淺談登機(jī)橋升降機(jī)立柱高度同步問題的改造

謝林靜

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，機(jī)場(chǎng)的建設(shè)也更加先進(jìn)和科學(xué)，而機(jī)場(chǎng)相關(guān)配套設(shè)施的安全性能也在不斷的提高。機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋是機(jī)場(chǎng)運(yùn)作過程中的重要部分，一旦出現(xiàn)問題將直接威脅到乘客的人身安全和機(jī)場(chǎng)的物資安全。本文通過對(duì)于機(jī)電登機(jī)橋的升降結(jié)構(gòu)的研究，提出了能夠直接檢測(cè)機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋高度同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以有效的防止機(jī)場(chǎng)登陸橋出現(xiàn)的高度不同步問題，具有很強(qiáng)的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：機(jī)場(chǎng)；登陸橋；升降高度；立柱改造

引言

旅客在登機(jī)的過程中，對(duì)于登機(jī)橋的性能要求是非常高的，其升降系統(tǒng)直接的關(guān)系到旅客、接駁飛機(jī)以及整個(gè)的登機(jī)橋的安全狀況。所以，在登機(jī)橋的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造以及檢測(cè)要求是非常的嚴(yán)格的。要求登機(jī)橋升降系統(tǒng)具備比較高的安全性能。而一旦登機(jī)橋升降系統(tǒng)中立柱出現(xiàn)了高度不統(tǒng)一的問題，就會(huì)使得登機(jī)橋平面產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)也會(huì)損壞立柱本身。同時(shí)，登機(jī)橋本身的立柱升降高度同步問題，也是在現(xiàn)實(shí)操作中比較常見的一個(gè)問題，并且立柱高度的同步問題也直接的影響到了乘客的人身安全以及器械的安全。

福建長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)建于1997年，經(jīng)過十五年的使用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，客貨吞吐量也在不斷的增加，航班的數(shù)量不斷上升，面面臨的問題就是機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋的客流量不斷增加，使得機(jī)場(chǎng)的登機(jī)橋安全問題成為了必須要重視的一個(gè)重點(diǎn)的安全問題。在近年來筆者的實(shí)際工作中，主要的是針對(duì)機(jī)場(chǎng)的登機(jī)橋立柱進(jìn)行了重點(diǎn)改造，時(shí)間是在2009年度，同時(shí)，在2010年和2011年，由于機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋的絲桿出現(xiàn)了一定的問題，所以也針對(duì)絲桿的改造和維修更換問題作出了一定的研究。

1.機(jī)場(chǎng)升降系統(tǒng)概述

對(duì)于機(jī)場(chǎng)的登機(jī)橋來講，其升降系統(tǒng)采用垂直的布置方式，這就要求其在升降到一定的高度之后，能夠保持一定的位置固定，同時(shí)也能夠保證在升降的過程中保持一定的平穩(wěn)，也就是，在升降的過程中必須保持一種穩(wěn)定的平面上升狀態(tài)。

登機(jī)橋的升降系統(tǒng)在上升到了一定的高度之后，會(huì)保持在一定的平穩(wěn)狀態(tài)，這就要求登機(jī)橋自身的升降裝置能夠有比較好的鎖死功能。傳統(tǒng)的鎖死利用渦輪或者是螺旋副傳動(dòng)的自鎖性能，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的鎖死功能。但是這樣的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身的工作效率比較低，所需要的電機(jī)功率比較大，能源的消耗也就相對(duì)應(yīng)的比較大。所以，在現(xiàn)在的機(jī)場(chǎng)登機(jī)橋上，通常采取的是滾珠絲桿，其傳動(dòng)的效率更高。但是滾珠絲桿比較突出的問題是其不能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖，必須要有一定的制動(dòng)裝置輔助實(shí)現(xiàn)。

