折叠式高空作业车的稳定性分析.pdf

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2001年8月ai
折叠式高空作业车的稳定性分析
试验·研究
王富亮,熊静琪,刘亚超,经迎龙
(电子科技大学机械电子学院)
摘要:高空作业车超载严重时会发生倾翻故,不仅会损坏作业车本身,而且会危及操作者和周围行8
8人的生命安全。对折叠式高空作业车在静止状态和正常工作状态下的整车稳定性进行分析,并对转台的安装8
8位置、作业车支腿的横向跨距及作业臂的质量等3个参数对作业车整车稳定性的影响进行分析。分析结果表
明,该3个参数对作业车静态稳定性影响极大,且下作业臂的紧急制动对作业车动态稳定性危害最大。
关键词:折叠式高空作业车;静态稳定性;动态稳定性;倾翻
折叠式高空作业广泛用于园林、建筑、消防、造
船等行业。由于种种原因,如人为的操作失误或者
作业平台
恶劣的自然条件等因素,高空作业车会出现不稳定
的现象,严重时甚至会发生倾翻事故,这不仅会损
上作业臂
上作业臂
坏作业车本身而且会危及操作者和周围行人的生
变幅液压缸
命安全。因此,在进行高空作业车整车设计时,对整
下作业臂
车稳定性进行分析是非常必要的。CBT9465
下作业臂
2008叫规定,作业车的整车稳定性用作业车静止和
变幅液压缸
正常作业时,在其不发生倾翻的情况下,作业平台
所能承载的最大载荷来描述。该最大载荷越大,则
底盘
作业车的稳定性越好。许多学者对重型作业臂式液
压机车的倾翻稳定性作过研究P。 Andreas Rauch?
支腿
对起重机的倾翻稳定性进行了分析,但是他只分析
图1折式高空作业车
了起重机静态整车稳定性,对起重机作业时吊臂
各种动作没有分析。本文对某两节臂式折叠式高空
1)下作业臂变幅液压缸和上作业臂变幅液压
作业车进行整车稳定性分析。
缸的质量与作业臂相比质量很小,忽略不计。
如图1所示,两节臂式折叠式高空作业车由底
(2)作业车上、下作业臂、支腿、轮胎等都具有
盘、转台、变幅液压缸、下作业臂、上作业臂及作业足够的刚度,不考虑作业车的柔性。
平台等部分组成。作业车两侧各有两条支腿,可支
(3)作业车作业时,用4条支腿作支撑,而所有
撑在坚固的水平面上以提高作业车的稳定性。转台轮胎都完全离开地面。
可以顺时针或逆时针旋转360°。炳个变幅液压缸用
(4)上、下作业臂为匀质杆状结构,其质心在各
于实现上下作业臂的升降操作。在不影响作业车稳臂的几何中心位置。
定性分析的前提下,为了方便计算,本文对作业车
(5)将工作平台及其载荷看作一个集中载荷固
系统作如下假定:
结在上作业臂末端。
作者简介:王富亮(1985一),男,在读硕土,研究方向:折叠式高空作业车稳定性及残留振动的研究
1折叠式高空作业车受力分析模型
翻。本文称支腿连线D-D为前倾翻线,支腿连线A
A为后倾翻线,支腿连线C-C和B-B为左、右倾翻
折叠式作业车的受力分析简化模型如图2所线回,可能造成作业车倾翻的力称为倾翻力(作用点
礓示,表1为进行本文分析时所采用的高空作业车模位于4条倾翻线以外的力),而对作业车稳定有利
型结构参数。
的力称为稳定力(作用点位于4条倾翻线以内的
当作业车处于静止状态时,造成作业车发生倾力)。
翻的外力主要来自于车体各组成结构部分的重力。
从图2可以看出,作业车底盘重力及转盘重力
当作用于车体尾部两条支腿(A-A)上的反作用力消在前面提到的4条倾翻线之内,有利于作业车的稳
失时,此时车体将沿前部炳条支腿(D-D)向车头倾定性,属于稳定力,而上、下作业臂及载荷(含作业
平台)重力会因其位置变化而变化,所以有可能是
倾翻力也有可能是稳定力
根据力矩平衡可得到以下方程:
ma&
mgA7っ+m2gA1+m2g△2+m2gA+mgA12-=0(1)
式中:△A,A1,A2,A3,4l分别表示重
力mn,g,m1g,m2g,m3g,m,g在底盘平面上
车头
h
车尾
的投影到倾翻线的距离,本文规定此距离
为有向距离,作用力的投影在倾翻线之内
B-B
CC其力臂为正,之外为负,在倾翻线上为零;
D-D
主视图
后视图
底盘和转台的质心位置是固定的,其重力
在底盘平面上的投影均在倾翻线之内,即
△i,Ai2为正距离。
根据式(1)可以列出作业臂位于某一
位置时,作业车前、后、左、右的力矩平衡
方程并计算出m的值,取m2的最小值作
俯视图
为作业臂位于某位置时所能承载的最大
图2折叠式高空作业车的受力分析简化模型
载荷。
表1高空作业车的结构参数
折叠式高空作业车在垂直面内的运
参数「数值
说明
动范围:下作业臂相对于转台:01-0°~60°
m30kg」底盘质量,质心位于a点
上作业臂相对于下作业臂:62=0°~150°;转
m20.kg转台质量,质心位于c点
台相对于底盘的旋转:8=09~t360°。
m25kg下作业臂质量,质心位于下作业臂几何中心d点
图3所示为作业臂处于3种不同位
m2.7kg上作业皆质量,质心位于上作业臂几何中心e点
置时,作业车最大载荷的极坐标曲线。极
待求作业平台及载荷的总质量,质心位于p点
角表示作业臂及转台的旋转角度B,B为
1m前后支腿之问的纵向跨距
a点到b点的距离,b为4条支腿围成区域的儿何
0°表示作业臂位于车头正前方;极径代表
120.3m
中心
作业车作业平台所能承载的最大载荷值
1、0.35mc点在底盘的投影到b点的距离
由图3可以看出,当上下作业臂的角度处
41055m左右支腿之间的横向跨距
于01=0°,B2=150时,作业车所能承载的最
41,6m1下作业臂的长度
大载荷值比另外两种常见作业臂的位置
1.7m上作业懵的长度
状况小,此时作业臂处于极限伸展状态,
H10.25m支腿的高度
为作业车最危险工况,此种工况下高空作
A「105m转台旋转中心距年体的高度
业车的稳定性最差。
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