起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車力學(xué)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐 倩（秦皇島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，河北 秦皇島 066000）

起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車力學(xué)性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐 倩
（秦皇島市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，河北 秦皇島 066000）

在集裝箱的運(yùn)輸車中，進(jìn)行起重自裝卸機(jī)構(gòu)的力學(xué)研究有助于了解其特性。本文分析了起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車力學(xué)性能，討論建立虛擬樣機(jī)模型的方式和環(huán)節(jié)，提出了起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車整車裝卸性能的優(yōu)化方案。

集裝箱運(yùn)輸車；起重結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車力學(xué)性能

從我國(guó)目前的情況來(lái)看，起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車一般采用的是鋼板彈簧這一部件來(lái)形成的懸架系統(tǒng)，這一部件具有彈性的特點(diǎn)。這一懸架系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，一是體積比較小，二是質(zhì)量也相對(duì)較小，三是減震的效果良好，四是使用起來(lái)也相對(duì)較舒適。相對(duì)油氣彈簧來(lái)說(shuō)，油氣彈簧其在實(shí)際的應(yīng)用中存在一些不足，一是密封度要求較高，同時(shí)在加工和裝配方面的要求也比一般的部件要求高，這就造成其在制造和維護(hù)的成本方面需求較高。另外，從側(cè)面吊的工作模式來(lái)看，除了進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的工作外，還需要進(jìn)行裝卸作業(yè)，所以在側(cè)面吊的設(shè)計(jì)中，工作人員一般會(huì)采用鋼板彈簧懸架。在起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車的懸架中，這一鋼板彈簧在應(yīng)用上更為廣泛。這一部件的組成是由多個(gè)合金彈簧片共同組建的，要求其寬度相等，長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況不等，形成組合排列，從而構(gòu)成一根具有可應(yīng)用性的等強(qiáng)度彈性梁。這一部件的好處在于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，另外維護(hù)比較方便，而且自身的受力條件比較好。如果沒有增添連桿，這一鋼板彈簧既可以承受垂向載荷，還能夠承受側(cè)向力和縱向力等。

2 建立運(yùn)輸車虛擬樣機(jī)模型的方式和環(huán)節(jié)

首先，要進(jìn)行有限元的建模工作。這是建立鋼板彈簧模型較為普遍的方法。這一方法有很多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在這一方法能夠詳細(xì)而且準(zhǔn)確的對(duì)鋼板彈簧的應(yīng)力以及剛度進(jìn)行模擬。同時(shí)，這一方法也能應(yīng)用在復(fù)合剛度和漸變剛度的板簧上。但是需要說(shuō)明的是這一建模方法也有不足。一是模型過(guò)于詳細(xì)和復(fù)雜，二是耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，三是建模的結(jié)果計(jì)算也不容易把握。所以，采用這一方法時(shí)需要進(jìn)行實(shí)際的考查，一般在鋼板彈簧自身獨(dú)立仿真時(shí)進(jìn)行使用或者驗(yàn)證簡(jiǎn)化模型時(shí)使用。

第二，要進(jìn)行離散梁的建模工作。采用這一方法能夠良好的應(yīng)用在整車的仿真計(jì)算中。這一離散梁的建模在某些方面和有限元建模的環(huán)節(jié)存在相似的地方。其具體原理是把每片鋼板彈簧進(jìn)行細(xì)小的劃分，然后保證相鄰的板簧片之間可以產(chǎn)生變形的摩擦力。相對(duì)于有限元的建模方法，離散梁建模方法有一些優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)在采用這一建模方法能夠減少模型中各個(gè)單元的數(shù)量以及其自由度，并且還能夠保證各個(gè)單元的質(zhì)量不會(huì)相互干擾。這從側(cè)面吊來(lái)說(shuō)是很有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)闋恳^以及半掛車存在的板簧數(shù)量較多，如果建模時(shí)能夠?qū)⒚總€(gè)鋼板彈簧進(jìn)行整合而形成整車模型時(shí)，那么整個(gè)單元的組合優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。

3 起重自裝卸集裝箱運(yùn)輸車整車裝卸性能的優(yōu)化方案

第一，要優(yōu)化上臂與下臂的油缸所受的負(fù)載。采用ADAMS軟件能夠進(jìn)行仿真計(jì)算，從而得出前部和后部起重裝置的上臂與下臂油缸所受負(fù)載。

