高处作业吊篮悬挂机构强度分析_高处作业吊篮案例分析

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高处作业吊篮悬挂机构强度分析

国家“十一五”科技项目匝芷您鄹墨峦ＩＩＩ峦峦皿高处作业吊篮悬挂机构强度分析 Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄａｃｃｅｓｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＧＥＮＧＱｉｎｇ—ｗｕＷＵ 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）【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安全系数进行推导计算，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 ｌ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接 影响吊篮施工过程是否顺利，而且关系到人员的生 命安全。因此，对悬挂机构的要求如下ｕ１１。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达到设计、国家规范的要求。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 的强度安全校核进行研究，给悬挂机构的设计和 制造提供理论性帮助。２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 丝绳等部分组成。通用的ＺＬＰ８００型吊篮悬挂机构 结构参数如表ｌ所示。构图１高处作业吊篮结构示意图 ＺＬＰ８００型吊篮悬挂机构结构基本参数截面 钢丝绳水 平夹角口模量缈 ８０８０４ ４３８ｃｍ ７３５ｃｍ ５１．２ＣＩｎ２ ２４。２８３ｃｍ３（ｍｍ）方钢 ２．１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），口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【盯】和截面抗弯模 量啪关系推导得到伸出梁长度ａ应该满足下式： 口【卅Ｗ／Ｐ＝ａｓＷ／（ｎＰ）万方数据旺旺盛黜丑墨皿皿四四国家“－Ｉ－－－五”科技项目 式中ｎ为强度安全系数，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）【Ｉｑ。标准规定 值〔脚＝２，因此，可以通过选取伸出梁长度ａ的大 小，来确定配重Ｇ和三。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，即三和Ｇ满足 三ｋｒ〕Ｗ／Ｇ＝ｔｒｓＷ／（ｎＧ）ＺＬＰ８００吊篮悬挂机构的前梁ａ＝４３８ｃｍ；中梁Ｌ＝７３５ｃｍ，当ＧＬ／Ｐａ＞一陶＝２，即Ｇｍ／ Ｌ，代入已知数值，并取重力加速度为９．８ｍ／ｓ２，计算得出配重Ｇ７４１ｋｇ，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安全的条 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安全运行，本文对 于悬挂机构所用钢丝绳分为预紧和施加极限载荷 两种情况下的安全系数进行计算。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 而保证钢丝绳的安全施工是十分必要的。２．２．１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。以下是预紧力大小的确定：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ｄ３０Ｌ的变形，即Ｃ点受垂直力Ｐ。的作用 发生变形，如图２所示。．￡．．ａ．ｉ剁图２悬挂机构预紧时受力示意图 ３ＥＩｆ。ｐ一一 １１一矿＋力 式中Ｐ。——垂直吊臂向上的力（Ｎ）； 卜吊臂端的变形量（ｃｍ），口一承重钢丝绳中心到支点距离（ｃｍ）ｌ 卜配重中心到支点间的距离（ｃｍ）； 卜材料弹性模量（Ｎ／ｃｍ：）；，一—一梁截面惯性矩（ｃｉｎ４）。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。及钢丝绳预紧力Ｌ。钢丝绳 的安全系数胛＝疋／五；瓦为钢丝绳的破断拉力，通 过此安全系数来验证预紧时钢丝绳是否安全。