A380登機(jī)橋新型穩(wěn)定裝置的開發(fā)

胡克明

（蒂森克虜伯機(jī)場系統(tǒng)（中山）有限公司，廣東中山 528437）

A380登機(jī)橋新型穩(wěn)定裝置的開發(fā)

胡克明

（蒂森克虜伯機(jī)場系統(tǒng)（中山）有限公司，廣東中山 528437）

通過四輪行走的支腿方式探索、現(xiàn)有技術(shù)的各種支腿結(jié)構(gòu)的分析，為A380登機(jī)橋設(shè)計(jì)了全新的凸輪穩(wěn)定裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、自重輕，經(jīng)機(jī)場的實(shí)際運(yùn)行，證明可達(dá)到穩(wěn)定A380登機(jī)橋的目的。

A380登機(jī)橋；穩(wěn)定裝置；支腿；輔助支撐

0 前言

登機(jī)橋的行走機(jī)構(gòu)承擔(dān)著大部分登機(jī)橋的負(fù)荷并帶動(dòng)登機(jī)橋移動(dòng)完成接泊飛機(jī)功能。普通登機(jī)橋行走機(jī)構(gòu)如圖1所示，通常由圓柱支承、輪架、行走輪等組成，這種設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，而廣泛被采用。但因外形呈啞鈴狀，其中間的圓柱支承與行走輪架之間采用鉸接，整體上構(gòu)成為對登機(jī)橋中部鉸接式單點(diǎn)支撐，通道水平位置保持僅靠通道后部的兩個(gè)鉸接座實(shí)現(xiàn)，普通登機(jī)橋因高度不是太高，登機(jī)橋的穩(wěn)定性可得到滿足。

但A380登機(jī)橋的高度遠(yuǎn)大于普通橋，且更長一般達(dá)40多米，由三個(gè)通道及多組滾輪構(gòu)成能伸縮結(jié)構(gòu)，以及通道升降機(jī)構(gòu)都是較大的焊接結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，精度不高，必須有較大的配合間隙，來保證運(yùn)動(dòng)的靈活性，加之較大高度和長度造成受到外力時(shí)產(chǎn)生的彈性變形也會大些。所以這種鉸接單支承的行走機(jī)構(gòu)的A380登機(jī)橋在接泊飛機(jī)時(shí)，會出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象，給旅客造成安全上心理壓力。

圖1 通用登機(jī)橋行走機(jī)構(gòu)

1 解決方案

方案一：四輪支撐結(jié)構(gòu)

花了不少人力和物力進(jìn)行了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了研制。曾設(shè)計(jì)、試制了四輪支撐方式來增強(qiáng)了登機(jī)橋的穩(wěn)定性。行走裝置，包括輪架、二個(gè)行走輪、二個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)和二個(gè)轉(zhuǎn)向減速機(jī);還包括一個(gè)從動(dòng)輪系;行走輪設(shè)置在主輪架的前部，從動(dòng)輪系設(shè)置在底盤的后部。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)也采用過四個(gè)油缸及鏈條與鏈輪來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能的結(jié)構(gòu)。

因采用四輪支撐，登機(jī)橋的整體穩(wěn)定性好，但轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)需大減速比的行星減速器，國外客戶常要求用進(jìn)口品牌，成本太高，而采用液控方式，增加了四個(gè)油缸，液控系統(tǒng)變動(dòng)很大，整個(gè)液壓系統(tǒng)要重新設(shè)計(jì)制造。

四輪支承方案中的兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向需進(jìn)行同步控制，其控制程序不僅要考慮兩個(gè)行走輪的轉(zhuǎn)速、方向，還要與兩個(gè)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)配合，且兩個(gè)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)角需協(xié)調(diào)，這樣控制軟件的算法很復(fù)雜，造成控制系統(tǒng)也復(fù)雜，降低了可靠性，如用來對已在機(jī)場的登機(jī)橋進(jìn)行改造，工程量將相當(dāng)大，周期長，除了登機(jī)橋的通道、接機(jī)口不變，整個(gè)行走機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、液控系統(tǒng)及液壓站都要重新做，成本是相當(dāng)高。

方案二：增加穩(wěn)定裝置

傳統(tǒng)的行走機(jī)構(gòu)由圓柱支撐、輪架、行走輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)和行星減速器組成，每個(gè)電機(jī)均由變頻器驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)電機(jī)不同的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的組合方式，就可完成登機(jī)橋向前、向后或向左、向右運(yùn)動(dòng)的功能，這樣結(jié)構(gòu)和控制都簡單，經(jīng)不斷探索，認(rèn)為還是用兩輪支承加類似支腿形式妥當(dāng)，現(xiàn)有支腿按結(jié)構(gòu)有蛙式支腿、H型支腿、X型支腿和輻射型支腿，結(jié)合到登機(jī)橋使用狀況，如有雙橋位、服務(wù)梯等情況的制約，支腿跨度不能太大，有些在已有登機(jī)橋?qū)＠娜Φ胤秶鷥?nèi)。只能創(chuàng)新設(shè)計(jì)出全新“支腿”。

