登機橋行走機構的安全防護裝置設計探討

胡克明

（蒂森克虜伯機場系統（中山）有限公司，廣東 中山 528437）

1 問題的提出

登機橋是機場用以連接候機廳與飛機之間的可移動升降的通道，旅客由此進入飛機。因屬高空載人設備，故其安全性很重要，設計安全是登機橋安全性最重要的環節。登機橋操縱臺位于接機口，位置高高在上，視野非常不好，對行走機構來說是盲區，雖然登機橋的操作制定有嚴格的安全規定，如：登機橋活動區域必須用“禁止停車”線劃定范圍（NPL）；并在所劃定的區域內禁止所有的設備停放或停車（NPA）。當登機橋移動時（行走警示燈閃爍，行走警笛響），禁止人員或車輛在所劃定的區域內通行。按理，登機橋行走機構不會對人或設備造成危害，但僅靠制度和光、聲警告性裝置，對駕駛員的操作不會起到任何幫助，只是對周圍的人起些警示作用，而對障礙物是不起作用的。所以并不能從根本上防止事故，如2008 年在日本就發生過碾斷雙腳的慘痛事故［1］，為此，其國土交通省收集介紹了世界各地的各種結構的登機橋行走安全防護裝置,并在日本推薦使用防護裝置。此外歐盟也制定了相關規定［2］。

2 行走機構的防護裝置設計安全

最初登機橋行走機構無安裝防護裝置，如圖1 所示。事故的發生雖與違章有關，但從設計上看，也可認為產品存在安全隱患。要避免或減少安全事故的發生，必須從設計環節去考量，來保證產品的高安全性。事故的發生促使行走裝置的安全防護從無到有，客戶隨著使用經驗的積累，也提出越來越多的安全方面要求。由此登機橋行走機構出現了各種安全防護裝置。

1）剛性安全護欄。配有剛性安全護欄的機構如圖2 所示，做為區域性的機械防護，安全性有提高，但人被碰后若沒能及時避讓，還是會造成傷害。

2）帶安全觸邊的安全護欄。如圖3 所示，在剛性安全護欄上安裝安全接觸邊防護裝置，安全觸邊是柔性的帶狀物構成的壓力敏感裝置，固定在存在危險的安全護欄上，實現安全保護，當受到撞擊，柔性安全邊就會傳送信號給動力源以停止行走運動。

圖1 無防護裝置的行走機構

圖2 剛性安全護欄

圖3 帶安全觸邊的安全護欄

登機橋行走速度并不快，不過，安全觸邊從發出制動信號到登機橋停止仍會行走一段距離，即有一段所謂的停止距離，而安全觸邊變形量有限，不能滿足停止距離的要求，這種結構能減輕傷害，但不能避免人的傷害。

3）安全緩沖護欄。為滿足客戶提出較大的緩沖距離要求，按客戶指定的緩沖距離，設計了有一定緩沖功能的安全護欄結構，如圖4 所示。緩沖距離的實現是在安全觸邊與剛性安全護欄中間增加了緩沖橡膠。

圖4 行走機構安全緩沖護欄

另一種有緩沖功能的安全護圈結構如圖5所示。整個護圈通過柔性的方式懸掛在升降立柱上。護圈上固定有安全觸邊。當護欄與物體發生碰撞時，安全觸邊即時發出制動信號，同時護圈受外力的作用產生一定的擺動，從而避免剛性碰撞，減小可能造成傷害的程度。

帶安全觸邊的方案，因安全觸邊處于室外，受環境影響有時會產生失靈現象，因此會收到客戶投訴。

圖5 行走機構安全護圈

圖6 帶微動開關的安全護欄裝置

圖7 帶微動開關的安全護欄裝置局部爆炸圖

4）帶微動開關的安全護欄裝置。為了避免使用安全觸邊，減少失靈，設計了帶微動開關的安全護欄結構［3］，如圖6 所示。該裝置是在行走機構的輪架前后兩側設置，主要由安全護邊、基座、微動開關、彈簧、滑桿、滾柱、鉸接座等組成，彈簧與滑桿、滾柱等構成了運動靈活的吸能結構，如圖7 所示。因引入吸能結構，能在制動時緩沖撞擊力，吸收碰撞能量，與微動開關相互結合保護人或者物體。此裝置因可靠性、安全性較好，已在國外項目中廣泛使用。

5）全周吸能防撞護欄裝置。對安全護欄有客戶提出了更高的要求，即安全護欄全封閉，360°范圍內護欄裝置受到撞擊，都要具有緩沖并停橋功能。而圖6 所示方案因滑桿只能作軸向運動，在受到正面至45°范圍內受到外力作用時，能起到安全保護作用，但對于正側面受力，則不具效果。為滿足客戶要求，降低事故發生概率，經過不斷探索，做了幾個方案，比較后終于設計出了全新結構的安全護欄裝置，其外觀如圖8 所示。

此裝置結構簡潔，對零件的精度要求不高，碰撞感應裝置只需要兩套，呈對角布置，靈敏度高，護欄組成的護圈，在全周任意方向受到外力的作用，都會沿受力方向產生擺動，控制裝置能即刻感應并制動，這樣安全護欄在人員暴露在危險中的時候能停止危險動作或者阻止危險動作啟動，故能起到較好的防護作用。其結構與組成如圖9所示。裝置主要由簡單焊接的鈑金件組成并只用到2 個感應元件，成本較低。

