1 前言
高層建筑施工中，采用整體提升式腳手架的用鋼量僅是整體固定式腳手架的10%-17%，使用整體提升式腳手架可以大大降低材料設(shè)備投資，減少運(yùn)輸搭設(shè)費(fèi)用，加快施工速度，提高效率。因此，采用整體提升式腳手架進(jìn)行施工已是高層建筑施工的發(fā)展方向。具有很大的發(fā)展?jié)摿土己玫纳鐣?huì)效益。但是，由于目前國內(nèi)整體提升式腳手架缺少可靠的防墜安全裝置，不可避免地存在著各種危險(xiǎn)因素。據(jù)有關(guān)資料，國內(nèi)已發(fā)生多起整體提升式腳手架在升降過程中因沒有可靠的防墜安全裝置，造成腳手架墜落致使人員傷亡的嚴(yán)重事故，因此我們研究設(shè)計(jì)了AQ4型提升式腳手架安全保護(hù)系統(tǒng)。
2 整體提升式腳手架安全保護(hù)裝置現(xiàn)狀
目前從全國范圍來看，尚未發(fā)現(xiàn)有加設(shè)測(cè)力傳感器，用電氣測(cè)量的方法控制腳手架防墜安全器的實(shí)例或報(bào)導(dǎo)，現(xiàn)有的少數(shù)幾種安全器都是純機(jī)械式的。從使用范圍來看，它們只能對(duì)提升腳手架使用的起重葫蘆的起重鏈斷裂進(jìn)行保護(hù)。但即便如此，因?yàn)槟_手架作為一整體結(jié)構(gòu)桁架，剛度很大，即使其中某一其中鏈接斷裂，由于相鄰吊點(diǎn)起重葫蘆的支承，斷鏈處吊點(diǎn)下落的距離很小，據(jù)我們實(shí)驗(yàn)，此距離僅在幾公分之內(nèi)，而由于腳手架中的變形勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，其下落速度卻很快（遠(yuǎn)超過自由落體速度），這就要求在極短的時(shí)間內(nèi)將僅發(fā)生幾公分下墜位移的腳手架制動(dòng)住，即要求制動(dòng)器有很高的靈敏度，對(duì)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)制作要求是很高的。事實(shí)上，到目前為止還沒有性能良好工作可靠的斷鏈安全保護(hù)器。
3 整體提升式腳手架發(fā)生危險(xiǎn)的原因
據(jù)有關(guān)資料及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查，我們認(rèn)為，對(duì)整體提升式腳手架的安全保護(hù)采用簡單的斷鏈保護(hù)方式是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，整體提升腳手架在升降過程中發(fā)生危險(xiǎn)的原因是多種多樣的，可以是起重鏈斷裂，附墻系統(tǒng)損壞，各起升機(jī)構(gòu)的速度差異造成的不同步，起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)損壞，腳手架被建筑物外墻卡主等等。腳手架墜落時(shí)通常發(fā)生“散架”現(xiàn)象，即架體間在節(jié)點(diǎn)上的內(nèi)力超過扣件強(qiáng)度，扣件被拉脫或拉斷，造成部分架體下墜。
4 AQ4型提升式腳手架防墜安全系統(tǒng)的特色與創(chuàng)新
經(jīng)分析研究，我們認(rèn)為：不管什么原因引起的腳手架系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)，均會(huì)造成各提升機(jī)之間提升力的轉(zhuǎn)移與變化，腳手架各吊點(diǎn)受力不均是產(chǎn)生危險(xiǎn)的更本原因，“散架”現(xiàn)象即可證明這一點(diǎn)。
AQ4型腳手架防墜安全系統(tǒng)的特色就是通過對(duì)各提升機(jī)提升力的跟蹤與比較，自動(dòng)診斷該腳手架系統(tǒng)是否處于安全狀態(tài)，各測(cè)力信號(hào)經(jīng)控制器判別比較，若處于危險(xiǎn)狀態(tài)，即發(fā)出指令，使安全制動(dòng)器動(dòng)作，起升或下降過程同時(shí)停止。AQ4型腳手架防墜安全系統(tǒng)的創(chuàng)新在于采用機(jī)電結(jié)合的方法全面地完整地排除各種不安全因素，使危險(xiǎn)消除在“萌芽”狀態(tài)。
5 AQ4型提升腳手架防墜安全保護(hù)系統(tǒng)工作原理
5.1 整體提升式腳手架介紹
沿建筑物外墻每隔一定距離（一般不超過6M）按需布置一承力架，每一承力架四角支承著四根腳手架豎向鋼管（見圖1），整個(gè)活動(dòng)腳手架支承于許多承力架上，活動(dòng)腳手架起吊葫蘆吊鉤與承力架吊耳相連，通過電動(dòng)葫蘆升降腳手架，現(xiàn)有該類施工工藝大都如此，但因缺少可靠的安全裝置，較危險(xiǎn)。
5.2 AQ型提升式腳手架防墜安全保護(hù)系統(tǒng)工作原理
