高空作业平台曲臂结构的分析计算方法

高空作业平台曲臂结构的分析计算方法

以某曲臂自行式高空作业平台为例，介绍了曲臂结构的工作原理，对其各个构件进行受力分析，通过解析法求出曲臂变幅时各构件的受力变化，为构件的设计提供依据。采用编程计算的方法，并编制用户界面，由已知量快速准确的获得各力大小及变化曲线，方便设计人员使用，为结构设计提供依据，也为同系列产品的开发奠定了设计基础。

标签：高空作业平台；曲臂结构；力学分析；用户界面

1 概述

曲臂式高空作业平台是高空作业机械的一个重要门类，曲臂结构是此类机械的重要承载部件，其结构设计至关重要，文章采用解析法对曲臂结构进行静力学分析，得出各构件的受力情况，为设计人员提供依据。

2 工作原理

曲臂式高空作业平台的臂架系统主要由曲臂结构，伸缩臂结构及飞臂结构组成，如图1所示。文章主要针对曲臂结构进行力学分析，因此将其单独进行讨论。

如图2所示，两个平行四边形机构通过下铰接结构7连接在一起，并与连杆5、变幅油缸8共同组成了曲臂结构。当变幅油缸8伸长时，连杆4相对于铰接结构7作向上变幅运动，同时在平行四边形机构的带动下，连杆3同步变幅并通过连杆5拉动连杆1，连杆1与连杆2因此相对于转台立板6作向上变幅运动。反之，当变幅油缸8缩回时，连杆都将反向运动，即向下变幅运动。

1、连杆1；

2、连杆2；

3、连杆3；

4、连杆4；

5、连杆5；

6、转台立板；

7、下铰接结构；8、曲臂变幅油缸；9、上铰接结构

图2 曲臂结构简图

3 力学分析

用解析法对曲臂结构的各构件分别进行力学分析，根据各构件力平衡及力矩平衡以及各构件之间的角度和长度关系，最终得到曲臂结构各连接铰点的受力大小及方向，以及各二力杆件的轴向力大小。

3.1 受力分析计算

将组成曲臂的各构件分别进行受力分析。（见图3-图8）

分别对上铰接结构9，连杆4，连杆3，连杆2，连杆1，下铰接结构7取力平衡，力矩平衡，总共可得18个方程，联立求解，可求得各铰点力及各连杆力的大小，所求结果均为关于各长度与各角度的表达式。

3.2 角度和长度计算

将曲臂变幅机构各构件铰点之间的长度与角度设为已知，如图9所示，利用三角函数关系可求得角度？茁，？茁1，？琢1，？琢2，？茁2，均为有关于曲臂变幅角度？琢变量的函数关系式。

将3.2小节所求结果与3.1小节中所求结果联立，即可由已知量得到各鉸点力与各连杆力的大小和方向与曲臂变幅角度？琢变量之间的关系。

3.3 计算程序编制

如前所述，由于已知量与未知量数量较多，因此采用编程解方程的方法，并编制用户界面，可以直观的得到各力与变幅角度的关系。

4 实例分析

以某型曲臂式高空作业平台为例，分析各力大小。工况为：伸缩臂仰角75°，载荷230kg，飞臂结构变幅仰角0°。将各已知量输入用户界面，即可得所需求的力，例如可得连杆5所承受的轴向力Flk的大小与变幅角度？琢之间的关系曲线，如图10所示。同理可得其它力的变化曲线。

5 结论及展望

通过解析法对某高空作业平台曲臂结构进行力学分析，求出各构件铰点随着曲臂变幅时的受力变化，为构件的设计提供依据。编制用户界面，由已知量快速准确的获得各力大小及变化曲线，方便设计人员使用，为结构设计提供依据，也为同系列产品的开发奠定设计基础。

参考文献

[1]郝桐生.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1982.

[2]张志勇，徐彦琴.MATLAB教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.