韋飛鵬

摘 要：作為一種稱重機(jī)械，登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能一旦出現(xiàn)問題，便會(huì)導(dǎo)致該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安全出現(xiàn)較大的問題，甚至?xí)绊懙疆?dāng)前旅客的生命安全問題。但是就現(xiàn)階段而言，我國(guó)對(duì)于登機(jī)橋的研究分析探究，還處于初級(jí)階段，可以進(jìn)行查閱的資料有限，致使研究出現(xiàn)較大的難度。本文將登機(jī)橋的定義作為切入點(diǎn)，分析登機(jī)橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提出登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究，希望可以進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)登機(jī)橋得到較好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：登機(jī)橋;穩(wěn)定性;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;力學(xué)分析

引言

登機(jī)橋固定端其為航站樓和飛機(jī)的聯(lián)系通道，其不僅會(huì)和飛機(jī)以及旅客橋法還是能關(guān)系，和航站樓之間也有著密切的關(guān)系。因此對(duì)于乘客的安全以及航站中心的安全，都需要加強(qiáng)對(duì)于登機(jī)橋穩(wěn)定性的重視，一旦當(dāng)其出現(xiàn)安全性問題時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致乘客的生命安全，以及公共財(cái)產(chǎn)受到較大的損失。

一、登機(jī)橋的定義

登機(jī)橋其具體分成固定橋以及活動(dòng)橋，其中固定橋又會(huì)被成為登機(jī)橋固定端，或者固定登機(jī)橋，是航站樓登機(jī)門，想室外進(jìn)行延伸的固定性的廊橋、其盡端會(huì)和活動(dòng)橋進(jìn)行連接，航站樓一般進(jìn)行設(shè)計(jì)的登積橋都是指代固定橋。

活動(dòng)橋，則又被稱之為旅客登機(jī)橋，其橋體的一段會(huì)和固定橋進(jìn)行連接，該部分無法進(jìn)行移動(dòng)，另外一端，會(huì)和飛機(jī)的艙門進(jìn)行連接，旅客便是利用該端口，最終進(jìn)行登記。旅客橋在進(jìn)行伸縮、旋轉(zhuǎn)以及移動(dòng)時(shí)，都存在固定的軸，其會(huì)和固定短的圓形旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相臨近。相對(duì)來說，旅客橋是屬于更加專業(yè)的設(shè)備，是通過專業(yè)的旅客橋廠家來進(jìn)行設(shè)計(jì)以及安裝完成的。

二、登機(jī)橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

（一）建立力學(xué)模型

在進(jìn)行登機(jī)橋力學(xué)性能結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析時(shí)，可以根據(jù)圖一登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖了解其結(jié)構(gòu)內(nèi)部的大致情況。在圖一之中可以看出其主要的結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、升降以及行走系統(tǒng)、活動(dòng)通道和進(jìn)行接機(jī)的平臺(tái)。其中旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主要是利用軸承以及下部的立柱所連接起來的，并且其能夠依照下部立柱進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。旅客在進(jìn)行飛機(jī)上下的時(shí)候，主要會(huì)通過活動(dòng)通道，其和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連接，主要是由升降系統(tǒng)帶動(dòng)活動(dòng)通道繞鉸接點(diǎn)O3、O4做俯仰運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)艙門的對(duì)接。行走系統(tǒng)通過短粗柱體O1O2，將其和升降系統(tǒng)進(jìn)行鏈接。其在O1點(diǎn)可以選擇繞y1軸進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，在O2點(diǎn)和短粗柱O1O2一起，繞Z1軸完成轉(zhuǎn)動(dòng)。其可以在行走系統(tǒng)的帶動(dòng)之下，整個(gè)橋體跟繞O5O6軸進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)過了解可知，升降系統(tǒng)主所受到的荷載主要來自于，通道自身的自重，乘客重量、以及風(fēng)雪載重等等。

如果是將通道以及行走系統(tǒng)當(dāng)做框架結(jié)構(gòu)分析，那么其中A、F兩點(diǎn)，便是框架立柱和下面橫梁的兩點(diǎn)連接點(diǎn)。而B、C、D、E則是活動(dòng)通道和立柱框架的整體連接點(diǎn)。

（二）立柱框架穩(wěn)定性分析

當(dāng)前對(duì)于主框架穩(wěn)定承載能力進(jìn)行分析時(shí)，工作人員需要考慮最惡劣的問題——即，當(dāng)前登機(jī)橋已經(jīng)全部的伸出，并且表現(xiàn)為水平狀態(tài)，接機(jī)平臺(tái)和橋通道的軸線夾角表現(xiàn)出0°目前為了提高登機(jī)橋的穩(wěn)定性時(shí)會(huì)選擇增加一根到兩根的輔助梁。一般情況下，登機(jī)橋立柱框架，屬于側(cè)傾鋼架，也就是說在側(cè)向風(fēng)載的作用之下，其框架結(jié)構(gòu)變有可能會(huì)出現(xiàn)側(cè)向位移的情況。

