溫 建/WEN Jian（山西太原龍?jiān)措娏τ邢薰?，山?太原 030001）

二維作業(yè)吊籃

溫 建/WEN Jian
（山西太原龍?jiān)措娏τ邢薰荆轿?太原 030001）

[摘 要]針對(duì)現(xiàn)有吊籃采用垂直懸吊方式造成水平移動(dòng)困難，對(duì)吊籃穩(wěn)定和安全造成影響問(wèn)題，介紹一種二維作業(yè)吊籃專利技術(shù)，該吊籃采用雙邊斜吊方式，通過(guò)匯集吊點(diǎn)方法和限制作業(yè)范圍等措施，得到有益效果：懸吊平臺(tái)可沿作業(yè)面多方向運(yùn)行提高了機(jī)動(dòng)性，作業(yè)范圍由豎直狹長(zhǎng)帶拓展為二維作業(yè)面提高了作業(yè)效率，懸吊平臺(tái)自行平衡從結(jié)構(gòu)上避免了失穩(wěn)造成的傾覆事故。

[關(guān)鍵詞]高處作業(yè)吊籃；二維；作業(yè)面；擦窗機(jī)

1 技術(shù)背景

隨著城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，高處作業(yè)吊籃（以下簡(jiǎn)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(yè)領(lǐng)域。

現(xiàn)有技術(shù)的吊籃都采用垂直懸吊方式只限于上下運(yùn)行，施工時(shí)只能進(jìn)行豎直方向狹長(zhǎng)作業(yè)，水平移動(dòng)時(shí)需要先停止運(yùn)行，通過(guò)對(duì)懸掛機(jī)構(gòu)的位移來(lái)轉(zhuǎn)移作業(yè)面，對(duì)于較寬的建筑作業(yè)面則需要多次位移，或者采用多臺(tái)吊籃同時(shí)運(yùn)行來(lái)彌補(bǔ)水平移動(dòng)的不足，吊籃的工作效率因此受到影響。

為了適應(yīng)玻璃幕墻清洗、維護(hù)等水平移動(dòng)頻繁的作業(yè)需求而推出了擦窗機(jī)，擦窗機(jī)同樣也采用了垂直懸吊方式，其中插桿式擦窗機(jī)采用可手動(dòng)移位的插桿裝置，位移方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投入成本低，但它不能水平運(yùn)行，還需要在屋面設(shè)置很多插座；軌道式擦窗機(jī)能夠水平運(yùn)行，但需要事先在屋面鋪設(shè)軌道并配置水平行走的臺(tái)車，加大了設(shè)備的投資。

吊籃和擦窗機(jī)采用垂直懸吊方式不僅造成水平移動(dòng)的困難，同時(shí)也對(duì)吊籃系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全形成影響。對(duì)于普遍使用雙邊懸掛吊籃，運(yùn)行中要求雙邊鋼絲繩的作用長(zhǎng)度保持相等，雙提升機(jī)同步運(yùn)行，才能保證懸吊平臺(tái)或吊船的平衡，但是吊籃在實(shí)際運(yùn)行中很容易受到重力失衡、鋼絲繩打滑、雙電機(jī)轉(zhuǎn)速差異、電機(jī)制動(dòng)器靈敏度變化等影響，造成懸吊平臺(tái)或吊船發(fā)生傾斜和失穩(wěn)，如果問(wèn)題處置不及時(shí)或矯正操作不當(dāng)就有可能導(dǎo)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(xiàn)的提升機(jī)超載或拉斷鋼絲繩，或發(fā)生重物擺動(dòng)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(guī)程。

現(xiàn)有技術(shù)的吊籃和擦窗機(jī)設(shè)計(jì)都秉承了這種常規(guī)理念，無(wú)一例外地采用了垂直懸吊方式，忽略或者回避了斜吊的設(shè)計(jì)模式以及可能帶來(lái)的益處。深入研究可知，斜吊帶來(lái)的并非都是弊端，其不利影響和危險(xiǎn)及事故也不是必然的，只要遵循一定的運(yùn)行規(guī)則并且采取一定的技術(shù)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(yè)運(yùn)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(jī)構(gòu)分別架設(shè)在作業(yè)面的兩個(gè)頂點(diǎn)A、B上，以及建筑屋面的轉(zhuǎn)角處，它們形成固定掛點(diǎn)而無(wú)需位移；在懸吊平臺(tái)上設(shè)置龍門架，它將雙提升機(jī)所構(gòu)成的兩個(gè)吊點(diǎn)匯集至懸吊平臺(tái)的頂部，盡量靠近重心垂線；兩個(gè)掛點(diǎn)的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩個(gè)吊點(diǎn)的間距，雙鋼絲繩從兩個(gè)掛點(diǎn)斜拉至兩個(gè)吊點(diǎn)，懸吊平臺(tái)被平衡地懸吊在其間；作業(yè)時(shí)操控雙提升機(jī)分別改變雙邊鋼絲繩的作用長(zhǎng)度，驅(qū)動(dòng)懸吊平臺(tái)在作業(yè)面上二維運(yùn)行，到達(dá)作業(yè)范圍的任意需要位置。

