多功能高空作业平台设计及关键机构动态特性研究

王琛

摘 要：本文针对高空作业的特殊需要，提出应用多功能微机化智能操作来操控高空作业平台，并以风力发电塔架为研究对象，在检修数字化、电控数字化等方面进行了分析。根据数控平台的工作原理，对其结构进行了系统的动态分析，使其各个运行机构发挥至最大的作用，工作效率、安全系数均不同程度得到提高。

关键词：高空作业；风力发电塔架；平台设计；关键机构

关于高空作业平台，它是非地面及地下进行相关高空作业的一个主要设备之一。运作灵活、操控简易、安全可靠是它主要的优势特性。当前国内重工业领域尤其是风电零部件制造领域对此类作业平台尤为重视，特别是风力发电塔架制造现场。基于风力发电塔架兆瓦级的增加，风力发电塔架的直径不断增大，现有的某些配套设备及工装因各种局限性已经很难满足其安全、高效地生产。所以，非常需要一种新型的更具安全性、时效性的平台操控机构来进行高空作业。研究高空作业平台，首先要找准其作用位点、应用对象（本文主要研究风力发电塔架现场制造、检修），其次根据其原理来设计结构框架，最后，还要重视安全和防护问题。

一、高空作业

要想设计一种高空作业平台，那么我们有必要先了解一下什么是高空作业，顾名思义，高空作业就是在高处进行施工，例如在洞口、高架、桥洞、以及悬空等地点，这些地点都是高空作业的主要地点，当然，也是伤亡发生的最多处。随着新经济中新能源的比重不断增大，重工业领域的不断智能化，高空作业也逐步向人工智能领域靠拢。所以，设计出一个平台，使之能够通过地面操控，把相关设备和操作工人既高效又安全的运送到指定高处进行工作，非常具有时效性。

（一）风电塔架

所谓风电塔架，就是一个将风能转化为电能的大型设备。风电塔架利用大自然的风力，将势能转化为机械能继而转化为电能。风电塔架中含有各种能量转换系统（比如叶片），高规格的风电塔架体型大、高度高，需要一定的转化、接收、支配、控制以及调整电流方向的电力设施。我国现有的风电站分布在全国各地有利风力发电的地方，总体来说，新能源发电设备是支撑全国用户正常用电保障和基础的后起之秀，是雾霾整治的攻坚力量。因此，风电塔架制造与研究机构的工作也显得尤为重要。

（二）平台数字化

在全球经济数字化发展的带动下，新能源方面特别是风电塔架制造也在逐步信息化和智能化。风力发电塔架发电量的兆瓦级提升，使得现场的制造、检修过程与先前相比已经变得极其困难，传统的高空作业平台已经不再适应现有的大兆瓦级发电塔架的制造及检修。所以，研究一种新型的高空作业平台来改变传统的现状是非常有必要的，运用微原子技术、微机技术、智能通信技术以及智测技术等新型信息化微型化技术，可以使传统的作业平台的操控变得更灵活、更方便、更具有时效性。

（三）塔架制造中高空作业平台的必要性

风力发电塔架作为现有风力发电机组的主要构成部分，既起了电能转化和电能输送的桥梁作用，又是确保风机正常运作的基础，一旦它的结构出了问题，那么将对整个机组的安全运作产生很大的影响。制造一个高空作业平台，首先，能够解决各类不同兆瓦级的风力发电塔架的制造、检修问题。其次，风力发电塔架的制造要经常进行高空作业、检修，这个平台必须能够适应各种困难环境，灵活的转移地点，高效的进行高空作业。最后，这种平台大大提高高空作业的安全性和稳定性，减少工人因个人因素而导致的伤亡数量。

二、多功能高空作业平台设计

设计一款新型的、多功能的高空作業平台，主要考虑三个方面的优势发展方向：一，功能齐全，集天梯、转运架于一体；二，作业范围空间大，悬空、自由旋转360度，每平台最大使用面积达三到四平方米的区域；三，重量轻便，设备采用轻型材料、伸缩弹簧、高强板等，方便移动、储存。