2.登機(jī)橋立柱高度不同步下絲杠受力分析

如圖1所示，登機(jī)橋在高度不同步的情況下，對(duì)絲杠就會(huì)產(chǎn)生比較大的影響，而達(dá)到了一定程度的時(shí)候，尤其是在高度低的立柱螺旋副受力的情況下，就會(huì)對(duì)整個(gè)登機(jī)橋的立柱以及絲杠產(chǎn)生比較大的破壞壓力，超出了絲杠螺旋所能夠承受的壓力的情況下，就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況。

如圖所示，由靜力學(xué)公式出發(fā)，絲杠本身的受力計(jì)算公式為：

在以上公式中， 為絲杠所受到的水平壓力， 為放大系數(shù)，而 為剪力撐所受到的垂直壓力，也就是登陸橋自重的向下壓力。 =3.666

所以，代入公式之后就能夠得到： =92383N

再根據(jù)絲杠的耐磨性計(jì)算公式得出：

在以上公式中， 為螺桿的中徑， 為螺紋的牙形系數(shù)， 為螺母的高徑比，[p]為滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓強(qiáng)。

帶入之后我們就可以得到， =67mm

而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公稱直徑為80mm，上文取得 =67mm。

然后，計(jì)算傳力螺旋副校核螺桿強(qiáng)度。

在上面的公式中， 為螺桿的應(yīng)力大小， 為螺桿的小徑，T為螺桿的傳遞扭矩，而T的計(jì)算方法為：

其中， 為螺旋副的螺旋升角，而 為螺旋副的當(dāng)量摩擦角，通過代入我們可以計(jì)算出：

T=9998419N.mm

=68.2Mpa

而一般來講，螺旋桿的應(yīng)許力為70Mpa以上，所以，在這樣的情況下就非常容易發(fā)生傾斜甚至是絲杠受損的危險(xiǎn)。從而出現(xiàn)一定的事故。

圖1 絲杠螺旋副受力示意圖

3.登機(jī)橋立柱升降高度不同步問題的解決方案

對(duì)于登機(jī)橋的升降系統(tǒng)來講，一般的有液壓式驅(qū)動(dòng)控制方式和機(jī)電驅(qū)動(dòng)控制方式兩種，在液壓升降機(jī)構(gòu)的左右缸中的支路油量分別是由分流集流閥進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的，這就能夠使得左右升降立柱保持比較好的平衡。但是機(jī)電驅(qū)動(dòng)的升降系統(tǒng)分別的是由兩種獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置控制的，這樣的話由于機(jī)械和電氣本身故障發(fā)生率比較高，就比較容易在實(shí)際的操作中出現(xiàn)一定的左右高度誤差，當(dāng)這樣的誤差在70mm的時(shí)候，一側(cè)的立柱就會(huì)出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，這樣的話就形成了單立柱支撐的事故。

4.登機(jī)橋立柱升降高度同步

圖2 登機(jī)橋立柱升降系統(tǒng)內(nèi)外套管限位開關(guān)安裝示意圖

如圖一所示，機(jī)電驅(qū)動(dòng)控制方式的機(jī)電登機(jī)橋升降機(jī)構(gòu)主要的構(gòu)成是由內(nèi)外套管、垂直驅(qū)動(dòng)電機(jī)、導(dǎo)向滑柱以及滾珠絲杠等部分組成的。主持驅(qū)動(dòng)電機(jī)的尾端一般都帶有剎車結(jié)構(gòu)，電機(jī)通電的時(shí)候，剎車結(jié)構(gòu)松開，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中經(jīng)過減速機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)登機(jī)橋的升降運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，在電機(jī)斷電的時(shí)候，剎車結(jié)構(gòu)制定，這樣就能夠充分的保障升降機(jī)構(gòu)以及登機(jī)橋的高度保持，并且避免垮塌現(xiàn)象的發(fā)生。

登機(jī)橋的升降機(jī)構(gòu)本身是在內(nèi)外套管的中間都是有間隙的。這樣在正常的情況下，間隙本身是勻稱分布的，但是當(dāng)立柱出現(xiàn)了一定程度傾斜的時(shí)候，左右立柱的內(nèi)外套管之間間隙發(fā)生了一定的變化，而這樣的傾斜所造成的間隙也直接的對(duì)立柱的升降高度產(chǎn)生一定的影響。

