一種建筑施工可伸展平臺的設計與應用

王進進，王隨玲，田春偉，毛遠平，鄒開放，郝子超，劉 鵬

(1.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013；中國長江電力股份有限公司檢修廠，湖北 宜昌 443000）

近年來，隨著建筑設計及施工工藝的不斷發展，各類異型建筑日益增多，建筑立面形狀多樣，立面接近維護難度越來越高。作業平臺作為建筑立面維護裝備的重要組成部分。通過鋼絲繩懸掛于空中，四周裝有圍板或網板，用于搭載操作者、工具和物料的工作裝置。通過卷揚機構起升、臺車行走、回轉等動作可到達不同工作位置。傳統作業平臺外形尺寸固定，部分異形建筑外立面僅通過臺車配合難以覆蓋所有工作位置；對部分進口狹窄，內部空腔增大的井道等結構，檢修維護無法方便快捷到達作業面，且這些難以接近的特殊位置，對平臺通過尺寸有嚴格限制，需要在到達工作位置后拓展平臺作業空間，使施工人員能接近作業面。為解決傳統工作平臺難以實現工作面全覆蓋以及作業位置難以接近的問題，研發一種可伸展平臺，操作者在平臺內可操作平臺實現其在任意作業位置的伸展、伸縮、鎖定。

1 可伸展平臺結構組成及工作原理

如圖1 所示，可伸展平臺由伸縮平臺、伸展吊架、液壓缸、液壓包、電控系統、蓄電池、配重等組成。平臺通過懸掛鋼絲繩與行走臺車卷揚機構連接，利用卷揚機構實現平臺升降。停機狀態時，伸縮平臺處于縮回狀態，液壓缸全部收回，最大化節約停機空間，保證平臺通過性。工作時，油缸動作，將伸縮平臺頂升至作業位置，后端通過配重塊配平，使整機達到穩定狀態；伸縮驅動裝置使伸縮平臺兩側副平臺向外延伸，操作者可在副平臺作業，從而擴展平臺作業空間。

圖1 可伸展平臺示意圖

1.1 伸縮平臺

如圖2 所示，伸縮平臺由主平臺、側伸副平臺、伸縮驅動裝置、提升架、防撞輪、活動腳輪、下限位裝置、滾輪、電控系統、安全保護裝置等組成。提升架與伸展吊架用銷軸連接。主平臺與提升架用螺栓連接，側伸副平臺套接在主平臺框架內，通過勾板實現側向定位，主平臺底部滾輪和副平臺側面滾輪在伸縮過程導向作用。主平臺上安裝齒條，副平臺上安裝伸縮驅動裝置，通過齒輪齒條嚙合傳動，實現兩側副平臺伸縮。

圖2 伸縮平臺示意圖

1.2 伸縮驅動裝置

如圖3 所示，伸縮驅動裝置由手輪、蝸輪蝸桿減速機、齒輪、軸承座、安裝架等組成，蝸輪蝸桿減速機輸入軸連接手輪，輸出軸連接齒輪和軸承座，使用安裝支架固定在側伸副平臺上。工作時，操作者轉動手輪，通過減速機帶動齒輪轉動，齒輪與主平臺上的齒條嚙合傳動，帶動兩側副平臺平穩伸出至所需位置；采用可自鎖的蝸輪蝸桿減速機，使副平臺到達位置后能平穩制動鎖止。

圖3 伸縮驅動裝置示意圖

2 可伸展平臺安全保護技術研究

2.1 超載保護裝置

伸縮平臺頂部設置有拉板式超載保護裝置，可精確測量平臺載荷，當載荷超過平臺額定載重量時，平臺停止動作并發出聲光報警，只有將超載部分取出才能繼續動作，這種超載保護裝置安裝簡便、性能穩定，最大程度保證了平臺操作安全性。

