高空作业车结构力学及整车抗倾覆稳定性分析

杨灿

摘 要：高空作业车在市政、机场、消防等领域都得到广泛的应用，因此对于其用途以及技术的探讨，应该随着建筑与城市的发展而不断地与时俱进。而对于在高空作业超过百米高度的作业车，应该尤其地对其技术进行研究。在作业车的倾覆性上，如何保持高空作业车的稳定与在不同高度都要保证其稳定性上都有着极大的要求，因此对于高空作业车的整机倾覆稳定性应该做出特殊的研究与实验，防止倾覆事故的发生。在稳定其基本性能的同时保证行车作业安全才是高空作业的本质内涵。

关键词：高空作业 结构力学 倾覆稳定性分析

中图分类号：TH211.6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（a）-0039-02

在高空作业超百米的作业车中，倾覆稳定性都需要运用空间几何的算式进行模拟测算，同时对于臂架的变形与着力点都应该进行几何非线性的零力动态的判别方法进行研究。高空作业车的稳定性问题应该做出系统且全面的研究，只有这样才能够保证高空作业车的臂架在大变形环境下依旧保证基础作业与施工安全，才可以最大限度地保证工程的顺利建造。

1 高空作业车结构力学及整车抗倾覆研究

1.1 整车抗倾覆研究背景与意义

在我国的高空作业车的研究中，处于超过百米高度的高空作业车将会进行臂架的检测，在折叠处连接梁存在较大的扭转力矩，并且可以通过对伸缩式的箱形臂节进行改变，因而在长细上相较于常用的臂节将会较长，但是其结构的长细也会增加其的柔性。因此在同臂架的对比是，受到轴向压力与载荷的不同，将会产生不同的扭矩受力。而在横向载荷与端部弯矩的变化中，臂架的偏置距离也会收到相应不同的扭矩。因此，当作业高度超过百米作业时，应该对臂架转的动与挠度进行满足，在位移与转角的过程中，应该对现有的应变问题进行不断地创新与更改。在对臂架的需求分析中需要不断地进行大变形分析。

1.2 高空作业车结构力学分析

在空间梁单元的分析中，通常会采用几何非线性的分析方法，而对于有限元法的综合考评，则会对不同的因素进行分析。在臂架的非线性大变形过程中，分析其稳定性的判别是相对特殊的，这种特殊性不仅包含在高空作业车的结构中，更与其的受力点不同而将直接影响臂架的作用力。在对其臂架系统的结构设计中，除了具有一定的参考价值，还会应用到大臂架高空的创新与研发中，通过理论与实践的不断结合，来对高空作业车倾覆稳定性进行比对，进而通过数据来探索出适用于不同高空作业车的不同性能的安全臂架。通过科研来避免臂架所带来的各种工伤事故。

2 高空作业车结构力学及整车抗倾覆稳定性分析

2.1 高空作业车结构力学空间几何研究

在对空间梁系结构的几何问题研究中，非线性问题是比较典型的现象。而在研究中不断发现，结构分析领域通常会遇到与小变形假设不相符合的一些特殊情况与问题，尽管变形很小，有些甚至未超过弹性限制，但是位移较大，材料线元素会有较大位移和转动。这种由于大位移和大转动引起的问题称为几何非线性问题。梁结构在构造上是长度远大于其截面尺寸的一维构件，由于细长梁结构常常存在几何大变形和失稳情况，从而成为几何非线性研究重点。目前梁单元几何非线性研究主要包括高精度梁单元有限元分析模型结合有限元法，形成的梁单元完全拉格朗日列式法和修正拉格朗日列式法[2]。

