高处作业吊篮悬挂机构强度分析.docx

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1、高处作业吊篮悬挂机构强度分析Strength verification analysis of suspension mechanism ofsuspended access equipmentd工况4c工况3b工况2a工况1图4 种工况应力分布图耿青武，吴玉厚，张珂，孙佳GENG Qing-wu,WU Yu-hou,ZHANG Ke,SUN Jia(沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁 沈阳 110168)约束施加在底座上下夹板共8个销轴孔处。其中A、B两处的4个孔无轴套，模拟实际受力情 况，将约束施加在上孔的里面半圆和下孔的外面 半圆。考虑到C、D两处的4个孔内安装有刚性较 大的轴套，故可

2、对轴套施加完全约束。94MPa时，上述各工况下立柱和底座最大应力均小于许用应力，说明结构强度满足要求。可以认 为，此擦窗机底座和立柱结构设计平安合理。6结束语1本文基于4种工况参数，推导出折臂式擦 窗机底座与立柱受力随工况参数变化的显式表达 式，通过求解该表达式确定底座与立柱最不利工 作工况及该工况时的受力大小，为底座与立柱的 结构分析奠定了根底。2提出了折臂式擦窗机底座和立柱结构有限 元分析中接近实际的边界条件处理方法，并建立 了有限元分析模型。3在4个典型的危险工况下，对底座和立柱 进行了结构有限元分析，获得其完整的变形和应 力分布状态，找出了应力分布规律。分析说明， 底座和立柱应力均小于

3、材料许用应力，说明强度5 结果分析图4为4种工况下底座和立柱正、反两侧的 应力分布云图，在忽略局部应力集中现象的情况 下，分析可得到以下结论。1各工况下立柱的应力分布呈周向变化， 最大应力均出现在受压M负方向的一侧，为54MPa，分别见图4中的F、H、J、P点。2底座应力分布随工况不同变化较复杂，工 况1最大应力值出现在方管和下夹板交接处，如图4中的G点，为76.0MPa；工况2最大应力在方管 和底板的交接处，如图4中的I点，为81.1MPa； 工况3最大应力在方管内侧的K点，如图4所示， 为85.5MPa；工况4最大应力在方管与底板的交接 处，如图4中的Q点，为80.6MPa。可以看出，各

4、工况下应力最大值点的位置随g 逆时针变化而呈现逆时针变化趋势，应力分布规律与力矩施加方向相吻合。34种工况下，最大变形均发生在立柱顶端 受压一侧，其中工况3变形最大，最大节点位移为4.074mm，在工程允许范围内，说明立柱和底座 满足刚度要求。根据第三强度理论，以VON MISES应力计 算结果作为评定准那么，其最大值应小于材料的 许用应力。国标GB19154-2003规定，擦窗机承 载零部件采用塑性材料时，按材料的屈服点计1前言高处作业吊篮广泛应用于建筑外墙的装饰 装修、清洗和维护等作业场合，其悬挂机构架设 于建筑物作业面的顶部，通过钢丝绳承受悬吊平 台、额定载重量等荷载，其工作可靠性不仅直

5、接 影响吊篮施工过程是否顺利,而且关系到人员的生1-3命平安。因此，对悬挂机构的要求如下。1必须使用钢材或其他适合金属材料制作， 结构应具有足够的强度和刚度。2受力构件必须进行质量检查并到达设计、 国家标准的要求。3悬挂机构作用于工程结构的作用力应符合 其承载要求。4配重应准确，并经核实后才能使用。5抗倾覆系数不得小于2。 为此，本文对悬挂机构的斜拉钢丝绳与吊臂的强度平安校核进行研究，给悬挂机构的设计和 制造提供理论性帮助。图1 高处作业吊篮结构示意图表1 ZLP800型吊篮悬挂机构结构根本参数满足要求，结构设计合理。参考文献1姚兴佳，张晨晨基于ANSYS的风力发电机舱底盘的强度分析J.沈阳工

6、业大学学报，2021，301：38-41 郭双宇，温立刚起重机底盘车架有限元分析与结 构优化J.专用汽车，2021，(06)：54-55 李卫民，杨红义ANSYS工程结构实用案例分析 M北京：化学工业出版社，2007GB19154-2003，擦窗机S22.1 抗倾覆验算分析根据抗倾覆系数计算公式：K=GL/Pa，式 中G为配重总质量N)；P为悬吊平台载重量之 和N)；a 为承重钢丝绳中心到支点间的距离cm)；L为配重中心到支点间的距离cm)。对于 吊篮悬挂机构，可知伸出梁越长，对弯曲强度和 抗倾覆越不利，因结构强度需要满足设计要求， 根据倾翻力矩Pa与材料许用应力 和截面抗弯模 量W的关系推导

