登高平臺消防車整車穩(wěn)定性校核方法探討

周詩緯，郭 磊，張志強

(三一重型能源裝備有限公司，北京 102202)

0 引言

穩(wěn)定性是登高平臺消防車(以下簡稱登高車)基本安全性能，所謂穩(wěn)定性充分，即在任何作業(yè)工況下，登高車均不會傾翻［1］。

目前，登高車穩(wěn)定性校核方法主要有以下三種:《GB7956消防車消防性能要求和試驗方法》校核方法，《GB-T3811-2008起重機設(shè)計規(guī)范》校核方法，《EN1777用于滅火和救援的登高平臺—安全需求和測試》校核方法。筆者首先介紹三種穩(wěn)定性校核方法，然后應(yīng)用三種方法對某型號登高平臺消防車進(jìn)行具體計算，最后通過比較計算結(jié)果探討穩(wěn)定性校核的合理方法。

1 剩余載荷法

《GB7956消防車消防性能要求和試驗方法》規(guī)定:要求舉高消防車加有1.1倍額定載荷，在安全工作范圍內(nèi)，穩(wěn)定性最差的工況條件下，受載后減小負(fù)載的兩個支腿剩余載荷之和大于消防車整備質(zhì)量時后軸載質(zhì)量的10%，即:

Fe＞0.1GOK

式中:Fe為剩余載荷之和，kg;GOK為舉高消防車整備質(zhì)量時后軸載質(zhì)量，kg。

同時，標(biāo)準(zhǔn)也給出了舉高車的剩余載荷極限值，如表1所列。

2 起重機校核方法

參照《GB-T 3811-2008起重機設(shè)計規(guī)范》，采用靜穩(wěn)定系數(shù)法校核穩(wěn)定性，即“額定載荷作用下，沿某傾翻線的穩(wěn)定力矩與最大傾翻力矩的比值為K即穩(wěn)定系數(shù)，且 K 不小于某規(guī)定［K］值”［3］。

表1 剩余載荷的極限值［2］

起重機設(shè)計規(guī)范中規(guī)定了三種穩(wěn)定系數(shù)計算方法，每種方法計算得到的穩(wěn)定系數(shù)不同，其對應(yīng)的［K］值條件也不同。

(1)方法一 僅將平臺額定載荷產(chǎn)生的力矩作為傾翻力矩，臂架自重產(chǎn)生的力矩作為穩(wěn)定力矩，該法計算得到K值較大，其相應(yīng)校核條件為［K］＞1.4。此方法適合小幅度大吊重作業(yè)工況，明顯不符合舉高車工況。

(2)方法二 將臂架以上自重產(chǎn)生的力矩作為傾翻力矩，轉(zhuǎn)臺以下自重作為穩(wěn)定力，該方法算出的值較適中，其相應(yīng)校核條件是［K］＞1.33。該方法適合于大幅度小吊重的作業(yè)工況，與舉高車工況有相似之處。

(3)方法三 將臂架以上自重分為兩部分，傾翻線以內(nèi)部分自重按穩(wěn)定力計算，傾翻線以外部分自重按傾翻力計算，該方法較第二種方法更精確，缺點是分拆臂架部分重量較復(fù)雜。該方法算出的值略小于方法二，其相應(yīng)校核條件是［K］＞1.25。

綜合以上討論，舉高車工況類似于方法二。故借鑒起重機設(shè)計規(guī)范校核舉高車穩(wěn)定性時應(yīng)采用方法二。

3 歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法

《EN1777用于滅火和救援的登高平臺—安全需求和測試》規(guī)定登高平臺消防車在各種極限工況下，要求計算得到的穩(wěn)定力矩大于傾翻力矩，即穩(wěn)定系數(shù)K為沿某傾翻線的穩(wěn)定力矩與最大傾翻力矩的比值，且K＞1。計算方法介紹如下，其中表2為登高車的載荷條件［4］。

3.1 載荷條件

(1)額定載荷 額定載荷是由在相應(yīng)工作空間限制內(nèi)名義質(zhì)量為90 kg的人和平臺上的不確定設(shè)備組成的。額定載荷需假定為:①當(dāng)工作平臺沒有移動時，為靜態(tài)載荷;②當(dāng)工作平臺移動時，為動態(tài)載荷。