經(jīng)過一定的改造和實(shí)驗(yàn)，在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上，本文參考ZL200810104104.1專利的改造方式，對(duì)福建長(zhǎng)樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)的的登機(jī)橋升降系統(tǒng)進(jìn)行初步的改造設(shè)計(jì)和預(yù)想。

本文采取在升降立柱的底端安裝耳機(jī)檢測(cè)元件的方式，選擇柱塞式限位開關(guān)作為檢測(cè)的元件。如上圖所示，在兩個(gè)立柱的外側(cè)底端，在每一個(gè)升降機(jī)構(gòu)內(nèi)外套管的間隙部分設(shè)計(jì)了二級(jí)限位開關(guān)。在升降立柱的下滑快的外部增加了疊簧可調(diào)節(jié)限位開關(guān)以及立柱內(nèi)套管間隙，第一級(jí)的限位開關(guān)感應(yīng)頭在靠近該內(nèi)套管的位置。

對(duì)于PLC控制平臺(tái)的選擇，根據(jù)單位的實(shí)際情況進(jìn)行選擇，而在工作的過程中，當(dāng)出現(xiàn)左右立柱的升降高度誤差超過了20mm的時(shí)候，PLC會(huì)自動(dòng)的檢測(cè)到左右立柱的第一級(jí)限位開關(guān)動(dòng)作，這樣的話就形成了第一層面的保護(hù)，經(jīng)過PLC的運(yùn)算，在進(jìn)行了邏輯判斷之后，操作人員在每次的升降過程的操作只能夠，對(duì)左右立柱之間的高度誤差及時(shí)的檢測(cè)并且能夠進(jìn)行自動(dòng)的進(jìn)行補(bǔ)償，這樣就能夠使得左右立柱之間的高度誤差小時(shí)，從而使得左右立柱之間能夠保持同步的升降。

但是，在左右立柱的升降高度誤差超過了60mm的時(shí)候，PLC會(huì)自動(dòng)的檢測(cè)到左右立柱的二級(jí)限位開關(guān)動(dòng)作，在這樣的情況下，經(jīng)過PLC的運(yùn)算，自動(dòng)的做出邏輯判斷，這個(gè)時(shí)候的升降系統(tǒng)控制部分就會(huì)自動(dòng)的停止一切的工作，對(duì)于手動(dòng)操作升降系統(tǒng)的工作部分也會(huì)自動(dòng)的切斷，并且在這個(gè)時(shí)候會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，通知維修人員，達(dá)到立柱的升降高度誤差控制在安全范圍之內(nèi)的目的。在第二級(jí)限位開關(guān)出現(xiàn)動(dòng)作的時(shí)候，維修人員可以在PLC平臺(tái)上進(jìn)入維修模式，進(jìn)行單獨(dú)的手動(dòng)單立柱校正工作，這樣就能夠及時(shí)的糾正兩個(gè)立柱之間的誤差，從而恢復(fù)登機(jī)橋本身的升降操作功能。