7、得到伸出梁长度a应该满足下式：342悬挂机构强度分析与校核高处作业吊篮的结构如图1所示。高处作业吊 篮一般由悬挂机构、悬吊平台、电控系统以及钢 丝绳等局部组成。通用的ZLP800型吊篮悬挂机构 结构参数如表1所示。编辑金治勇 基金工程“十一五国家科技支撑方案工程(2021BAJ09B07)中图分类号 TU976+.42文献标识码 B文章编号 1001-1366(2021)07-0050-03收稿日期 2021-03-23算，结构平安系数n不应小于2 。底座和立柱材料为Q235，在平安系数取n2.5，即许用应力为4a W/P=S W/(nP)1)52532021(07)2021(07) CONS

8、TRUCTION MECHANIZATION建筑机械化前梁a中梁L梁截面截面 面积A钢丝绳水 平夹角a抗弯 模量W438cm735cm80804 (mm)方钢51.2cm224283cm3摘 要 以ZPL800型高处作业吊篮悬挂机构为例，对高处作业吊篮SAE悬挂机构在预紧和承受极限载荷两种情况下，斜拉钢丝绳强度系数及吊臂的强度平安系数进行推导计算，对高处作业吊篮悬挂装置 的校核方法进行了探讨，提出了悬挂机构强度破坏的主要形式及提高悬挂装置强度的主要措施。关键词 高处作业吊篮；悬挂机构；强度系数；倾覆系数 National eleventh five-year plan 国家“十一五科技工程式中

9、n为强度平安系数，当n=2时，伸出梁的最大长度a545.1cm。该公式是确定伸出梁长 度条件之一，具体工程施工时，伸出梁的长度还 应满足抗倾翻的条件：GL/(Pa)K。标准规定 值K2,因此，可以通过选取伸出梁长度a的大 小，来确定配重G和L。同时，后悬臂长度L受其 强度要求影响，在梁抗弯强度允许情况下可以适 当增大L的长度，减轻配重，即L和G满足fc吊臂端的变形量cm)；a承重钢丝绳中心到支点距离cm)；L配重中心到支点间的距离cm)； E材料弹性模量N/cm2)； I梁截面惯性矩cm4)。再利用三角函数关系，计算出在预紧钢丝绳 时横梁所受的压力N1及钢丝绳预紧力T1。钢丝绳 的平安系数n=

10、Ts/T1；Ts为钢丝绳的破断拉力，通 过此平安系数来验证预紧时钢丝绳是否平安。对 于ZLP800吊篮的悬挂机构，当预紧钢丝绳时， P1=2 382.7N，水平力N1=5 351.6N，钢丝绳预紧 力T1=5 858.1N。中选择的钢丝绳破断拉力Ts69 500N时，斜拉钢丝绳的平安系数n1Ts/T169 500/58 58111.86，能够满足平安要求。 承受极限载荷时强度计算国家标准规定：单边悬挂悬吊平台时，应 能承受平台的自重、额定载重量及钢丝绳的自重 等。在设计计算过程中，首先要考虑悬挂机构 所承受的极限载荷P。极限载荷P包括1/2吊篮自 重、有效载荷、2根100m钢丝绳自重和端吊板自

11、 重等，在实际计算中还应考虑动载系数k。承受极限载荷时，斜拉钢丝绳受预紧力T1和由极限载荷P引起的拉力T2的共同作用，如图3所 示假设钢丝绳未伸长，极限载荷P提供垂直 力P2，即P2=P，利用三角函数关系计算出钢丝绳 由极限载荷P所引起的拉力T2及对横梁截面的压 力N2，所以此时钢丝绳所受的拉力T=T1+T2，此 时，钢丝绳的平安系数nTs/T，通过此平安系数 来验证承受极限载荷时钢丝绳是否平安。L W/G=S W/(nG)2)ZLP800吊篮悬挂机构的前梁a 438cm;中梁 L735cm，当GLPaK2，即GKPa/ L，代入数值，并取重力加速度为9.8m/s2, 计算得出配重G741kg

12、，由于标准的配重铁为每 块25kg，此时可以选取配重为800kg。在工程施 工时，根据具体施工现场和在满足强度平安的条 件下，可以适当的调节伸出梁的长度a、后悬臂的 长度L与配重G的大小以满足施工要求，对于实际 工程情况此处未作深入研究。2.2 斜拉钢丝绳强度计算为了确保使用中钢丝绳的平安运行，本文对 于悬挂机构所用钢丝绳分为预紧和施加极限载荷 两种情况下的平安系数进行计算。斜拉钢丝绳在 整个悬挂机构施工过程中起着决定性的作用，因 而保证钢丝绳的平安施工是十分必要的。 预紧时强度计算在实际施工过程中，为了提高悬挂机构的提 升能力及减小前臂端的变形，要对斜拉钢丝绳进 行预紧。以下是预紧力大小确实

