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

楊燦

摘 要：高空作業(yè)車(chē)在市政、機(jī)場(chǎng)、消防等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)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(shí)俱進(jìn)。而對(duì)于在高空作業(yè)超過(guò)百米高度的作業(yè)車(chē)，應(yīng)該尤其地對(duì)其技術(shù)進(jìn)行研究。在作業(yè)車(chē)的傾覆性上，如何保持高空作業(yè)車(chē)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(duì)于高空作業(yè)車(chē)的整機(jī)傾覆穩(wěn)定性應(yīng)該做出特殊的研究與實(shí)驗(yàn)，防止傾覆事故的發(fā)生。在穩(wěn)定其基本性能的同時(shí)保證行車(chē)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(lèi)號(hào)：TH211.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）03（a）-0039-02

在高空作業(yè)超百米的作業(yè)車(chē)中，傾覆穩(wěn)定性都需要運(yùn)用空間幾何的算式進(jìn)行模擬測(cè)算，同時(shí)對(duì)于臂架的變形與著力點(diǎn)都應(yīng)該進(jìn)行幾何非線性的零力動(dòng)態(tài)的判別方法進(jìn)行研究。高空作業(yè)車(chē)的穩(wěn)定性問(wèn)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(chē)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(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)及整車(chē)抗傾覆研究

1.1 整車(chē)抗傾覆研究背景與意義

在我國(guó)的高空作業(yè)車(chē)的研究中，處于超過(guò)百米高度的高空作業(yè)車(chē)將會(huì)進(jìn)行臂架的檢測(cè)，在折疊處連接梁存在較大的扭轉(zhuǎn)力矩，并且可以通過(guò)對(duì)伸縮式的箱形臂節(jié)進(jìn)行改變，因而在長(zhǎng)細(xì)上相較于常用的臂節(jié)將會(huì)較長(zhǎng)，但是其結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)細(xì)也會(huì)增加其的柔性。因此在同臂架的對(duì)比是，受到軸向壓力與載荷的不同，將會(huì)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(huì)收到相應(yīng)不同的扭矩。因此，當(dāng)作業(yè)高度超過(guò)百米作業(yè)時(shí)，應(yīng)該對(duì)臂架轉(zhuǎn)的動(dòng)與撓度進(jìn)行滿(mǎn)足，在位移與轉(zhuǎn)角的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)變問(wèn)題進(jìn)行不斷地創(chuàng)新與更改。在對(duì)臂架的需求分析中需要不斷地進(jìn)行大變形分析。

1.2 高空作業(yè)車(chē)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析

在空間梁?jiǎn)卧姆治鲋校ǔ?huì)采用幾何非線性的分析方法，而對(duì)于有限元法的綜合考評(píng)，則會(huì)對(duì)不同的因素進(jìn)行分析。在臂架的非線性大變形過(guò)程中，分析其穩(wěn)定性的判別是相對(duì)特殊的，這種特殊性不僅包含在高空作業(yè)車(chē)的結(jié)構(gòu)中，更與其的受力點(diǎn)不同而將直接影響臂架的作用力。在對(duì)其臂架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除了具有一定的參考價(jià)值，還會(huì)應(yīng)用到大臂架高空的創(chuàng)新與研發(fā)中，通過(guò)理論與實(shí)踐的不斷結(jié)合，來(lái)對(duì)高空作業(yè)車(chē)傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)探索出適用于不同高空作業(yè)車(chē)的不同性能的安全臂架。通過(guò)科研來(lái)避免臂架所帶來(lái)的各種工傷事故。

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

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

在對(duì)空間梁系結(jié)構(gòu)的幾何問(wèn)題研究中，非線性問(wèn)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(huì)遇到與小變形假設(shè)不相符合的一些特殊情況與問(wèn)題，盡管變形很小，有些甚至未超過(guò)彈性限制，但是位移較大，材料線元素會(huì)有較大位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。這種由于大位移和大轉(zhuǎn)動(dòng)引起的問(wèn)題稱(chēng)為幾何非線性問(wèn)題。梁結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上是長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其截面尺寸的一維構(gòu)件，由于細(xì)長(zhǎng)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(diǎn)。目前梁?jiǎn)卧獛缀畏蔷€性研究主要包括高精度梁?jiǎn)卧邢拊治瞿Ｐ徒Y(jié)合有限元法，形成的梁?jiǎn)卧耆窭嗜樟惺椒ê托拚窭嗜樟惺椒╗2]。