3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

二維作業(yè)吊籃的結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)。

1）該吊籃采用雙邊斜吊方式，吊點(diǎn)匯集使懸吊平臺(tái)自行平衡，雙提升機(jī)非同步操控使懸吊平臺(tái)的運(yùn)行靈活機(jī)動(dòng)。

2）該吊籃的龍門架與作業(yè)面平行，龍門架上轉(zhuǎn)彎處設(shè)置導(dǎo)向滑輪用于傳導(dǎo)鋼絲繩，龍門架的高度大于人的身高，同時(shí)滿足懸吊平臺(tái)的平衡與穩(wěn)定。

3）該吊籃的提升機(jī)選用爬升式提升機(jī)，作業(yè)時(shí)依靠繩輪與鋼絲繩間的摩擦力來(lái)改變鋼絲繩的作用長(zhǎng)度，驅(qū)動(dòng)懸吊平臺(tái)運(yùn)行。

4）該吊籃設(shè)置的安全裝置，包括在雙掛點(diǎn)上設(shè)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(tái)兩端對(duì)應(yīng)安裝安全鎖，安全鋼絲繩與安全鎖對(duì)應(yīng)配合。當(dāng)工作鋼絲繩的任意一根發(fā)生斷裂，同一側(cè)的安全鎖自動(dòng)鎖住安全鋼絲繩，可避免事故發(fā)生。

5）該吊籃設(shè)置的提升機(jī)超載保護(hù)裝置，通過(guò)該裝置制止提升機(jī)或鋼絲繩超載運(yùn)行，也可避免斜吊傾角過(guò)大造成事故。

6）該吊籃設(shè)置的限位裝置，包括在懸吊平臺(tái)頂部安裝行程開(kāi)關(guān)和鋼絲繩端部設(shè)置限位裝置，用于限制懸吊平臺(tái)超過(guò)預(yù)設(shè)的極限高度。

7）該吊籃的懸掛機(jī)構(gòu)通過(guò)預(yù)埋件架設(shè)在建筑物或構(gòu)筑物上，其結(jié)構(gòu)滿足吊籃的抗傾覆力矩。

二維作業(yè)吊籃的尺寸和載荷能力可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖2展示為長(zhǎng)度2m，載重量300kg的二維作業(yè)吊籃。

圖2　 二維作業(yè)吊籃

4 操控運(yùn)行

二維作業(yè)吊籃的操控運(yùn)行，可采用電控按鈕欄內(nèi)操控或地面無(wú)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(duì)上升、下降控制按鈕，分別控制左、右提升機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，對(duì)左、右提升機(jī)進(jìn)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(gè)大致方向運(yùn)行，其控制邏輯如圖4所示；無(wú)線遙控器設(shè)置上、下、左、右和啟動(dòng)、停止六個(gè)按鍵，其控制邏輯也分別對(duì)應(yīng)于圖4，無(wú)線遙控距離可達(dá)120m。

圖3　 電控箱和遙控器外形

圖4　 控制邏輯

懸吊平臺(tái)啟動(dòng)和停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循雙邊鋼絲繩同時(shí)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(guī)則，從而使懸吊平臺(tái)垂直起降于地面，避免擺動(dòng)造成可能的碰撞。

5 作業(yè)禁區(qū)

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(chǎn)生的水平分力會(huì)增大提升機(jī)和鋼絲繩的受力，當(dāng)垂直傾角數(shù)值過(guò)大時(shí)容易造成提升機(jī)及鋼絲繩超載甚至發(fā)生斷裂事故。

解決的方法包括對(duì)提升機(jī)設(shè)置超載保護(hù)裝置，限制提升機(jī)和鋼絲繩的最大受力，當(dāng)單邊提升機(jī)或鋼絲繩的受力超過(guò)懸吊平臺(tái)總質(zhì)量P的最大容許值時(shí)，切斷提升機(jī)的上升電路以制止其繼續(xù)上行。