通過(guò)仿真計(jì)算，可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)模型中加入彈性體后，整車的仿真模型中上下臂油缸受力曲線有明顯的上升趨勢(shì)，在純剛體狀態(tài)下上下臂的油缸所受負(fù)載的程度大致相同，這樣說(shuō)明模型時(shí)比較可靠的。不過(guò)其不同之處也表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，在進(jìn)行整車仿真

計(jì)算時(shí)，上下臂油缸的最大受力值更大，比單獨(dú)仿真數(shù)值大了許多，這是因?yàn)閺椥泽w能夠改變吊點(diǎn)的位置，使油缸的行程有一些增大的變化，從而使其最大受力值相應(yīng)增大。其次，在起吊的過(guò)程中，整車進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)下臂油缸的位置在緩慢增大，這是因?yàn)榧尤肓说妆P的模型后，起吊時(shí)將吊頭的力傳導(dǎo)到了地面，不過(guò)彈性體加強(qiáng)了油缸的震蕩。

第二，要優(yōu)化支腿油缸的受力負(fù)載。在一般情況下，側(cè)面吊的支腿包含了兩個(gè)油缸，一是變幅油缸，二是伸縮油缸。變幅油缸的變化如圖所示，它在整體仿真中的作用是對(duì)支腿跨距進(jìn)行調(diào)整，以便能夠適應(yīng)在不同工況下順利進(jìn)行裝卸作業(yè)。伸縮油缸的位置在支腿伸縮油缸的內(nèi)部，它在整體仿真中的作用是伸出支腿，讓支腳盤能夠與地面接觸。在進(jìn)行裝卸作業(yè)的過(guò)程中，要保證支腿完全打開后，這樣才能讓上下臂油缸進(jìn)行作業(yè)。在進(jìn)行裝卸作業(yè)時(shí)，因?yàn)橹扔透资潜灰簤烘i鎖住的，所以其性質(zhì)上來(lái)看是剛性桿，這時(shí)使用ADMAS軟件進(jìn)行整車的仿真計(jì)算時(shí)，可以得出如下的變幅油缸與伸縮油缸的受力情況如圖1，圖2。

圖1 前起重裝置支腿變幅油缸受力

圖2 后起重裝置支腿變幅油缸受力

從左圖和右圖可以很明顯的看出，在進(jìn)行裝卸的過(guò)程中，支腿變幅的油缸在受力方面其受力負(fù)載大大的超過(guò)了支腿伸縮油缸的受力負(fù)載，當(dāng)?shù)觞c(diǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)行到了水平上的最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)油缸在受力負(fù)載上達(dá)到最大值，通過(guò)觀察上圖還可以發(fā)現(xiàn)變幅油缸的受力值比伸縮油缸的受力值高出兩倍左右。在進(jìn)行裝卸作業(yè)的過(guò)程中，其初始階段中后起重裝置的支腿受力負(fù)載很明顯的要大于前起重裝置的支腿受力負(fù)載，而在進(jìn)行裝卸作業(yè)的后期，前、后的起重裝置支腿受力負(fù)載沒有特別明顯的差距。從上面的曲線圖可以看出，在進(jìn)行裝卸作業(yè)的前期階段，當(dāng)?shù)觞c(diǎn)在底盤的上方進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，其車橋和輪胎會(huì)承受一部分的起重力，從空間位置上來(lái)看，前起重裝置的正下方作為了牽引車的中橋和后橋，相反的是后起重裝置的正下方并沒有車橋，所以可以得出牽引車的中橋和后橋所受力負(fù)載的值更大，前起重裝置的支腿受力負(fù)載相對(duì)較小。如果在大幅度的作業(yè)工況中，在進(jìn)行裝卸作業(yè)的后期階段，吊點(diǎn)與整車的縱向中心線距離較遠(yuǎn)，此時(shí)支腿會(huì)承受大部分的起重力，因此在這個(gè)時(shí)候支腿受力負(fù)載的值達(dá)到最大，而前、后起重裝置在受力負(fù)載上大約是相等的。