一种柔索预应力云梯梯架的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工程机械技术领域，具体地说是一种应用于高空作业的云梯梯架。
【背景技术】
[0002]云梯工程机械是一种进行高空作业的技术装备，一般由云梯及其移动装载系统构成。移动装载系统可以是通用汽车底盘或其他专用装置；云梯系统的梯架结构安装于移动装置的底盘或车身顶部上，在梯架端部负载的条件下，梯架结构具有实现转位、举升和伸缩等适应高空作业要求的运动功能。云梯系统具有作业范围大、速度响应快、运行平稳等突出优点。云梯系统已有近百年的历史，目前在作业高度上已可达到100米以上，广泛应用于消防救援、室内外高空载人作业和货物搬运等场合。
[0003]梯架结构是云梯系统中的承载部件，其主要承载构件为下弦梁杆，受力结构上为大跨度悬臂梁。梯架端部的工作斗及(或)负载，对悬臂梁产生大弯曲力矩作用，引起下弦梁杆截面承受大的弯曲应力和梯架端部大挠度。因此，梯架结构的强度和刚度直接决定云梯的承载能力、运行性能和结构安全性。
[0004]作为大型悬臂梁结构，梯架自重是影响强度刚度的主要载荷。梯架结构的轻量化是高性能、低成本云梯系统技术开发的重点。提高结构强度和刚度是系统轻量化的主要途径。目前轻量化方法有结构优化、高强度材料和复合材料应用等技术。由于梯架的主要承载构件为下弦梁杆，其截面相对悬伸跨距比值极小，因此梁杆截面和其他辅助承载结构优化的轻量化效果有限。在高强度材料应用方面，高强度钢得到了普遍应用，但世界范围内各国的材料技术水平差异较大；近二十年来，高强度铝合金由于其具有比钢更好的强度质量比，逐步受到重视，但由于其刚性较差，目前仅能实现较小举升高度；有报道采用高强度复合材料涂覆钢结构表面的方法，以增强梯架的抗挠曲能力，该方法的效果受材料特性、涂覆层厚度及接合面粘结强度的影响限制。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提出了一种柔索预应力云梯梯架系统，其目的在于，采用刚柔结合的梯架结构，充分发挥结构材料特性，显著提高梯架结构的强度和刚度，有效减轻系统总质量，提升云梯的作业性能，降低成本。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种柔索预应力云梯梯架，包括两节或两节以上可相对滑移伸缩的单节臂架，所述单节臂架包括两根下弦梁杆、两根上弦张拉索、多根立柱和多级梯蹬，两根下弦梁杆之间通过多级梯蹬联接，两根上弦张拉索分别位于两根下弦梁杆的上方，位于同一侧的下弦梁杆与上弦张拉索之间通过多根立柱联接，上弦张拉索具有比下弦梁杆小的弹性模量和大的拉伸率。
[0008]进一步地，还包括安装于两相邻立柱之间的上弦张拉索上的张力预紧机构。
[0009]进一步地，对于两相邻立柱之间的一段上弦张拉索，所述张力预紧机构置于该段上弦张拉索的端头、两端或中间。
[0010]进一步地，所述下弦梁杆材料采用黑色金属材料，所述上弦张拉索采用复合材料缆索或有色金属材料缆索。
[0011]进一步地，所述下弦梁杆采用有色金属材料，所述上弦张拉索采用人工合成纤维材料绳索或天然植物纤维材料绳索。
[0012]进一步地，所述下弦梁杆采用木材，所述上弦张拉索采用钢丝绳或人工合成纤维绳索或天然植物纤维材料绳索。
[0013]进一步地，所述立柱与下弦梁杆联接部位具有结构补强结构。
[0014]与现有技术相比，本实用新型采用张拉索取代了现有梯架结构中的刚性上弦梁，与刚性下弦梁形成了一种刚柔结合的新梯架结构形式。通过柔索加载预弯曲下弦梁的预应力，抵消工作载荷引起的梯架向下弯曲变形产生的应力，从而提高了梯架结构的强度和刚度。上弦梁采用相对下弦梁较为柔性的材料，减轻了总质量，提升云梯的作业性能，降低成本。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型梯架整体结构图；
[0016]图2是本实用新型柔索加载预应力的原理示意图，其中，图2(a)是梯架自由状态示意图，图2(b)是上拉索预张后下弦梁杆的预弯曲变形示意图，图2(c)是下弦梁工作载荷下弯曲变形示意图；
[0017]图3是本实用新型张力预紧机构及其布置示意图，其中，图3(a)是段两端布置示意图，图3(b)是段中间布置示意图，图3(c)是段端头布置示意图，图3(d)是张力预紧机构结构示意图；
[0018]图4是本实用新型立柱的加强结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0020]图1给出本实用新型云梯梯架的一个具体实施例，包括可相对滑移伸缩第一臂架I和第二臂架2。单节臂架包括下弦梁杆3、上弦张拉索4、立柱5、梯蹬6，其中，两根平行的下弦梁杆3间由多级梯蹬6联接，同侧的上弦张拉索4和下弦梁杆3间由沿下弦梁杆3长度方向分布的若干个竖向立柱5相联，立柱5将上弦张拉索分隔成多段独立张拉索。
[0021]柔索施加预应力方法如图2所示。图2(a)所示为处于自由状态即未受载荷的梯架结构；如图2(b)中所示，分别对各分段张拉索按设定预张力张紧，预张力T和力臂L形成弯矩。张紧后的各张拉索形成了下弦梁向上的预弯曲变形；图2(c)中所示，工作载荷作用时向下弯曲变形与预弯曲方向相反，其产生的应力被预弯应力部分抵消。
