登機橋力學(xué)性能分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的探究

韋飛鵬

摘 要：作為一種稱重機械，登機橋的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能一旦出現(xiàn)問題，便會導(dǎo)致該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安全出現(xiàn)較大的問題，甚至?xí)绊懙疆?dāng)前旅客的生命安全問題。但是就現(xiàn)階段而言，我國對于登機橋的研究分析探究，還處于初級階段，可以進行查閱的資料有限，致使研究出現(xiàn)較大的難度。本文將登機橋的定義作為切入點，分析登機橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進一步提出登機橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究，希望可以進一步推動我國登機橋得到較好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：登機橋;穩(wěn)定性;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;力學(xué)分析

引言

登機橋固定端其為航站樓和飛機的聯(lián)系通道，其不僅會和飛機以及旅客橋法還是能關(guān)系，和航站樓之間也有著密切的關(guān)系。因此對于乘客的安全以及航站中心的安全，都需要加強對于登機橋穩(wěn)定性的重視，一旦當(dāng)其出現(xiàn)安全性問題時，便會導(dǎo)致乘客的生命安全，以及公共財產(chǎn)受到較大的損失。

一、登機橋的定義

登機橋其具體分成固定橋以及活動橋，其中固定橋又會被成為登機橋固定端，或者固定登機橋，是航站樓登機門，想室外進行延伸的固定性的廊橋、其盡端會和活動橋進行連接，航站樓一般進行設(shè)計的登積橋都是指代固定橋。

活動橋，則又被稱之為旅客登機橋，其橋體的一段會和固定橋進行連接，該部分無法進行移動，另外一端，會和飛機的艙門進行連接，旅客便是利用該端口，最終進行登記。旅客橋在進行伸縮、旋轉(zhuǎn)以及移動時，都存在固定的軸，其會和固定短的圓形旋轉(zhuǎn)平臺相臨近。相對來說，旅客橋是屬于更加專業(yè)的設(shè)備，是通過專業(yè)的旅客橋廠家來進行設(shè)計以及安裝完成的。

二、登機橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

（一）建立力學(xué)模型

在進行登機橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析時，可以根據(jù)圖一登機橋的結(jié)構(gòu)簡圖了解其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的大致情況。在圖一之中可以看出其主要的結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)平臺、升降以及行走系統(tǒng)、活動通道和進行接機的平臺。其中旋轉(zhuǎn)平臺主要是利用軸承以及下部的立柱所連接起來的，并且其能夠依照下部立柱進行轉(zhuǎn)動。旅客在進行飛機上下的時候，主要會通過活動通道，其和旋轉(zhuǎn)平臺相連接，主要是由升降系統(tǒng)帶動活動通道繞鉸接點O3、O4做俯仰運動，實現(xiàn)與飛機艙門的對接。行走系統(tǒng)通過短粗柱體O1O2，將其和升降系統(tǒng)進行鏈接。其在O1點可以選擇繞y1軸進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，在O2點和短粗柱O1O2一起，繞Z1軸完成轉(zhuǎn)動。其可以在行走系統(tǒng)的帶動之下，整個橋體跟繞O5O6軸進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。經(jīng)過了解可知，升降系統(tǒng)主所受到的荷載主要來自于，通道自身的自重，乘客重量、以及風(fēng)雪載重等等。

如果是將通道以及行走系統(tǒng)當(dāng)做框架結(jié)構(gòu)分析，那么其中A、F兩點，便是框架立柱和下面橫梁的兩點連接點。而B、C、D、E則是活動通道和立柱框架的整體連接點。

（二）立柱框架穩(wěn)定性分析

當(dāng)前對于主框架穩(wěn)定承載能力進行分析時，工作人員需要考慮最惡劣的問題——即，當(dāng)前登機橋已經(jīng)全部的伸出，并且表現(xiàn)為水平狀態(tài)，接機平臺和橋通道的軸線夾角表現(xiàn)出0°目前為了提高登機橋的穩(wěn)定性時會選擇增加一根到兩根的輔助梁。一般情況下，登機橋立柱框架，屬于側(cè)傾鋼架，也就是說在側(cè)向風(fēng)載的作用之下，其框架結(jié)構(gòu)變有可能會出現(xiàn)側(cè)向位移的情況。

（三）兩側(cè)立柱各自穩(wěn)定承載能力的探究

在進行登機橋使用的過程之中，一旦一側(cè)的立柱出現(xiàn)失效的問題時，另一側(cè)立柱的承載能力穩(wěn)定性會呈現(xiàn)何種情況，本章節(jié)對此進行探究分析。

1.左柱穩(wěn)定承載能力

如果登機橋行走系統(tǒng)的右柱油缸出現(xiàn)故障，沒有油壓的時候，登機橋前部分的壓力便會全部由做主進行承擔(dān)。登機橋行走系統(tǒng)左柱的結(jié)構(gòu)主要有以下部分構(gòu)成，內(nèi)、外導(dǎo)管以及滾珠絲。其中滾珠絲杠的上部分會和外導(dǎo)管進行栓接，而內(nèi)導(dǎo)管則會通過利用絲杠螺母副的形式和滾珠絲杠進行連接。內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管之間的滑動，這組要是通過利用點擊帶動四缸的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)的。

一般情況下，外導(dǎo)管只會承受彎矩。這主要是因為滾珠絲杠和外導(dǎo)管之間會存在的一定的間隙，當(dāng)結(jié)構(gòu)彎曲較小，出現(xiàn)變形的時候，滾珠絲杠便會只收到豎向的垂直載荷。二滾珠絲杠在完全伸出的時候，左柱的承載能力為最小的狀態(tài)，在該狀態(tài)之下，左柱所可以承受的載荷，便稱為結(jié)構(gòu)的屈曲載荷。對于外導(dǎo)管來說，其在對滾珠絲杠的變形呈現(xiàn)限制作用時，滾珠絲杠和內(nèi)導(dǎo)管，達到臨界的載荷之后，結(jié)構(gòu)并不會完全的出現(xiàn)失穩(wěn)情況，還可以進行承載。但是需要注意的是，該情況之下，變形較大，所以一般會認為其結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于市消狀態(tài)。

