多功能高空作業平臺設計及關鍵機構動態特性研究

王琛

摘 要：本文針對高空作業的特殊需要，提出應用多功能微機化智能操作來操控高空作業平臺，并以風力發電塔架為研究對象，在檢修數字化、電控數字化等方面進行了分析。根據數控平臺的工作原理，對其結構進行了系統的動態分析，使其各個運行機構發揮至最大的作用，工作效率、安全系數均不同程度得到提高。

關鍵詞：高空作業；風力發電塔架；平臺設計；關鍵機構

關于高空作業平臺，它是非地面及地下進行相關高空作業的一個主要設備之一。運作靈活、操控簡易、安全可靠是它主要的優勢特性。當前國內重工業領域尤其是風電零部件制造領域對此類作業平臺尤為重視，特別是風力發電塔架制造現場。基于風力發電塔架兆瓦級的增加，風力發電塔架的直徑不斷增大，現有的某些配套設備及工裝因各種局限性已經很難滿足其安全、高效地生產。所以，非常需要一種新型的更具安全性、時效性的平臺操控機構來進行高空作業。研究高空作業平臺，首先要找準其作用位點、應用對象（本文主要研究風力發電塔架現場制造、檢修），其次根據其原理來設計結構框架，最后，還要重視安全和防護問題。

一、高空作業

要想設計一種高空作業平臺，那么我們有必要先了解一下什么是高空作業，顧名思義，高空作業就是在高處進行施工，例如在洞口、高架、橋洞、以及懸空等地點，這些地點都是高空作業的主要地點，當然，也是傷亡發生的最多處。隨著新經濟中新能源的比重不斷增大，重工業領域的不斷智能化，高空作業也逐步向人工智能領域靠攏。所以，設計出一個平臺，使之能夠通過地面操控，把相關設備和操作工人既高效又安全的運送到指定高處進行工作，非常具有時效性。

（一）風電塔架

所謂風電塔架，就是一個將風能轉化為電能的大型設備。風電塔架利用大自然的風力，將勢能轉化為機械能繼而轉化為電能。風電塔架中含有各種能量轉換系統（比如葉片），高規格的風電塔架體型大、高度高，需要一定的轉化、接收、支配、控制以及調整電流方向的電力設施。我國現有的風電站分布在全國各地有利風力發電的地方，總體來說，新能源發電設備是支撐全國用戶正常用電保障和基礎的后起之秀，是霧霾整治的攻堅力量。因此，風電塔架制造與研究機構的工作也顯得尤為重要。

（二）平臺數字化

在全球經濟數字化發展的帶動下，新能源方面特別是風電塔架制造也在逐步信息化和智能化。風力發電塔架發電量的兆瓦級提升，使得現場的制造、檢修過程與先前相比已經變得極其困難，傳統的高空作業平臺已經不再適應現有的大兆瓦級發電塔架的制造及檢修。所以，研究一種新型的高空作業平臺來改變傳統的現狀是非常有必要的，運用微原子技術、微機技術、智能通信技術以及智測技術等新型信息化微型化技術，可以使傳統的作業平臺的操控變得更靈活、更方便、更具有時效性。

（三）塔架制造中高空作業平臺的必要性

風力發電塔架作為現有風力發電機組的主要構成部分，既起了電能轉化和電能輸送的橋梁作用，又是確保風機正常運作的基礎，一旦它的結構出了問題，那么將對整個機組的安全運作產生很大的影響。制造一個高空作業平臺，首先，能夠解決各類不同兆瓦級的風力發電塔架的制造、檢修問題。其次，風力發電塔架的制造要經常進行高空作業、檢修，這個平臺必須能夠適應各種困難環境，靈活的轉移地點，高效的進行高空作業。最后，這種平臺大大提高高空作業的安全性和穩定性，減少工人因個人因素而導致的傷亡數量。

二、多功能高空作業平臺設計

設計一款新型的、多功能的高空作業平臺，主要考慮三個方面的優勢發展方向：一，功能齊全，集天梯、轉運架于一體；二，作業范圍空間大，懸空、自由旋轉360度，每平臺最大使用面積達三到四平方米的區域；三，重量輕便，設備采用輕型材料、伸縮彈簧、高強板等，方便移動、儲存。

