起重自裝卸集裝箱運輸車力學性能分析及優化設計

徐 倩（秦皇島市特種設備監督檢驗所，河北 秦皇島 066000）

起重自裝卸集裝箱運輸車力學性能分析及優化設計

徐 倩
（秦皇島市特種設備監督檢驗所，河北 秦皇島 066000）

在集裝箱的運輸車中，進行起重自裝卸機構的力學研究有助于了解其特性。本文分析了起重自裝卸集裝箱運輸車力學性能，討論建立虛擬樣機模型的方式和環節，提出了起重自裝卸集裝箱運輸車整車裝卸性能的優化方案。

集裝箱運輸車；起重結構；力學性能；優化設計

1 起重自裝卸集裝箱運輸車力學性能

從我國目前的情況來看，起重自裝卸集裝箱運輸車一般采用的是鋼板彈簧這一部件來形成的懸架系統，這一部件具有彈性的特點。這一懸架系統有許多優點，一是體積比較小，二是質量也相對較小，三是減震的效果良好，四是使用起來也相對較舒適。相對油氣彈簧來說，油氣彈簧其在實際的應用中存在一些不足，一是密封度要求較高，同時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的成本方面需求較高。另外，從側面吊的工作模式來看，除了進行轉運的工作外，還需要進行裝卸作業，所以在側面吊的設計中，工作人員一般會采用鋼板彈簧懸架。在起重自裝卸集裝箱運輸車的懸架中，這一鋼板彈簧在應用上更為廣泛。這一部件的組成是由多個合金彈簧片共同組建的，要求其寬度相等，長度根據實際情況不等，形成組合排列，從而構成一根具有可應用性的等強度彈性梁。這一部件的好處在于結構相對簡單，另外維護比較方便，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，還能夠承受側向力和縱向力等。

2 建立運輸車虛擬樣機模型的方式和環節

首先，要進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。這一方法有很多優勢，主要體現在這一方法能夠詳細而且準確的對鋼板彈簧的應力以及剛度進行模擬。同時，這一方法也能應用在復合剛度和漸變剛度的板簧上。但是需要說明的是這一建模方法也有不足。一是模型過于詳細和復雜，二是耗費的時間較長，三是建模的結果計算也不容易把握。所以，采用這一方法時需要進行實際的考查，一般在鋼板彈簧自身獨立仿真時進行使用或者驗證簡化模型時使用。

第二，要進行離散梁的建模工作。采用這一方法能夠良好的應用在整車的仿真計算中。這一離散梁的建模在某些方面和有限元建模的環節存在相似的地方。其具體原理是把每片鋼板彈簧進行細小的劃分，然后保證相鄰的板簧片之間可以產生變形的摩擦力。相對于有限元的建模方法，離散梁建模方法有一些優勢。具體表現在采用這一建模方法能夠減少模型中各個單元的數量以及其自由度，并且還能夠保證各個單元的質量不會相互干擾。這從側面吊來說是很有優勢的，因為牽引頭以及半掛車存在的板簧數量較多，如果建模時能夠將每個鋼板彈簧進行整合而形成整車模型時，那么整個單元的組合優勢是非常明顯的。

3 起重自裝卸集裝箱運輸車整車裝卸性能的優化方案

第一，要優化上臂與下臂的油缸所受的負載。采用ADAMS軟件能夠進行仿真計算，從而得出前部和后部起重裝置的上臂與下臂油缸所受負載。

通過仿真計算，可以得出這樣的結論：當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，在純剛體狀態下上下臂的油缸所受負載的程度大致相同，這樣說明模型時比較可靠的。不過其不同之處也表現在兩個方面。首先，在進行整車仿真

計算時，上下臂油缸的最大受力值更大，比單獨仿真數值大了許多，這是因為彈性體能夠改變吊點的位置，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增大。其次，在起吊的過程中，整車進行仿真計算時下臂油缸的位置在緩慢增大，這是因為加入了底盤的模型后，起吊時將吊頭的力傳導到了地面，不過彈性體加強了油缸的震蕩。

第二，要優化支腿油缸的受力負載。在一般情況下，側面吊的支腿包含了兩個油缸，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支腿跨距進行調整，以便能夠適應在不同工況下順利進行裝卸作業。伸縮油缸的位置在支腿伸縮油缸的內部，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。在進行裝卸作業的過程中，要保證支腿完全打開后，這樣才能讓上下臂油缸進行作業。在進行裝卸作業時，因為支腿油缸是被液壓鎖鎖住的，所以其性質上來看是剛性桿，這時使用ADMAS軟件進行整車的仿真計算時，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，在進行裝卸的過程中，支腿變幅的油缸在受力方面其受力負載大大的超過了支腿伸縮油缸的受力負載，當吊點運動運行到了水平上的最遠點時，兩個油缸在受力負載上達到最大值，通過觀察上圖還可以發現變幅油缸的受力值比伸縮油缸的受力值高出兩倍左右。在進行裝卸作業的過程中，其初始階段中后起重裝置的支腿受力負載很明顯的要大于前起重裝置的支腿受力負載，而在進行裝卸作業的后期，前、后的起重裝置支腿受力負載沒有特別明顯的差距。從上面的曲線圖可以看出，在進行裝卸作業的前期階段，當吊點在底盤的上方進行運動時，其車橋和輪胎會承受一部分的起重力，從空間位置上來看，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載的值更大，前起重裝置的支腿受力負載相對較小。如果在大幅度的作業工況中，在進行裝卸作業的后期階段，吊點與整車的縱向中心線距離較遠，此時支腿會承受大部分的起重力，因此在這個時候支腿受力負載的值達到最大，而前、后起重裝置在受力負載上大約是相等的。