本成果在建筑物固定橫桿上加設(shè)制動(dòng)吊桿，在承力架底座上加設(shè)制動(dòng)器，并在固定橫桿與電動(dòng)葫蘆間安裝測(cè)力傳感器，電動(dòng)葫蘆的提升力由測(cè)力傳感器經(jīng)“信號(hào)控制器”中的微機(jī)比較判別（微機(jī)中存有各吊點(diǎn)正常提升力載荷值范圍）若在正常范圍內(nèi)，則表明該點(diǎn)工作正常，“信號(hào)控制器”繼續(xù)讀入下一測(cè)點(diǎn)信號(hào)作比較，若讀入信號(hào)不在預(yù)定正常范圍內(nèi)，表明各提升葫蘆的提升力發(fā)生了變化，系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，微機(jī)即發(fā)出指令報(bào)警提示危險(xiǎn)位置，并使所有制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)。電動(dòng)葫蘆停止工作，系統(tǒng)程序框圖見圖2。
5.3“信號(hào)控制器”原理
本系統(tǒng)信號(hào)控制器由循回采樣，信號(hào)放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換，（A/D轉(zhuǎn)換），微機(jī)處理，控制信號(hào)放大輸出等部分組成，電氣控制原理見圖3。
5.4 制動(dòng)器工作原理
制動(dòng)器由機(jī)架，偏心制動(dòng)塊、轉(zhuǎn)軸、電磁鐵、復(fù)位彈簧、彈性杠桿，連鎖開關(guān)及防誤動(dòng)作銷等組成，見圖4。
由信號(hào)控制器發(fā)出的強(qiáng)電控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁鐵，經(jīng)彈性杠桿帶動(dòng)偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)桿的單向制動(dòng)，工作原理雖比較簡單，因設(shè)計(jì)時(shí)作了全面考慮，其機(jī)械制動(dòng)部分也與國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品不同。主要有：
（1）增設(shè)連鎖開關(guān)，保證制動(dòng)器作用后腳手架不得向下開動(dòng)，確保安全，原國內(nèi)純機(jī)械式斷鏈保護(hù)器無此連鎖開關(guān)。
（2）增設(shè)防誤動(dòng)作銷，本制動(dòng)器特有的防誤動(dòng)作銷使制動(dòng)桿允許有較大角度偏擺。
（3）制動(dòng)桿上端改變國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品直接與橫梁或建筑物固定的方法，制動(dòng)桿采用“柔性鏈”與固定橫梁聯(lián)接，這樣制動(dòng)桿上端允許有一定位移。通過上述（2）、（3）措施使該制動(dòng)器在使用過程中若腳手架相對(duì)建筑物有100mm水平位移時(shí)仍能正常工作，這是非常重要的，而國內(nèi)現(xiàn)有機(jī)械式安全器不能做到這一點(diǎn)。
（4）彈性杠桿除將電磁鐵運(yùn)動(dòng)傳遞給偏心塊外，還起保護(hù)電磁鐵與降低制動(dòng)桿直徑公差的作用，設(shè)計(jì)比較巧妙。
（5）本系統(tǒng)制動(dòng)器因偏心塊設(shè)計(jì)合理，只需用圓鋼通過復(fù)位窗輕輕敲擊數(shù)下即可使制動(dòng)器復(fù)位。國內(nèi)有些產(chǎn)品在制動(dòng)器作用后復(fù)位比較麻煩，有的只能割除制動(dòng)桿。
6 應(yīng)用效果
本安全系統(tǒng)經(jīng)多工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用表明：具體線路連接簡單、動(dòng)作靈敏保護(hù)范圍廣安全可靠，有訊號(hào)反饋，可防誤操作等特點(diǎn)。
經(jīng)上海市建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械檢測(cè)中心測(cè)試證明：本系統(tǒng)制動(dòng)器技術(shù)性能穩(wěn)定可靠，制動(dòng)距離小符合企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
上海專利商標(biāo)事務(wù)所檢索證明：本成果在機(jī)電控制和制動(dòng)器設(shè)計(jì)方面均有較獨(dú)特的創(chuàng)新，其試驗(yàn)效果較同類產(chǎn)品優(yōu)良，與國際建筑施工領(lǐng)域腳手架安全保護(hù)的發(fā)展方向相一致，達(dá)到國際先進(jìn)級(jí)科技成果水平。
