二維作業吊籃

溫 建/WEN Jian（山西太原龍源電力有限公司，山西 太原 030001）

二維作業吊籃

溫 建/WEN Jian
（山西太原龍源電力有限公司，山西 太原 030001）

[摘 要]針對現有吊籃采用垂直懸吊方式造成水平移動困難，對吊籃穩定和安全造成影響問題，介紹一種二維作業吊籃專利技術，該吊籃采用雙邊斜吊方式，通過匯集吊點方法和限制作業范圍等措施，得到有益效果：懸吊平臺可沿作業面多方向運行提高了機動性，作業范圍由豎直狹長帶拓展為二維作業面提高了作業效率，懸吊平臺自行平衡從結構上避免了失穩造成的傾覆事故。

[關鍵詞]高處作業吊籃；二維；作業面；擦窗機

1 技術背景

隨著城市化建設的迅速發展，高處作業吊籃（以下簡稱吊籃）已被廣泛用于高層建筑外墻施工、裝修等諸多高空作業領域。

現有技術的吊籃都采用垂直懸吊方式只限于上下運行，施工時只能進行豎直方向狹長作業，水平移動時需要先停止運行，通過對懸掛機構的位移來轉移作業面，對于較寬的建筑作業面則需要多次位移，或者采用多臺吊籃同時運行來彌補水平移動的不足，吊籃的工作效率因此受到影響。

為了適應玻璃幕墻清洗、維護等水平移動頻繁的作業需求而推出了擦窗機，擦窗機同樣也采用了垂直懸吊方式，其中插桿式擦窗機采用可手動移位的插桿裝置，位移方便、結構簡單、投入成本低，但它不能水平運行，還需要在屋面設置很多插座；軌道式擦窗機能夠水平運行，但需要事先在屋面鋪設軌道并配置水平行走的臺車，加大了設備的投資。

吊籃和擦窗機采用垂直懸吊方式不僅造成水平移動的困難，同時也對吊籃系統的穩定和安全形成影響。對于普遍使用雙邊懸掛吊籃，運行中要求雙邊鋼絲繩的作用長度保持相等，雙提升機同步運行，才能保證懸吊平臺或吊船的平衡，但是吊籃在實際運行中很容易受到重力失衡、鋼絲繩打滑、雙電機轉速差異、電機制動器靈敏度變化等影響，造成懸吊平臺或吊船發生傾斜和失穩，如果問題處置不及時或矯正操作不當就有可能導致吊籃傾覆甚至墜落事故。

2 工作原理

建筑施工中起吊重物，都要求鋼絲繩垂直于重物的重心，而避免采用斜拉斜吊方式，以防止可能出現的提升機超載或拉斷鋼絲繩，或發生重物擺動或可能造成碰撞事故，禁止斜拉斜吊被列為起重安全操作規程。

現有技術的吊籃和擦窗機設計都秉承了這種常規理念，無一例外地采用了垂直懸吊方式，忽略或者回避了斜吊的設計模式以及可能帶來的益處。深入研究可知，斜吊帶來的并非都是弊端，其不利影響和危險及事故也不是必然的，只要遵循一定的運行規則并且采取一定的技術措施，是完全可以取利避弊的。

為此，本文提出了一種能夠沿著墻面二維作業運行的吊籃,該吊籃一改慣用的垂直懸吊而采用雙邊斜吊方式，其工作原理如圖1所示。

圖1　 工作原理圖

雙邊懸掛機構分別架設在作業面的兩個頂點A、B上，以及建筑屋面的轉角處，它們形成固定掛點而無需位移；在懸吊平臺上設置龍門架，它將雙提升機所構成的兩個吊點匯集至懸吊平臺的頂部，盡量靠近重心垂線；兩個掛點的間距遠遠大于兩個吊點的間距，雙鋼絲繩從兩個掛點斜拉至兩個吊點，懸吊平臺被平衡地懸吊在其間；作業時操控雙提升機分別改變雙邊鋼絲繩的作用長度，驅動懸吊平臺在作業面上二維運行，到達作業范圍的任意需要位置。

3 結構特點

二維作業吊籃的結構具有如下特點。

1）該吊籃采用雙邊斜吊方式，吊點匯集使懸吊平臺自行平衡，雙提升機非同步操控使懸吊平臺的運行靈活機動。

2）該吊籃的龍門架與作業面平行，龍門架上轉彎處設置導向滑輪用于傳導鋼絲繩，龍門架的高度大于人的身高，同時滿足懸吊平臺的平衡與穩定。

3）該吊籃的提升機選用爬升式提升機，作業時依靠繩輪與鋼絲繩間的摩擦力來改變鋼絲繩的作用長度，驅動懸吊平臺運行。

4）該吊籃設置的安全裝置，包括在雙掛點上設置的安全鋼絲繩，其走向和路徑與工作鋼絲繩并列，在懸吊平臺兩端對應安裝安全鎖，安全鋼絲繩與安全鎖對應配合。當工作鋼絲繩的任意一根發生斷裂，同一側的安全鎖自動鎖住安全鋼絲繩，可避免事故發生。