2.2 防碰撞預警保護裝置

為防止平臺與底部視野盲區內的障礙物發生碰撞造成平臺傾覆等危險，在平臺底部安裝有超聲波測距儀，當平臺與障礙物的距離小于系統設定值時，平臺便會提前減速，防止碰撞發生。同時，在平臺底部設計有下限位檢測裝置，如遇障礙物，下限位桿將先于平臺與其接觸，實現限位制動，防止平臺觸底。另外，平臺工作時靠建筑物側安裝防撞輪，可以起緩沖保護作用，減小損壞建筑物外立面的風險。

2.3 人員防墜落保護裝置

傳統平臺四周為半包圍結構，操作者進入平臺時，需翻越圍擋，存在墜落風險；人員進入平臺的過程中，如誤觸平臺開關，極易發生安全事故；作業攜帶的物料體積或質量過大也不易進入平臺內部。為此，在副平臺上設計了帶有機電聯鎖的平臺門，人員可通過該門直接進入平臺內部，避免了翻越圍擋帶來的風險。當平臺門打開時，聯鎖裝置中的電氣開關切斷平臺控制系統，避免平臺誤動作；只有關閉平臺門，鎖好門鎖時，電氣開關自動復位，控制系統才可正常工作。大體積或質量的物料可直接通過平臺門進出平臺，有效降低作業人員勞動強度。

2.4 監控系統與遙控急停保護裝置

可伸展平臺亦可用于井道檢修等狹窄封閉場景，這些工作情境下，操作者可視范圍有限，為保證人員和設備運行安全，在平臺內配備有監控系統與遙控急停裝置。作業時，平臺外1 人攜帶遙控急停控制裝置，隨時關注平臺工作狀態，做好緊急停車準備。

3 可伸展平臺設計計算

3.1 主要技術參數

3.2 穩定性校核

考慮最不利工況，驗證平臺的穩定性，即滿載完全伸展工況。

滿載完全伸展狀態下各部件受力見圖4所示。

圖4 可伸展平臺滿載完全伸展受力圖

圖中，T1為平臺懸掛載荷，包括自重和額定載荷，L1是伸縮平臺重心到機構中心的距離；G為配重重量，L2是配重重心到機構中心的距離；MO為平衡架重量，Lo是平衡架重心到機構中心的距離；Mi為配重架等部件重量，Li是后端部件中心到機構中心的距離。完全伸展狀態下，機構中心彎矩M1=T1L1+MOLo-MiLi-GL2=5kgm，可伸展平臺整體重心偏移中心距離X1=M1／M總=5／1180=4.2mm，整體重心偏移量很小，滿足整機穩定性要求。

3.3 液壓系統計算

如圖4 所示，液壓系統動作后，平臺繞鉸點旋轉展開，伸縮平臺完全伸展開時懸掛載荷和平衡架在鉸點處產生彎矩為M=T1L1+MOLo=6240Nm。

液壓參數：油缸缸徑D=80mm，活塞 桿?56mm，行 程550mm，工作油壓P=16MPa，油缸效率η=0.7，油缸到鉸點力臂L油缸=0.32m。油缸活塞桿伸出時的推力為F=πD2Pη／4×106=39408N；計算油缸頂升力矩M油缸=FL油缸=12611Nm，M油缸＞M，伸展油缸滿足使用要求。

油缸兩端鉸接，安全系數nk=3.5 時，油缸最大允許長度油缸計算長度L=Lk，允許行程S=1／2（L-l1-l2）=795.25mm ＞550mm，故油缸行程滿足要求。

4 結論

本文對一種可伸展平臺的設計研究和應用做了系統的闡述，介紹了可伸展平臺的結構組成和工作原理，以及安全保護技術。

該研究成果已成功應用于多個異形建筑外立面清洗維護、井道檢修維護等項目，經現場驗證，使用該裝置可極大提高作業效率和操作安全性，促進了行業技術水平的整體提高，對同類型產品的設計研究和應用提供重要的參考價值。