木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

關(guān)鍵詞：木片； 集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)； 有限元模型； 動(dòng)力學(xué)仿真； 試驗(yàn)研究

中圖分類號：S776. 34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 7525/j. issn. 1006-8023. 2024. 06. 012

0引言

林用木質(zhì)剩余物是林業(yè)生產(chǎn)加工中產(chǎn)生的剩余物，是制作生物質(zhì)燃料、纖維素和木質(zhì)板材等的原料［1-2］。近年來我國對林用木質(zhì)剩余物的需求與年俱增，由于林用木質(zhì)剩余物收集運(yùn)輸主要采用人工或小型機(jī)械設(shè)備，缺乏專業(yè)化體系，造成運(yùn)輸效率低、成本高等問題［3-5］。本研究提出一款木片專用集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)，將木質(zhì)剩余物加工成木片，由集裝箱轉(zhuǎn)載與物料裝卸相結(jié)合，簡化木質(zhì)剩余物裝卸工藝流程、縮短裝卸時(shí)間和降低運(yùn)輸成本［6-7］。

在木質(zhì)剩余物處理機(jī)械方面，國外學(xué)者進(jìn)行了大量研究和探索。Zamora-Cristales等［8］對木質(zhì)剩余物粉碎與運(yùn)輸一體設(shè)備進(jìn)行研究，分析機(jī)器整機(jī)結(jié)構(gòu)、木質(zhì)剩余物粉碎系統(tǒng)原理，對木質(zhì)剩余物粉碎與運(yùn)輸一體設(shè)備的運(yùn)輸成本、木質(zhì)剩余物堆存位置、集裝箱體積和整機(jī)平衡進(jìn)行分析，提出最優(yōu)成本效益的木質(zhì)剩余物粉碎機(jī)和集裝箱配置，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)剩余物的高效運(yùn)輸。Karttunen等［9］基于多式聯(lián)運(yùn)集裝箱供應(yīng)鏈對木質(zhì)剩余物運(yùn)輸成本進(jìn)行研究，提出木質(zhì)剩余物的多式聯(lián)運(yùn)輕型結(jié)構(gòu)集裝箱物流，降低木質(zhì)剩余物的運(yùn)輸成本。Spinelli等［10］針對木質(zhì)剩余物具有形狀復(fù)雜、蓬松不規(guī)則和不易壓實(shí)等特點(diǎn)提出了一種機(jī)載削片設(shè)備，通過機(jī)載削片機(jī)將楊樹枝丫、倒木等直接進(jìn)行削片，并將加工好的木片通過集裝箱進(jìn)行運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)貨車裝載量5～6倍的提升。Krajnc等［11］對移動(dòng)式滾筒削片機(jī)展開研究，通過傳送帶將木質(zhì)剩余物運(yùn)送至機(jī)器的削片裝置，采用旋轉(zhuǎn)滾筒對木質(zhì)剩余物進(jìn)行削片處理，木片通過風(fēng)壓鼓吹進(jìn)集裝箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了削片作業(yè)和裝箱作業(yè)的自動(dòng)化。

近年來，國內(nèi)一些學(xué)者也對木質(zhì)剩余物處理機(jī)械和裝箱方法展開相關(guān)研究。楊春梅等［12］提出了將林間剩余物原地進(jìn)行收集、削片和儲(chǔ)存等一體化回收方式，并設(shè)計(jì)了自走式林業(yè)剩余物削片機(jī)，通過機(jī)器削片試驗(yàn)得到，自走式林業(yè)剩余物削片機(jī)不僅保證了削片合格率，同時(shí)提高了木片生產(chǎn)率，降低林業(yè)剩余物回收成本。馬樹峰［13］設(shè)計(jì)了一種棚車散裝木片的方法，利用漏斗型容器將木片裝填至輸入軟管，結(jié)合風(fēng)壓鼓將木片裝填至集裝箱內(nèi)，提高了木片的裝箱效率。任長清等［14］設(shè)計(jì)新型盤式削片機(jī)刀盤結(jié)構(gòu)，通過Adams仿真軟件對設(shè)計(jì)的新型刀盤進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，驗(yàn)證刀盤結(jié)構(gòu)在額定轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定性。陳英［15］設(shè)計(jì)了一種用于自動(dòng)卸料的木片自卸車，通過平皮帶和刮板鏈條進(jìn)行組合將木片從集裝箱內(nèi)扒出，降低人工作業(yè)成本、提高生產(chǎn)效率。