[0022]张拉索预张力值设定原则为，自由态下弦梁杆在索预张力作用下的向上变形量a值，应小于工作载荷作用下梁杆最大挠曲变形量b值；为防止张拉索张力松弛现象发生，索预张力应保证在材料拉伸松弛易发生的伸长率范围以上，如张拉索为尼龙绳时，索预张紧时伸长率应在10%以上。
[0023]上弦张拉索材料应具有比下弦梁杆材料小的弹性模量和大的拉伸率。譬如，下弦梁杆材料为钢材等高强度黑色金属材料时，张拉索材料选为复合材料或有色金属材料缆索；又譬如，下弦梁杆为铝合金或铝镁合金等轻质有色金属材料，张拉索材料选为人工合成纤维或天然植物纤维材料，如尼龙绳、麻绳等；又譬如，下弦梁杆材料为木材等天然材料时，张拉索可选为钢丝绳、人工合成纤维或天然植物纤维材料。
[0024]上张拉索还可兼具爬行云梯时的扶手功能。张拉索作为扶手，对表面非光滑的索结构可采用在其表面增加套管或索表面涂覆材料的方法处理。
[0025]上张拉索预张力可采用索伸长量控制法或张拉力控制法实现。采用索伸长量控制方法时，由于索产生的预张力与索伸长量成正比，根据选用索材料及其结构，可计算得出各段索的初始长度值，具有初始长度的索张拉安装后即可获得相应的预张力值。采用索张拉力控制法时，各段索间分别设置有张力预紧机构，通过预紧机构调节和索张力测量仪的测量，即可获得索预张力值。采用索伸长量控制法时索系结构简单，但其预张力为间接控制，施加预张力的精度较低；采用索张拉力控制法时，索系结构较为复杂，但预张力为直接控制，预张力控制精度高，有利于梯架获得好的结构性能。
[0026]如图3所示，为一种索张拉力控制法的实施例。索张力预紧机构可置于索两端如图3(a)所示、中间部位如图3(b)所示或端头如图3(c)所示。图3(d)给出一个具体的实施方式作为示例，张力预紧机构包括壳体7、索固紧压头9、螺母10、螺杆11、安装板12，上弦张拉索4由带锥面的索固紧压头9用螺纹旋压紧固于壳体7中，螺杆11通过安装板12锚固在立柱5内，螺母10和螺杆11构成螺旋机构，旋转螺母10即可实现将索4向立柱5方向拉伸，从而到达调节索张力的目的。
[0027]同侧的上弦张拉索4和下弦梁杆3间由若干个竖向立柱5相联，竖向立柱5与下弦梁杆3间的联结方式可采用焊接、铆接等制造工艺。
[0028]按照本实用新型的较佳实施方式，如图4所示，可在竖向立柱与下弦梁杆联接部位设计立柱的加强结构。由于联接部承载的弯曲应力大而立柱作为杆状构件的抗弯截面矩小，为满足联接部位的强度及刚度要求，采用三角板或杆件斜撑等增强立柱联接强度。如图4中的立柱加强结构8为三角板联接。
[0029]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种柔索预应力云梯梯架，包括两节或两节以上可相对滑移伸缩的单节臂架，其特征在于，所述单节臂架包括两根下弦梁杆、两根上弦张拉索、多根立柱和多级梯蹬，两根下弦梁杆之间通过多级梯蹬联接，两根上弦张拉索分别位于两根下弦梁杆的上方，位于同一侧的下弦梁杆与上弦张拉索之间通过多根立柱联接，上弦张拉索具有比下弦梁杆小的弹性模量和大的拉伸率。2.根据权利要求1所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，还包括安装于两相邻立柱之间的上弦张拉索上的张力预紧机构。3.根据权利要求2所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，对于两相邻立柱之间的一段上弦张拉索，所述张力预紧机构置于该段上弦张拉索的端头、两端或中间。4.根据权利要求1或2或3所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，所述下弦梁杆材料采用黑色金属材料，所述上弦张拉索采用复合材料缆索或有色金属材料缆索。5.根据权利要求1或2或3所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，所述下弦梁杆采用有色金属材料，所述上弦张拉索采用人工合成纤维材料绳索或天然植物纤维材料绳索。6.根据权利要求1或2或3所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，所述下弦梁杆采用木材，所述上弦张拉索采用钢丝绳或人工合成纤维绳索或天然植物纤维材料绳索。7.根据权利要求1或2或3所述的柔索预应力云梯梯架，其特征在于，所述立柱与下弦梁杆联接部位具有结构补强结构。
【专利摘要】本实用新型公开了一种柔索预应力云梯梯架，包括两节或两节以上可相对滑移伸缩的单节臂架，其特征在于，所述单节臂架包括两根下弦梁杆、两根上弦张拉索、多根立柱和多级梯蹬，两根下弦梁杆之间通过多级梯蹬联接，两根上弦张拉索分别位于两根下弦梁杆的上方，位于同一侧的下弦梁杆与上弦张拉索之间通过多根立柱联接，上弦张拉索具有比下弦梁杆小的弹性模量和大的拉伸率。本实用新型采用刚柔结合的梯架结构，充分发挥结构材料特性，显著提高梯架结构的强度和刚度，有效减轻系统总质量，提升云梯的作业性能，降低成本。
【IPC分类】B66F11/04
【公开号】CN204752136
【申请号】CN201520442294
【发明人】程远雄, 黄其柏, 李善德
【申请人】湖北省专用汽车研究院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月25日