胡克明

（蒂森克虜伯機場系統(tǒng)（中山）有限公司，廣東中山 528437）

0 引言

登機橋直接連接了飛機和航站樓，其橋身可左右移動、伸縮和升降，且接機口有折棚可柔性向外延伸，密合地銜接機艙門，因而能提供一個令人舒適的環(huán)境，讓旅客不受天氣影響，無需日曬雨淋地方便登機，給機場管理也帶來了便利。首座旅客登機橋于1959年7月29日在美國的舊金山國際機場搭建以來。隨著全球經(jīng)濟一體化趨勢和生活水平的提高，登機橋得到了越來越廣泛的應用，需求量也越來越大。

登機橋的生產(chǎn)早期主要是在美國、德國，憑其深厚工業(yè)基礎和技術(shù)優(yōu)勢，登機橋產(chǎn)業(yè)走在世界的前列，產(chǎn)品暢銷世界各地。登機橋研究和制造至今已過了半個多世紀，但其主體結(jié)構(gòu)[1]基本上沒有改變，如圖1所示。

圖1 登機橋的典型結(jié)構(gòu)

隨著后起登機橋生產(chǎn)廠家的興起，登機橋市場的競爭已不斷加劇。伴隨著發(fā)達國家勞動力成本等因素，德國、美國登機橋企業(yè)開始了產(chǎn)業(yè)的國際轉(zhuǎn)移。日本登機橋廠商為抑制生產(chǎn)成本，先后在新加坡和越南設立公司，將大型的部件生產(chǎn)移到海外，如通道生產(chǎn)放到訂貨機場附近進行，這樣通過削減大型部件的運輸費用，不僅能抑制成本，對引進國來說，帶來的先進生產(chǎn)技術(shù)和管理經(jīng)驗，也有利于產(chǎn)品的競爭。

現(xiàn)在泰國、馬來西亞、印度尼西亞、韓國、中國等都有登機橋制造企業(yè)，加上有些國家的地方保護主義觀念，出于貿(mào)易保護，即使質(zhì)量存在問題，一般也會傾向采購本國生產(chǎn)的設備。所以僅靠質(zhì)量和價格在國際市場上去競爭也有一定的難度。目前，國際主要企業(yè)在將生產(chǎn)中一些部件外包給其他企業(yè)完成，將產(chǎn)品設計、技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新作為其核心競爭力，以不斷創(chuàng)新的技術(shù)來豐富產(chǎn)品性能，提高舒適性，通過先進的設計，來拓展鞏固企業(yè)在市場上的地位。

1 開發(fā)新型支線飛機登機橋

通用的登機橋主要是針對中、大型客機來研發(fā)的，隨著旅游和經(jīng)濟的發(fā)展，小型客機使用日益增多，為了適應這種需求，作為一種創(chuàng)新的旅客處理解決方案，Jetway開發(fā)了為支線飛機旅客登機設計的新型TeleRadial登機橋。它適用于大多數(shù)區(qū)域的渦輪螺旋槳飛機、商用飛機和窄體飛機，能夠使登機橋從較高的航站樓地板高度向下伸展，與很低的支線噴氣機的機艙門欄相連，具有保護旅客、操作者和支線飛機的優(yōu)點。TeleRa?dial登機橋如圖2、圖3所示。

2 無障礙式登機橋的研發(fā)[2-3]

因登機橋是依靠大小不同的矩形筒狀通道套接來達到伸縮功能，這樣通道間產(chǎn)生臺階就沒法避免，三菱重工將解決臺階問題作為課題，另辟蹊徑，創(chuàng)新設計出新的機構(gòu)，顛覆傳統(tǒng)伸縮通道的踏板過渡結(jié)構(gòu)。利用人行步道踏板傳動方式與通道結(jié)合成能伸縮構(gòu)造的活動踏板，將半個世紀以來基本結(jié)構(gòu)幾乎不變的通道踏板及兩邊的雨水槽取消，完全實現(xiàn)了通道無障礙，提高了旅客的安全性，用全新獨創(chuàng)的亮點來吸引客戶，也大大地增強了產(chǎn)品的競爭力。普通與無障礙登機橋構(gòu)造及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4、5、6所示。

圖4 普通登機橋與無障礙登機橋構(gòu)造圖

圖2 TeleRadial登機橋接泊支線飛機

圖3 TeleRadial登機橋接機口

3 機電橋升降驅(qū)動下置的開發(fā)研究[4]

