登高平台消防车整车稳定性校核方法探讨

周诗纬，郭 磊，张志强

(三一重型能源装备有限公司，北京 102202)

0 引言

稳定性是登高平台消防车(以下简称登高车)基本安全性能，所谓稳定性充分，即在任何作业工况下，登高车均不会倾翻［1］。

目前，登高车稳定性校核方法主要有以下三种:《GB7956消防车消防性能要求和试验方法》校核方法，《GB-T3811-2008起重机设计规范》校核方法，《EN1777用于灭火和救援的登高平台—安全需求和测试》校核方法。笔者首先介绍三种稳定性校核方法，然后应用三种方法对某型号登高平台消防车进行具体计算，最后通过比较计算结果探讨稳定性校核的合理方法。

1 剩余载荷法

《GB7956消防车消防性能要求和试验方法》规定:要求举高消防车加有1.1倍额定载荷，在安全工作范围内，稳定性最差的工况条件下，受载后减小负载的两个支腿剩余载荷之和大于消防车整备质量时后轴载质量的10%，即:

Fe＞0.1GOK

式中:Fe为剩余载荷之和，kg;GOK为举高消防车整备质量时后轴载质量，kg。

同时，标准也给出了举高车的剩余载荷极限值，如表1所列。

2 起重机校核方法

参照《GB-T 3811-2008起重机设计规范》，采用静稳定系数法校核稳定性，即“额定载荷作用下，沿某倾翻线的稳定力矩与最大倾翻力矩的比值为K即稳定系数，且 K 不小于某规定［K］值”［3］。

表1 剩余载荷的极限值［2］

起重机设计规范中规定了三种稳定系数计算方法，每种方法计算得到的稳定系数不同，其对应的［K］值条件也不同。

(1)方法一 仅将平台额定载荷产生的力矩作为倾翻力矩，臂架自重产生的力矩作为稳定力矩，该法计算得到K值较大，其相应校核条件为［K］＞1.4。此方法适合小幅度大吊重作业工况，明显不符合举高车工况。

(2)方法二 将臂架以上自重产生的力矩作为倾翻力矩，转台以下自重作为稳定力，该方法算出的值较适中，其相应校核条件是［K］＞1.33。该方法适合于大幅度小吊重的作业工况，与举高车工况有相似之处。

(3)方法三 将臂架以上自重分为两部分，倾翻线以内部分自重按稳定力计算，倾翻线以外部分自重按倾翻力计算，该方法较第二种方法更精确，缺点是分拆臂架部分重量较复杂。该方法算出的值略小于方法二，其相应校核条件是［K］＞1.25。

综合以上讨论，举高车工况类似于方法二。故借鉴起重机设计规范校核举高车稳定性时应采用方法二。

3 欧洲标准校核方法

《EN1777用于灭火和救援的登高平台—安全需求和测试》规定登高平台消防车在各种极限工况下，要求计算得到的稳定力矩大于倾翻力矩，即稳定系数K为沿某倾翻线的稳定力矩与最大倾翻力矩的比值，且K＞1。计算方法介绍如下，其中表2为登高车的载荷条件［4］。

3.1 载荷条件

(1)额定载荷 额定载荷是由在相应工作空间限制内名义质量为90 kg的人和平台上的不确定设备组成的。额定载荷需假定为:①当工作平台没有移动时，为静态载荷;②当工作平台移动时，为动态载荷。

(2)结构载荷 在不运动的情况下，登高平台部件、平台上固定装置、臂架的质量被认为是静态结构载荷。在运动的情况下，这些质量被认为是动态结构载荷。

(3)风力载荷 室外使用的登高平台，被认为是受不低于100 N/m2风压的作用，相当于风速12.5 m/s(波弗特风力6级)。

假设风力水平作用于工作平台、臂架上的零部件和人员受风面积的中心。风力载荷应作为动态载荷。

(4)手动载荷 手工力应按400 N计算，该力作用于平台面以上的1.1 m高度的位置。手动载荷应作为动态载荷。

表2 登高车载荷条件

(5)附加载荷 消防水炮的反作用力应按如下公式计算:

式中:R为反作用力，N;p为喷嘴处压力，bar;a为喷嘴处面积，mm2。

表2中V指垂直方向，H为水平方向，A为产生最大倾翻力矩的运动方向。

3.2 稳定性计算方法

根据标准规定，结合某型号登高车实际结构形式和作业工况，其极限工况如图1～6所示。

其中，各项符号含义如下:Si为结构载荷;W为风载;Mp为额定载荷;M水为水炮反力。

图1 二号臂水平最大幅度，后倾

图2 臂架最大高度，后倾

图3 二号臂水平最大幅度，前倾

图4 臂架最大高度，前倾

4 计算实例

根据上述计算方法，对某型号登高车分别应用上述三种方法计算稳定性，结果如下:

(1)剩余载荷法

Fe=6.9096 t GOK=12 t

Fe＞0.1 GOK

(2)起重机校核方法

起重机校核方法结果如表3所列。

图5 二号臂水平最大幅度，侧倾

图6 二号臂最大高度，侧倾

表3 起重机校核方法结果

(3)欧洲标准校核方法:欧洲标准校核方法结果如表4所列。

(4)通过以上计算结果可看出，3种方法计算得到的稳定性都满足要求。但从计算过程可看出，当臂架较长时，动载的影响大概是稳定力矩的50% ～60%，此时，动载的影响不可忽略，而剩余载荷法，起重机校核方法仅仅把动载的影响简化为后轴载荷或者底盘质量的百分比，当登高车的臂架长度较长，甚至达到50 m或更长时，这种简化明显具有很大的局限性，而欧洲标准校核方法全面考虑了动载的影响，计算结果会更加准确。

表4 欧洲标准校核方法结果

5 结语

由于登高车在作业时需要人员在平台上工作，所以对稳定性的要求会更加严格，以确保作业人员的安全。从以上的讨论可看出，不论是剩余载荷法，还是起重机校核方法，都是试图使用静载的一定百分比来代替动载的影响，但是对于长臂架登高车来说，这种简化具有很大的局限性。

欧洲标准校核方法则全面考虑了动载的影响，准确预测了动载的变化，但是动载系数的大小需要一定的试验基础，且计算过程复杂。

对于稳定性计算的后续工作包括动载系数的试验确定和尽量简化稳定性的计算方法。

［1］ 宋树军，李培启.论高空车稳定性校核方法［J］.专用汽车，2010(2):55-56.

［2］ GB 7956-1998.消防车消防性能要求和实验方法［S］.

［3］ GB-T 3811-2008.起重机设计规范［S］.

［4］ EN1777-2004.用于灭火和救援的登高平台-安全需求和测试［S］.