（三）兩側(cè)立柱各自穩(wěn)定承載能力的探究

在進(jìn)行登機(jī)橋使用的過程之中，一旦一側(cè)的立柱出現(xiàn)失效的問題時(shí)，另一側(cè)立柱的承載能力穩(wěn)定性會(huì)呈現(xiàn)何種情況，本章節(jié)對(duì)此進(jìn)行探究分析。

1.左柱穩(wěn)定承載能力

如果登機(jī)橋行走系統(tǒng)的右柱油缸出現(xiàn)故障，沒有油壓的時(shí)候，登機(jī)橋前部分的壓力便會(huì)全部由做主進(jìn)行承擔(dān)。登機(jī)橋行走系統(tǒng)左柱的結(jié)構(gòu)主要有以下部分構(gòu)成，內(nèi)、外導(dǎo)管以及滾珠絲。其中滾珠絲杠的上部分會(huì)和外導(dǎo)管進(jìn)行栓接，而內(nèi)導(dǎo)管則會(huì)通過利用絲杠螺母副的形式和滾珠絲杠進(jìn)行連接。內(nèi)導(dǎo)管和外導(dǎo)管之間的滑動(dòng)，這組要是通過利用點(diǎn)擊帶動(dòng)四缸的轉(zhuǎn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。

一般情況下，外導(dǎo)管只會(huì)承受彎矩。這主要是因?yàn)闈L珠絲杠和外導(dǎo)管之間會(huì)存在的一定的間隙，當(dāng)結(jié)構(gòu)彎曲較小，出現(xiàn)變形的時(shí)候，滾珠絲杠便會(huì)只收到豎向的垂直載荷。二滾珠絲杠在完全伸出的時(shí)候，左柱的承載能力為最小的狀態(tài)，在該狀態(tài)之下，左柱所可以承受的載荷，便稱為結(jié)構(gòu)的屈曲載荷。對(duì)于外導(dǎo)管來說，其在對(duì)滾珠絲杠的變形呈現(xiàn)限制作用時(shí)，滾珠絲杠和內(nèi)導(dǎo)管，達(dá)到臨界的載荷之后，結(jié)構(gòu)并不會(huì)完全的出現(xiàn)失穩(wěn)情況，還可以進(jìn)行承載。但是需要注意的是，該情況之下，變形較大，所以一般會(huì)認(rèn)為其結(jié)構(gòu)已經(jīng)處于市消狀態(tài)。

2.右柱穩(wěn)定承載能力

當(dāng)?shù)菣C(jī)橋行走系統(tǒng)的左柱出現(xiàn)失效的情況下，登機(jī)橋壓在立柱之上的力，便需要右柱進(jìn)行全部承擔(dān)。右柱同左柱一般，主要有內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管，與其不同的是，其內(nèi)部并非滾珠絲，而是液壓缸。

對(duì)于右柱來說，其內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，主要是由液壓缸所帶動(dòng)的。即右柱出現(xiàn)小變形的時(shí)候，內(nèi)外套管會(huì)承受彎矩，而液壓缸則會(huì)承受豎向的載荷。因此右柱出現(xiàn)屈曲載荷的時(shí)候，可以按照液壓缸的屈曲載荷進(jìn)行結(jié)算。在液壓缸處于失穩(wěn)狀態(tài)之后，由于內(nèi)導(dǎo)管以及外導(dǎo)管對(duì)于液壓缸變形的限制作用，右柱雖然依舊可以繼續(xù)承受豎向載荷，但是這是液壓缸的變形處于較大的狀態(tài)，因此認(rèn)為該結(jié)構(gòu)處于失效的情況。

三、登機(jī)橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究

（一）登機(jī)橋桁架結(jié)構(gòu)選型的優(yōu)化

如果登機(jī)橋選擇使用Q345鋼，其自身的重量便可以達(dá)到近50噸，而如果選擇使用Q235鋼，那么結(jié)構(gòu)便會(huì)更重。當(dāng)結(jié)構(gòu)的重量有所增加的時(shí)候，其不僅僅會(huì)使材料存在浪費(fèi)的情況，會(huì)導(dǎo)致成本有所增加，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性有所降低。因此需要對(duì)于結(jié)構(gòu)的選型進(jìn)行優(yōu)化，選擇一種更加合理的結(jié)構(gòu)形式，從而解決上述的問題。目前在進(jìn)行研究時(shí)，主要選擇為V式、K式以及具有直腹桿的V式這三種結(jié)構(gòu)，進(jìn)行有限元建模。在進(jìn)行建模的過程之中，其結(jié)構(gòu)不僅要有人的載荷、結(jié)構(gòu)的自重之外，還需要有風(fēng)雪載重對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響。

