淺談登高平臺消防車臂架的結構和優化途徑

摘要：登高平臺消防車臂架是支持平臺升降和伸縮的主要方式，而在其結構優化的過程中必須考慮承載力與旋轉角度的問題。本文針對登高平臺消防車臂架的結構進行介紹，同時提出登高平臺消防車臂架的結構優化途徑。

關鍵詞：登高平臺；消防車臂架；結構優化

一、登高平臺結構簡介

本文介紹的登高平臺消防車臂架是現階段普遍應用在我國消防工作中的類型，其主臂部分以五節臂組成，通過隨意伸展和收回，實現將登高平臺升高和降落的過程。其主要的運行機理是通過伸縮油缸完成的，進而實現其同步伸縮的升降作業。拐臂是該車臂架中的重要組成部分，其主要是完成曲臂伸縮運行的基礎設計，同時也是五節臂的鏈接環節。而且針對拐臂的設計尤為重要，在通常將平臺升至最高點時，不僅需要對其高度進行控制，更加需要在較為不易直接伸展的地方進行180°旋轉，才能夠將登高平臺上升到目標位置。而且在整體結構中拐臂也是鏈接消防登高平臺重要部位，而在另一端將其與五節臂的一端進行鏈接，才能夠方便工作人員在其平臺上站立指揮或者操作。那么依據現實工作中的需求，其承重能力需要符合一定的承載基礎，目前我國在此階段中的設計已經能夠達到5噸以下承重能力。并且在多數結構設計中都預留了一定的加載點，從而適應一般消防車的設計需求或者平臺簡化的處理方式。

二、登高平臺消防車臂架的結構

（一）曲臂運動學特征

針對曲臂運動機理和加速度與角度的結構中，是完成加速度定量的主要方式，在基于曲臂角度和加速度角度中其設定曲臂長度不多超過5200mm、而通過曲臂角加速度與臂角速度在計算平臺中的法向與切向加速度進行設計，才形成了加速度的平臺。而此時的曲臂與主臂本身也存在180°夾角，而且曲臂最大角度可以延伸至15.76°/s2，因此在平臺內部主臂上曲臂的環繞轉動也與其平臺的加速度產生了離心力，其運動性能的平穩性并不高。那么在曲臂與主臂產生27°以上的夾角時，就會同時存在最小角曲臂速度4.55°/s，那么也同時會產生加速度曲臂角的最小值1.85E-05°/s2，因此在進行平臺慣性與曲臂的載荷最小設計中，往往產生更好的平穩性能。而且在曲臂與主臂的155°夾角中其最大曲臂角加速度為1.75°/s2，那么此時的曲臂角慣性載荷最大，同時角速度變化也是最快的情況，也就獲得了較高的運動平穩性。

（二）六節臂架伸縮方式

六節臂架是多數消防登高平臺的主要結構，在伸縮時由二級油缸和單級油缸共同作業的方式達到升高和起落的作用。首先，在一節臂和二節臂之間需要配合兩個單級油缸的作用力實現伸縮功能。其次，二節臂到六節臂之間，需要利用兩個以上二級油缸完成伸縮，即為單級油缸與二級油缸的綜合作用。其中主要的承載件是油缸本身，而繩排作用則是出于保護臂架同步伸縮的重要考量。而由一節臂到五節臂之間，同時需要兩個以上的二級油缸繩排實現伸縮功能，那么主要的承載件亦為油缸，但是繩排作用的效果則是保證保證臂架伸縮的基礎動力。當五節臂和六節臂能夠同時配合伸縮作業，也就實現了油缸作為主要承載部件的繩排作用。此外，七節臂架伸縮則是由多級油缸和繩排作用實現升降功能的主要方式。一方面，需要一節臂與三節臂之間配合一個二級油缸完成繩排作用，而三節臂與五節臂之間，則需要一個二級油缸繩完成伸縮作業。同時在五節臂和七節臂之間，也可以利用單個二級油缸完成繩排伸縮的主要功能。但是在主要承載部件為油缸本身時，繩排作用必須保證臂架同步伸縮。而且在其實現方式上，仍然以一節臂到四節臂之間，必須實現三級油缸完成的繩排機構伸縮作用，而在四節臂到七節臂之間，則需要通過三級油缸的繩排結構，促進伸縮功能實現同步升降的主要方式。在八節及以上臂架的升降作業時，其伸縮方式與以上六節臂架的伸縮方式相似，需要同時利用多級油缸的繩排結構，并結合單級油缸進行繩排作用，從而實現消防車升降平臺臂架的伸縮功能。