2.右柱穩(wěn)定承載能力

當(dāng)?shù)菣C橋行走系統(tǒng)的左柱出現(xiàn)失效的情況下，登機橋壓在立柱之上的力，便需要右柱進行全部承擔(dān)。右柱同左柱一般，主要有內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管，與其不同的是，其內(nèi)部并非滾珠絲，而是液壓缸。

對于右柱來說，其內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管進行伸縮運動，主要是由液壓缸所帶動的。即右柱出現(xiàn)小變形的時候，內(nèi)外套管會承受彎矩，而液壓缸則會承受豎向的載荷。因此右柱出現(xiàn)屈曲載荷的時候，可以按照液壓缸的屈曲載荷進行結(jié)算。在液壓缸處于失穩(wěn)狀態(tài)之后，由于內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管對于液壓缸變形的限制作用，右柱雖然依舊可以繼續(xù)承受豎向載荷，但是這是液壓缸的變形處于較大的狀態(tài)，因此認為該結(jié)構(gòu)處于失效的情況。

三、登機橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究

（一）登機橋桁架結(jié)構(gòu)選型的優(yōu)化

如果登機橋選擇使用Q345鋼，其自身的重量便可以達到近50噸，而如果選擇使用Q235鋼，那么結(jié)構(gòu)便會更重。當(dāng)結(jié)構(gòu)的重量有所增加的時候，其不僅僅會使材料存在浪費的情況，會導(dǎo)致成本有所增加，還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性有所降低。因此需要對于結(jié)構(gòu)的選型進行優(yōu)化，選擇一種更加合理的結(jié)構(gòu)形式，從而解決上述的問題。目前在進行研究時，主要選擇為V式、K式以及具有直腹桿的V式這三種結(jié)構(gòu)，進行有限元建模。在進行建模的過程之中，其結(jié)構(gòu)不僅要有人的載荷、結(jié)構(gòu)的自重之外，還需要有風(fēng)雪載重對于結(jié)構(gòu)的影響。

根據(jù)表一可以了解到，其中V式以及K式結(jié)構(gòu)登機橋受力較小，并且為以最小。在進行分析之后，可以了解到V式活動的通道不僅受力以及變形最小，并且重量最輕。而對于K式來說，其活動通道雖然整倆會略遜色于V式的力學(xué)性能，但是卻遠遠好于具有直腹桿的V式，并且重量和其相似。所以在進行登機橋活動通道結(jié)構(gòu)形式選擇的時候，首選V式結(jié)構(gòu)，其次為K式結(jié)構(gòu)，最后則是具有直腹桿的V式結(jié)構(gòu)。

（二）登機橋桁架結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化

當(dāng)前對于登機橋機構(gòu)進行尺寸優(yōu)化，是一種最為簡單的優(yōu)化方式，并且在當(dāng)前已經(jīng)有較為成熟的理論，因此在我國很多領(lǐng)域之中已經(jīng)成功地使用該方式，尤其是在航空以及汽車領(lǐng)域之中。而對于登機橋的活動通道機構(gòu)進行尺寸優(yōu)化的時候，其最主要的是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，編制相關(guān)的程序，但是其中卻還存在較多的問題，需要進行解決。

當(dāng)前工作人員需要根據(jù)工程的實際情況進行分析了解，需要保障計算結(jié)構(gòu)的可靠性，還要將研發(fā)的設(shè)計時間進行縮短。因此可以選擇使用最承建的 ANSYS優(yōu)化涉及模塊，并且工作人員還應(yīng)該利用APDL程序?qū)τ诘菣C橋完成有限元的建模，從而實現(xiàn)對活動通道的構(gòu)件截面尺寸實現(xiàn)優(yōu)化。

目前，我國登機橋在進行尺寸優(yōu)化時，還處于機構(gòu)設(shè)計的初期階段，所以需要在杜宇結(jié)構(gòu)總體的尺寸以及結(jié)構(gòu)形式進行確定后，才能夠得到結(jié)構(gòu)所允許的最大撓度。并且工作人員還需要按照實際要求的安全系數(shù)，對于結(jié)構(gòu)所允許的最大承載力進行確定。如果還需要考慮結(jié)構(gòu)局部的穩(wěn)定性能的時候則需要將最大的承載力和穩(wěn)定系數(shù)進行相乘。在對于尺寸結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計的時候，便需要將其作為約束條件，從而保障登機橋的質(zhì)量不會受到影響。但是需要注意的是，由于活動通道之中，內(nèi)衣中桿件類型的穩(wěn)定系數(shù)各不相同，所以咋進行優(yōu)化的時候，其最大應(yīng)力的位置上也并不一致。因此在進行優(yōu)化設(shè)計的時候，如果要保障結(jié)構(gòu)桿件的局部穩(wěn)定性，還存在較為困難的情況。因此在進行綜合分析之后，對于登機橋尺寸進行優(yōu)化的時候，工作人員可以優(yōu)先選擇使用 ANSYS 程序進行優(yōu)化尺寸設(shè)計。

四、結(jié)束語

對于機場來說，登機橋具有十分重要的意義，只有保障登機橋的穩(wěn)定性，才可以進一步保障機場乘客的人身安全，以及公共財產(chǎn)設(shè)施不受損害，進一步推動登機橋的優(yōu)化發(fā)展。

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