(2)結(jié)構(gòu)載荷 在不運動的情況下，登高平臺部件、平臺上固定裝置、臂架的質(zhì)量被認(rèn)為是靜態(tài)結(jié)構(gòu)載荷。在運動的情況下，這些質(zhì)量被認(rèn)為是動態(tài)結(jié)構(gòu)載荷。

(3)風(fēng)力載荷 室外使用的登高平臺，被認(rèn)為是受不低于100 N/m2風(fēng)壓的作用，相當(dāng)于風(fēng)速12.5 m/s(波弗特風(fēng)力6級)。

假設(shè)風(fēng)力水平作用于工作平臺、臂架上的零部件和人員受風(fēng)面積的中心。風(fēng)力載荷應(yīng)作為動態(tài)載荷。

(4)手動載荷 手工力應(yīng)按400 N計算，該力作用于平臺面以上的1.1 m高度的位置。手動載荷應(yīng)作為動態(tài)載荷。

表2 登高車載荷條件

(5)附加載荷 消防水炮的反作用力應(yīng)按如下公式計算:

式中:R為反作用力，N;p為噴嘴處壓力，bar;a為噴嘴處面積，mm2。

表2中V指垂直方向，H為水平方向，A為產(chǎn)生最大傾翻力矩的運動方向。

3.2 穩(wěn)定性計算方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，結(jié)合某型號登高車實際結(jié)構(gòu)形式和作業(yè)工況，其極限工況如圖1～6所示。

其中，各項符號含義如下:Si為結(jié)構(gòu)載荷;W為風(fēng)載;Mp為額定載荷;M水為水炮反力。

圖1 二號臂水平最大幅度，后傾

圖2 臂架最大高度，后傾

圖3 二號臂水平最大幅度，前傾

圖4 臂架最大高度，前傾

4 計算實例

根據(jù)上述計算方法，對某型號登高車分別應(yīng)用上述三種方法計算穩(wěn)定性，結(jié)果如下:

(1)剩余載荷法

Fe=6.9096 t GOK=12 t

Fe＞0.1 GOK

(2)起重機校核方法

起重機校核方法結(jié)果如表3所列。

圖5 二號臂水平最大幅度，側(cè)傾

圖6 二號臂最大高度，側(cè)傾

表3 起重機校核方法結(jié)果

(3)歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法:歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法結(jié)果如表4所列。

(4)通過以上計算結(jié)果可看出，3種方法計算得到的穩(wěn)定性都滿足要求。但從計算過程可看出，當(dāng)臂架較長時，動載的影響大概是穩(wěn)定力矩的50% ～60%，此時，動載的影響不可忽略，而剩余載荷法，起重機校核方法僅僅把動載的影響簡化為后軸載荷或者底盤質(zhì)量的百分比，當(dāng)?shù)歉哕嚨谋奂荛L度較長，甚至達(dá)到50 m或更長時，這種簡化明顯具有很大的局限性，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法全面考慮了動載的影響，計算結(jié)果會更加準(zhǔn)確。

表4 歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法結(jié)果

5 結(jié)語

由于登高車在作業(yè)時需要人員在平臺上工作，所以對穩(wěn)定性的要求會更加嚴(yán)格，以確保作業(yè)人員的安全。從以上的討論可看出，不論是剩余載荷法，還是起重機校核方法，都是試圖使用靜載的一定百分比來代替動載的影響，但是對于長臂架登高車來說，這種簡化具有很大的局限性。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)校核方法則全面考慮了動載的影響，準(zhǔn)確預(yù)測了動載的變化，但是動載系數(shù)的大小需要一定的試驗基礎(chǔ)，且計算過程復(fù)雜。

對于穩(wěn)定性計算的后續(xù)工作包括動載系數(shù)的試驗確定和盡量簡化穩(wěn)定性的計算方法。

［1］ 宋樹軍，李培啟.論高空車穩(wěn)定性校核方法［J］.專用汽車，2010(2):55-56.

［2］ GB 7956-1998.消防車消防性能要求和實驗方法［S］.

［3］ GB-T 3811-2008.起重機設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ EN1777-2004.用于滅火和救援的登高平臺-安全需求和測試［S］.