對(duì)于第二級(jí)開關(guān)信號(hào)來講，其主要的作用還是實(shí)現(xiàn)報(bào)警的作用。這個(gè)信號(hào)是比較重要的。所以，在PLC設(shè)計(jì)上會(huì)采取冗余設(shè)計(jì)的方式，設(shè)置兩個(gè)開關(guān)。這兩個(gè)開關(guān)中的任何一個(gè)在發(fā)出了信號(hào)的時(shí)候，PLC系統(tǒng)都會(huì)做出反應(yīng)。這樣的采取限位開關(guān)的方式，能夠比較更好的對(duì)立柱高度誤差進(jìn)行檢測(cè)，并且是一種針對(duì)檢測(cè)結(jié)果控制的方式。也就是說，這樣在檢測(cè)的過程中出現(xiàn)了高度的誤差，控制系統(tǒng)就會(huì)很快的做出反應(yīng)。這樣的控制方式首先能夠比較好的避免原計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)升降同步系統(tǒng)中，在出現(xiàn)了絲杠的斷裂情況下，電機(jī)帶動(dòng)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)仍然處在工作的狀態(tài)，從而不能夠正常的報(bào)警，產(chǎn)生事故。其次，在出現(xiàn)了一定故障進(jìn)入到了維修模式的時(shí)候，手動(dòng)進(jìn)行單立柱的校正過程中，如果一側(cè)的二級(jí)開關(guān)出現(xiàn)動(dòng)作，升降系統(tǒng)就對(duì)操作人員產(chǎn)生限制，從而使得系統(tǒng)只能朝著平衡立柱的方向進(jìn)行調(diào)整和校正，這樣的話就不能夠向著惡化立柱平衡的方向進(jìn)行調(diào)整和校正。所以，本文的設(shè)計(jì)能夠比較好的防治人為操作失誤，或者是出現(xiàn)惡意失誤操作對(duì)升降立柱系統(tǒng)所造成的機(jī)械傷害，這樣就有效的提高了機(jī)電登機(jī)橋升降控制系統(tǒng)的安全性能。

本文所采取的方式除了在上述的直接開關(guān)測(cè)量有一定的設(shè)計(jì)之外，還另外增加了一套模擬量檢測(cè)反饋系統(tǒng)。模擬量檢測(cè)的元件采取的多是全電位器，檢測(cè)的元件本身安裝在升降電機(jī)減速器的輸出軸上，當(dāng)?shù)菣C(jī)橋的高度出現(xiàn)變化的時(shí)候，PLC會(huì)將電位器模擬的信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)中，經(jīng)過運(yùn)算的過程就可以得出左右立柱之間的高度差和出現(xiàn)的偏差值，其主要的目的是要將登機(jī)橋的實(shí)際高度值顯示出來，同時(shí)，也可以配合直接檢測(cè)的方式進(jìn)行冗余邏輯判斷。這樣的兩套獨(dú)立的左右立柱高度差檢測(cè)系統(tǒng)能夠有效的保證升降立柱的高度同步在一定的安全范圍之內(nèi)。

5.結(jié)語：

本文主要針對(duì)登機(jī)橋升降機(jī)的立柱高度不同步問題進(jìn)行了研究。在分析了立柱高度不同步時(shí)的受力之后，針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了一定的解決策略上的分析。主要是對(duì)于機(jī)場(chǎng)機(jī)電登機(jī)橋的升降立柱高度同步的方式的研究及其同步系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了說明。以便能夠真正的實(shí)現(xiàn)升降過程中自動(dòng)消除高度偏差從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)升降立柱的目的。在實(shí)際的應(yīng)用中，這樣的方式可以帶來更好的系統(tǒng)安全性能，同時(shí)也能夠保證檢修的過程更加的建議，實(shí)用性更加的高，從而帶來了更理想的控制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李強(qiáng)，馬程群，孟盈，梁琦，PLC在某型航空電源車0～70V電路中的應(yīng)用[J]，山西電子技術(shù)，2010（03）

[2]茹東生，章小梅，基于PLC的機(jī)載電子設(shè)備ATE電源控制系統(tǒng)[J]，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009（10）

[3]齊玉峰，廖力清，歐陽昌華，劉建良，飛機(jī)機(jī)輪聯(lián)合載荷試驗(yàn)臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)[J]，自動(dòng)化與儀表，2006（01）

[4]唐志云，廖力清，歐陽昌華，基于PLC的SY02機(jī)輪聯(lián)合加載試驗(yàn)控制系統(tǒng)[J]，可編程控制器與工廠自動(dòng)化，2008（04）

[5]鮑冬梅，鄭龍席，嚴(yán)傳俊，胡正峰，混合式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)原理性試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)控單元設(shè)計(jì)[J]，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010（01）

[6]王水生，武慧芳，狄娜，柔性工裝平臺(tái)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)[J]，河北旅游職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（03）

[7]李建海，姜忠山，王雁濤，基于PLC和WINCC的航空蓄電池放電系統(tǒng)[J]，兵工自動(dòng)化，2008（06）