13、定：斜拉钢丝绳 预紧时，对斜拉钢丝绳施加预紧力，进而使C点 产生了大小为fc的变形，即C点受垂直力P1的作用 发生变形，如图2所示。图3 悬挂机构吊点受力简图图2 悬挂机构预紧时受力示意图3EIfcP1 a2(L+a)对于ZLP800悬挂机构，当施加极限载荷(3)时，垂直于梁AC 的垂直力P P 9 500N)，2水平力N 221 337.35N；由极限载荷产生的拉式中P1垂直吊臂向上的力N；54 2021(07) CONSTRUCTION MECHANIZATION国家“十一五科技工程 National eleventh five-year plan 力T2 P2+T223 356.64N,

14、钢丝绳所受的拉力吊篮悬挂机构承受的载荷根本为弯矩，梁所能承受的最大弯矩与抗弯截面系数W z 成正比。 在截面面积相同的情况下，改变截面形状以增大 抗弯截面系数，从而到达提高弯曲强度的目的。 一般的强度计算是以危险截面的最大弯矩Mmax为 依据的，按等截面梁来设计截面尺寸，这显然是 不经济的。如果在弯矩较大的截面采用较大的尺 寸，在弯矩较小的截面采用较小的尺寸，使每个 截面上的最大正应力都到达许用应力，据此设计的变截面梁是最合理的；合理布置梁上的载荷和 调整梁的支座位置，使梁的最大弯矩变小，也可 到达提高弯曲强度的目的。2 2T=T1+T2=29 124.74N,此时，钢丝绳的平安系数n2=2.

15、37。 预紧时，斜拉钢丝绳的平安系数n1=11.86，能够满足平安使用要求，但当承受极限载荷 时，斜拉钢丝绳的平安系数n 2=2.37，对于钢 丝绳来说，平安系数偏小，建议使用破断拉力 Ts184 000N的钢丝绳，以使平安系数n29。2.3 吊臂强度计算吊臂为梁结构，采用梁的弯曲理论进行验 算，而吊臂在实际工程中主要有两个工况，分别 是预紧工况和承受极限载荷工况。 预紧工况当在承受预紧力时，C点受到垂直力P1作用， 产生大小为fc的变形,可计算得弯矩M及弯曲应力 2，由水平力N1产生的压应力 2；叠加应力 1+ 2。此时，强度平安系数n s / ， s 为材料 屈服应力。通过对强度平安系数的

16、计算，来初步确定方案的可行性，对于ZLP800型吊篮的悬挂机构，弯矩M 1 043 622.6Ncm，弯曲应力 1 3 687.7 Ncm，由水平力N 1 产生的压应力 2N /A 104.52N c m ， 叠加应力 1 + 2 3 792.22Ncm，此时，强度平安系数n1 s/ 6.197，满足强度要求。 承受极限载荷时强度计算当承受极限载荷P 时，P 与P 2抵消，不产生 新的弯矩，只增加一个由N2产生的压应力。当吊 臂的弯曲度在fc范围内时，最大叠加应力为：3 结 论通过对高处作业吊篮提升悬挂机构强度校核 分析，得到如下结论。1钢丝绳的预紧强度，根据实际调试经验使 前悬臂上拉3cm来

17、确定，具体设计中该力与前臂 长度成反比与立梁长度成正比。实际工程中根据 具体工况确定，应保证钢丝绳的平安系数n9。2悬挂机构最危险梁截面通常出现在受弯曲强度最大的前臂根部，设计中应适当加强。设计 中确定各种截面的合理程度，可通过抗弯截面系 数与截面面积的比值Wz/A来衡量，比值愈大，截面就越合理。同时，保证强度平安系数n2。参考文献12GB19115-2003，高处作业吊篮国标S.徐艳华，许芹祖. 高处作业吊篮悬挂构架的有限元 分析J.建筑机械化，2006,3)：36-37. 高明敏. 水平载荷对吊篮悬挂机构的影响J.建 筑机械化，2007，(11)：41-44.编辑 金治勇 max +N2/A(4)3强度平安系数n= b max， b为材料强度极限。吊臂承受极限载荷时，其弯曲度能否保持在fc范围内，取决于斜拉钢丝绳的变形量，要靠实 验来确定。对于ZLP800型吊篮悬挂机构，当承受极限载 荷时，吊臂的弯曲度在3cm范围内时，最大叠 加应力为： max4 208.97N c m ；此时，强度安全系数n=5.58，满足强度要求。基金工程 “十一五国家科技支撑方案(2021BAJ09B03)中图分类号 TU976+.42文献标识码 B文章编号 1001-1366(2021)07-0053-03收稿日期 2021-01-29552021(07)建筑机械化