以上學(xué)者多數(shù)對木質(zhì)剩余物削片作業(yè)自動(dòng)化、智能化展開相關(guān)研究，鮮見對木片裝卸機(jī)械進(jìn)行研究［16-18］。為有效簡化木片裝卸工藝流程、縮短裝卸時(shí)間，本研究研究一種專用木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)，能夠?qū)d有木片的集裝箱進(jìn)行翻轉(zhuǎn)、裝卸操作，具有操作簡單、節(jié)約制造成本、維護(hù)費(fèi)用低和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，適于在林區(qū)推廣使用，簡化木片裝卸流程，為集裝箱運(yùn)輸木片的推廣與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。此外在更換鎖緊元件后，本研究研制的機(jī)器還可對其他中小型林業(yè)機(jī)械進(jìn)行舉升、翻轉(zhuǎn)作業(yè)，以此實(shí)現(xiàn)林區(qū)機(jī)械設(shè)備的維護(hù)、檢修工作，拓展機(jī)器的使用范圍和應(yīng)用潛力。

1機(jī)器設(shè)計(jì)要求與工作原理

1. 1設(shè)計(jì)要求

在集裝箱轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，需要集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)從卡車上轉(zhuǎn)載至地面，以便貨物裝卸載操作。在集裝箱轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，需要設(shè)置位姿微調(diào)裝置調(diào)節(jié)主移動(dòng)架的位置和姿態(tài)，使主移動(dòng)架上液壓旋鎖精確地對準(zhǔn)集裝箱頂面四角的連接槽，而后需要設(shè)置機(jī)器的舉升裝置，以便上下移動(dòng)主移動(dòng)架，使機(jī)器的插入集裝箱頂面連接槽鎖緊集裝箱使之與主移動(dòng)架連為一體，同時(shí)帶動(dòng)主移動(dòng)架上升與卡車分離。同時(shí)，需要設(shè)置主移動(dòng)架橫移裝置，帶動(dòng)與卡車分離的主移動(dòng)架和集裝箱橫移操作，實(shí)現(xiàn)集裝箱的轉(zhuǎn)載作業(yè)。

在集裝箱裝載作業(yè)環(huán)節(jié)，需要將機(jī)器主移動(dòng)架和集裝箱翻轉(zhuǎn)90°至集裝箱艙門向上，以便將木片通過輸送帶輸送實(shí)現(xiàn)集裝箱加載作業(yè)，如圖1所示。在集裝箱卸載環(huán)節(jié)，同樣需要將集裝箱翻轉(zhuǎn)30°～90°，使集裝箱艙門向下打開傾斜木片，由此得到機(jī)器需要翻轉(zhuǎn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)集裝箱裝卸載。

此外，因集裝箱翻轉(zhuǎn)由卡車運(yùn)輸在集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)下方進(jìn)行轉(zhuǎn)載作業(yè)，集裝箱尺寸和卡車高度均已標(biāo)準(zhǔn)化，由此遞推得到集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)主移動(dòng)架的設(shè)計(jì)要求和整機(jī)設(shè)計(jì)要求，具體如下。

1）主移動(dòng)架長×寬=6. 2 m×2. 5m。

2）集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)具有位姿微調(diào)功能，位置微調(diào)距離范圍：0～0. 4 m、姿態(tài)微調(diào)角度范圍：±10°，以實(shí)現(xiàn)主移動(dòng)架液壓旋鎖的位姿微調(diào)作業(yè)。

3）集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)具有舉升功能，舉升高度應(yīng)大于3. 5 m，通過主移動(dòng)架帶動(dòng)集裝箱舉升，實(shí)現(xiàn)集裝箱與卡車分離。

4）集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)具有橫移功能，橫移距離應(yīng)大于2. 5 m，以實(shí)現(xiàn)主移動(dòng)架帶動(dòng)集裝箱橫移，完成集裝箱轉(zhuǎn)載作業(yè)。

