?梯架云梯消防?梯架?作平順性驗收指標研究

摘要：隨著我國經濟?速發展，?梯架云梯消防?應?越來越?泛，因梯架?度變?而引發的梯架?作平順性問題?益凸顯，導致消防員搶險救援效率降低和?作?內乘員舒適感變差，再加上與消防?相關國家及?業標準中?缺乏有關消防?梯架?作平順性指標約束性要求，各消防??產?家亦沒有公開、可量化的指標參數可供參考，這給?梯架云梯消防?設計、交付驗收帶來?定困擾。對此，嘗試通過試驗?段，對兩家頭部?家不同?段云梯?梯架的?作平順性進?了對?測試，總結歸納出了?套量化、易測量的梯架?作平順性驗收指標，為?業內梯架?作平順性指標的制定提供有益參考。

關鍵詞：云梯消防?;?梯架;平順性;測試;驗收指標

中圖分類號：U469.6+8 收稿?期：2022-05-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.012

云梯消防?是集?空搶險、救援、滅?于??的移動式救援裝備，其具有作業范圍?、靈活機動、安全可靠、?作效率?等諸多優點，可?泛應?于城市?層建筑消防作業，是消防隊最重要的消防設備之?[1-2]。消防?質量與技術?平?低，直接關系到??群眾和消防戰??命安全[3]。

隨著我國經濟?速發展和城鎮化進程不斷推進，城市?層、超?層建筑?益增多，滅?救援的難度也隨之增加。這給消防滅?救援?作提出新的挑戰，?梯架云梯?越來越受到我國消防部?的?睞，國內各?消防?主機?紛紛推出??的?梯架云梯消防?[4]，云梯消防?的梯架系統正朝著更?、更輕便、更智能的?向發展，如圖1所?。?業內?般認為最??作?度低于42 m的云梯?屬于短梯架云梯?，?于這個?度則屬于?梯架云梯?。?前，世界上救援?度最?的云梯消防?為著名德國消防?巨頭?基路斯（MAGIRUS）制造的M68L，其救援?度達68 m。?基路斯?產的云梯?具有智能、安全、?救援效率、優異的操控性能等優點，得到業內?泛認可[5]。

隨著云梯消防??作?度的增加和梯架輕量化技術的?泛應?，國家道路法規對整??度、寬度和軸荷的嚴格限制，使得?梯架云梯梯架看起來顯得細?、柔軟。正是因為?梯架云梯?梯架整體剛度偏弱的特點，只要救援操作過程中的較小?擾，如：梯架變幅、梯架回轉、被救?員進??作?、?在?作??幅走動、?作??動調平幅度過?、噴?啟停、梯架伸縮、??等都會導致梯架末端和?作??幅振動，梯架越?操作平順性會變差。

當梯架在操作過程中振動幅度過?時，不僅導致救援?動中?作?接近建筑物?分困難，不利于梯架在救?救?作業中快速定位，而且?幅?空振動也極易使消防員和被救?員產?恐懼?理、疲勞和不適。根據《ISO 2631-1-1997機械振動與沖擊?體振動的評價》的數據[6]，當?平振動的頻率為0.5?2 Hz時?體會感覺?常不舒服，而實際的云梯消防?梯架振動頻率恰好覆蓋這個頻率范圍。如何提??梯架在操控過程中的平順性，使梯架能“指哪停哪”，提??作?內乘員的舒適感，提?救援效率，使消防?員保持良好的?體狀態和持久戰?，不僅是消防?主機?設計中需要考慮的問題，也是消防設備驗收部?需重點關注的臂架系統性能指標。

1 技術現狀

為了提??梯架消防?的臂架系統的平順性，早在2014年，國內某企業率先推出的25～60 m系列云梯?就具有梯架運動智能緩沖系統，可有效減小梯架在救援操作中的振動幅度，降低了安全?險，提?了?作效率，成為國內?家將云梯消防?梯架操控平順性作為設計指標并實際應?的?商[7-10]。?基路斯在2000年左右就開始在云梯消防?上標配智能減振系統，該控制系統具備變幅、伸縮、回轉?向的減振功能，系統能?動感知并抑制梯架運?中的振動，極?提?了梯架系統的?作平順性[11]，并得到業內?泛認可。