对 于ＺＬＰ８００吊篮的悬挂机构，当预紧钢丝绳时，３８２．７Ｎ，水平力ｌ＝５３５１．６Ｎ，钢丝绳预紧 ８５８．１Ｎ。当选择的钢丝绳破断拉力ｔ＝６９ ５００Ｎ时，斜 拉钢丝绳的安全系数胛ｌ＝ＴＪ五＝６９ ５００／５８ ５８１＝ １１．８６，能够满足安全要求。２．２．２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 所承受的极限载荷尸。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 重等，在实际计算中还应考虑动载系数后。承受极限载荷时，斜拉钢丝绳受预紧力正和 由极限载荷户引起的拉力疋的共同作用，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所引起的拉力死及对横梁截面的压 力２，所以此时钢丝绳所受的拉力扛正＋疋，此 时，钢丝绳的安全系数ｎ＝Ｔ／Ｔ，通过此安全系数 来验证承受极限载荷时钢丝绳是否安全。＾ＡＣＰ圈３悬挂机构吊点受力简图 对于ＺＬＰ８００悬挂机构，当施加极限载荷 时，垂直于梁ＡＣ的垂直力Ｐ２＝Ｐ＝９ ５００（Ｎ），水平力Ｎ２＝２１ ３３７．３５Ｎ，由极限载荷产生的拉 万方数据 国家“十一五”科技项目匹团篮口五皿Ｅ皿 ３５６．６４Ｎ，钢丝绳所受的拉力辟正＋／’２＝２９ １２４．７４Ｎ，此时，钢丝绳的安全系数 ｎ２＝２．３７。预紧时，斜拉钢丝绳的安全系数玎ｌ－１１．８６，能够满足安全使用要求，但当承受极限载荷 时，斜拉钢丝绳的安全系数彪：＝２．３７，对于钢 丝绳来说，安全系数偏小，建议使用破断拉力 ￡１８４ ０００Ｎ的钢丝绳，以使安全系数ｎ２ｔ＞９。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。２．３．１预紧工况 当在承受预紧力时，ｃＡ受到垂直力Ｐ。作用，产生大小瓤的变形，可计算得弯矩Ｍ及弯曲应力 ：，由水平力。产生的压应力仃：ｌ叠加应力盯＝ ０－１＋０－２６ 此时，强度安全系数ｎ＝ｏｒ，／ｏｒ，仃。为材料 屈服应力。通过对强度安全系数的计算，来初 步确定方案的可行性，对于ＺＬＰ８００型吊篮的悬 挂机构，弯矩膨＝１ ０４３ ６２２．６Ｎｃｍ，弯曲应力 ６８７．７Ｎｃｍ，由水平力ｌ产生的压应力盯２＝Ｎ／Ａ＝１０４．５２ＮＣｍ，叠加应力ｏ－＝ｏ－１＋仃２＝ ３７９２．２２Ｎｃｍ，此时，强度安全系数ｎｌ－ｏ”。／ａ＝ ６．１９７，满足强度要求。２．３．２承受极限载荷时强度计算 当承受极限载荷Ｐ时，Ｐ与Ｐ：抵消，不产生 新的弯矩，只增加一个由２产生的压应力。当吊 臂的弯曲度在士上范围内时，最大叠加应力为： 强度安全系数胛＝ｃｒｂ／盯。，吼为材料强度极限。吊臂承受极限载荷时，其弯曲度能否保持在 土五范围内，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４－３ｃｍ范围内时，最大叠 ２０８．９７ＮｃｍＩ此时，强度安 全系数ｎ＝５．５８，满足强度要求。吊篮悬挂机构承受的载荷基本为弯矩，梁所 能承受的最大弯矩与抗弯截面系数眵成正比。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，从而达到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＾靠。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达到许用应力，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 达到提高弯曲强度的目的。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，应保证钢丝绳的安全系数ｎ＞１９。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ＷＪＡ来衡量，比值愈大，截 面就越合理。同时，保证强度安全系数ｎｉ＞２。圃 【参考文献】 【１】ＧＢｌ９１１５－２００３，高处作业吊篮国标〔ｓ】． 【２】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）：４卜４４．（编辑金治勇）〔基金项目〕“十一五”国家科技支撑计划（２００８８Ａ００９Ｓ０８）〔中图分类号〕ＴＵ９７６＋．４２ 〔文献标识码】Ｂ 【文童编号】１００１－１３６６（２０１０）０７－－００５３－０３ 〔收稿日期〕２０１ ０－０１—２９ 建筑机械化２０１０（０７）５５ 万方数据