5）集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)應(yīng)具有翻轉(zhuǎn)功能，翻轉(zhuǎn)角度±90°，以實(shí)現(xiàn)主移動(dòng)架帶動(dòng)集裝箱翻轉(zhuǎn)，完成集裝箱裝卸載作業(yè)。

1. 2工作原理和作業(yè)流程

圖2為木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖，機(jī)器主要由斜支撐架1、主移動(dòng)架2、主梁3、三角架4、馬鞍支架5、橫移液壓缸6、縱向微調(diào)液壓缸7、翻轉(zhuǎn)液壓缸8、支撐軸9、翻轉(zhuǎn)液壓缸缸筒連接軸10、固定架11、舉升液壓缸12、翻轉(zhuǎn)液壓缸缸桿連接軸13、集裝箱14、地梁15、液壓旋鎖16、橫向微調(diào)液壓缸19組成。地梁15與兩側(cè)斜支撐架1組成機(jī)架，通過地腳螺栓連接固定在地基上。機(jī)器各組成零部件與機(jī)架連接實(shí)現(xiàn)集裝箱的位姿調(diào)節(jié)、縱向移動(dòng)、橫向移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和舉升運(yùn)動(dòng)，以滿足集裝箱的升降、橫移、翻轉(zhuǎn)、加載作業(yè)要求，如圖3所示。

圖2中集裝箱14頂面四角對應(yīng)鎖孔，通過液壓旋鎖16鎖緊，與主移動(dòng)架2連接相對固定。在位姿橫向微調(diào)液壓缸17的帶動(dòng)下隨主移動(dòng)架2一起運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)集裝箱的姿態(tài)調(diào)節(jié)；縱向液壓缸7的作用是帶動(dòng)集裝箱14和主移動(dòng)架2運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)集裝箱的前后縱向位置，以滿足相關(guān)作業(yè)要求；橫移液壓缸6安裝在馬鞍支架5上，馬鞍支架5與主梁3連接固定，在橫移液壓缸6的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)主移動(dòng)架2、集裝箱14等相關(guān)組件一起沿主梁3橫向運(yùn)動(dòng)，滿足橫移作業(yè)要求；三角架4承載主移動(dòng)架2、集裝箱14、馬鞍支架5、主梁3，在翻轉(zhuǎn)液壓缸8的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)集裝箱的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；機(jī)器兩側(cè)的固定架11與三角架4連接，承載三角架4、主移動(dòng)架2、集裝箱14、馬鞍支架5、主梁3，在舉升液壓缸12的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)集裝箱的舉升運(yùn)動(dòng)。

分析集裝箱工作原理得到，機(jī)器的翻轉(zhuǎn)作業(yè)和動(dòng)態(tài)載荷裝載作業(yè)是集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)載的關(guān)鍵作業(yè)，下面對以上作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究分析。

2翻轉(zhuǎn)機(jī)不同作業(yè)力學(xué)分析與關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)

2. 1動(dòng)態(tài)加載作業(yè)力學(xué)分析

對圖2中的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖簡化分析，以機(jī)器兩側(cè)支撐軸9中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O、以支撐軸連接軸線為x軸、以地基垂線為z 軸，建立機(jī)器坐標(biāo)系，由于集裝箱14在翻轉(zhuǎn)作業(yè)和動(dòng)態(tài)載荷裝載作業(yè)中與三角架4、主移動(dòng)架2、集裝箱14、馬鞍支架5、主梁3相對固定，設(shè)定上述部件為集裝箱定載荷m1，質(zhì)心為點(diǎn)C，得到圖4的木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)受力分析圖。