（一）結構與原理

平臺結構主要包括機械部分和電控部分，其中，機械部分包括吊起結構、幅轉結構、旋轉結構、支柱結構、移動結構和安全保衛結構，電控部分包括主機結構，外顯屏、操控按鈕結構、硬軟部件以及信號提醒系統。原理的話相對來說比較復雜，它是針對某一特定作業環境需要設定特定的程序，然后通過調試和檢測，使每個結構（具體到每個部位）起到隨機應變的特點功能，使相關操作人員能夠在作業區域安全地帶對此平臺進行遠程調控，以達到空前的效應。

（二）設計各個機構

1、機械部分。首先，從地盤開始，安裝地盤四角調節水平鈕，調節水平之后，安裝支腿，使緊抱旋扣牢固在主支撐柱上。其次，安裝高配置電動機，電動機是整個平臺的動力源，索帶將電動機與主轉盤相連。試通電完畢無誤后，安裝懸梁，固定中上方，降低整體重心（每個支撐部件前期都要進行防滑絕緣的處理）。最上方大平臺的支架是最后一步也是關鍵的一步，所有機械部分構造差不多都分布在此處，中央大平臺的底部考慮設計非油性轉滑軸，固定完畢后可人工進行檢測合格與否。

2、電控部分。對于電控系統的設計，首先一臺或多臺不等的電子計算機是必不可少的，它是控制各部分開關的操作主位，在支腿、彈簧、旋轉板等部位安裝線控開關，在最高點處安裝無線端控制開關，使之無線端連接到電腦端，實現平臺整體的電控無線化。各控件元件在安裝之前都要進行精準調試與檢測，以免安裝后出現問題，因為體積微小導致維修困難。

（三）安全防護

凡是進行高空作業，安全問題永遠會放到第一位。尤其在風力發電塔架制造現場的高空作業中，安全梯、防護欄、絕緣套、防滑墊等等必不可少。設備管理人員要定期對整體設備進行系統檢查和保養，一旦發現出現問題的位點，應及時處理解決。高空作業平臺應搭建安全扶梯，以及各種警示標志，警示燈等。另外，信號加強措施也是關鍵。

三、動態特性分析

研究高空作業平臺的動態特性，從以下幾個方面入手，平臺承受的負荷度、行走平臺靈活度、伸縮臂靈活度等，根據ADASM分析特性，不考慮最小底盤的行走，分析其行走速度、加速度、臂擺頻率等相關參數，建立虛擬的簡單模型，研究實物的穩定性能及安全性能，這種思路不失為一種可靠安全的研究思路。再一個，設計或作用已有的模仿真實平臺的軟件來進行仿真模擬作業，大大簡化動態特性分析的復雜程度，縮短了實際研究時間，這種模型式研究法是非常有可用性的。

（一）關鍵機構

高空作業平臺的關鍵機構主要為：振臂機械機構、旋轉筒機構、行走機構（推進及剎車）、電控機構、安全防護機構、監控機構、示警機構。研究高空作業動態特性主要從每個關鍵機構下手，弄清每個關鍵機構的運作原理、運行公式、通過對模型運作的計算與分析來整合實際平臺工作。振臂機械機構分析其振臂頻率、旋轉筒分析其轉速、行走機構分析其速度及加速度、電控機構分析其電路、安全防護機構和監控機構分析其自動識別與攝像技術原理、示警其未盡事宜，加強遠程兩方面示警（聲光）。

（二）通過曲線方程分析特性

首先根據模型運行的情況，建立時間-速度坐標、頻率曲線、臂長-升降差坐標系，通過對模型運行的測量與計算，構造相關的曲線，那么就可以通過觀察曲線的變化趨勢，來推斷實際工作狀況。

四、結束語

文章以風力發電塔架的設備制造、檢修為主要研究對象，研究設計出一款多功能高空作業平臺，相對其他設計方案來說，本文更簡潔實用，它對于當前大部分風力發電塔架的制造、檢修來說，都是非常實用的，并且在安全可靠性方面已經有了很大的提升。

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