傳統(tǒng)機電登機橋的升降結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要由減速電機、鏈式聯(lián)軸節(jié)、推力調(diào)心滾子軸承、滾珠絲桿幅及內(nèi)外套管組成。減速電機、鏈式聯(lián)軸節(jié)、調(diào)心推力滾子軸承、滾珠絲桿與外套管組成一體通過螺栓與通道相聯(lián)接，滾珠絲桿的螺母與內(nèi)套管相配合，當電機通過減速系統(tǒng)驅(qū)動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動時，內(nèi)、外套管間將產(chǎn)生伸縮運動，從而帶動登機橋升降，配合行走機構(gòu)達到接泊飛機的目的。因減速電機、鏈式聯(lián)軸節(jié)等動力傳動部件位于通道的上部，安裝、維護保養(yǎng)等工作都處于高空作業(yè)，時常需起重設備配合作業(yè)，這樣不僅保養(yǎng)不太方便、也存在高空作業(yè)的安全隱患。據(jù)資料顯示確有在深夜對登機橋點檢作業(yè)時，不幸從高空墜落身亡事例。

圖5 研制中的活動踏板機構(gòu)與樣橋

圖6 內(nèi)部效果比較圖（普通橋兩邊有雨水槽、踏板，無障礙橋內(nèi)部寬敞、平坦、友善）

圖7 傳統(tǒng)機電登機橋升降構(gòu)造圖

所以如果能從結(jié)構(gòu)上探討避免或減少高空作業(yè)對安全來說是有意義的?；诖丝紤]，在仍采用導向性好、剛度高、承載力強的傳統(tǒng)導套式升降結(jié)構(gòu)的前提下，如何將升降驅(qū)動部分下置成了課題。

通用的登機橋的機電升降系統(tǒng)常用的是絲桿旋轉(zhuǎn)，螺母固定的垂直螺桿傳動方式，即通過絲桿轉(zhuǎn)動，帶動外套管升降來完成的，驅(qū)動系統(tǒng)是隨外套管同時升降的。

將減速電機下置后并不能簡單地直接將原傳動系統(tǒng)反過來配置，因為下置后驅(qū)動減速電機不能相對地面做升降運動。為此本結(jié)構(gòu)采用螺桿固定、螺母旋轉(zhuǎn)的傳動方式，即滾珠絲桿與外套管頂部的絲桿座通過關節(jié)軸承固定一起，因要滿足升降行程的需要，螺母必需置于內(nèi)套管的上部，但如何將下置的減速電機的動力傳遞到位于高處的螺母呢，考慮到登機橋升降時轉(zhuǎn)速只有60 r/min，屬低速重載傳動，在此設計了特殊的傳動軸套，傳動導套的動力傳動結(jié)構(gòu)，將減速電機輸出轉(zhuǎn)矩遠距離傳遞給滾珠絲桿螺母，滾珠絲桿經(jīng)螺母置于傳動軸套的內(nèi)部，升降立柱的內(nèi)、外套管是方管結(jié)構(gòu)，套管之間鑲有Nylatron滑塊（一種經(jīng)過填充的酰胺纖維化合物），所以內(nèi)、外套管不能有相對旋轉(zhuǎn)運動，只能作相對軸向移動。這樣電機帶動滾珠絲桿螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠絲桿將隨著螺母轉(zhuǎn)動方向不同，而產(chǎn)生升降運動。在減速電機的下端裝有感應檢測裝置，通過PLC對檢測到的因電機轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的數(shù)字脈沖信號進行實時采集或監(jiān)控，并將算出的高度值等信息反映在接機口控制臺的顯示屏上，機電橋升降驅(qū)動下置的具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 機電橋升降驅(qū)動下置結(jié)構(gòu)圖

機電橋升降驅(qū)動下置升降系統(tǒng)分解如圖9所示，具體實施是傳動軸套上端帶設計有凹形爪槽，其下端帶有方孔，減速電機的驅(qū)動軸的前端部有方頭，與傳動軸下端方孔相配合，傳動導套有凸起的撥動爪，可鑲?cè)雮鲃虞S套的凹形爪槽中，傳動導套與滾珠絲桿螺母用螺栓相聯(lián)，螺母的下方裝有推力調(diào)心滾子軸承，推力調(diào)心滾子軸承外圈鑲裝在內(nèi)導管的頂端，這樣登機橋的負載通過升降立柱的外套管、滾珠絲桿傳遞到螺母，再由螺母經(jīng)推力調(diào)心軸承傳到立柱的內(nèi)套管上，推力調(diào)心軸承與內(nèi)套管起到承受整個登機橋的負載作用，這樣設計傳動軸套只受減速電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，而不承受登機橋負載產(chǎn)生的軸向載荷。當然也可將傳動軸套設計成既承受負載又承受傳動扭矩，但這樣結(jié)構(gòu)會復雜，且為避免傳動軸套失效，強度要求更高。

