吊籃懸吊平臺參數(shù)化設(shè)計及優(yōu)化

鄭夕健，高曉巍，謝正義

（沈陽建筑大學(xué) 交通與機械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑幕墻、建筑安裝施工等行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展時期，安裝施工環(huán)境的復(fù)雜多變性對高空作業(yè)設(shè)備提出了更高的要求。作為現(xiàn)代建筑安裝工程所必需的裝備——高處作業(yè)吊籃（簡稱吊籃），ZLP800的額定載重為800kg，跨度為7.5m，面臨承載能力弱、跨度小、安全性能差等問題。懸吊平臺作為整個吊籃系統(tǒng)的主要承載機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計和吊點的布置對吊籃的承載能力和安全性能至關(guān)重要。

本文以ZLP3000型吊籃為研究對象，基于VB和APDL語言編制了懸吊平臺參數(shù)化設(shè)計程序，通過對懸吊平臺各組成部件的主要截面尺寸、吊點位置及個數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成了懸吊平臺的參數(shù)化建模、結(jié)構(gòu)分析和結(jié)果輸出，為吊籃同類產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)提供借鑒。

1 ZLP3000型懸吊平臺初始參數(shù)

以ZLP3000型吊籃為研究對象，基于懸吊平臺參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)對平臺的結(jié)構(gòu)及吊點位置進(jìn)行分析，驗證參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的可行性并獲得懸吊平臺的最佳模塊組合方案。

結(jié)合國內(nèi)懸吊平臺的模塊長度（0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m和3m），基于枚舉法對跨度為20m的懸吊平臺組合方案進(jìn)行研究，并結(jié)合對懸吊平臺標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組合數(shù)量和對稱布置的研究，得出表1所示的7種模塊化組合方案；根據(jù)GB 19155——2003中的規(guī)定以及實際工作情況，選擇懸吊平臺承受靜力試驗載荷作為最危險工況（荷載值P=63700N）。

表1 20m懸吊平臺模塊化組合方案

懸吊平臺的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)由上橫梁、中橫梁、下橫梁、上腹桿、下腹桿、立柱、底板、角鋼和彎板組成，各組成部件材料選用Q235。根據(jù)GB/T 6728——2002中方形及矩形冷彎空心型鋼的截面形式和GB/T 706——2008中等邊角鋼的截面尺寸，結(jié)合現(xiàn)有型號懸吊平臺組成部件的截面尺寸，初步選取懸吊平臺各組成部件截面形式和相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 平臺各部件截面尺寸和相關(guān)參數(shù) (mm)

2 ZLP3000型懸吊平臺方案對比分析

以表2中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，應(yīng)用懸吊平臺參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)對不同吊點形式及模塊組合方式的平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析，分析吊點的位置和7種模塊組合方案對平臺結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響，確定合理的吊點位置及滿足材料許用應(yīng)力的結(jié)構(gòu)最佳布局方案。

2.1 同一方案不同吊點位置的數(shù)據(jù)對比分析

在模塊組合方式相同的情況下，分析吊點位置對平臺結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響。圖1是懸吊平臺兩種吊點形式的結(jié)構(gòu)簡圖。由于國標(biāo)中沒有對吊點內(nèi)移式懸吊平臺的吊點位置做出明確規(guī)定，因此，需要對平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析，確定合理的吊點位置。以方案1為例，在各方案撓度滿足的情況下，提取結(jié)果界面中不同內(nèi)移距離下平臺的最大應(yīng)力值，繪制折線圖如圖2所示。

