高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車抗傾覆穩(wěn)定性分析

楊燦

摘 要：高空作業(yè)車在市政、機場、消防等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，因此對于其用途以及技術(shù)的探討，應(yīng)該隨著建筑與城市的發(fā)展而不斷地與時俱進。而對于在高空作業(yè)超過百米高度的作業(yè)車，應(yīng)該尤其地對其技術(shù)進行研究。在作業(yè)車的傾覆性上，如何保持高空作業(yè)車的穩(wěn)定與在不同高度都要保證其穩(wěn)定性上都有著極大的要求，因此對于高空作業(yè)車的整機傾覆穩(wěn)定性應(yīng)該做出特殊的研究與實驗，防止傾覆事故的發(fā)生。在穩(wěn)定其基本性能的同時保證行車作業(yè)安全才是高空作業(yè)的本質(zhì)內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè) 結(jié)構(gòu)力學(xué) 傾覆穩(wěn)定性分析

中圖分類號：TH211.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（a）-0039-02

在高空作業(yè)超百米的作業(yè)車中，傾覆穩(wěn)定性都需要運用空間幾何的算式進行模擬測算，同時對于臂架的變形與著力點都應(yīng)該進行幾何非線性的零力動態(tài)的判別方法進行研究。高空作業(yè)車的穩(wěn)定性問題應(yīng)該做出系統(tǒng)且全面的研究，只有這樣才能夠保證高空作業(yè)車的臂架在大變形環(huán)境下依舊保證基礎(chǔ)作業(yè)與施工安全，才可以最大限度地保證工程的順利建造。

1 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車抗傾覆研究

1.1 整車抗傾覆研究背景與意義

在我國的高空作業(yè)車的研究中，處于超過百米高度的高空作業(yè)車將會進行臂架的檢測，在折疊處連接梁存在較大的扭轉(zhuǎn)力矩，并且可以通過對伸縮式的箱形臂節(jié)進行改變，因而在長細(xì)上相較于常用的臂節(jié)將會較長，但是其結(jié)構(gòu)的長細(xì)也會增加其的柔性。因此在同臂架的對比是，受到軸向壓力與載荷的不同，將會產(chǎn)生不同的扭矩受力。而在橫向載荷與端部彎矩的變化中，臂架的偏置距離也會收到相應(yīng)不同的扭矩。因此，當(dāng)作業(yè)高度超過百米作業(yè)時，應(yīng)該對臂架轉(zhuǎn)的動與撓度進行滿足，在位移與轉(zhuǎn)角的過程中，應(yīng)該對現(xiàn)有的應(yīng)變問題進行不斷地創(chuàng)新與更改。在對臂架的需求分析中需要不斷地進行大變形分析。

1.2 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

在空間梁單元的分析中，通常會采用幾何非線性的分析方法，而對于有限元法的綜合考評，則會對不同的因素進行分析。在臂架的非線性大變形過程中，分析其穩(wěn)定性的判別是相對特殊的，這種特殊性不僅包含在高空作業(yè)車的結(jié)構(gòu)中，更與其的受力點不同而將直接影響臂架的作用力。在對其臂架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了具有一定的參考價值，還會應(yīng)用到大臂架高空的創(chuàng)新與研發(fā)中，通過理論與實踐的不斷結(jié)合，來對高空作業(yè)車傾覆穩(wěn)定性進行比對，進而通過數(shù)據(jù)來探索出適用于不同高空作業(yè)車的不同性能的安全臂架。通過科研來避免臂架所帶來的各種工傷事故。

2 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車抗傾覆穩(wěn)定性分析

2.1 高空作業(yè)車結(jié)構(gòu)力學(xué)空間幾何研究

在對空間梁系結(jié)構(gòu)的幾何問題研究中，非線性問題是比較典型的現(xiàn)象。而在研究中不斷發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域通常會遇到與小變形假設(shè)不相符合的一些特殊情況與問題，盡管變形很小，有些甚至未超過彈性限制，但是位移較大，材料線元素會有較大位移和轉(zhuǎn)動。這種由于大位移和大轉(zhuǎn)動引起的問題稱為幾何非線性問題。梁結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上是長度遠大于其截面尺寸的一維構(gòu)件，由于細(xì)長梁結(jié)構(gòu)常常存在幾何大變形和失穩(wěn)情況，從而成為幾何非線性研究重點。目前梁單元幾何非線性研究主要包括高精度梁單元有限元分析模型結(jié)合有限元法，形成的梁單元完全拉格朗日列式法和修正拉格朗日列式法[2]。