3翻轉(zhuǎn)機(jī)不同作業(yè)力學(xué)建模與仿真分析

3. 1翻轉(zhuǎn)機(jī)不同作業(yè)下仿真模型建立

圖6為翻轉(zhuǎn)機(jī)不同作業(yè)條件下建模仿真分析流程圖。首先將翻轉(zhuǎn)機(jī)三維模型分別導(dǎo)到Hypermesh和Adams中，對翻轉(zhuǎn)作業(yè)分析得到翻轉(zhuǎn)角度γ 參控制腳本*. cmd文件、對加載作業(yè)分析得到時(shí)變載荷m （t） 控制腳本*. cmd文件，將以上腳本控制文件導(dǎo)入到Adams軟件中，在Adams軟件環(huán)境下設(shè)置翻轉(zhuǎn)機(jī)各組成零部件的材料為Steel，得到相關(guān)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)仿真需要設(shè)置集裝箱翻轉(zhuǎn)角、兩側(cè)支撐軸為檢測變量，設(shè)定相關(guān)部件的連接關(guān)系，見表1，在Adams軟件中建立集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真控制模型，如圖6右側(cè)部分所示。

對導(dǎo)入到Hypermesh中的翻轉(zhuǎn)機(jī)模型，根據(jù)各組成零部件形狀選擇相應(yīng)網(wǎng)格類型（板材類零件選擇Shell Mesh 網(wǎng)格、軸類零件選擇Hexahedral mesh網(wǎng)格），設(shè)置網(wǎng)格尺寸大小，在Hypermesh 中建立翻轉(zhuǎn)機(jī)網(wǎng)格模型，將翻轉(zhuǎn)機(jī)網(wǎng)格模型導(dǎo)入到ANSYS中設(shè)置集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)各組成零部件的材料為鋼材，根據(jù)構(gòu)件受力情況設(shè)置邊界條件，依據(jù)Adams模型的輸出力F （t），在ANSYS軟件中設(shè)定翻轉(zhuǎn)機(jī)作用力，得到翻轉(zhuǎn)機(jī)的有限元模型，如圖6中左側(cè)部分所示。

3. 2翻轉(zhuǎn)機(jī)不同作業(yè)仿真分析

3. 2. 1加載作業(yè)仿真分析

圖7為集裝箱加載作業(yè)中，兩側(cè)支撐軸應(yīng)力變化仿真曲線。由圖7可知，隨著集裝箱動(dòng)載荷m （t）質(zhì)量的不斷增大，兩側(cè)支撐軸應(yīng)力σ_AR、σ_AL 不斷增加；對比兩側(cè)支撐軸同向應(yīng)力分析得到，兩側(cè)支撐軸應(yīng)力變化趨勢相同、應(yīng)力數(shù)值相近。由此得到，可以選用相同設(shè)計(jì)尺寸、相同材料40Cr加工機(jī)器兩側(cè)支撐軸。

分析含水率為20%木片密度［19-21］，考慮各種不利因素和機(jī)器設(shè)計(jì)最大載荷條件，設(shè)定集裝箱動(dòng)載荷m（t）的載荷密度ρ 范圍為：0. 4～4. 7×10³ kg/m³，得到集裝箱加載作業(yè)中支撐軸作用力變化曲面圖如圖8所示。由圖8可知，隨著加載時(shí)間t 的延續(xù)、載荷密度ρ 增加，集裝箱動(dòng)載荷m （t）質(zhì)量不斷增大，兩側(cè)支撐軸作用力也隨之增大；兩側(cè)支撐軸最大彎曲應(yīng)力為240 MPa，本研究采用40Cr加工支撐軸，40Cr的[ σ ]=1 480 MPa，故兩側(cè)支撐軸滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；兩側(cè)支撐軸最大作用力為4 331 kN，依據(jù)式（9）得到兩側(cè)支撐軸的最小直徑為d_min=65 mm，本研究支撐軸直徑d = 75 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

3. 2. 2翻轉(zhuǎn)作業(yè)仿真分析

圖9為翻轉(zhuǎn)作業(yè)集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ 變化曲面，由圖9可知，隨著翻轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)間的延續(xù)，集裝箱翻轉(zhuǎn)角度不斷增大，集裝箱翻轉(zhuǎn)角變化范圍為γ ∈ [0°，85°]（因γ = 90°時(shí)液壓缸負(fù)載力劇增，故機(jī)器最大翻轉(zhuǎn)角γmax = 85°）；隨著翻轉(zhuǎn)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度x?_BD （t）的不斷增大，集裝箱翻轉(zhuǎn)速度γ?也增加。