三、登高平臺消防車臂架的結構優化途徑

（一）登高平臺中車臂架滑輪組結構優化

對于登高平臺消防車臂架的結構而言，能夠實現在消防作業中的快速伸縮，而且操作簡單便捷是主要目標，那么在滑輪結構的設計上也就顯得尤為重要。其在關鍵部位的滑輪組合方式，決定了最高承重能力以及可以完成的降低標準，而且多數消防車的臂架在完成升降的過程中是否相對穩定，也在于滑輪設計的精準性與抗耐磨程度。在工程技術逐步完善的階段，其滑輪的應用也得到了部分優化處理，通過采取滑輪進行連接的設計以外，也有部分結構設計出氣壓桿或梁的伸縮臂的升降方式，在實際中的應用效果與滑輪的連接方式基本相同，但是在使用壽命與耐磨程度上較高。其主要的結果設計，需要在三節臂與二節臂中間加入一個滑塊，并且需要在四節臂與三節臂中安置滑輪，通過兩個環節的約束方程實現基本的升降功能。而且也需要一定的方程計算和指令才能做出精準結構的判斷，那么在設計結構的過程里，也同時需要對其進行約束方程的節點自由度與移動距離進行規劃，才能設計出實用性較高的升降效果。

（二）伸縮臂的優化設計方式

通常在登高平臺消防車臂架的結構中伸縮臂是主要承受重力的下端位置，同時也是根部臂架的組成部分，那么在這一部分的優化中，需要考慮兩個方向。一方面，如果臂伸出多遠的距離，容易造成滑輪與滑塊的主要受力源，那么其必然容易產生對于承重力的無法控

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制，從而降低了使用中的安全性。另一方面，當臂伸出量不高的情況下，其外側臂架成為主要的承重受力點。那么在這時就可以根據五節臂的承重基礎，成為設計臂架受力點的重要基礎。那么再通過設計相應的模型組成，以及附加承重力的加載計算，也就能夠達到實際應用的設計標準。以主臂仰角為例，其臂頭完成作業的運行軌跡計算也需要這些數據的支持。那么在進行優化設計的過程中，對多數板式鏈優化處理方式，也是可以通過將其升高至作業位置再進行優化設計，以滿足實際應用時的根本需求。

（三）臂力強度的優化設計方法

部分實驗證明，在測量強度的優化設計中，只有當主臂仰角擴展到80°的情況，才能完成各個節臂的全部伸展效果，那么對此部分的優化設計也是對于最大應力值的設計。目前臂力應力的最大值為590MPa，其基本實際預應力的安全范圍在許用應力為367MPa。但是最大應力的優化設計也需要考證在各個節臂中的直接鏈接關系，才能在實際應用中完成臂力的要求，進而設計出可以完善的應力值范圍，才能優化到實際應用的強度目標。

在對消防車登高平臺進行結構設計與優化的過程中，其臂架結構在應用中的具體形式與作用分析尤為重要。必須考慮結構剛度與強度是否在能夠得到有效控制，而對于加速度與速度的計算環節也需要精細化計算，同時對于大量經歷與時間的投入，都是促進其設計方案合理化的過程，那么在改進與優化臂架結構的理論支持上仍需提升根本的設計效率。一方面，在臂架結構分析中應當注重自動控制技術的延伸。另一方面，在在曲臂變幅結構也需要進行針對性的研究。而針對其設計優化的精細化程度也需要進行具體的計算。首先，對于結構改造的方案計算，需要在采取有限元法，將臂架簡化在梁設計的單元處理中，達到整體性能與結構的優化配置。其次，是采用有限元法進行精細計算，以局部采用實體單元，整體采用板單元的方式，對其模型完成剛度于強度的校核，從而發現不合理的布局單元結構。此外對于變幅過程中的曲臂結構必須符合相應的ADAMS仿真運動學原理進行優化和設計，才能在節省相對的實際設計時間以及公式推導錯誤的發生。

參考文獻：

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