集裝箱滾裝托盤物資裝載適箱高度研究

田潤良，王 寧，王 泉，冒 云

(1.軍事交通學院 汽車指揮系，天津300161;2.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津300161;3.66069 部隊，河北 保定071000;4.94942 部隊，上海200434)

物資裝載適箱高度作為集裝箱滾裝托盤應用的一項重要指標，對提高集裝化運輸效率具有至關重要的作用。集裝箱滾裝托盤物資裝載量、裝卸時間都不同程度地受到物資裝載適箱高度的制約。按照合理的適箱高度裝載物資不僅能增大物資裝載量，還能縮短物資裝載時間，進一步提高運輸保障效率，使集裝化運輸優勢得到更大程度的提高，為我軍未來戰爭保障任務的完成注入新的活力。

1 集裝箱滾裝托盤物資裝載工具

1.1 集裝箱

1C 集裝箱作為我軍優選集裝箱型，是我軍集裝化運輸中使用最多的集裝箱之一。其尺寸如下［1］:最小外部尺寸為6 058 mm(L)×2 438 mm(H)×2 438 mm(W)，最小內部尺寸為5 867 mm(L)×2 197 mm(H)×2 330 mm(W)，最小門框開口尺寸為2 134 mm(H)×2 286 mm(W)。

1.2 整裝卸車

整裝卸車型號為MZX98-12。

1.2.1 技術要求

根據整裝卸車的設計要求，在裝載重物資時，裝載物資重心要盡量靠近滾裝托盤的中垂線上。如果裝載物資重心偏向車頭會引起轉向困難，偏向車尾會使前輪翹起，造成前輪抓地力不足，這些都會影響物資運輸的安全性和快速性。因此，不論采用何種物資堆碼方式，都要求裝載物資重心靠近滾裝托盤中垂線。

1.2.2 技術參數

由整裝卸車參數可確定初始推入時刻推入角約為30°。吊鉤正好處于圓周運動的最高點，距地面4 229 mm，距集裝箱水平距離4 299 mm，吊鉤做圓周運動半徑為2 951 mm，圓心距地面1 278 mm，距集裝箱水平距離4 299 mm。等級公路裝載質量為12 000 kg。吊鉤最大推力允許以0°角將最大額定載荷的滾裝托盤和物資推入集裝箱。一次性裝卸時間小于30 s［2］。

1.2.3 滾裝托盤

滾裝托盤自質量小于2 000 kg，滿載總質量小于14 000 kg，長5 800 mm。掛鉤中心距底端垂直高度為1 570 mm，承載面高度為267 mm，掛鉤中心距托盤前端導輪中心6 008.7 mm，掛鉤中心和導輪中心的連線與托盤底之間的夾角為φ＇(如圖1 所示)［3］。

圖1 滾裝托盤幾何參數

2 集裝箱滾裝托盤物資裝載模型

由實際裝載過程可知，物資裝載可分為物資裝載準備過程即滾裝托盤導輪未進入集裝箱的裝載過程與物資箱內裝載過程即滾裝托盤導輪進入集裝箱后的裝載過程。裝載準備過程是箱內裝載過程的基礎。物資裝載高度只有在滿足可使滾裝托盤導輪進入并接觸集裝箱底的前提條件下，才能使物資進一步裝入集裝箱。根據裝載要求，裝載前整裝卸車停在與集裝箱固定距離的位置，并保證在裝載過程中位置不變，駕駛員操縱裝載系統，使滾裝托盤按照固定軌跡一次性推入集裝箱內。

2.1 物資裝載準備過程模型

物資裝載準備過程模擬裝載如圖2 所示。以集裝箱底入口為原點，以集裝箱底為X軸，建立直角坐標系(如圖3 所示)。

圖2 物資裝載準備過程模擬裝載

圖3 物資裝載準備過程建模坐標

設集裝箱限制高度為H，長為L1，滾裝托盤長為L2;A點為吊臂驅動源，B、C為吊臂端點，D為吊鉤，E為滾裝托盤導輪;集裝箱頂Q點與車尾P點構成直線PQ，PQ與滾裝托盤夾角為α，PQ與輔助線夾角為α1;吊鉤D點與車尾P點構成直線PD，PD與滾裝托盤夾角為α3，與輔助線夾角為α4;滾裝托盤與輔助線夾角為α2。

由物資裝載初始條件，整體自裝卸車、集裝箱及滾裝托盤等參數可確定:A點坐標為(4 229，1 278)、P點坐標為(2 458，1 278)、Q點坐標為(0，2 134)、AD長2 951 mm、PQ長2 603 mm，DC為掛鉤中心距托盤的長度，DC長1 570 mm(固定不變)。D點的運動軌跡是以A為圓心，AD為半徑的圓弧。

設任意時刻D點坐標(x1，y1)，則

吊鉤D點運動軌跡方程為

吊鉤D點與車尾P點距離為集裝箱頂Q點與車尾P點距離為

PQ與輔助線夾角為

滾裝托盤與輔助線夾角為

PD與滾裝托盤夾角為PD與輔助線夾角為PQ與滾裝托盤夾角為

聯立式(1)—(8)，代入物資可裝載高度h=PQsin α，則

以上方程成立條件為PG+PF≤GE=L2，即

2.2 物資箱內裝載過程模型

物資箱內裝載過程模擬裝載如圖4 所示。以集裝箱底入口為原點，以集裝箱底為X軸，建立直角坐標系(如圖5 所示)。

由整體自裝卸車，集裝箱以及滾裝托盤的參數可確定:A點坐標、AD長為2 951 mm、DE長為6 008.7 mm;吊鉤D點與滾裝托盤導輪E點構成直線DE和滾裝托盤承載面的夾角φ'=15.146°，且固定不變;D點運動軌跡是以A點為圓心，AD為半徑的圓弧，后做平行運動。