2.2 倾覆稳定性研究中流动式建设研究

在倾覆性的稳定研究中，多年来一直通过各种不同类型的高空作业车进行数据的收集，与此同时，在同类型的起重机与叉装车等等的流动式机械也会收集相应的工程数据。而在整合之后会发现，通常作业车在作业时会经常受到外界不同作业环的影响，例如障碍物多、不同地区的地质不同，不同型号的机械在操作时会因为复杂程度不同而影响操作动作。种种的因素都会导致倾翻事故的发生。在这种情况下研究工机械设备的倾覆稳性便有极大的意义。倾覆性的问题研究不但是我国进行研究，国际标准也制定了相应的标准。但是随着时代的变化，不同时期的标准会有着不同的变化。因此在一些特殊情况中，便不能按照规定的标准进行判断，需要操作者按照作业车行走与工作的方式与平衡点进行现场调解。在移动式工程项目中，对机械的稳定性要求极高，大致需要可分为静态与动态两种不同类型的稳定性。因此建立流动式的研究便有其必要性，在文献中可以发现，早期在研究静态稳定性时，可以发现其机体大多为刚性，重要源于静态稳定性的判据主要由重心投影法与静态边界法组成，而对于能量稳定的边界法与力矩法测量则发展得较为缓慢，因此在技术研究上会有一定的滞后性。与此同时在对于工程机械的动态稳定性研究中，与前者相对比其判据被社会接受的程度较低，但是由于动态稳定性的判据是在静态的基础上发展产生的。因此在对于动态稳定性的判据中，可以同时获得工程机械静态稳定性的判断，因此是相对节省成本与时间的[3]。

2.3 倾覆稳定性研究中倾覆性评价标准

倾覆稳定性的整车评价准则是工程安全生产的硬性标准，其不仅控制需要对高空作业车的稳定性进行控制，更在工作过程中需要随着时间与工作地点的不同，而不断地进行技术的改进。因此倾覆性的评价标准不是依靠单一的指标的，而是应该随着时间的变化而不断地进行改变与灵活应用的。对于高空作业车来说，整机点能否成功地落在支腿油缸中，是确定稳定区域的倾覆稳定性评判的重要标准。在参照重力法的规定中，若是高空稳定安全区域是由支腿的油缸点的支撑区域确立平衡的，则是计算上相对稳定的安全区域。

而对于稳定裕度来说，评价高空作业稳定性的标准表不能一概而论，首先在定一点的确立时，就应该与稳定性的标准对比排查，同时在支腿支撑边界与支撑点的距离也是可以测量出其是否具有倾覆性的重要因素。若支腿支撑的边界的比值为最短距离时，在稳定区域中稳定裕度值应该大于等于国际规定的标准值。

在工作平台中，其的载荷会因为与高空作业车的连接的铰点简化而发生向下的作用力，若这种作用力是垂直向下的便会直接导致弯矩与侧向力的作用。又由于载荷的作用下，高空作业车的车臂架会因为受力不同而产生或大或小的变形。而这种变形将会引起作业幅度的增加，在幅度增加的同时，臂架的重心便会发生改变，通常会向支腿的边界进行用力，会直接导致臂架整个结构发生重大的刚体位移，这不仅增加了高空作业车的不安全因素甚至会导致倾覆的安全事故的发生[4]。

3 结语

在进行高空作业时，若是高度超百米，则需要对作业车的安全进行检测。而在对于作业车的整车抗倾覆能力的研究与设计中，不仅需要考虑臂架的结构，更需要对非线性的的最大变形因素进行稳定性的研究与整机倾覆性的探讨。对于采用间梁单元的几何方法进行结构分析时，需要对臂架变形使用非线性的有限元法分析，与此同时更需要对稳定性判别方法进行深入研究，这之中可以运用零力矩点手段进行研究。而在对于大变形作业的问题上，关于稳定性的最终整机校核的计算方法，还需要进行日后进一步的探讨与研究。

参考文献

[1] 张华，霍玉兰.我国高空作业车行业发展与展望[J].建筑机械，2009（12）：38-43.

[2] 王金诺，于兰峰.起重运输机金属结构[M].中国铁道出版社，2002.

[3] 王助成.有限单元法[M].清华大学出版社，2003.

[4] 沈世钊，陈听.网壳结构稳定性[M].北京科学出版社，1999.