與消防?相關國家及?業標準中缺乏有關消防?梯架?作平順性指標約束性要求，國內擁有減振技術的?家甚?是?基路斯的云梯?說明書上也沒有顯?標注出關于梯架?作平順性量化衡量參考指標，對減振系統的技術原理更是諱莫如深，只能憑??主觀感受來判斷臂架系統的操控平順性，這給?梯架云梯消防?交付驗收、設計帶來?定困擾。基于這些現狀，本?試圖通過查閱?獻、調研、實際測試等?式為依據，總結歸納出了?套量化、易測量的梯架?作平順性驗收指標，為?業內消防?梯架?作平順性測試、指標的制定和設備驗收提供有益參考。

2 ?梯架在變幅過程平順性規律

如圖2所?，某型60 m云梯?梯架在做變幅運動過程中實測的?作?切向加速度曲線，通過對切向振動加速度數據分析可以發現如下規律：在梯架變幅運動啟動階段末端振動較?，即系統的運?速度從靜?狀態運?到最?速度時出現振動較?，由于液壓系統的緩沖作?，該振動持續約?個周期后就會衰減到可接受程度;當系統?直以最?速度平穩運?時，出現的振動較小;當?作?運?到?標位置后，?作?需要從最?速度過渡到靜?狀態，在該過程中再?次出現了?幅度振動，并且該振動需要經過較?時間才能?然衰減到靜?狀態。梯架運動狀態由靜?到運動或由運動到靜?時刻，梯架狀態的劇烈切換是在該時刻產?較?振動，即梯架在運動狀態切換時刻的?作平順性會變差，在梯架平穩運?階段?般不存在平順性問題。

3 提?梯架?作平順性?法及原理搭載梯架減振系統是?前提?梯架平順性的主要?段。梯架減振系統的主要作?是對梯架在變幅運動過程中所產?的?幅振動進?抑制和消除，提?梯架系統操控平順性，從而提?梯架的?作效率和?內成員的舒適感。根據梯架減振系統實現的技術原理來劃分，可分為被動技術和主動技術。

被動減振技術主要針對梯架產?振動時間特點來提?梯架?作平順性，因為梯架振動最?時刻?般發?在運動狀態切換的時刻，梯架運動狀態的劇烈切換是產?較?振動的根本原因，所以被動減振的基本原理如下。通過特定電流曲線來控制狀態切換時刻?例流量閥的輸?電流，使電流保持合理變化率，來避免梯架運動狀態切換過程中出現劇烈振動，不管梯架是否會真正產?振動。E0DB8472-9D99-425D-A44F-BFD1BB5DEA8C

典型的狀態切換輸?電流曲線有直線斜坡、s曲線斜坡，如圖3所?。?梯架被動減振技術具有控制系統簡單、成本低、技術難度低等優點。由于被動減振技術的本質是依靠液壓系統的阻尼緩沖作?來吸收振動的能量，存在減振效率較低、能耗?等缺點。對于梯架處于靜?狀態，被救?員進??作?內所引起的振動，因為在該?況下不存在運動狀態的切換，所以被動減振技術難以有效發揮作?。

梯架主動減振技術原理如圖4所?，主動減振技術主要依靠布置在梯架末端傳感器來實時檢測梯架在運動過程中的振動?小和?向，?旦梯架末端振動幅度超過?定的?檻值，減振系統就會啟動，系統根據當前梯架末端振動的?小和?向，通過特定的減振算法計算出?個特定?小和?向的減振?，控制系統通過變幅油缸將減振?施加在梯架上，使梯架末端產??個與當前振動?向相反的運動來抵消梯架的振動，通過減振系統不停循環運?，很快能將梯架末端振動減小到可接受范圍值。?梯架主動減振技術具有減振效果好、響應速度快、?況適應性好等優點。主動減振技術需要額外的傳感器來檢測梯架的振動?小和?向，配備能精準控制流量?小的流量閥，結合較復雜的主動減振算法，具有成本?、控制系統復雜等缺點。

通過上?梯架減振系統技術原理的梳理和對?可知，基于主動減振技術?基于被動減振技術的梯架減振系統更能提?梯架系統的?作平順性，但控制系統硬件成本也會更?。?梯架云梯消防?更容易發?振幅較?的振動，控制系統硬件成本相對于整?成本占?較低，具備配備復雜梯架主動減振系統的客觀條件。