圖5　 作業(yè)禁區(qū)示意圖

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

式中 S1——左側(cè)鋼絲繩受力；

S2——右側(cè)鋼絲繩受力；

α——左側(cè)鋼絲繩的垂直傾角；

β——右側(cè)鋼絲繩的垂直傾角；

P——懸吊平臺(tái)的總質(zhì)量。

計(jì)算表明，當(dāng)α和β均小于60°時(shí)，雙邊提升機(jī)或鋼絲繩的受力S1、S2均不會(huì)超過(guò)懸吊平臺(tái)的總質(zhì)量P；當(dāng)α和β均為60°時(shí)，雙邊提升機(jī)或鋼絲繩的受力等于懸吊平臺(tái)的總質(zhì)量P；當(dāng)α 或β有一個(gè)傾角大于60°時(shí)，有可能出現(xiàn)單邊提升機(jī)或鋼絲繩的受力大于懸吊平臺(tái)的總質(zhì)量P。

此時(shí)應(yīng)當(dāng)注意控制另一個(gè)傾角的大小，我們把ABO圍成的陰影區(qū)域列為作業(yè)禁區(qū)，禁止懸吊平臺(tái)進(jìn)入該區(qū)域，可避免吊籃水平分力造成的事故。

通過(guò)優(yōu)選作業(yè)面的高寬比值，可以合理控制作業(yè)禁區(qū)的面積，保證吊籃具有足夠的作業(yè)范圍，計(jì)算表明，作業(yè)面高寬比值在4～6之間，可使作業(yè)范圍達(dá)到95%以上，能夠滿足一般工程作業(yè)需要。如果作業(yè)面過(guò)寬或高寬比值偏小，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加懸掛機(jī)構(gòu)的架設(shè)數(shù)量，把作業(yè)面劃分為多個(gè)相鄰的作業(yè)區(qū)，從而滿足需要的作業(yè)范圍，反之，高寬比值過(guò)大將造成資源的浪費(fèi)和吊籃工作效率的降低。

6 結(jié) 論

二維作業(yè)吊籃一改現(xiàn)有吊籃和擦窗機(jī)慣用的垂直懸吊方式而采用雙邊斜吊方式，通過(guò)匯集吊點(diǎn)的方法和限制作業(yè)范圍等措施，得到下列有益效果。

1）懸吊平臺(tái)猶如蜘蛛可沿作業(yè)面多方向運(yùn)行，到達(dá)作業(yè)范圍的任意需要位置，顯著提高了吊籃作業(yè)的機(jī)動(dòng)性。

2）吊籃的作業(yè)范圍由豎直狹長(zhǎng)帶拓展為二維作業(yè)面，減少了設(shè)備的水平位移，顯著提高了吊籃的作業(yè)效率。

3）懸吊平臺(tái)的平衡取決于自身結(jié)構(gòu)，擺脫了對(duì)于雙提升機(jī)和雙邊鋼絲繩同步運(yùn)行的依賴，從結(jié)構(gòu)上避免了失穩(wěn)造成的傾覆事故，顯著提高了吊籃作業(yè)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(jī)轉(zhuǎn)速不同步、電磁制動(dòng)器間隙差異等對(duì)于吊籃運(yùn)行的影響程度，同時(shí)還增強(qiáng)了吊籃的側(cè)向抗風(fēng)能力，提高了吊籃的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

二維作業(yè)吊籃可廣泛應(yīng)用于高層建筑外墻施工、玻璃幕墻清洗等吊籃和擦窗機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域；還可用于高樓火災(zāi)的消防救援，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)二維作業(yè)吊籃的進(jìn)一步研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供一定的借鑒。

[參考文獻(xiàn)]

[1] GB 19155-2003，高處作業(yè)吊籃[S].

[2] GB 19154-2003，擦窗機(jī)[S].

[3] 張 華，薛抱新.高處作業(yè)吊籃在特殊工程中的應(yīng)用[J]．建筑機(jī)械化，2005，（8）：44-46．

[4] 高新武．高處作業(yè)吊籃[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011．

[5] 溫 建.二維作業(yè)吊籃[P].中國(guó)專利:201410358956.9, 2014-07-27.

（編輯 賈澤輝）

［中圖分類號(hào)］TU976+.42

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366（2015）02-0045-04

［收稿日期］2014-08-10

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