擦窗機底盤四點支撐反力計算探討

蘭陽春，謝建琳

（上海普英特高層設備有限公司，上海 200127）

擦窗機底盤一般分為固定式和運行式，有4個支點，固定式底盤受到的支撐反力，即為擦窗機對建筑基礎的施加力，是建筑設計結構梁的驗算條件之一。而運行式底盤其輪壓是擦窗機運行輪對軌道的垂直壓力，即為擦窗機軌道對擦窗機底盤的支撐反力。本文主要針對四點支撐的擦窗機底盤支撐反力進行分析計算，比較后得出哪種計算方法更適合擦窗機底盤支撐反力計算。

1 擦窗機底盤的剛性及支撐的剛性

1.1 剛性底盤假設

認為底盤是絕對剛性，在載荷作用下底盤的4個支撐點也不發生變化，即始終保持在一個平面上。

1.2 鉸接底盤假設

認為底盤為4根簡支梁構成的平面鉸接框架，四支撐點是框架的鉸支座，在載荷作用下，四支撐點隨基礎變形而位移，不再保持同一個平面上，即支撐具有一定的彈性變形。

1.3 擦窗機底盤支撐的剛性假設

固定式度盤通過地角螺栓直接連接建筑基礎，可初步視為其具有足夠的剛度，即不發生位移，在受力情況下能保持在同一個平面上。而運行式底盤，由于運行式底盤自身具有擺臂，并且其受力于軌道上，因此可視為其支撐剛性有限，在受力情況下會發生位移，不再保持在同一個平面上。

2 擦窗機剛性底盤假設計算支撐反力

擦窗機底盤由A、B、C、D四點支撐（圖1），其非旋轉部分重力為G1，旋轉部分重力為G2，旋轉中心位于底盤中心，重心G1與底盤中心與x軸線夾角為φ。

圖1 剛性底盤假設支撐反力示意圖

剛性底盤各支撐點在靜止狀態下的垂直反力分別為

式中G1——非旋轉部分自重；

G2——旋轉部分自重；

Mx、My——旋轉部分載荷向旋轉中心轉化的力矩在x、y方向的分力矩，Mx=G2cosφ，My=G2sinφ。

3 擦窗機鉸接底盤假設計算支撐反力

按鉸接底盤計算支承反力，設想虛梁A1B1通過重心G2，并簡支在鉸接框架的簡支梁AD、BC上（圖2）。旋轉重心G2距離底盤中心距離為S，根據力與力臂平衡的反比關系即可以求出各支撐點的支撐反力。

圖2 鉸接底盤假設支撐反力示意圖

根據簡支梁特點，可先求出A1、B1點的支撐力分別為

再將AD梁看作簡支梁，則可求得

同理，可以求得其它各點支撐力

4 兩種公式計算舉例

4.1 設定數據

下面通過假設一組數據分別代入兩種公式，求出其支撐反力值，以查看其二者之間的差別。為了便于計算，特設定：B＝l＝1500mm，S＝800mm，G1＝5000kg，G2＝5000kg，φ＝45°。

通過計算可得出剛性假設下各支撐點反力為：RA=25.00kN，RB=43.86kN，RC=25.00kN；RD=6.14kN。鉸點假設下各支撐點反力為RA=17.89kN；RB=50.96kN，RC=17.89kN，RD=13.25kN。

4.2 舉例結論

從上面數據看，鉸點假設的最大支撐反力比剛性假設的最大支撐反力大，其最小輪壓同樣比剛性假設支撐反力大。

5 有限元分析

那么兩種計算方法，出現兩種不同的結果，到底哪種計算結果更符合實際工程中擦窗機底盤的支撐反力的實際情況呢，下面通過有限元來分析比較。建立一個空心管拼接而成的底盤模型，通過對底盤模型的約束不同分別進行分析。

5.1 剛性約束建模

約束：底盤4個支撐點完全固定，并且不能發生位移。

加載：底盤受到均布載荷非旋轉重力，底盤上表面受到集中載荷旋轉重力。

圖3中FZ表示垂直方向力，FX、FY表由于內力影響而產生的其它兩個方向的水平力。從圖3中可以看出，四支撐點的各個支撐反力如下：RA＝15.90kN，RB＝54.80kN，RC＝16.00kN，RD＝13.10kN。

圖3 剛性約束有限元分析

根據建模時的約束情況，這種約束更符合擦窗機工程中固定底盤的形式，即4個支撐點焊于建筑基礎上。可以看出，有限元分析結果與鉸接假設更接近。

5.2 鉸接約束建模

約束：底盤4個支撐點水平方向自由，可發生位移，并且在垂直方向上存在一定的彈性位移。

加載：底盤受到均布載荷非旋轉重力，底盤上表面受到集中載荷旋轉重力。

圖4 鉸接約束有限元分析

從圖4中可以看出，4支撐點的各個支撐反力如下：RA＝25.20kN，RB＝43.80kN，RC＝24.70kN，RD＝6.45kN。

根據建模時的約束情況，這種約束更符合擦窗機工程中，帶運行底盤的形式，即4個支撐點受力于擦窗機軌道上，軌道受力后存在一定的彈性變形。可以看出，有限元分析結果與剛性假設更接近。

6 結 語

綜上所述，擦窗機四點支撐底盤在受力時，應根據不同的假設模型選擇不同的計算公式，而作為固定式的四點支撐應根據鉸接公式計算，此時計算的數據最大支撐反力比剛性假設公式的要大，而帶有行走的四點支撐底盤，更適合用剛性假設條件計算公式。建議實際工程根據兩種計算結果合理地取其最大值，作為擦窗機設計、建筑設計的參考。

[1]張質文.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2011.