經(jīng)對各種方案進(jìn)行斟酌，從中確定了不會與現(xiàn)有專利沖突的A380登機(jī)橋穩(wěn)定裝置方案，在進(jìn)行試制同時(shí)，并申報(bào)了專利[1]，并得到了批準(zhǔn)。此穩(wěn)定裝置外觀如圖2所示。

2 方案介紹

（1）機(jī)械部分組成及零部件設(shè)計(jì)

穩(wěn)定裝置機(jī)械部分主要由：聯(lián)接法蘭、穩(wěn)定裝置本體、減速機(jī)、尾軸帶手柄電機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸、凸輪、雙金屬軸承、定位螺釘、安全護(hù)圈等組成，穩(wěn)定裝置構(gòu)成如圖3所示。

圖2 穩(wěn)定裝置外觀示意圖

圖3 穩(wěn)定裝置構(gòu)成圖

聯(lián)接法蘭與裝置本體用螺栓連接，聯(lián)接孔是腰形孔，因?yàn)榈菣C(jī)橋在結(jié)構(gòu)上，保證不了橫梁能處于水平狀態(tài)，橋體難免有一定的傾斜，加之機(jī)坪坡度不規(guī)則，所以穩(wěn)定裝置本體在高度方向需要有一定調(diào)節(jié)范圍。

在后期產(chǎn)品中，還加長了腰形孔，腰形孔方便了高度調(diào)節(jié)，這樣聯(lián)接強(qiáng)度不易保證。為了穩(wěn)定裝置能牢固、可靠地固定在升降行走機(jī)構(gòu)的橫梁側(cè)面，在本體的側(cè)面焊接有螺紋板，裝兩螺M30的螺釘，頂在橫梁的端部法蘭上，用來承受地面的反作用力。本體方管上部開了大倒角，方便調(diào)節(jié)、固定本體離地面的高度，并配有防護(hù)蓋板。

減速機(jī)內(nèi)藏在本體方管中，初樣是采用帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速器，但考慮到可能受到較大載荷而損壞，后改為減速比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞扭矩大、效率高的斜齒輪-螺旋錐齒輪減速機(jī)，制動(dòng)力由電機(jī)尾部盤式制動(dòng)器來提供。

軸承初選滾動(dòng)軸承，考慮可能的承載，尺寸將很大，而實(shí)際使用是處于低速擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，且時(shí)間很短。為此改為廣泛使用于礦山機(jī)械、汽車、建筑機(jī)械、軋鋼機(jī)械等的雙金屬滑動(dòng)軸承，它是以碳鋼為基體，表面燒結(jié)銅鉛錫鋅粉，適用于高載低速下的旋轉(zhuǎn)、搖擺運(yùn)動(dòng)，銅粉面加工有油孔。其靜承載250 N/mm2，動(dòng)承載140 N/mm2。

凸輪的支承方式可采用單邊支承結(jié)構(gòu)，這樣凸輪可360度旋轉(zhuǎn)，可調(diào)節(jié)的高度范圍大，但因軸處于懸臂狀態(tài)，零件受力不平衡。因此采用了凸輪兩邊用軸承支承的結(jié)構(gòu)形式，調(diào)節(jié)范圍通過合理設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線來保證。

凸輪外形曲線開始設(shè)計(jì)時(shí)，參考標(biāo)準(zhǔn)[2]中4.9.3機(jī)坪坡度，機(jī)坪縱、橫坡度應(yīng)能防止其表面積水，并在符合排水要求的條件上，盡可能平坦。飛機(jī)機(jī)位部分的最大坡度宜不大于0.8%。由此凸輪曲線整段設(shè)計(jì)成觸地工作段。

在機(jī)場試裝時(shí)，原凸輪曲線一般是可應(yīng)付符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)坪坡度進(jìn)行使用，但有條橋要通過一個(gè)凸出油井蓋有困難，因油井蓋造成調(diào)節(jié)難度大，如圖4所示。

考慮到機(jī)坪有可能出現(xiàn)異常狀況，提高登機(jī)橋的通過性，對凸輪的曲線進(jìn)行了合理分配，重新設(shè)計(jì)時(shí)，將凸輪擺動(dòng)的角度范圍分成三段，即行走段、過渡段和觸地工作段。按需要對曲線進(jìn)行合理規(guī)劃，處于行走段時(shí)，凸輪距地面距離盡可能高，以提高登機(jī)橋的通過能力；處于觸地工作段時(shí)，凸輪受到的地面反作用力F應(yīng)盡可能靠近凸輪轉(zhuǎn)軸的軸心，以提高穩(wěn)定裝置的承受負(fù)荷能力。理論上地面的支反力F越近軸心的，穩(wěn)定裝置的承載力能力迅速增加，但需要的曲線長度也隨之增加，需合理取舍。經(jīng)綜合考慮，做出凸輪工作廓線分配規(guī)劃圖，再對得到的凸輪廓線進(jìn)行簡化調(diào)整，改進(jìn)后凸輪曲線如圖5所示。