2.2 傾覆穩(wěn)定性研究中流動式建設(shè)研究

在傾覆性的穩(wěn)定研究中，多年來一直通過各種不同類型的高空作業(yè)車進行數(shù)據(jù)的收集，與此同時，在同類型的起重機與叉裝車等等的流動式機械也會收集相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)。而在整合之后會發(fā)現(xiàn)，通常作業(yè)車在作業(yè)時會經(jīng)常受到外界不同作業(yè)環(huán)的影響，例如障礙物多、不同地區(qū)的地質(zhì)不同，不同型號的機械在操作時會因為復(fù)雜程度不同而影響操作動作。種種的因素都會導(dǎo)致傾翻事故的發(fā)生。在這種情況下研究工機械設(shè)備的傾覆穩(wěn)性便有極大的意義。傾覆性的問題研究不但是我國進行研究，國際標(biāo)準(zhǔn)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著時代的變化，不同時期的標(biāo)準(zhǔn)會有著不同的變化。因此在一些特殊情況中，便不能按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進行判斷，需要操作者按照作業(yè)車行走與工作的方式與平衡點進行現(xiàn)場調(diào)解。在移動式工程項目中，對機械的穩(wěn)定性要求極高，大致需要可分為靜態(tài)與動態(tài)兩種不同類型的穩(wěn)定性。因此建立流動式的研究便有其必要性，在文獻中可以發(fā)現(xiàn)，早期在研究靜態(tài)穩(wěn)定性時，可以發(fā)現(xiàn)其機體大多為剛性，重要源于靜態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)主要由重心投影法與靜態(tài)邊界法組成，而對于能量穩(wěn)定的邊界法與力矩法測量則發(fā)展得較為緩慢，因此在技術(shù)研究上會有一定的滯后性。與此同時在對于工程機械的動態(tài)穩(wěn)定性研究中，與前者相對比其判據(jù)被社會接受的程度較低，但是由于動態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)是在靜態(tài)的基礎(chǔ)上發(fā)展產(chǎn)生的。因此在對于動態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)中，可以同時獲得工程機械靜態(tài)穩(wěn)定性的判斷，因此是相對節(jié)省成本與時間的[3]。

2.3 傾覆穩(wěn)定性研究中傾覆性評價標(biāo)準(zhǔn)

傾覆穩(wěn)定性的整車評價準(zhǔn)則是工程安全生產(chǎn)的硬性標(biāo)準(zhǔn)，其不僅控制需要對高空作業(yè)車的穩(wěn)定性進行控制，更在工作過程中需要隨著時間與工作地點的不同，而不斷地進行技術(shù)的改進。因此傾覆性的評價標(biāo)準(zhǔn)不是依靠單一的指標(biāo)的，而是應(yīng)該隨著時間的變化而不斷地進行改變與靈活應(yīng)用的。對于高空作業(yè)車來說，整機點能否成功地落在支腿油缸中，是確定穩(wěn)定區(qū)域的傾覆穩(wěn)定性評判的重要標(biāo)準(zhǔn)。在參照重力法的規(guī)定中，若是高空穩(wěn)定安全區(qū)域是由支腿的油缸點的支撐區(qū)域確立平衡的，則是計算上相對穩(wěn)定的安全區(qū)域。

而對于穩(wěn)定裕度來說，評價高空作業(yè)穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)表不能一概而論，首先在定一點的確立時，就應(yīng)該與穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)對比排查，同時在支腿支撐邊界與支撐點的距離也是可以測量出其是否具有傾覆性的重要因素。若支腿支撐的邊界的比值為最短距離時，在穩(wěn)定區(qū)域中穩(wěn)定裕度值應(yīng)該大于等于國際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

在工作平臺中，其的載荷會因為與高空作業(yè)車的連接的鉸點簡化而發(fā)生向下的作用力，若這種作用力是垂直向下的便會直接導(dǎo)致彎矩與側(cè)向力的作用。又由于載荷的作用下，高空作業(yè)車的車臂架會因為受力不同而產(chǎn)生或大或小的變形。而這種變形將會引起作業(yè)幅度的增加，在幅度增加的同時，臂架的重心便會發(fā)生改變，通常會向支腿的邊界進行用力，會直接導(dǎo)致臂架整個結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的剛體位移，這不僅增加了高空作業(yè)車的不安全因素甚至?xí)?dǎo)致傾覆的安全事故的發(fā)生[4]。

3 結(jié)語

在進行高空作業(yè)時，若是高度超百米，則需要對作業(yè)車的安全進行檢測。而在對于作業(yè)車的整車抗傾覆能力的研究與設(shè)計中，不僅需要考慮臂架的結(jié)構(gòu)，更需要對非線性的的最大變形因素進行穩(wěn)定性的研究與整機傾覆性的探討。對于采用間梁單元的幾何方法進行結(jié)構(gòu)分析時，需要對臂架變形使用非線性的有限元法分析，與此同時更需要對穩(wěn)定性判別方法進行深入研究，這之中可以運用零力矩點手段進行研究。而在對于大變形作業(yè)的問題上，關(guān)于穩(wěn)定性的最終整機校核的計算方法，還需要進行日后進一步的探討與研究。

參考文獻

[1] 張華，霍玉蘭.我國高空作業(yè)車行業(yè)發(fā)展與展望[J].建筑機械，2009（12）：38-43.

[2] 王金諾，于蘭峰.起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社，2002.

[3] 王助成.有限單元法[M].清華大學(xué)出版社，2003.

[4] 沈世釗，陳聽.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[M].北京科學(xué)出版社，1999.