高空作業(yè)平臺(tái)曲臂結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算方法

辛宏彥

摘 要：以某曲臂自行式高空作業(yè)平臺(tái)為例，介紹了曲臂結(jié)構(gòu)的工作原理，對(duì)其各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行受力分析，通過解析法求出曲臂變幅時(shí)各構(gòu)件的受力變化，為構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。采用編程計(jì)算的方法，并編制用戶界面，由已知量快速準(zhǔn)確的獲得各力大小及變化曲線，方便設(shè)計(jì)人員使用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也為同系列產(chǎn)品的開發(fā)奠定了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)平臺(tái)；曲臂結(jié)構(gòu)；力學(xué)分析；用戶界面

1 概述

曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)是高空作業(yè)機(jī)械的一個(gè)重要門類，曲臂結(jié)構(gòu)是此類機(jī)械的重要承載部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，文章采用解析法對(duì)曲臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出各構(gòu)件的受力情況，為設(shè)計(jì)人員提供依據(jù)。

2 工作原理

曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)的臂架系統(tǒng)主要由曲臂結(jié)構(gòu)，伸縮臂結(jié)構(gòu)及飛臂結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。文章主要針對(duì)曲臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，因此將其單獨(dú)進(jìn)行討論。

如圖2所示，兩個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)通過下鉸接結(jié)構(gòu)7連接在一起，并與連桿5、變幅油缸8共同組成了曲臂結(jié)構(gòu)。當(dāng)變幅油缸8伸長(zhǎng)時(shí)，連桿4相對(duì)于鉸接結(jié)構(gòu)7作向上變幅運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在平行四邊形機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，連桿3同步變幅并通過連桿5拉動(dòng)連桿1，連桿1與連桿2因此相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)立板6作向上變幅運(yùn)動(dòng)。反之，當(dāng)變幅油缸8縮回時(shí)，連桿都將反向運(yùn)動(dòng)，即向下變幅運(yùn)動(dòng)。

1、連桿1；2、連桿2；3、連桿3；4、連桿4；5、連桿5；6、轉(zhuǎn)臺(tái)立板；

7、下鉸接結(jié)構(gòu)；8、曲臂變幅油缸；9、上鉸接結(jié)構(gòu)

圖2 曲臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 力學(xué)分析

用解析法對(duì)曲臂結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件分別進(jìn)行力學(xué)分析，根據(jù)各構(gòu)件力平衡及力矩平衡以及各構(gòu)件之間的角度和長(zhǎng)度關(guān)系，最終得到曲臂結(jié)構(gòu)各連接鉸點(diǎn)的受力大小及方向，以及各二力桿件的軸向力大小。

3.1 受力分析計(jì)算

將組成曲臂的各構(gòu)件分別進(jìn)行受力分析。（見圖3-圖8）

分別對(duì)上鉸接結(jié)構(gòu)9，連桿4，連桿3，連桿2，連桿1，下鉸接結(jié)構(gòu)7取力平衡，力矩平衡，總共可得18個(gè)方程，聯(lián)立求解，可求得各鉸點(diǎn)力及各連桿力的大小，所求結(jié)果均為關(guān)于各長(zhǎng)度與各角度的表達(dá)式。

3.2 角度和長(zhǎng)度計(jì)算

將曲臂變幅機(jī)構(gòu)各構(gòu)件鉸點(diǎn)之間的長(zhǎng)度與角度設(shè)為已知，如圖9所示，利用三角函數(shù)關(guān)系可求得角度？茁，？茁1，？琢1，？琢2，？茁2，均為有關(guān)于曲臂變幅角度？琢變量的函數(shù)關(guān)系式。

將3.2小節(jié)所求結(jié)果與3.1小節(jié)中所求結(jié)果聯(lián)立，即可由已知量得到各鉸點(diǎn)力與各連桿力的大小和方向與曲臂變幅角度？琢變量之間的關(guān)系。

3.3 計(jì)算程序編制

如前所述，由于已知量與未知量數(shù)量較多，因此采用編程解方程的方法，并編制用戶界面，可以直觀的得到各力與變幅角度的關(guān)系。

4 實(shí)例分析

以某型曲臂式高空作業(yè)平臺(tái)為例，分析各力大小。工況為：伸縮臂仰角75°，載荷230kg，飛臂結(jié)構(gòu)變幅仰角0°。將各已知量輸入用戶界面，即可得所需求的力，例如可得連桿5所承受的軸向力Flk的大小與變幅角度？琢之間的關(guān)系曲線，如圖10所示。同理可得其它力的變化曲線。

5 結(jié)論及展望

通過解析法對(duì)某高空作業(yè)平臺(tái)曲臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，求出各構(gòu)件鉸點(diǎn)隨著曲臂變幅時(shí)的受力變化，為構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。編制用戶界面，由已知量快速準(zhǔn)確的獲得各力大小及變化曲線，方便設(shè)計(jì)人員使用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也為同系列產(chǎn)品的開發(fā)奠定設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]郝桐生.理論力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1982.

[2]張志勇，徐彥琴.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.