登機橋是對安全性要求很苛刻的設備，一旦有閃失，后果將是非常嚴重的。香港國際機場曾發(fā)生過登機橋碰撞倒塌意外，位于經(jīng)濟艙門的登機橋突然移動，撞向頭等艙位登機橋，兩橋相繼倒塌，連同頭等艙機門亦被扯脫，操作員從約五米高墮下地面受傷。所以登機橋的設計要做失效分析，對重要的承載構(gòu)件進行相關的強度校核并需進行苛刻的試驗，這對預防事故的發(fā)生有著很重要的意義。

圖9 機電橋升降驅(qū)動下置升降系統(tǒng)分解圖

經(jīng)典的數(shù)學工具有時不能求出近似解，常求助于“數(shù)值方法”，進行定量分析，有限元法屬于數(shù)值方法，工程技術(shù)人員的任務是：首先將復雜的工程實際問題簡化，選擇合適的程序，向計算機輸入全部所需的數(shù)據(jù)和信息，最后檢查計算結(jié)果的合理性[5]。根據(jù)登機橋標準中相關載荷，如通道內(nèi)地板面載荷、通道頂?shù)难┹d及自重包括掛在通道下的FCA、FGP等，通過解析式形式可求出升降立柱所承受的載荷為38.35 t，經(jīng)對已建模型施加約束條件及載荷并運算求解，可得相關結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)性能分析結(jié)果，應力和位移如圖10～11所示。

圖10 內(nèi)套管及橫梁受載變形分布圖

圖11 傳動軸套承受轉(zhuǎn)矩時的應力分布圖

通過結(jié)構(gòu)分析、受力論證，經(jīng)設計評審初步認為方案有可行性，為此開始下置升降驅(qū)動的詳細設計，并進行了樣橋試制，對組裝的樣橋作了全面檢測，局部及整體登機橋樣橋如圖12、圖13所示。

圖12 登機橋升降驅(qū)動下置局部圖

圖13 升降驅(qū)動下置登機橋整體圖

為保證登機橋安全、可靠性，登機橋型式實驗除滿足接機功能方面的要求外，有很多安全、保護裝置及要求，其中包括有嚴格的升降系統(tǒng)單臂支撐要求[1]，試驗方法為通過電控或手動方式，打開一邊制動器，讓另一邊的升降驅(qū)動系統(tǒng)支承登機橋，再測量接機口下降的高度變化是否在要求的范圍內(nèi)，加載方法是按標準地板面載荷使用配重塊和沙袋進行，單臂支承在空載和加載情況下的測試結(jié)果如表1、表2所示。

升降驅(qū)動部分下置后，減速電機處于離地1.3米的高度，站在機坪上就可以方便地打開電機罩后，進行維護、保養(yǎng)、點檢，如定期檢測制動器磨損情況，有什么異常也容易發(fā)現(xiàn)，檢修驅(qū)動部分用普通叉車就可，而不需要用汽車吊之類，不僅便利了維保，也避免了高空作業(yè)，對安全來說有益處。經(jīng)樣橋初步測試證明機電橋升降驅(qū)動方案基本可行。

4 結(jié)束語

登機橋的設計與開發(fā)從最初滿足單一基本的功能外，通過不斷創(chuàng)新，登機橋的接機范圍擴大到了大型A380及支線或小型客機。借助了電子科技的發(fā)展，登機橋具備預置、接機、調(diào)平、退橋的自動操作以及網(wǎng)絡控制等智能化功能。目前登機橋市場競爭激烈，企業(yè)要想在市場上占一席之地，就必須不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，在技術(shù)、成本、產(chǎn)品質(zhì)量、服務上能占優(yōu)勢，才能在市場競爭中求生存和發(fā)展。將來如把自動人行步道與伸縮通道完美結(jié)合起來，整個登機橋通道的地板設計成能收縮、活動的人行步道，那將給旅客帶來更大的便利。

表1 下驅(qū)動式機電橋單臂支撐測試結(jié)果（空載）

表2 下驅(qū)動式機電橋單臂支撐測試結(jié)果（加載測試23.2噸）

［1］ BS EN 12312-4-2003.Passenger boarding bridges for Aircraft ground support equipment General requirements［S］.

［2］清水泰明，鳥取勝美，伏屋敏郎，等.世界初バリアフリータイプ旅客搭乗橋（PBB）［J］.三菱重工技報Vol.46 No.1（2009）特集論文.

［3］岡平幸雄.ボーディングブリッジ［P］.日本國特許庁（JP）P2008-230297A，2008-10-2.

［4］張桂祥，F(xiàn).沃朋伯格，胡克明，等.一種機電升降驅(qū)動下置式機電橋［P］.中國專利：201110147699.

［5］應錦春，陳錫璞，只輝.現(xiàn)代設計方法［M］.北京：中國科學技術(shù)出版社，1990.