（一）结构与原理

平台结构主要包括机械部分和电控部分，其中，机械部分包括吊起结构、幅转结构、旋转结构、支柱结构、移动结构和安全保卫结构，电控部分包括主机结构，外显屏、操控按钮结构、硬软部件以及信号提醒系统。原理的话相对来说比较复杂，它是针对某一特定作业环境需要设定特定的程序，然后通过调试和检测，使每个结构（具体到每个部位）起到随机应变的特点功能，使相关操作人员能够在作业区域安全地带对此平台进行远程调控，以达到空前的效应。

（二）设计各个机构

1、机械部分。首先，从地盘开始，安装地盘四角调节水平钮，调节水平之后，安装支腿，使紧抱旋扣牢固在主支撑柱上。其次，安装高配置电动机，电动机是整个平台的动力源，索带将电动机与主转盘相连。试通电完毕无误后，安装悬梁，固定中上方，降低整体重心（每个支撑部件前期都要进行防滑绝缘的处理）。最上方大平台的支架是最后一步也是关键的一步，所有机械部分构造差不多都分布在此处，中央大平台的底部考虑设计非油性转滑轴，固定完毕后可人工进行检测合格与否。

2、电控部分。对于电控系统的设计，首先一台或多台不等的电子计算机是必不可少的，它是控制各部分开关的操作主位，在支腿、弹簧、旋转板等部位安装线控开关，在最高点处安装无线端控制开关，使之无线端连接到电脑端，实现平台整体的电控无线化。各控件元件在安装之前都要进行精准调试与检测，以免安装后出现问题，因为体积微小导致维修困难。

（三）安全防护

凡是进行高空作业，安全问题永远会放到第一位。尤其在风力发电塔架制造现场的高空作业中，安全梯、防护栏、绝缘套、防滑垫等等必不可少。设备管理人员要定期对整体设备进行系统检查和保养，一旦发现出现问题的位点，应及时处理解决。高空作业平台应搭建安全扶梯，以及各种警示标志，警示灯等。另外，信号加强措施也是关键。

三、动态特性分析

研究高空作业平台的动态特性，从以下几个方面入手，平台承受的负荷度、行走平台灵活度、伸缩臂灵活度等，根据ADASM分析特性，不考虑最小底盘的行走，分析其行走速度、加速度、臂摆频率等相关参数，建立虚拟的简单模型，研究实物的稳定性能及安全性能，这种思路不失为一种可靠安全的研究思路。再一个，设计或作用已有的模仿真实平台的软件来进行仿真模拟作业，大大简化动态特性分析的复杂程度，缩短了实际研究时间，这种模型式研究法是非常有可用性的。

（一）关键机构

高空作业平台的关键机构主要为：振臂机械机构、旋转筒机构、行走机构（推进及刹车）、电控机构、安全防护机构、监控机构、示警机构。研究高空作业动态特性主要从每个关键机构下手，弄清每个关键机构的运作原理、运行公式、通过对模型运作的计算与分析来整合实际平台工作。振臂机械机构分析其振臂频率、旋转筒分析其转速、行走机构分析其速度及加速度、电控机构分析其电路、安全防护机构和监控机构分析其自动识别与摄像技术原理、示警其未尽事宜，加强远程两方面示警（声光）。

（二）通过曲线方程分析特性

首先根据模型运行的情况，建立时间-速度坐标、频率曲线、臂长-升降差坐标系，通过对模型运行的测量与计算，构造相关的曲线，那么就可以通过观察曲线的变化趋势，来推断实际工作状况。

四、结束语

文章以风力发电塔架的设备制造、检修为主要研究对象，研究设计出一款多功能高空作业平台，相对其他设计方案来说，本文更简洁实用，它对于当前大部分风力发电塔架的制造、检修来说，都是非常实用的，并且在安全可靠性方面已经有了很大的提升。

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