Boarding bridges.It has a simple structure，light weight characteristics.Through the actual operation on airport，show the ability to achieve the goal to stabilize the A380 boarding bridge.

A380 boarding bridge；stable device；outrigger；auxiliary support

TU248.6

B

1009－9492(2014)07－0145－06

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.042

胡克明，男，1963年生，江西南昌人，大學本科，工程師。研究領域：旅客登機橋持續改進。

(編輯：王智圣)

3 結束語

2014－01－15

穩定裝置從申報專利時的方案，到初樣，通過功能性驗證發現一些設計缺陷、制造問題，現場組裝調試反饋的意見、客戶的要求，也為設計改進提供了第一手資料。經深入思考，對結構、零部件作較大的改變、改良，增加手動功能等，這些說明新產品試驗驗證是產品開發極為重要的一環，任何設計都要經過不斷改進來完善。通過國內、外機場的使用，證明A38登機橋新型穩定裝置能滿足功能要求，得到了客戶認可。