客运索道升降平台整体稳定性研究论文

辛虎君 周 丰

0 引言

近年来旅游市场火热，滑雪项目日益受到人们的青睐，客运索道作为景区和滑雪场重要的组成部分，其稳定性和舒适性得到越来越多的关注。

升降平台作为客运索道的一部分，是车库和站内设备的连接走廊。当吊厢从车库进入站内设备或从站内设备进入车库时，升降平台需要下降至指定位置，保证吊厢能够从升降平台上部顺利通过而不发生碰撞干涉；当索道运营时，升降平台作为站内平台的一部分，需要上升至指定高度以满足游客上下吊厢乘坐索道的要求。客运索道升降平台不仅需要具备良好的运动性能，保证起升和下降高度满足吊厢通过性和游客乘坐便捷性，还需要满足系统整体的稳定性，保证其强度、刚度和稳定性要求。

本文针对客运索道建设中存在的升降平台起升下降不同步、多机构系统稳定性不足的现象， 对升降平台多机构复杂系统的稳定性和动力性进行分析，找出产生以上现象的原因并进行优化，以满足升降平台起升和下降的同步性、系统运动过程中运行的流畅性、起升后系统结构的稳定性要求。

1 结构形式及现象阐述

升降平台分为上、下两部分，上部由平台和结构梁组成，下部由驱动装置和结构底座组成，两部分间通过提升机构连接，见图1。提升机构共有6 套，通过重心分析，提升机构分别于横梁1 一侧布置4 套，横梁2 一侧布置2 套，布置位置如图1 所示，从而保证整体系统的结构强度。提升机构通过数根连杆相互连接，构成一个整体的运动机构。下部驱动装置通过横梁3、连接座、连接杆，与提升机构连接，通过驱动装置的左、右运动，带动升降平台上部起升或下降。因系统结构要求和受限于空间的位置要求，升降平台的最大起升高度设计为280 mm。

在升降平台现场安装调试过程中，发现存在以下问题：

1）升降平台起升或下降过程中，上部平台未能保持水平状态升降，而是如图1 中横梁1 先起升或下降，而横梁2 随后升降，两者起升和下降过程中存在延迟现象，且随着安装过程中螺栓拧紧力矩的大小不同延迟时间亦不同。

2）多次重复试验后，图1 中横梁3（横梁3 与驱动装置固定连接）发生轻微扭转变形，变形情况如图2所示。

3）多次重复起升和下降后，平台下部提升机构和连杆的连接板存在翘起的情况，且连杆发生轻微变形，翘起与变形情况如图3 所示。

图1 升降平台上部、底部、提升机构图

图2 横梁3 变形图

图3 提升机构连接板变形图

2 原因分析

找出升降平台上部的重心，对每个提升机构建立动力学模型，进而对整个多体系统建立系统动力学模型[1]。通过三维建模，找出升降平台上部重心位置，见图4。

图4 升降平台上部重心位置图

根据图4 升降平台上部整体结构的重心位置，设计中，将驱动装置的中心同升降平台上部的重心装配在一

条直线，保证驱动装置施加到升降平台上部的推力方向始终同升降平台上部的重心共线，从而防止升降平台上部因驱动装置的推力与重心不在同一直线而导致横梁1和横梁2 所受力矩不同，受力不均产生两个横梁起升不同步的现象。

单个提升机构动力学模型

式中： q 、q分别为提升机构滚轮的位置、速度，λ 为拉格朗日乘子，t 为时间， q F 为系统驱动约束方程，Q为内部作用阻力， ∂ 为提升机构滚轮与水平面夹角，F 为作用在单个提升机构上的压力。

多个提升机构动力学模型

式中： iη为外力矩；n 为提升机构个数，n =6。通过多体系统动力学模型公式可知，影响升降平台

复杂多体系统运动的主要因素是系统内部的阻力，由于升降平台的上部为结构件，内部没有阻力，则导致升降平台未同时起升下降的原因为多个提升机构系统内部阻力互相作用的结果。

横梁2 下方外伸出的两根外伸梁本身自重产生的弯矩，对整个系统产生倾覆力矩，进一步影响升降台系统的稳定性和升降的不同步性。

代入到多个提升机构动力学模型公式中得

式中：M 为机械系统惯性矩阵，q为机械系统运动加速度。通过对横梁3 进行有限元计算得到图5。通过计算可知，横梁3 的结构变形较大，抗弯截面系数小导致的刚度不足，应力过于集中，加之连杆为细长杆结构，连杆与提升机构的连接处、连杆与横梁3 的连接应力较为集中，导致整个系统的稳定性不足。

（a）应力图 （b）应变图 （c）位移图

图5 横梁3 应力、应变、位移图

3 解决方法

安装过程中，将升降平台起升高度和位置确定好后，将所有提升机构连接处松开后再次紧固，释放掉所有提升机构内部阻力，防止系统内各个提升机构间内部互相作用，影响平台整体系统的平顺运行。

通过改变横梁3 的横截面积，增加横梁3 的抗弯截面系数，增强横梁3 的结构特性。同时，改变横梁3 和连杆的连接形式，改变连杆的细长杆特性，增强连杆的结构特性，防止结构部件因刚度不足导致的结构变形。见图6。

考虑到升降平台重心偏心，系统内部阻力无法彻底抵消，在上部横梁2 的外伸梁两端增加弹簧装置，升降平台下降时减缓横梁2 先行下降的趋势，升降平台起升时加快横梁2 缓慢起升的趋势，更好地保证升降平台水平起升和下降[2]。见图7。

图6 改进后的横梁3

图7 弹簧装置图

4 总结

本文针对工程实际中遇到的索道升降平台升降不同步、结构变形的现象，找出升降平台的重心位置，建立复杂多体系统的动力学模型，运用动力学相关理论，分析得到产生上述现象的原因，并提出解决方法及优化措施。通过现场试验，改进后的升降平台工作稳定，运行平稳，结构稳定性较好。