圖10為機(jī)器翻轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，兩側(cè)翻轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力F_BDR （t）、F_BDL （t）變化曲線，由圖10可知，兩側(cè)翻轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力變化趨勢相同，呈拋物線變化，源于集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)所致，在集裝箱翻轉(zhuǎn)起止段，液壓缸與三角架夾角α 小，翻轉(zhuǎn)液壓缸受力狀態(tài)差，得到集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ = 85°時(shí)翻轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力最大；在集裝箱翻轉(zhuǎn)中間段，液壓缸與三角架夾角α大，翻轉(zhuǎn)液壓缸受力狀態(tài)佳，得到集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ =45°時(shí)翻轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力最小。由此得到兩側(cè)翻轉(zhuǎn)液壓缸負(fù)載力變化范圍為FBD∈ [55. 5 kN，59. 4 kN]，由于翻轉(zhuǎn)機(jī)液壓系統(tǒng)壓力為P=16MPa，翻轉(zhuǎn)液壓缸杠桿直徑d=150mm，得到翻轉(zhuǎn)液壓缸的輸出力為F_BDout=282kN，滿足設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)集裝箱滿載翻轉(zhuǎn)作業(yè)。

圖11為機(jī)器翻轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，兩側(cè)支撐軸受力分析圖，由圖11可知，測量支撐軸對應(yīng)分力變化趨勢相同；兩側(cè)支撐軸合力均呈拋物線趨勢變化，但變化趨勢不如圖10顯著，支撐軸合力呈拋物線變化的原因與圖10相同，在此不再贅述；圖11中，兩側(cè)支撐軸最大剪切應(yīng)力為101 MPa，由于本研究采用40Cr加工支撐軸，40Cr的[τ ]=800 MPa，故兩側(cè)支撐軸滿足剪切強(qiáng)度；分析圖11得到兩側(cè)支撐軸最大作用力為1 899 kN，依據(jù)式（11）得到兩側(cè)支撐軸的最小直徑dmin=15 mm，本研究支撐軸直徑d=75 mm，滿足設(shè)計(jì)剪切要求。

4翻轉(zhuǎn)機(jī)試驗(yàn)研究

4. 1試驗(yàn)概述

為分析機(jī)器不同作業(yè)條件下的工作性能，以自行研制的木片翻轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行集裝箱加載作業(yè)試驗(yàn)和翻轉(zhuǎn)作業(yè)試驗(yàn)研究，如圖12所示，試驗(yàn)時(shí)間2023年6 月，試驗(yàn)地點(diǎn)遼寧省開原市凱峰機(jī)械有限公司。試驗(yàn)過程中機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)無故障，兩側(cè)支撐軸能夠承受機(jī)器啟動(dòng)過程中的沖擊載荷和運(yùn)行過程中的工作載荷，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖13為試驗(yàn)原理圖，在機(jī)器兩側(cè)支撐軸上安裝電阻應(yīng)變片，當(dāng)翻轉(zhuǎn)機(jī)載荷m （t） 變化或翻轉(zhuǎn)角度γ （t）改變時(shí)，支撐軸應(yīng)力變化，電阻應(yīng)變片隨之發(fā)生形變導(dǎo)致阻值變化，使惠斯通電橋輸出電壓，輸出電壓ΔU 與變化載荷m （t） 和翻轉(zhuǎn)角γ （t） 相關(guān)，與支撐軸作用力F （t）和彎曲應(yīng)力σ （t）成正比，表達(dá)式為

由此得到，在集裝箱加載作業(yè)和翻轉(zhuǎn)作業(yè)中，可以通過惠斯電橋輸出電壓ΔU 測量支撐軸作用力、集裝箱載荷質(zhì)量m （t）和集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ （t）。

4. 2加載作業(yè)試驗(yàn)