圖8 行走機構全周吸能防撞護欄裝置

圖9 行走機構全周吸能防撞護欄裝置結構組成圖

全周吸能防撞護欄裝置主要由封閉狀護欄、橫梁、支座、傳感器支架、感應頭支架、球面墊圈、橡膠彈簧、螺桿及撐管等組成。因橡膠彈簧的作用，護欄成為具有彈性的隨動結構，提高了安全保護性能，它有2 根固定在輪架上的橫梁，通過螺桿及撐套管和橡膠彈簧等將封閉狀護欄固定在橫梁下面。在螺桿外套裝有與其配合的撐套管，螺桿的下端裝有橡膠彈簧，這樣螺桿、撐套管、球面墊圈和橡膠彈簧構成的彈性緩沖隨動裝置，在護欄受到沖撞時，橡膠彈簧能以形變的方式吸收沖撞的動能。

圖10 防撞護欄裝置感應示意圖

裝置的碰撞感應元件是對液態和固態微粒的防護能力強，防護等級達到IP67 的電感式傳感器，它屬于一種有開關量輸出的位置傳感器，內部由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，傳感器通過支架固定在橫梁上，正常狀態時，傳感器與感應頭的相對位置是不變的，感應頭內部會產生渦流，這個渦流反作用于感應器，當固定在護欄上的感應頭在護欄受到外力擺動時，感應頭將離開傳感器，使感應器內部電路的參數發生變化，由此發出制動信號。這樣在護欄的幾何擺動范圍內，登機橋不會對人造成傷害，從而達到有效減小事故的目的。圖10 為防撞護欄裝置感應示意圖。

防撞護欄裝置的最大緩沖距離可通過設計上容許螺桿的擺動角度來實現，緩沖力的大小可通過橡膠彈簧的預壓量來調節。也可在橫梁下側設置回位橡膠彈簧，來增加緩沖力及護欄的回位力，如圖11 所示。

全周吸能防撞護欄裝置在國外客戶來工廠做FAT（Factory Acceptance Testing）時，性能得到認可，通過在機場使用，證明這種護欄裝置結構精巧、簡單，防撞與緩沖能力好，工作可靠。

6）非接觸行走機構安全防護。以上各方案都是靠碰撞后再發出制動信號的被動保護方式，如采取讓操作人員能了解行走輪周圍障礙物的主動方式，對提升登機橋的安全性更有意義。即在行駛機構的安全欄上加裝若干超聲波傳感器，超聲波傳感器與控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成安全輔助裝置。用以偵測行走輪周圍的障礙物，并以聲音或者更為直觀地顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況。行走機構超聲波傳感器安全輔助裝置如圖12 所示。

圖11 回位橡膠彈簧設置示意

圖12 行走機構超聲波傳感器安全輔助裝置示意圖

登機橋在行駛時，啟動安全輔助裝置，在控制器的控制下，安全欄上的探頭發送的超聲波在行走輪周圍形成無形的安全識別區，遇到障礙物產生回波信號，傳感器接收到回波信號后經控制器進行數據處理，從而計算出與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發出警示信號。到達危險距離時，蜂鳴器就開始鳴叫，控制系統發出制動信號，或由操作人員停橋。這種結構通過設置危險距離值大于登機橋的制動距離，完全能做到碰撞發生前將登機橋停住，以防止撞上障礙物，可最大限度地保護人或物的安全。

更加人性化的設計，是采取掃除行走機構視野死角的方法來提高安全性，即在登機橋通道下面設置廣角（紅外）攝像裝置，通過視頻連接線，在操縱臺上的顯示屏可清晰看見行走輪周圍的障礙物，即使在晚上，通過紅外線也能看得清楚。也可在通道底下設置泛光燈，這樣使操作員更放心操縱登機橋。影像的特點是可以直接看到行走輪周圍的情況，缺點是影像有變形，不易準確判斷障礙物的距離，操作員須主動關注顯示器上的視頻，視頻不能主動提醒操作員，而操作員也不能只低頭看顯示屏，在操縱登機橋運動中，也要將注意力放在觀察接泊的飛機上，這有可能會造成顧此失彼的現象。如將超聲波探頭與影像集成到一起，這樣操作員能清楚地在監視器上看到行走輪周圍情況的動態影像，并配以超聲波監測的聲音的提示，操作員就能更放心去接泊飛機，從而可更大程度提高登機橋的行駛安全性。行走機構可視、超聲波安全輔助裝置示意見圖13。

圖13 行走機構可視、超聲波安全輔助裝置

3 結語

以上介紹了登機橋行走機構的安全防護裝置設計，各種方案在結構、成本等方面都各有其優缺點，有些已在國內、外機場廣泛使用。不同的客戶也有各自喜好，不同結構的防護裝置可作為登機橋的可選配置項，可由機場客戶按自己的需要進行選擇。

［1］佚名.旅客搭乘橋（PBB）の安全性向上についての提言［C］//國土交通省空港制限區域內事故防止對策檢討會，2010.

［2］BS EN 12312-4：2003 Aircraft ground support equipment Specific requirements：Part 4：Passenger boarding bridges［S］.

［3］符平宣，胡克明，牛福維，等.一種登機橋行走機構安全護欄裝置：中國，201220525453［P］.2013-06-26.