5）該吊籃設置的提升機超載保護裝置，通過該裝置制止提升機或鋼絲繩超載運行，也可避免斜吊傾角過大造成事故。

6）該吊籃設置的限位裝置，包括在懸吊平臺頂部安裝行程開關和鋼絲繩端部設置限位裝置，用于限制懸吊平臺超過預設的極限高度。

7）該吊籃的懸掛機構通過預埋件架設在建筑物或構筑物上，其結構滿足吊籃的抗傾覆力矩。

二維作業吊籃的尺寸和載荷能力可根據實際需要進行設計，圖2展示為長度2m，載重量300kg的二維作業吊籃。

圖2　 二維作業吊籃

4 操控運行

二維作業吊籃的操控運行，可采用電控按鈕欄內操控或地面無線遙控方式，電控箱和遙控器的外形如圖3所示。

電控箱面板上包括兩對上升、下降控制按鈕，分別控制左、右提升機的正轉和反轉，對左、右提升機進行不同的操控可使二維吊籃分別向上、下、左、右、左上、右上、左下和右下8個大致方向運行，其控制邏輯如圖4所示；無線遙控器設置上、下、左、右和啟動、停止六個按鍵，其控制邏輯也分別對應于圖4，無線遙控距離可達120m。

圖3　 電控箱和遙控器外形

圖4　 控制邏輯

懸吊平臺啟動和停止運行時，應當遵循雙邊鋼絲繩同時受力，或者單邊鋼絲繩受力而另一邊鋼絲繩保持松弛的操控規則，從而使懸吊平臺垂直起降于地面，避免擺動造成可能的碰撞。

5 作業禁區

斜吊的雙邊鋼絲繩垂直傾角分別為α和β，如圖5所示，它們產生的水平分力會增大提升機和鋼絲繩的受力，當垂直傾角數值過大時容易造成提升機及鋼絲繩超載甚至發生斷裂事故。

解決的方法包括對提升機設置超載保護裝置，限制提升機和鋼絲繩的最大受力，當單邊提升機或鋼絲繩的受力超過懸吊平臺總質量P的最大容許值時，切斷提升機的上升電路以制止其繼續上行。

圖5　 作業禁區示意圖

解決方法還包括限制懸吊平臺的作業范圍，分析表明，雙邊提升機及鋼絲繩的受力大小與懸吊平臺的運行位置相關，忽略鋼絲繩的重力，根據水平和豎直方向靜力平衡可得

式中 S1——左側鋼絲繩受力；

S2——右側鋼絲繩受力；

α——左側鋼絲繩的垂直傾角；

β——右側鋼絲繩的垂直傾角；

P——懸吊平臺的總質量。

計算表明，當α和β均小于60°時，雙邊提升機或鋼絲繩的受力S1、S2均不會超過懸吊平臺的總質量P；當α和β均為60°時，雙邊提升機或鋼絲繩的受力等于懸吊平臺的總質量P；當α 或β有一個傾角大于60°時，有可能出現單邊提升機或鋼絲繩的受力大于懸吊平臺的總質量P。

此時應當注意控制另一個傾角的大小，我們把ABO圍成的陰影區域列為作業禁區，禁止懸吊平臺進入該區域，可避免吊籃水平分力造成的事故。

通過優選作業面的高寬比值，可以合理控制作業禁區的面積，保證吊籃具有足夠的作業范圍，計算表明，作業面高寬比值在4～6之間，可使作業范圍達到95%以上，能夠滿足一般工程作業需要。如果作業面過寬或高寬比值偏小，應當適當增加懸掛機構的架設數量，把作業面劃分為多個相鄰的作業區，從而滿足需要的作業范圍，反之，高寬比值過大將造成資源的浪費和吊籃工作效率的降低。

6 結 論

二維作業吊籃一改現有吊籃和擦窗機慣用的垂直懸吊方式而采用雙邊斜吊方式，通過匯集吊點的方法和限制作業范圍等措施，得到下列有益效果。

1）懸吊平臺猶如蜘蛛可沿作業面多方向運行，到達作業范圍的任意需要位置，顯著提高了吊籃作業的機動性。

2）吊籃的作業范圍由豎直狹長帶拓展為二維作業面，減少了設備的水平位移，顯著提高了吊籃的作業效率。

3）懸吊平臺的平衡取決于自身結構，擺脫了對于雙提升機和雙邊鋼絲繩同步運行的依賴，從結構上避免了失穩造成的傾覆事故，顯著提高了吊籃作業的安全性。

4）雙邊斜吊方式減輕了重量失衡、鋼絲繩打滑、雙電機轉速不同步、電磁制動器間隙差異等對于吊籃運行的影響程度，同時還增強了吊籃的側向抗風能力，提高了吊籃的系統穩定性。

二維作業吊籃可廣泛應用于高層建筑外墻施工、玻璃幕墻清洗等吊籃和擦窗機的應用領域；還可用于高樓火災的消防救援，具有廣闊的應用前景。本文對二維作業吊籃的進一步研究、開發和應用提供一定的借鑒。

[參考文獻]

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[2] GB 19154-2003，擦窗機[S].

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[5] 溫 建.二維作業吊籃[P].中國專利:201410358956.9, 2014-07-27.

（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號］TU976+.42

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366（2015）02-0045-04

［收稿日期］2014-08-10

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