多功能高空作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性研究

王琛

摘 要：本文針對(duì)高空作業(yè)的特殊需要，提出應(yīng)用多功能微機(jī)化智能操作來(lái)操控高空作業(yè)平臺(tái)，并以風(fēng)力發(fā)電塔架為研究對(duì)象，在檢修數(shù)字化、電控?cái)?shù)字化等方面進(jìn)行了分析。根據(jù)數(shù)控平臺(tái)的工作原理，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析，使其各個(gè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)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(guān)鍵詞：高空作業(yè)；風(fēng)力發(fā)電塔架；平臺(tái)設(shè)計(jì)；關(guān)鍵機(jī)構(gòu)

關(guān)于高空作業(yè)平臺(tái)，它是非地面及地下進(jìn)行相關(guān)高空作業(yè)的一個(gè)主要設(shè)備之一。運(yùn)作靈活、操控簡(jiǎn)易、安全可靠是它主要的優(yōu)勢(shì)特性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)重工業(yè)領(lǐng)域尤其是風(fēng)電零部件制造領(lǐng)域?qū)Υ祟愖鳂I(yè)平臺(tái)尤為重視，特別是風(fēng)力發(fā)電塔架制造現(xiàn)場(chǎng)。基于風(fēng)力發(fā)電塔架兆瓦級(jí)的增加，風(fēng)力發(fā)電塔架的直徑不斷增大，現(xiàn)有的某些配套設(shè)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(shí)效性的平臺(tái)操控機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行高空作業(yè)。研究高空作業(yè)平臺(tái)，首先要找準(zhǔn)其作用位點(diǎn)、應(yīng)用對(duì)象（本文主要研究風(fēng)力發(fā)電塔架現(xiàn)場(chǎng)制造、檢修），其次根據(jù)其原理來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框架，最后，還要重視安全和防護(hù)問(wèn)題。

一、高空作業(yè)

要想設(shè)計(jì)一種高空作業(yè)平臺(tái)，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(jìn)行施工，例如在洞口、高架、橋洞、以及懸空等地點(diǎn)，這些地點(diǎn)都是高空作業(yè)的主要地點(diǎn)，當(dāng)然，也是傷亡發(fā)生的最多處。隨著新經(jīng)濟(jì)中新能源的比重不斷增大，重工業(yè)領(lǐng)域的不斷智能化，高空作業(yè)也逐步向人工智能領(lǐng)域靠攏。所以，設(shè)計(jì)出一個(gè)平臺(tái)，使之能夠通過(guò)地面操控，把相關(guān)設(shè)備和操作工人既高效又安全的運(yùn)送到指定高處進(jìn)行工作，非常具有時(shí)效性。

（一）風(fēng)電塔架

所謂風(fēng)電塔架，就是一個(gè)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的大型設(shè)備。風(fēng)電塔架利用大自然的風(fēng)力，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能繼而轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)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(fēng)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(shè)施。我國(guó)現(xiàn)有的風(fēng)電站分布在全國(guó)各地有利風(fēng)力發(fā)電的地方，總體來(lái)說(shuō)，新能源發(fā)電設(shè)備是支撐全國(guó)用戶正常用電保障和基礎(chǔ)的后起之秀，是霧霾整治的攻堅(jiān)力量。因此，風(fēng)電塔架制造與研究機(jī)構(gòu)的工作也顯得尤為重要。

（二）平臺(tái)數(shù)字化

在全球經(jīng)濟(jì)數(shù)字化發(fā)展的帶動(dòng)下，新能源方面特別是風(fēng)電塔架制造也在逐步信息化和智能化。風(fēng)力發(fā)電塔架發(fā)電量的兆瓦級(jí)提升，使得現(xiàn)場(chǎng)的制造、檢修過(guò)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(tái)已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)有的大兆瓦級(jí)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(tái)來(lái)改變傳統(tǒng)的現(xiàn)狀是非常有必要的，運(yùn)用微原子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、智能通信技術(shù)以及智測(cè)技術(shù)等新型信息化微型化技術(shù)，可以使傳統(tǒng)的作業(yè)平臺(tái)的操控變得更靈活、更方便、更具有時(shí)效性。

（三）塔架制造中高空作業(yè)平臺(tái)的必要性

風(fēng)力發(fā)電塔架作為現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要構(gòu)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(fēng)機(jī)正常運(yùn)作的基礎(chǔ)，一旦它的結(jié)構(gòu)出了問(wèn)題，那么將對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)作產(chǎn)生很大的影響。制造一個(gè)高空作業(yè)平臺(tái)，首先，能夠解決各類不同兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電塔架的制造、檢修問(wèn)題。其次，風(fēng)力發(fā)電塔架的制造要經(jīng)常進(jìn)行高空作業(yè)、檢修，這個(gè)平臺(tái)必須能夠適應(yīng)各種困難環(huán)境，靈活的轉(zhuǎn)移地點(diǎn)，高效的進(jìn)行高空作業(yè)。最后，這種平臺(tái)大大提高高空作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，減少工人因個(gè)人因素而導(dǎo)致的傷亡數(shù)量。

二、多功能高空作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一款新型的、多功能的高空作業(yè)平臺(tái)，主要考慮三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)發(fā)展方向：一，功能齊全，集天梯、轉(zhuǎn)運(yùn)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(tái)最大使用面積達(dá)三到四平方米的區(qū)域；三，重量輕便，設(shè)備采用輕型材料、伸縮彈簧、高強(qiáng)板等，方便移動(dòng)、儲(chǔ)存。

