高空作业车抗倾覆稳定性计算分析

1、高空作业车受力分析

高空作业车的一个或多个受力构件失去保持稳定平衡的能力，称为高空作业车的失稳，产生的原因有工作斗过重、支撑面倾斜或风力等一个或多个因素造成的。在分析本车抗倾覆稳定性之前了解机械本身的受力情况是十分必要的。

图1为本车结构示意图，除了受到本身各个部件的重力、风力（有风工况）及工作人员自重之外还要受到惯性力。为了研究高空作业车的承载能力，获取其极限位置的工况，往往将自身重力视为稳定力，外界受力视为倾覆力。

图1  高空作业车结构示意图

1-工作斗，  2-上臂，  3-下臂，  4-履带地盘

2、� 高空作业车倾翻线的确定

高空作业车失稳倾覆时的倾翻线是由其支腿尺寸确定的，在相邻支腿连线构成的梯形中，离重心距离最短的那一条边即为倾翻线。

1

图2为高空作业车底盘支腿伸出位置图，支腿支撑点之间的连线为倾翻线。

LGc

Lc

LGc

LGc

LGc

2

Lq

Lc

Lc

Lzq

Lzh

Lzc

图2  高空作业车底盘支腿伸出位置图

1-支腿，2-回转支撑

3、  高空作业车抗倾覆稳定性的计算

借鉴起重机设计规范中关于流动式起重机稳定性计算的方法对高空作业车的抗倾覆稳定性进行分析计算。根据工作状态的不同，分为无风静载、有风动载、非工作状态3种状态。

3.1无风静载

在无风静载工况下采用“稳定系数法”进行分析，既稳定系数K等于倾覆线内侧的稳定力矩Ms与倾覆线外侧的倾覆力矩Mt的比值，K=Ms/Mt。当K=1时为临界值；当K>1时，为稳定值；当K<1时为失稳值。根据本车情况，本车抗倾覆稳定性计算公式为：

                          (1)

式中  K—稳定性系数；

      Ms—倾覆线内侧的稳定力矩；

      Mt—倾覆线外侧的倾覆力矩；

      Gz—底盘、支腿及回转机构重力；

      Gx—下臂重力；

      Gs—上臂重量；

      Gd—工作斗及载重；

      Lz—车体重心与倾覆线之间的距离；

      Lx—下臂重心与倾覆线之间的距离；

      Ls—上臂重心与倾覆线之间的距离；

      Ld—工作斗及载重重心与倾覆线之间的距离；

3.2  有风动载

    严格来说，高空作业车的动态稳定分析应该采用震动理论瞬时平衡的方法来研究。但考虑涉及到的因素比较多，计算比较复杂。因此从实用性方面考虑，本车研究借鉴起重机设计规范中的方法对高空作业车的动态稳定性进行计算，并沿用“稳定系数法”进行理论公式的推导，在原有的稳定性函数的基础上加上水平方向上的载荷（风力、惯性力）即可。由此推导出的高空作业车的动态抗倾覆稳定性计算公式为

                   （2）

式中  Fd—风力；Hd—工作斗中心与地面之间的距离；R—上下臂长度；n—举升转速。

3.3  非工作状态的稳定性

高空作业车在非工作状态下上下臂处于收回状态，所有部件的重心都在底盘在地面投影的面域内，在水平地面上安全可靠，不用考虑抗倾覆稳定性。自行走过程中，在有坡度的路面上时，计算其抗倾覆稳定性。图3为高空作业车在有坡度地面时的受力图。F为底盘牵引力，G为整车总重力，其他受力未在图中标示。分解a坡度受力公式

                           （3）

式中  A—整车爬坡时的加速度

根据底盘参数得知，底盘总承载能力为3.5t，爬坡度为30°。在行走过程中，坡度不大于30°时，不会发生倾覆。若静载放置在有坡度的路面时，若保证不倾翻满足以下计算

                        （4）

  式中   h—重心到地面垂直距离

         l—重心到倾覆线平行于地面的距离

图3  高空作业车在有坡度地面时的受力图

4、  本车计算

表2  本车现有及估量数据

Hd(mm)

1500

Fd(N)(6级风)

3000

n(转/分钟)

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

根据本车现有数据对其进行3种状况验证分析，可以得出在极限位置时的抗倾覆稳定性；无风静载K=2.36>1高空作业车稳定，有风动载K=1.84>1高空作业车稳定。

非工作状态时保证稳定性的爬坡度①行走过程a<30°②静载坡度面时a<22.6。

图4  高空作业车危险工况