由圖2可知，吊點內(nèi)移距離范圍在500～2500mm和3500～5000mm時，平臺最大應(yīng)力值逐漸減小；內(nèi)移距離范圍在2500～3500mm時，平臺最大應(yīng)力值逐漸增大。在2500mm和5000mm處平臺最大應(yīng)力值比較小。當(dāng)?shù)觞c內(nèi)移距離為5000mm時，平臺兩端部有下移趨勢，不利于物料的運輸和平臺的使用，所以吊點內(nèi)移距離為2500mm時平臺結(jié)構(gòu)較佳，而此處為第一、二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接處。由此可推斷，雙吊點內(nèi)移式懸吊平臺最佳吊點內(nèi)移距離為第一、二標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接處。使用同樣的方法提取其他方案中平臺結(jié)構(gòu)較佳位置，分別是1000mm處、2500mm處、3000mm處、3000mm處、2500mm處和3000mm處，驗證了推斷正確。

仍以方案1為例，提取結(jié)果界面中不同吊點形式的懸吊平臺各組成部件應(yīng)力值，如表3所示。

表3 不同吊點形式各組成部件應(yīng)力對比表 (MPa）

分析表3中的數(shù)據(jù)可知，方案1中雙吊點內(nèi)移式懸吊平臺中各組成部件應(yīng)力值比雙吊點在端部時各組成部件應(yīng)力值有明顯的改善，雙吊點內(nèi)移時結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為64.75MPa，相比雙吊點在端部時結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值151.46MPa降低了57.25%。

2.2 不同模塊組合方案的數(shù)據(jù)對比分析

在吊點方式相同的情況下，分析不同模塊化組合方案對平臺結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響。在撓度滿足的情況下，提取結(jié)果界面中各方案平臺的最大應(yīng)力值繪制折線圖，如圖3所示。

由圖3中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)雙吊點在端部時，方案1、方案6中平臺的最大應(yīng)力值小于Q235的許用應(yīng)力，符合要求；當(dāng)雙吊點內(nèi)移時，方案1、方案4、方案5、方案6和方案7中平臺的最大應(yīng)力值小于Q235的許用應(yīng)力，符合要求。綜合考慮，符合要求的有方案1和方案6。單獨提取方案1和方案6中各組成部件的應(yīng)力值，繪制成折線圖如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)雙吊點在端部時，方案1中懸吊平臺各組成部件的應(yīng)力值變化相對平緩，為較滿意方案；當(dāng)雙吊點內(nèi)移時，方案6中懸吊平臺各組成部件的應(yīng)力值變化相對平緩，為較滿意方案。對比兩個較滿意方案，方案1的最大應(yīng)力值151.46MPa，最小應(yīng)力值41.5MPa，方案6最大應(yīng)力值57.21MPa，最小22.26MPa，最大應(yīng)力值可降低62.23%。由此可見，雙吊點內(nèi)移方案6最優(yōu)，雙吊點在端部方案一次之。

3 結(jié) 論

本文完成大載荷高處作業(yè)吊籃懸吊平臺參數(shù)化系統(tǒng)的開發(fā)，通過實例分析驗證了系統(tǒng)的可行性，并得到以下結(jié)論。

1）在懸吊平臺模塊化組合方案相同的情況下，隨著吊點內(nèi)移距離的增大，平臺最大應(yīng)力值會呈現(xiàn)“下降-上升-下降”的結(jié)果，前下降區(qū)間的最小值（第一、二節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的連接處）為20m懸吊平臺的吊點最佳內(nèi)移距離，超過上升區(qū)間的峰值后，平臺兩端會向下傾斜，不利于平臺正常使用。

2）通過對比不同模塊組合方案下懸吊平臺的應(yīng)力值，獲得了20m懸吊平臺最佳布局為雙吊點內(nèi)移式的方案6，為不同形式的懸吊平臺設(shè)計研發(fā)提供有效的理論參考依據(jù)。

3）分析兩個較滿意方案可知，當(dāng)懸吊平臺跨度為20m時，吊點內(nèi)移比吊點在端部產(chǎn)生的最大應(yīng)力值降低了62.23%。因此，當(dāng)需要使用大跨度懸吊平臺的場合時，建議采用吊點內(nèi)移式懸吊平臺。

[1]鄭夕健，劉明達(dá)，賈 超，等.基于ANSYS的吊籃懸吊平臺有限元建模及其分析[J].建筑機械化，2011，（3）：41-44.