自行式高空作業平臺的越障分析

石文波 王軍華 浙江愛知工程機械有限公司

高空作業平臺（AerialWorkPlatform），是指用來運送人員、工具和材料到指定位置進行工作的設備，主要組成包括帶控制器的工作平臺、伸展結構和底盤，自行走剪叉式高空作業平臺（以下簡稱為“剪叉式平臺”）作為高空作業平臺的一種，具有兩種工作狀態：收攏狀態和伸展狀態。在不工作的情況下，可以收攏成較小的體積以便于運輸和儲存；在工作的情況下，可以方便快捷地伸展，不但縮短了搭建時間，而且提高了工作效率。剪叉式平臺具有結構緊湊、承載量大、通過性強和操控性好等特點，因此，在船舶制造、建筑裝潢、廣告制作、市政園林、電力通信、公路交通、機場車站及港口建設等工程中得到廣泛應用。

一、結構組成

自行式高空作業平臺主要由底架、支腿、升降機構、連接架、回轉支撐、工作平臺、護欄等組成.其中底架采用4輪驅動，并附有雙轉向系統和復雜地面輔助導軌移動系統；升降機構采用不平行布置的6桅柱組結構，既提高了工作平臺的穩定性，又增強了升降機構在各個方向上的剛度特性；工作平臺可以進行360°旋轉，且在護欄兩端能夠加裝活動式延伸裝置，擴大了工作平臺的工作范圍.

二、自行式高空作業平臺的越障分析

（一）伸展結構力學模型建立

剪叉式平臺的升降液壓缸作用于液壓缸支架C 處，液壓缸支架通過連接管與剪叉臂相連于C'處。液壓缸支架與連接管之間采用雙面帶鈍邊J 形焊接，連接管與剪叉臂之間采用單面帶鈍邊J 形焊接，如圖1 所示。由于A1C'間的距離工作平臺額定載重W2 為3430N（350kg），整車自重為14700N（1500kg），伸展結構所受重力G 為工作平臺和部分伸展結構的自重。剪叉式平臺的起升過程有兩個極限位置：起升初始位置（α=5°）和起升最高位置（α=54°）上升過程，工作平臺在升降液壓缸的推動下由初始位置逐漸上升至最高位置，在最高位置時延伸平臺可以延伸，工作人員可以到延伸平臺上進行作業；下降過程，工作平臺由最高位置逐漸下降至初始位置，此為一個工作循環。由于剪叉式平臺的兩組伸展結構及其受載均對稱，故只計算其中一組。對整體進行受力分析及強度校核時，外部載荷的作用存在兩種情況：一種是W1 作用于延伸平臺上，一種是W2 作用于工作平臺上。在正常工作時，載荷W1 和W2 不能同時加載，此處采用兩種載荷同時加載進行計算，主要是考慮到部分抵消延伸平臺方向上偏載的影響，同時也增加了剪叉臂的強度富裕；由于剪叉式平臺伸展結構所受重力G 占整車自重較小，為方便計算予以忽略；由于剪叉式平臺寬度較窄、最大平臺高度較低、舉升時整車重心較低，與升降液壓缸驅動力相比，偏載對剪叉臂強度影響較小，故忽略偏載影響，將工作平臺額定載重W2 施加在伸展結構中心位置。

（二）越障分析方法

依照國內外的技術標準，參考現有研究方法的基礎上，對自行式高空作業平臺越過路緣石和坑洼過程中動態穩定性的分析，提出如下解決方法。（1）根據整車的部件組成和質量分布的特點，應用ADAMS 軟件建立整車的動力學仿真模型。其中，輪胎和臂架使用柔性體模型，其余均設定為剛性體結構。通過這樣的設置，能將越障過程中實心輪胎的彈性變形和臂架因晃動引起的彈性變形所產生的影響加以疊加，更能準確地反映整車越障過程中的實際狀態。（2）按照標準EN280 和GB25849 中的技術要求，確定了越障時6 種最危險的工況。整車越障過程中，工況1～4 是典型的傾翻危險狀態，工況5～6 是典型的仰翻危險狀態。整車的設計承載是230kg，但考慮到手操作力、風載荷和運動部件動載荷等附加載荷的影響，對于工況1～4，使用設計承載1.5 倍的345kg載荷等效替代附加載荷；而對于工況5～6，則使用最小的80kg 載荷（相當于僅1 人）。（3）在ADAMS 中建立復合式路面譜模型，通過仿真計算，可以獲得越障過程中工作平臺質心點垂向位移、速度、加速度及各輪胎承載的動力學特性曲線。（4）對各種動力學特性曲線進行比較和分析，判斷整車越障過程中的動態穩定性，并為場地試驗提供參考。

圖1 分析用剪叉臂結構及其截面示意圖

三、結語

本文應用力矩平衡法和有限元法，對自行式高空作業平臺進行了整體和局部穩定性分析，得到如下結論：（1）應用力矩平衡法建立高空作業平臺抗傾覆穩定性數學模型，分析計算出兩種危險工況下整機的穩定性情況.結果表明：在兩種危險工況下，自行式高空作業平臺是比較穩定的，不會發生傾翻.（2）應用有限元法，對起升機構進行特征值屈曲分析，結果表明：該起升機構在工作狀態下不會出現失穩現象，具有良好的穩定性.（3）由于考慮了初始缺陷、塑性性能和大變形響應等因素的影響，非線性屈曲分析所得到的屈曲極限載荷要小于相同條件下的線性分析結果，計算值偏于安全，且有較大的安全余量。