2.2 傾覆穩(wěn)定性研究中流動(dòng)式建設(shè)研究

在傾覆性的穩(wěn)定研究中，多年來(lái)一直通過(guò)各種不同類(lèi)型的高空作業(yè)車(chē)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，與此同時(shí)，在同類(lèi)型的起重機(jī)與叉裝車(chē)等等的流動(dòng)式機(jī)械也會(huì)收集相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)。而在整合之后會(huì)發(fā)現(xiàn)，通常作業(yè)車(chē)在作業(yè)時(shí)會(huì)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(hào)的機(jī)械在操作時(shí)會(huì)因?yàn)閺?fù)雜程度不同而影響操作動(dòng)作。種種的因素都會(huì)導(dǎo)致傾翻事故的發(fā)生。在這種情況下研究工機(jī)械設(shè)備的傾覆穩(wěn)性便有極大的意義。傾覆性的問(wèn)題研究不但是我國(guó)進(jìn)行研究，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是隨著時(shí)代的變化，不同時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)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(jìn)行判斷，需要操作者按照作業(yè)車(chē)行走與工作的方式與平衡點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)解。在移動(dòng)式工程項(xiàng)目中，對(duì)機(jī)械的穩(wěn)定性要求極高，大致需要可分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種不同類(lèi)型的穩(wěn)定性。因此建立流動(dòng)式的研究便有其必要性，在文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)，早期在研究靜態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其機(jī)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(duì)于能量穩(wěn)定的邊界法與力矩法測(cè)量則發(fā)展得較為緩慢，因此在技術(shù)研究上會(huì)有一定的滯后性。與此同時(shí)在對(duì)于工程機(jī)械的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性研究中，與前者相對(duì)比其判據(jù)被社會(huì)接受的程度較低，但是由于動(dòng)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(duì)于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的判據(jù)中，可以同時(shí)獲得工程機(jī)械靜態(tài)穩(wěn)定性的判斷，因此是相對(duì)節(jié)省成本與時(shí)間的[3]。

2.3 傾覆穩(wěn)定性研究中傾覆性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

傾覆穩(wěn)定性的整車(chē)評(píng)價(jià)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(duì)高空作業(yè)車(chē)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制，更在工作過(guò)程中需要隨著時(shí)間與工作地點(diǎn)的不同，而不斷地進(jìn)行技術(shù)的改進(jìn)。因此傾覆性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不是依靠單一的指標(biāo)的，而是應(yīng)該隨著時(shí)間的變化而不斷地進(jìn)行改變與靈活應(yīng)用的。對(duì)于高空作業(yè)車(chē)來(lái)說(shuō)，整機(jī)點(diǎn)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(píng)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(diǎn)的支撐區(qū)域確立平衡的，則是計(jì)算上相對(duì)穩(wěn)定的安全區(qū)域。

而對(duì)于穩(wěn)定裕度來(lái)說(shuō)，評(píng)價(jià)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(diǎn)的確立時(shí)，就應(yīng)該與穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比排查，同時(shí)在支腿支撐邊界與支撐點(diǎn)的距離也是可以測(cè)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(shí)，在穩(wěn)定區(qū)域中穩(wěn)定裕度值應(yīng)該大于等于國(guó)際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

在工作平臺(tái)中，其的載荷會(huì)因?yàn)榕c高空作業(yè)車(chē)的連接的鉸點(diǎn)簡(jiǎn)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(huì)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(chē)的車(chē)臂架會(huì)因?yàn)槭芰Σ煌a(chǎn)生或大或小的變形。而這種變形將會(huì)引起作業(yè)幅度的增加，在幅度增加的同時(shí)，臂架的重心便會(huì)發(fā)生改變，通常會(huì)向支腿的邊界進(jìn)行用力，會(huì)直接導(dǎo)致臂架整個(gè)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(chē)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(yǔ)

在進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，若是高度超百米，則需要對(duì)作業(yè)車(chē)的安全進(jìn)行檢測(cè)。而在對(duì)于作業(yè)車(chē)的整車(chē)抗傾覆能力的研究與設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮臂架的結(jié)構(gòu)，更需要對(duì)非線性的的最大變形因素進(jìn)行穩(wěn)定性的研究與整機(jī)傾覆性的探討。對(duì)于采用間梁?jiǎn)卧膸缀畏椒ㄟM(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，需要對(duì)臂架變形使用非線性的有限元法分析，與此同時(shí)更需要對(duì)穩(wěn)定性判別方法進(jìn)行深入研究，這之中可以運(yùn)用零力矩點(diǎn)手段進(jìn)行研究。而在對(duì)于大變形作業(yè)的問(wèn)題上，關(guān)于穩(wěn)定性的最終整機(jī)校核的計(jì)算方法，還需要進(jìn)行日后進(jìn)一步的探討與研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 張華，霍玉蘭.我國(guó)高空作業(yè)車(chē)行業(yè)發(fā)展與展望[J].建筑機(jī)械，2009（12）：38-43.

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