設:任意時刻D點坐標(x1，y1)，E點坐標(x2，120.5)，滾裝托盤與集裝箱底夾角為θ，DE與集裝箱底夾角為φ。

2.2.1 吊鉤做圓周運動

D點運動軌跡方程為

E點運動軌跡方程為

由圖5 中的幾何關系可得

聯立式(11)—(14)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

式中:y0為初始時刻D點縱坐標;yt為圓周運動結束時D點縱坐標。

2.2.2 吊鉤做平行運動

D點運動軌跡方程為

E點運動軌跡方程為

且θ=θt=0°，聯立式(16)—(17)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

綜上，物資箱內裝載過程中滾裝托盤可裝載物資高度曲線方程為

綜合集裝箱物資裝載準備過程以及物資箱內 裝載過程得集裝箱滾裝托盤物資裝載模型為

將文中的已知數值代入式(19)，并由Matlab繪制標準1C 集裝箱物資可裝載高度曲線(如圖6所示)。

圖6 標準1C 集裝箱物資可裝載高度曲線

圖中細實線為集裝箱內部輪廓，右側為集裝箱開門側，虛線為滾裝托盤可裝載高度曲線。綜上，滾裝托盤可裝載物資高度曲線即為圖中集裝箱輪廓線以內的虛曲線。

由滾裝托盤物可裝載物資高度曲線得出:只要物資實際裝載高度處于可裝載物資高度曲線以下就可把物資推入集裝箱;為了提高集裝箱空間利用率，裝載物資的堆碼形狀要接近集裝箱與可裝載高度曲線組成的輪廓形狀。

3 集裝箱滾裝托盤物資裝載實例應用

研究集裝箱滾裝托盤物資裝載適箱高度的目的就是要得到集裝箱滾裝托盤裝載物資高度的特點，根據這個特點選取合適的物資堆碼方式和合理的物資裝載適箱高度，增大物資裝載量，縮短物資裝載時間，進一步提高運輸效率，使集裝化運輸優勢在實戰中得到更大限度地發揮。

3.1 標準1C 集裝箱輕物資裝載應用

輕物資指每立方米質量不足333 kg 的物資［4］，這類物資密度小，裝載時主要受體積限制，且可以混裝而不對整裝卸車裝載物資重心技術要求產生影響。軍用物資集裝化運輸、貯存和供應的運輸包裝采用直方體包裝，為了適應滾裝托盤物資裝載高度曲線必須分段裝載。

以軍用物資直方體包裝尺寸系列標準［4］為依據，選取長度最長但適應性最強的1 200 mm 作為分段基準。滾裝托盤長度限制為5 800 mm，最終將滾裝托盤裝載物資分為5 段，其中4 段長1 200 mm，1段長600 mm，共計5 400 mm，其余400 mm 為A 型架和裝載空隙預留。

由于物資裝載分段為5 段，則共有5 種排列方式，根據物資可裝載高度曲線，得到最優裝載方式結果見表1(段數按照由滾裝托盤導輪端到A 型架所在端的順序，高度選取低于物資可裝載高度曲線100 mm 為安全距離)。

表1 物資最優裝載方式

由以上結果得物資最優裝載方式即滾裝托盤導輪端到A 型架所在端的順序，裝載物資長度為1 200、1 200、1 200、1 200、600 mm 的方式裝載量最大，可裝載物資總體積為15.35 m3。

3.2 標準1C 集裝箱彈藥類重資裝載應用

彈藥類重物資具有密度大、在集裝箱滾裝托盤上的裝載一定是同類彈藥按照軍用物資堆碼方式堆放成勻質長方體形狀的特點。這符合整裝卸車對裝載物資的技術要求，但其堆放形狀與滾裝托盤裝載曲線的差別決定了其空間利用率不會很高。對于這類物資裝載時的要求載貨量最大為在滿足相關裝載限制的前提下裝載質量最大。由于其裝載為均質長方體，裝載時不必分段，最需滿足裝載高度在裝載高度曲線的最低點以下，以物資可裝載曲線以下100 mm為安全距離，則裝載高度為990 mm。

4 結 語

本文首次對集裝箱滾裝托盤物資裝載適箱高度問題進行系統研究，對提高滾裝托盤物資裝載能力具有重要意義。通過建立數學模型的方法對集裝箱滾裝托盤適箱高度進行定量研究。在模型基礎上，結合軍用物資直方體包裝標準，給出具體的物資裝載方法和高度限制，為實際應用提供依據。在實際裝載過程建立模型，普適性強，可根據實際情況改變模型參數，適應更加復雜條件下的裝載情況。

［1］ 田潤良，楊會軍. 軍用集裝箱運輸［M］. 北京:解放軍出版社，2004:19-21.

［2］ 詹雋青，馬維平. MZX98-12 整體自裝卸補給車［J］. 后勤科技裝備，2001(5):32-34.

［3］ 侯仁海，王金松，殷鵬. 集裝箱滾裝托盤系統在軍用物資中的應用研究［J］.國防交通工程與技術，2010(11):60-63.

［4］ 田潤良，胡立成，吳娟.戰儲物資包裝與集裝化儲運［M］. 北京:軍事科學出版社，2011:189-199.

［5］ 田潤良，殷鵬.滾裝托盤在軍用物資集裝化保障中的應用研究［J］.后勤科技裝備，2010(4):48-49.

［6］ 楊建明，殷鵬，代連弟，等.集裝箱滾裝托盤系統在彈藥配送中的應用研究［J］.物流技術，2009，28(11):243-245.