一種保障高空作業(yè)平臺穩(wěn)定性的重心分配方法

鄧 彧，陸進添，謝仁軍

（三一帕爾菲格特種車輛裝備有限公司，江蘇 南通 226000）

剪叉式高空作業(yè)平臺在前進或后退的過程中，若遇到坑洼地面，則會有發(fā)生傾翻的危險。因此，為保證其安全性和穩(wěn)定性，則需要研究整機的重心分布范圍，以確保整車能夠滿足在前進和后退時陷入坑洞均能保持穩(wěn)定，不發(fā)生傾翻。

1 坑洞穩(wěn)定性分析

剪叉式高空作業(yè)平臺陷入坑洞的過程如圖1所示，載荷按最危險情況放置，即將額定人員質(zhì)量與額定延伸平臺工具質(zhì)量載荷均集中放置于可延升的平臺的最前端，基本平臺額定工具質(zhì)量載荷集中放置在基本平臺最前端，轉向輪與機身方向平行并以最大允許速度v前行，直至車輪陷入坑洞，支撐從車輪支撐變?yōu)榭佣捶雷o板支撐。此時如圖2 所示，若忽略因狀態(tài)的改變而引起的結構變形，則車身整體繞后輪中心A轉動的角度

圖1 陷入坑洞的過程

圖2 陷入坑洞瞬間整車的傾斜角度

R為車輪半徑，h為坑洞防護板的離地高度，s為車輪中心到防護板支撐點的距離。

剪叉式高空作業(yè)平臺陷入坑洞后會經(jīng)歷圖1 所示的①和②兩個過程，此后，剪叉式高空作業(yè)平臺若不傾翻，則會繞著坑洞的防護板支撐點B晃動，并在阻尼力作用下將機械能完全消耗后靜止。

圖3 前進和后退工況

此后整車又繞支撐點B晃動，當重心能夠越過傾翻線時發(fā)生傾翻，若需要保障整車的安全性，則不應越過傾翻線，即需要保證：所獲得的最大動能小于使重心越過傾翻線所需要的勢能。

設Δ 為重心上升的高度，如圖4 所示，ε為重心到傾翻線的水平距離

圖4 重心升高示意圖

由圖1 可知ε是轉過角度θ和重心的坐標為函數(shù)，從而Δ 也是轉過角度θ和重心的坐標為函數(shù)。若使整車越過傾翻線，則需要增加的勢能為

若需保障整車的安全性，則有

2 重心分配方法

對于整車在行駛過程中陷入坑洞的分析，因重心距離車頭和車尾存在較大差異，因此需要考慮前進和后退兩種情況，并按照最危險的載荷工況進行分析，因此，平臺載荷的作用位置不同，重心會隨工況而發(fā)生變化，而對于同一輛車無論前進還是后退，其底盤、叉架和外平臺是不變的，因此可將整車分為兩部分質(zhì)量來研究，即不變部分和變化部分。

如圖3 所示，設前進過程不變部分、變化部分的質(zhì)量分別為m1、m2，重心坐標分別為（x1，y1）、（x2，y2），則后退過程重新建立坐標系，在x′oy坐標系中不變部分、變化部分的質(zhì)量分別為m1、m2，重心坐標分別為（x′1，y1）、（x′2，y2），由于整車長度L確定，不變部分重心不變，則有

設穩(wěn)定臨界點時整體重心到運動方向最前端的水平距離為x0，則前進或后退時為保持穩(wěn)定，需要重心到運動方向最前端的水平距離大于x0

即水平重心范圍

橫坐標應滿足

可得臨界距離

再將臨界水平重心距離帶入公式（1），可得臨界豎直重心y0，而轉動的角度θ則由坑洞的保護板的位置和尺寸確定。

為保證前進和后退時陷入坑洞的穩(wěn)定性，整體的重心應滿足

又由于m1、m2、x2、y2是由設計目標所確定的確定值，所以可確定可變部分在任意可行位置時不變部分的重心分布范圍為

配重部分和結構件部分共同構成質(zhì)量不變部分，而質(zhì)量不變部分在圖3 坐標系中的重心范圍可由上式確定。

由此，在上式所確定范圍的基礎上對質(zhì)量不變部分進行質(zhì)心計算可得對應配重放置位置。設配重質(zhì)量和結構件質(zhì)量分別為m3、m4，配重及結構件重心坐標分別為（x3，y3）、（x4，y4），于是

其中，m3+m4=m1，（x4，y4）為已知的結構件的設計重心，可得配重在圖3 坐標系下的橫縱坐標值分別為

由此，可用確定配重的方式來平衡整機維持穩(wěn)定時所需滿足的重心關系。

3 結論

本文以動能與勢能相互轉化的原理為基礎，進行了剪叉式高空作業(yè)平臺維持穩(wěn)定的重心分配的分析與計算，得到了作業(yè)車整機不變部分的重心分布范圍，進而確定配重的放置位置，以滿足剪叉式高空作業(yè)平臺在前進和后退過程中的安全性和穩(wěn)定性，能夠在總體設計階段就確定出大總成的重心位置，從而提高設計效率，避免返工。