圖4 機(jī)坪面凸起油井蓋形成障礙

圖5 凸輪工作廓線設(shè)計(jì)

圖6 組合凸輪

組合凸輪結(jié)構(gòu)如圖6所示。觸地工作段采用可更換耐磨尼龍塊的嵌合形式，尼龍塊有一定的彈性能起緩沖作用，避免剛性的鋼鐵與機(jī)場水泥地面碰觸而損壞機(jī)坪。按新設(shè)計(jì)的凸輪在機(jī)場更換后，經(jīng)使用驗(yàn)證，凸輪外形能滿足行走時(shí)的通過性能，也能較好起到穩(wěn)定橋的作用。

凸輪軸既要與減速機(jī)輸出軸聯(lián)接，又要帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，為簡化結(jié)構(gòu)，凸輪軸設(shè)計(jì)成了中空形式，并在軸上開有油槽，用于儲存油脂，利于潤滑，中心螺孔用于拆卸。

圖7 中空凸輪軸外形圖

當(dāng)發(fā)生緊急情況、登機(jī)橋出現(xiàn)故障（如出現(xiàn)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)損壞等其他意外）或停電的情況下，機(jī)場通常要求在2分鐘內(nèi)將登機(jī)橋退回2～3米，確保登機(jī)橋能安全撤離飛機(jī)，不致延誤航班。因此有手動(dòng)退橋的要求，為此定制的電機(jī)帶尾軸，并配有手輪。當(dāng)要手動(dòng)退橋時(shí)，先將本體方管上的側(cè)蓋板取下，按電機(jī)上標(biāo)識釋放制動(dòng)器手動(dòng)釋放螺釘，由人工盤動(dòng)電機(jī)尾部的手輪，使凸輪脫離接觸地面，再通過手動(dòng)退橋裝置就能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)退橋功能。如圖8所示。

圖8 手動(dòng)凸輪抬起功能示意

（2）工作原理

原有液壓支腿用的油缸，推力較大，在接機(jī)撐起時(shí)，可像汽車吊的液壓支腿那樣，將登機(jī)橋撐起來，支腿可承受登機(jī)橋的全部或大部分的負(fù)荷。而新設(shè)計(jì)的凸輪穩(wěn)定裝置，只是在停橋接泊飛機(jī)時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪將穩(wěn)定裝置與機(jī)坪的空間距離填上，相當(dāng)于在通道兩邊墊上墊塊，這樣登機(jī)橋在接機(jī)時(shí)就不會晃動(dòng)，登機(jī)橋負(fù)荷主要是作用在兩個(gè)行走輪上的，穩(wěn)定裝置只起防止登機(jī)橋搖晃的作用。

穩(wěn)定裝置中的電機(jī)和減速器起的功能相當(dāng)于接機(jī)時(shí)將兩塊墊塊墊上，阻止橋搖動(dòng)，要行走時(shí)再將墊塊撤除的作用，所以電機(jī)的功率可較小，配的減速器尺寸也不大，能設(shè)計(jì)在方管內(nèi)，這樣整個(gè)裝置可做得較輕巧、美觀。

穩(wěn)定裝置工作原理如下。

登機(jī)橋行走時(shí)，將凸輪回收：控制系統(tǒng)發(fā)出凸輪收回指令，反轉(zhuǎn)接觸器觸點(diǎn)閉合，凸輪向上擺動(dòng)到達(dá)限位位置，被堵轉(zhuǎn)，這將導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷迅速增大，流過電機(jī)的電流也隨之增大，電流采樣信號與電流設(shè)定值進(jìn)行比較。當(dāng)電流大于過流調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定值時(shí)，中心控制電路輸出信號使內(nèi)置繼電器動(dòng)作、電子過流繼電器迅速動(dòng)作，使得反轉(zhuǎn)接觸器觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凸輪處于回收狀態(tài)。

登機(jī)橋行走到接機(jī)位時(shí)，使凸輪觸地：發(fā)出凸輪觸地指令，凸輪正轉(zhuǎn)接觸器觸點(diǎn)閉合，凸輪擺動(dòng)并接觸地面并被堵轉(zhuǎn)，同理，經(jīng)電子過流繼電器控制，使得正轉(zhuǎn)接觸器觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)供電被切斷，同時(shí)使電機(jī)制動(dòng)器得電，保持凸輪觸地狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)定裝置處于工作狀態(tài)。

