抗傾覆穩定性是高空作業車的基本安全效能之一。由於高空作業車在工作時所受的載荷情況複雜,需要找出一種比較方便計算且能充分考慮到各種載荷作用關係的間接校核方法進行驗證。
目前我國對高空作業機械有4種校核方法:高空車國家標準校核方法、起重機校核方法、平臺消防車校核方法、ISO國際標準方法。本高空作業車將以流動式起重機的標準(GB/T19924-2005/ISO4305:1991)為基礎,結合其他方法提出一種既合理又實用的分析方法,以滿足該高空作業車抗傾覆穩定性的校核條件
方法/步驟
1 高空作業車受力分析
高空作業車的一個或多個受力構件失去保持穩定平衡的能力,稱為高空作業車的失穩,產生的原因有工作鬥過重、支撐面傾斜或風力等一個或多個因素造成的。在分析本車抗傾覆穩定性之前瞭解機械本身的受力情況是十分必要的。
圖1為本車結構示意圖,除了受到本身各個部件的重力、風力(有風工況)及工作人員自重之外還要受到慣性力。為了研究高空作業車的承載能力,獲取其極限位置的工況,往往將自身重力視為穩定力,外界受力視為傾覆力。
圖1 高空作業車結構示意圖
1-工作鬥, 2-上臂, 3-下臂, 4-履帶地盤
2 高空作業車傾翻線的確定
高空作業車失穩傾覆時的傾翻線是由其支腿尺寸確定的,在相鄰支腿連線構成的梯形中,離重心距離最短的那一條邊即為傾翻線。
1
圖2為高空作業車底盤支腿伸出位置圖,支腿支撐點之間的連線為傾翻線。
LGc
Lc
LGc
LGc
LGc
2
Lq
Lc
Lc
Lzq
Lzh
Lzc
圖2 高空作業車底盤支腿伸出位置圖
1-支腿,2-迴轉支撐
3 高空作業車抗傾覆穩定性的計算
借鑑起重機設計規範中關於流動式起重機穩定性計算的方法對高空作業車的抗傾覆穩定性進行分析計算。根據工作狀態的不同,分為無風靜載、有風動載、非工作狀態3種狀態。
3.1無風靜載
在無風靜載工況下采用“穩定係數法”進行分析,既穩定係數K等於傾覆線內側的穩定力矩Ms與傾覆線外側的傾覆力矩Mt的比值,K=Ms/Mt。當K=1時為臨界值;當K>1時,為穩定值;當K<1時為失穩值。根據本車情況,本車抗傾覆穩定性計算公式為:
(1)
式中 K—穩定性係數;
Ms—傾覆線內側的穩定力矩;
Mt—傾覆線外側的傾覆力矩;
Gz—底盤、支腿及迴轉機構重力;
Gx—下臂重力;
Gs—上臂重量;
Gd—工作鬥及載重;
Lz—車體重心與傾覆線之間的距離;
Lx—下臂重心與傾覆線之間的距離;
Ls—上臂重心與傾覆線之間的距離;
Ld—工作鬥及載重重心與傾覆線之間的距離;
3.2 有風動載
嚴格來說,高空作業車的動態穩定分析應該採用震動理論瞬時平衡的方法來研究。但考慮涉及到的因素比較多,計算比較複雜。因此從實用性方面考慮,本車研究借鑑起重機設計規範中的方法對高空作業車的動態穩定性進行計算,並沿用“穩定係數法”進行理論公式的推導,在原有的穩定性函式的基礎上加上水平方向上的載荷(風力、慣性力)即可。由此推匯出的高空作業車的動態抗傾覆穩定性計算公式為
(2)
式中 Fd—風力;Hd—工作鬥中心與地面之間的距離;R—上下臂長度;n—舉升轉速。
3.3 非工作狀態的穩定性
高空作業車在非工作狀態下上下臂處於收回狀態,所有部件的重心都在底盤在地面投影的面域內,在水平地面上安全可靠,不用考慮抗傾覆穩定性。自行走過程中,在有坡度的路面上時,計算其抗傾覆穩定性。圖3為高空作業車在有坡度地面時的受力圖。F為底盤牽引力,G為整車總重力,其他受力未在圖中標示。分解a坡度受力公式
(3)
式中 A—整車爬坡時的加速度
根據底盤引數得知,底盤總承載能力為3.5t,爬坡度為30°。在行走過程中,坡度不大於30°時,不會發生傾覆。若靜載放置在有坡度的路面時,若保證不傾翻滿足以下計算
(4)
式中 h—重心到地面垂直距離
l—重心到傾覆線平行於地面的距離
圖3 高空作業車在有坡度地面時的受力圖
4 本車計算
表2 本車現有及估量資料
Hd(mm)
1500
Fd(N)(6級風)
3000
n(轉/分鐘)
1/4
Lz(mm)
2000
Gz(N)
27000
R(mm)
3300
Lx(mm)
570
Gx(N)
3500
l
250
Ls(mm)
4100
Gs(N)
2500
H
600
Ld(mm)
5300
Gd(N)
2000
t
60*30
根據本車現有資料對其進行3種狀況驗證分析,可以得出在極限位置時的抗傾覆穩定性;無風靜載K=2.36>1高空作業車穩定,有風動載K=1.84>1高空作業車穩定。
非工作狀態時保證穩定性的爬坡度①行走過程a<30°②靜載坡度面時a<22.6。
圖4 高空作業車危險工況