根據(jù)表一可以了解到，其中V式以及K式結(jié)構(gòu)登機(jī)橋受力較小，并且為以最小。在進(jìn)行分析之后，可以了解到V式活動(dòng)的通道不僅受力以及變形最小，并且重量最輕。而對(duì)于K式來說，其活動(dòng)通道雖然整倆會(huì)略遜色于V式的力學(xué)性能，但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于具有直腹桿的V式，并且重量和其相似。所以在進(jìn)行登機(jī)橋活動(dòng)通道結(jié)構(gòu)形式選擇的時(shí)候，首選V式結(jié)構(gòu)，其次為K式結(jié)構(gòu)，最后則是具有直腹桿的V式結(jié)構(gòu)。

（二）登機(jī)橋桁架結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化

當(dāng)前對(duì)于登機(jī)橋機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化，是一種最為簡(jiǎn)單的優(yōu)化方式，并且在當(dāng)前已經(jīng)有較為成熟的理論，因此在我國(guó)很多領(lǐng)域之中已經(jīng)成功地使用該方式，尤其是在航空以及汽車領(lǐng)域之中。而對(duì)于登機(jī)橋的活動(dòng)通道機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化的時(shí)候，其最主要的是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，編制相關(guān)的程序，但是其中卻還存在較多的問題，需要進(jìn)行解決。

當(dāng)前工作人員需要根據(jù)工程的實(shí)際情況進(jìn)行分析了解，需要保障計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠性，還要將研發(fā)的設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行縮短。因此可以選擇使用最承建的 ANSYS優(yōu)化涉及模塊，并且工作人員還應(yīng)該利用APDL程序?qū)τ诘菣C(jī)橋完成有限元的建模，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活動(dòng)通道的構(gòu)件截面尺寸實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

目前，我國(guó)登機(jī)橋在進(jìn)行尺寸優(yōu)化時(shí)，還處于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期階段，所以需要在杜宇結(jié)構(gòu)總體的尺寸以及結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定后，才能夠得到結(jié)構(gòu)所允許的最大撓度。并且工作人員還需要按照實(shí)際要求的安全系數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)所允許的最大承載力進(jìn)行確定。如果還需要考慮結(jié)構(gòu)局部的穩(wěn)定性能的時(shí)候則需要將最大的承載力和穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行相乘。在對(duì)于尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，便需要將其作為約束條件，從而保障登機(jī)橋的質(zhì)量不會(huì)受到影響。但是需要注意的是，由于活動(dòng)通道之中，內(nèi)衣中桿件類型的穩(wěn)定系數(shù)各不相同，所以咋進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，其最大應(yīng)力的位置上也并不一致。因此在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果要保障結(jié)構(gòu)桿件的局部穩(wěn)定性，還存在較為困難的情況。因此在進(jìn)行綜合分析之后，對(duì)于登機(jī)橋尺寸進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，工作人員可以優(yōu)先選擇使用 ANSYS 程序進(jìn)行優(yōu)化尺寸設(shè)計(jì)。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于機(jī)場(chǎng)來說，登機(jī)橋具有十分重要的意義，只有保障登機(jī)橋的穩(wěn)定性，才可以進(jìn)一步保障機(jī)場(chǎng)乘客的人身安全，以及公共財(cái)產(chǎn)設(shè)施不受損害，進(jìn)一步推動(dòng)登機(jī)橋的優(yōu)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔洪江， 王雪琦， 陳秉智. 混合動(dòng)力機(jī)車動(dòng)力間的熱力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2019（5）：14-18.

[2]王慶， 謝習(xí)華， 張立斌. 面向電弧放電加工的旋轉(zhuǎn)沖液夾具模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù)， 2018， 37（7）：52-53.

[3]曹煒林， 朱德蘭， 葛茂生， 等. 輕小型噴灌機(jī)桁架結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 節(jié)水灌溉， 2018（7）：43-44.

[4]劉宏亮， 祝雪峰， 楊迪雄. 基于等幾何分析的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展[J]. 固體力學(xué)學(xué)報(bào)， 2018， 39（3）：248-267.

（深圳中集天達(dá)空港設(shè)備有限公司 ?廣東 ?深圳 ?518000）