4 梯架系統平順性測試

為了得到云梯?梯架量化的?作平順性參數，本?選擇了?業內具有代表性兩家?產企業的同?度云梯消防?進??作平順性對?測試，?較的?型如表1所?。

4.1 試驗?案

如圖5所?，分別在試驗云梯?梯架末端、?作?頂桿上布置2套易通星云GPS坐標測量儀接收天線，地?上布置GPS坐標測量儀，測量?作?和梯架末端的實時位移。在?作?側桿上布置?套量程為3 g，頻率響應范圍的0～100 Hz的PCB 3711電容式加速度傳感器，測量?作?在運動過程中的實時切線加速度。在?作?底部懸掛1根鋼絲繩下垂到地?，地?試驗員??拉動鋼絲繩來激起梯架振動。將所測試的云梯消防??作?滿載（?作?內試驗員?名+配重），然后將梯架伸到最??作?度，在該?況下臂架系統最容易產?較?幅度振動。使?L M SSCADAS數據采集系統采集梯架的實時位移和加速度模擬信號，并設置系統采樣頻率為20 Hz。

表1中所列的?型均進?兩輪梯架?作平順性測試，分別為不開啟減振系統梯架平順性測試和開啟減振系統梯架平順性測試。

在第?輪不開啟減振系統梯架平順性測試中，地?試驗員?先??拉動鋼絲繩激起?作?切向振動，直到?作?的振幅達到最?振幅300 mm（當云梯?消防?梯架末端切向振動幅度超過300 mm時，?般認為是過?振動幅度）后，停?拉動鋼絲繩;?作?內試驗員不踩下?內控制踏板，即不開啟梯架減振系統，使?作?的振動?然衰減到靜?，全程采集試驗數據。

在第?輪開啟減振系統梯架平順性測試中，地?試驗員?先??拉動鋼絲繩激起?作?切向振動，當最?激振振幅達到300 mm時，?作?內試驗員踩下?內控制踏板，即開啟梯架減振系統，使?作?的振動在減振系統作?下衰減到靜?，全程采集試驗數據。在實際試驗數據分析過程中，將振動幅值衰減到初始幅值的20%時（振動幅度為60 mm）所消耗的時間稱為振動衰減時間。

4.2 試驗結果與分析

表2列出了4種型號消防?在?作?滿載、最??作?度狀態下，梯架末端最?振幅從300 mm衰減到60 mm，分別測量梯架減振系統開啟與不開啟情況下的衰減時間。通過該參數可以有效評價云梯?消防?梯架系統?作平順性參數。如表2所?，兩家減振系統性能?致相似，在未開啟減振系統時，振動衰減時間?較?，?達20多s;在開啟減振系統情況下，兩家的減振系統在5 s內就可衰減掉80%的?幅振動，?幅減少了振動持續時間，極?提?了梯架系統?作時的平順性。同時也可以分析得出如下結論：梯架?度越?，振動?然衰減（不開啟減振系統）的時間越?，但減振系統的減振效果越好、減振效率越?，因為梯架越?，梯架系統的振動頻率越低，減振系統的控制系統的跟隨性越好。因此，配備梯架減振系統能?幅提升梯架?作平順性，對于越?的梯架效果越好。

通過對兩家梯架減振系統對?測試，考慮到國內?商與?基路斯在技術?平存在?些差距，可總結出?個直觀、易測量、相對容易達到的梯架系統?作平順性指標。當梯架?作?切向振動幅值?于300 mm時，應在減振系統作?下，能在5 s內將振動幅值衰減80%以上。

5 結語

通過對云梯?消防?梯架系統?作平順性研究，找到了?種通過GPS測量云梯消防?平順性的?法。對頭部?產?家的云梯?梯架?作平順性對?測試可知，云梯?梯架減振系統能?幅提升消防?平順性，梯架越?，振動?然衰減的時間越?，但減振系統的減振效果越好、減振效率越?。

通過對平順性測量數據分析，可總結出?個直觀、易測量、相對容易達到的梯架系統?作平順性指標。當梯架?作?切向振動幅值?于300 mm時，應在減振系統作?下，能在5 s內將振動幅值衰減80%以上。隨著控制?平不斷進步，?梯架云梯消防?不僅要考慮救援效率而且需要?作?內?員舒適感，建議增加云梯消防?梯架?作平順性指標的驗收要求。

參考?獻：

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作者簡介：何建軍，男，1975年?，?級?程師，研究?向為裝備驗收、裝備維護保養、裝備?才培養、戰勤保障。E0DB8472-9D99-425D-A44F-BFD1BB5DEA8C