自行式高空作業(yè)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(yè)平臺（AerialWorkPlatform），是指用來運送人員、工具和材料到指定位置進(jìn)行工作的設(shè)備，主要組成包括帶控制器的工作平臺、伸展結(jié)構(gòu)和底盤，自行走剪叉式高空作業(yè)平臺（以下簡稱為“剪叉式平臺”）作為高空作業(yè)平臺的一種，具有兩種工作狀態(tài)：收攏狀態(tài)和伸展?fàn)顟B(tài)。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(jié)構(gòu)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(shè)等工程中得到廣泛應(yīng)用。

一、結(jié)構(gòu)組成

自行式高空作業(yè)平臺主要由底架、支腿、升降機構(gòu)、連接架、回轉(zhuǎn)支撐、工作平臺、護(hù)欄等組成.其中底架采用4輪驅(qū)動，并附有雙轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和復(fù)雜地面輔助導(dǎo)軌移動系統(tǒng)；升降機構(gòu)采用不平行布置的6桅柱組結(jié)構(gòu)，既提高了工作平臺的穩(wěn)定性，又增強了升降機構(gòu)在各個方向上的剛度特性；工作平臺可以進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，且在護(hù)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(yè)平臺的越障分析

（一）伸展結(jié)構(gòu)力學(xué)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(jié)構(gòu)所受重力G 為工作平臺和部分伸展結(jié)構(gòu)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(jìn)行作業(yè)；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(huán)。由于剪叉式平臺的兩組伸展結(jié)構(gòu)及其受載均對稱，故只計算其中一組。對整體進(jìn)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(jìn)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(jié)構(gòu)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(qū)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(jié)構(gòu)中心位置。

（二）越障分析方法

依照國內(nèi)外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參考現(xiàn)有研究方法的基礎(chǔ)上，對自行式高空作業(yè)平臺越過路緣石和坑洼過程中動態(tài)穩(wěn)定性的分析，提出如下解決方法。（1）根據(jù)整車的部件組成和質(zhì)量分布的特點，應(yīng)用ADAMS 軟件建立整車的動力學(xué)仿真模型。其中，輪胎和臂架使用柔性體模型，其余均設(shè)定為剛性體結(jié)構(gòu)。通過這樣的設(shè)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(chǎn)生的影響加以疊加，更能準(zhǔn)確地反映整車越障過程中的實際狀態(tài)。（2）按照標(biāo)準(zhǔn)EN280 和GB25849 中的技術(shù)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(tài)，工況5～6 是典型的仰翻危險狀態(tài)。整車的設(shè)計承載是230kg，但考慮到手操作力、風(fēng)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(shè)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(dāng)于僅1 人）。（3）在ADAMS 中建立復(fù)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(zhì)心點垂向位移、速度、加速度及各輪胎承載的動力學(xué)特性曲線。（4）對各種動力學(xué)特性曲線進(jìn)行比較和分析，判斷整車越障過程中的動態(tài)穩(wěn)定性，并為場地試驗提供參考。

圖1 分析用剪叉臂結(jié)構(gòu)及其截面示意圖

三、結(jié)語

本文應(yīng)用力矩平衡法和有限元法，對自行式高空作業(yè)平臺進(jìn)行了整體和局部穩(wěn)定性分析，得到如下結(jié)論：（1）應(yīng)用力矩平衡法建立高空作業(yè)平臺抗傾覆穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型，分析計算出兩種危險工況下整機的穩(wěn)定性情況.結(jié)果表明：在兩種危險工況下，自行式高空作業(yè)平臺是比較穩(wěn)定的，不會發(fā)生傾翻.（2）應(yīng)用有限元法，對起升機構(gòu)進(jìn)行特征值屈曲分析，結(jié)果表明：該起升機構(gòu)在工作狀態(tài)下不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，具有良好的穩(wěn)定性.（3）由于考慮了初始缺陷、塑性性能和大變形響應(yīng)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(jié)果，計算值偏于安全，且有較大的安全余量。