辛宏彥

摘 要：以某曲臂自行式高空作業(yè)平臺為例，介紹了曲臂結(jié)構(gòu)的工作原理，對其各個構(gòu)件進(jìn)行受力分析，通過解析法求出曲臂變幅時各構(gòu)件的受力變化，為構(gòu)件的設(shè)計提供依據(jù)。采用編程計算的方法，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)計人員使用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)，也為同系列產(chǎn)品的開發(fā)奠定了設(shè)計基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)平臺；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)平臺是高空作業(yè)機(jī)械的一個重要門類，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)計至關(guān)重要，文章采用解析法對曲臂結(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)計人員提供依據(jù)。

2 工作原理

曲臂式高空作業(yè)平臺的臂架系統(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。文章主要針對曲臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，因此將其單獨進(jìn)行討論。

如圖2所示，兩個平行四邊形機(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伸長時，連桿4相對于鉸接結(jié)構(gòu)7作向上變幅運動，同時在平行四邊形機(jī)構(gòu)的帶動下，連桿3同步變幅并通過連桿5拉動連桿1，連桿1與連桿2因此相對于轉(zhuǎn)臺立板6作向上變幅運動。反之，當(dāng)變幅油缸8縮回時，連桿都將反向運動，即向下變幅運動。

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

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)簡圖

3 力學(xué)分析

用解析法對曲臂結(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)件之間的角度和長度關(guān)系，最終得到曲臂結(jié)構(gòu)各連接鉸點的受力大小及方向，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個方程，聯(lián)立求解，可求得各鉸點力及各連桿力的大小，所求結(jié)果均為關(guān)于各長度與各角度的表達(dá)式。

3.2 角度和長度計算

將曲臂變幅機(jī)構(gòu)各構(gòu)件鉸點之間的長度與角度設(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 實例分析

以某型曲臂式高空作業(yè)平臺為例，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

通過解析法對某高空作業(yè)平臺曲臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，求出各構(gòu)件鉸點隨著曲臂變幅時的受力變化，為構(gòu)件的設(shè)計提供依據(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)計人員使用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)，也為同系列產(chǎn)品的開發(fā)奠定設(shè)計基礎(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.