因登機(jī)橋本身及機(jī)場地面有一定坡度等原因，會造成兩邊凸輪距地面的距離不同，有時(shí)差別還較大，使得凸輪著地時(shí)的轉(zhuǎn)角會不一致，即使同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪也不會同時(shí)著地，故兩邊凸輪是分別由兩個(gè)電子過流繼電器控制，從而能保證兩邊的凸輪都可靠觸地，這樣凸輪穩(wěn)定裝置就可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定登機(jī)橋的功能，保持登機(jī)橋在旅客通行、或受到風(fēng)載時(shí)不會出現(xiàn)搖晃現(xiàn)象。

凸輪觸地的角度不會一致，但凸輪回收狀態(tài)位置可設(shè)定，故可用接近開關(guān)等作回收位置的限位。接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，電感式接近開關(guān)由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，當(dāng)金屬凸輪在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使凸輪內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這樣回收位置檢測可用電感式接近開關(guān)代替電子過流繼電器，如圖9所示。

圖9 電感式凸輪限位

凸輪式登機(jī)橋輔助穩(wěn)定裝置，電纜、電機(jī)、減速器動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)藏于方管內(nèi)，外形簡潔，與原來的液壓輔助支撐安裝方式一樣，與登機(jī)橋組裝方便、改造工作量小，外形整體感協(xié)調(diào)。如圖10所示。

圖10 A380登機(jī)橋穩(wěn)定裝置與行走機(jī)構(gòu)

改造只需將原液壓輔助支撐及相關(guān)液控管路等拆下來，用堵頭封住液壓站上的原液壓支撐的出油口，用聯(lián)接螺釘將穩(wěn)定裝置聯(lián)上，接好電源及控制線路等，調(diào)整好高度，功能調(diào)試后即完成改造。通過改造后的A380登機(jī)橋投入了正常使用。改造后功能性測試及處于接機(jī)工作狀態(tài)的A380登機(jī)橋如圖11，圖12所示。

圖11 帶穩(wěn)定裝置A380登機(jī)橋在測試中

圖12 帶穩(wěn)定裝置A380登機(jī)橋接泊飛機(jī)

圖13 A380登機(jī)橋液壓原理圖比較

國外機(jī)場有的為了環(huán)保，要求使用機(jī)電橋，即整個(gè)登機(jī)橋的驅(qū)動(dòng)都不能使用液壓系統(tǒng)，對此凸輪穩(wěn)定裝置可直接與機(jī)電升降機(jī)構(gòu)以及機(jī)電行走機(jī)構(gòu)組成全機(jī)電的登機(jī)橋。即使是新生產(chǎn)的A380登機(jī)橋使用該機(jī)電穩(wěn)定裝置，其因可較大簡化液壓系統(tǒng)，如圖13所示，（a）為帶液壓支撐的A380登機(jī)橋液壓原理圖，（b）為采用A380登機(jī)橋凸輪穩(wěn)定裝置的液壓原理圖，其性價(jià)比比液壓支腿或四輪結(jié)構(gòu)也有很大的優(yōu)勢。

［1］胡克明，符平宣，牛福維.一種登機(jī)橋穩(wěn)定裝置［P］.中國專利：201320007563.4.

［2］民用機(jī)場飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.UDC中華人民共和國民用航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MH5001-2006.

The Development of New Type of Stable Device for A380 Boarding Bridge

HU Ke-ming
（Thyssenkrupp Airport System(Zhongshan)Co.，Ltd，Zhongshan528437，China）

By exploring the Four-wheel structure，and analyzing the existing various outrigger，design a new cam stabilization device，for the A380Boarding bridges.It has a simple structure，light weight characteristics.Through the actual operation on airport，show the ability to achieve the goal to stabilize the A380 boarding bridge.

A380 boarding bridge；stable device；outrigger；auxiliary support

TU248.6

B

1009－9492(2014)07－0145－06

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.042

胡克明，男，1963年生，江西南昌人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：旅客登機(jī)橋持續(xù)改進(jìn)。

(編輯：王智圣)

3 結(jié)束語

2014－01－15

穩(wěn)定裝置從申報(bào)專利時(shí)的方案，到初樣，通過功能性驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)缺陷、制造問題，現(xiàn)場組裝調(diào)試反饋的意見、客戶的要求，也為設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了第一手資料。經(jīng)深入思考，對結(jié)構(gòu)、零部件作較大的改變、改良，增加手動(dòng)功能等，這些說明新產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證是產(chǎn)品開發(fā)極為重要的一環(huán)，任何設(shè)計(jì)都要經(jīng)過不斷改進(jìn)來完善。通過國內(nèi)、外機(jī)場的使用，證明A38登機(jī)橋新型穩(wěn)定裝置能滿足功能要求，得到了客戶認(rèn)可。