（一）結(jié)構(gòu)與原理

平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)械部分和電控部分，其中，機(jī)械部分包括吊起結(jié)構(gòu)、幅轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、支柱結(jié)構(gòu)、移動(dòng)結(jié)構(gòu)和安全保衛(wèi)結(jié)構(gòu)，電控部分包括主機(jī)結(jié)構(gòu)，外顯屏、操控按鈕結(jié)構(gòu)、硬軟部件以及信號(hào)提醒系統(tǒng)。原理的話相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，它是針對(duì)某一特定作業(yè)環(huán)境需要設(shè)定特定的程序，然后通過(guò)調(diào)試和檢測(cè)，使每個(gè)結(jié)構(gòu)（具體到每個(gè)部位）起到隨機(jī)應(yīng)變的特點(diǎn)功能，使相關(guān)操作人員能夠在作業(yè)區(qū)域安全地帶對(duì)此平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，以達(dá)到空前的效應(yīng)。

（二）設(shè)計(jì)各個(gè)機(jī)構(gòu)

1、機(jī)械部分。首先，從地盤(pán)開(kāi)始，安裝地盤(pán)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(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)是整個(gè)平臺(tái)的動(dòng)力源，索帶將電動(dòng)機(jī)與主轉(zhuǎn)盤(pán)相連。試通電完畢無(wú)誤后，安裝懸梁，固定中上方，降低整體重心（每個(gè)支撐部件前期都要進(jìn)行防滑絕緣的處理）。最上方大平臺(tái)的支架是最后一步也是關(guān)鍵的一步，所有機(jī)械部分構(gòu)造差不多都分布在此處，中央大平臺(tái)的底部考慮設(shè)計(jì)非油性轉(zhuǎn)滑軸，固定完畢后可人工進(jìn)行檢測(cè)合格與否。

2、電控部分。對(duì)于電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先一臺(tái)或多臺(tái)不等的電子計(jì)算機(jī)是必不可少的，它是控制各部分開(kāi)關(guān)的操作主位，在支腿、彈簧、旋轉(zhuǎn)板等部位安裝線控開(kāi)關(guān)，在最高點(diǎn)處安裝無(wú)線端控制開(kāi)關(guān)，使之無(wú)線端連接到電腦端，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)整體的電控?zé)o線化。各控件元件在安裝之前都要進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)試與檢測(cè)，以免安裝后出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)轶w積微小導(dǎo)致維修困難。

（三）安全防護(hù)

凡是進(jìn)行高空作業(yè)，安全問(wèn)題永遠(yuǎn)會(huì)放到第一位。尤其在風(fēng)力發(fā)電塔架制造現(xiàn)場(chǎng)的高空作業(yè)中，安全梯、防護(hù)欄、絕緣套、防滑墊等等必不可少。設(shè)備管理人員要定期對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)檢查和保養(yǎng)，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的位點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)處理解決。高空作業(yè)平臺(tái)應(yīng)搭建安全扶梯，以及各種警示標(biāo)志，警示燈等。另外，信號(hào)加強(qiáng)措施也是關(guān)鍵。

三、動(dòng)態(tài)特性分析

研究高空作業(yè)平臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性，從以下幾個(gè)方面入手，平臺(tái)承受的負(fù)荷度、行走平臺(tái)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(pán)的行走，分析其行走速度、加速度、臂擺頻率等相關(guān)參數(shù)，建立虛擬的簡(jiǎn)單模型，研究實(shí)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(gè)，設(shè)計(jì)或作用已有的模仿真實(shí)平臺(tái)的軟件來(lái)進(jìn)行仿真模擬作業(yè)，大大簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)特性分析的復(fù)雜程度，縮短了實(shí)際研究時(shí)間，這種模型式研究法是非常有可用性的。

（一）關(guān)鍵機(jī)構(gòu)

高空作業(yè)平臺(tái)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)主要為：振臂機(jī)械機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)筒機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)（推進(jìn)及剎車(chē)）、電控機(jī)構(gòu)、安全防護(hù)機(jī)構(gòu)、監(jiān)控機(jī)構(gòu)、示警機(jī)構(gòu)。研究高空作業(yè)動(dòng)態(tài)特性主要從每個(gè)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)下手，弄清每個(gè)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的運(yùn)作原理、運(yùn)行公式、通過(guò)對(duì)模型運(yùn)作的計(jì)算與分析來(lái)整合實(shí)際平臺(tái)工作。振臂機(jī)械機(jī)構(gòu)分析其振臂頻率、旋轉(zhuǎn)筒分析其轉(zhuǎn)速、行走機(jī)構(gòu)分析其速度及加速度、電控機(jī)構(gòu)分析其電路、安全防護(hù)機(jī)構(gòu)和監(jiān)控機(jī)構(gòu)分析其自動(dòng)識(shí)別與攝像技術(shù)原理、示警其未盡事宜，加強(qiáng)遠(yuǎn)程兩方面示警（聲光）。

（二）通過(guò)曲線方程分析特性

首先根據(jù)模型運(yùn)行的情況，建立時(shí)間-速度坐標(biāo)、頻率曲線、臂長(zhǎng)-升降差坐標(biāo)系，通過(guò)對(duì)模型運(yùn)行的測(cè)量與計(jì)算，構(gòu)造相關(guān)的曲線，那么就可以通過(guò)觀察曲線的變化趨勢(shì)，來(lái)推斷實(shí)際工作狀況。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章以風(fēng)力發(fā)電塔架的設(shè)備制造、檢修為主要研究對(duì)象，研究設(shè)計(jì)出一款多功能高空作業(yè)平臺(tái)，相對(duì)其他設(shè)計(jì)方案來(lái)說(shuō)，本文更簡(jiǎn)潔實(shí)用，它對(duì)于當(dāng)前大部分風(fēng)力發(fā)電塔架的制造、檢修來(lái)說(shuō)，都是非常實(shí)用的，并且在安全可靠性方面已經(jīng)有了很大的提升。

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