在集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)加載試驗(yàn)中，以應(yīng)變片電路輸出電壓為試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，依據(jù)式（12）計(jì)算得到集裝箱動(dòng)載荷m （t）和支撐軸彎曲應(yīng)力，得到圖14的集裝箱加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。對比分析圖7的σ_A-m （t）仿真曲線與圖14試驗(yàn)數(shù)據(jù)σ_A-m （t）映射關(guān)系，計(jì)算得到仿真曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)高度擬合，說明2. 1節(jié)機(jī)器加載作業(yè)分析和3. 2. 1節(jié)加載作業(yè)仿真模型是正確的。

4. 3翻轉(zhuǎn)作業(yè)試驗(yàn)

在集裝箱翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，以應(yīng)變片輸出電壓為試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，依據(jù)式（12）計(jì)算得到集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ和支撐軸作用力，得到圖15的集裝箱翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。對比分析圖11的γ - F_A （t）仿真曲線與圖15試驗(yàn)數(shù)據(jù)γ - F_A （t）映射關(guān)系，計(jì)算得到圖11仿真曲線與圖15試驗(yàn)數(shù)據(jù)高度擬合，得到2. 2節(jié)翻轉(zhuǎn)作業(yè)分析和3. 2. 2節(jié)翻轉(zhuǎn)作業(yè)仿真模型是正確的，兩側(cè)支撐軸能夠承受機(jī)器翻轉(zhuǎn)作業(yè)中的沖擊載荷和運(yùn)行過程中的工作載荷。

由此得到可應(yīng)用本研究理論計(jì)算分析機(jī)器關(guān)鍵零件、軟件仿真研究機(jī)器相關(guān)部件，以此避免機(jī)器研制完成后因關(guān)鍵因素考慮不周而進(jìn)行反復(fù)修改、二次加工、重復(fù)安裝和多次調(diào)試，縮短機(jī)器研制周期，節(jié)約機(jī)器研發(fā)資金，減輕人力損耗。

5結(jié)論

1）研制了一款木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)，主要由機(jī)架、位姿微調(diào)裝置、縱向調(diào)節(jié)裝置、橫移裝置、翻轉(zhuǎn)裝置和舉升裝置組成，能夠?qū)b箱進(jìn)行木片加載作業(yè)、舉升作業(yè)、翻轉(zhuǎn)作業(yè)和橫移作業(yè)，以滿足不同工況需求。

2）研究機(jī)器結(jié)構(gòu)和工作原理，力學(xué)分析集裝箱裝載作業(yè)和翻轉(zhuǎn)作業(yè)，探索機(jī)器不同作業(yè)條件下的支撐軸應(yīng)力，綜合Hypermesh、ANSYS 和Adams 等軟件建立翻轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型和有限元模型，對集裝箱加載作業(yè)仿真得到，支撐軸最大作用力FA_max=4331 kN、最小直徑d_min=65mm，小于支撐軸設(shè)計(jì)直徑d=75mm，滿足設(shè)計(jì)要求；對集裝箱翻轉(zhuǎn)作業(yè)仿真得到：集裝箱翻轉(zhuǎn)角γ∈ [0°，85°]，翻轉(zhuǎn)液壓缸最大負(fù)載力F_BDmax=59. 4 kN，小于液壓缸輸出作用力F_BDout=282 kN，滿足機(jī)器設(shè)計(jì)要求。

3）以自行研制的木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行集裝箱加載試驗(yàn)和集裝箱翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)。通過電阻應(yīng)變片測量支撐軸應(yīng)力，獲取得到集裝箱加載作業(yè)的動(dòng)態(tài)載荷質(zhì)量m （t） 和集裝箱翻轉(zhuǎn)作業(yè)的翻轉(zhuǎn)角度γ，計(jì)算仿真曲線和試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到二者高度擬合，說明本研究內(nèi)容與試驗(yàn)結(jié)果相一致，所研制的木片集裝箱翻轉(zhuǎn)機(jī)滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證后的仿真結(jié)果具有較高的可信度，可避免因關(guān)鍵因素考慮不周，造成在機(jī)器試驗(yàn)過程中出現(xiàn)整機(jī)結(jié)構(gòu)調(diào)整、二次加工和反復(fù)調(diào)試等問題，延長機(jī)器開發(fā)周期，節(jié)約機(jī)器研發(fā)費(fèi)用，為后續(xù)機(jī)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究奠定基礎(chǔ)。