港口機(jī)械機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)初探

陳承俊

摘 要：加入世界貿(mào)易組織以后，我國(guó)與國(guó)際間的交流越發(fā)密切，使我國(guó)的對(duì)外進(jìn)出口貿(mào)易額呈現(xiàn)出逐年增加的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)的綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具有重要的推動(dòng)作用。而港口是國(guó)內(nèi)進(jìn)出口貿(mào)易的重要渠道，因此港口機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性直接影響著對(duì)外進(jìn)出口能力。本文對(duì)港口機(jī)械穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出一些提高港口機(jī)械穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法，以期最大限度的提高我國(guó)機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性與進(jìn)出口能力。

關(guān)鍵詞：港口；機(jī)械穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)；影響因素

目前大部分港口機(jī)械主要包括起重機(jī)、岸橋、卸船機(jī)、裝船機(jī)、堆取料機(jī)等，這些大型機(jī)械設(shè)備具有一定的特殊性，對(duì)港口的運(yùn)載能力有著至關(guān)重要的作用，并且，隨著電氣化自動(dòng)化與智能化時(shí)代的到來，進(jìn)一步改善了機(jī)械設(shè)備的自控能力，提高了機(jī)械設(shè)備的工作效率。

一、港口機(jī)械設(shè)備的特性

首先，科技的進(jìn)步與發(fā)展，為自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用到港口機(jī)械設(shè)備中創(chuàng)造了條件，增強(qiáng)了港口機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化程度，為滿足生產(chǎn)需求提供了良好的機(jī)械設(shè)備保障；其次，現(xiàn)代的科技更新速度快。新的裝備技術(shù)不斷代替老舊設(shè)備，使機(jī)械設(shè)備的工作效率以及功能更加強(qiáng)大；最后，使用環(huán)境多變。港口機(jī)械設(shè)備大多為露天作業(yè)，隨著港口對(duì)外貿(mào)易貨品種類不斷增多，其作業(yè)環(huán)境發(fā)生了改變，對(duì)設(shè)備的耐酸、耐堿性和耐壓、耐撞性都提出了不同的要求。

二、港口機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響因素分析

（一）工況因素分析。工況因素主要是指機(jī)械設(shè)備的環(huán)境因素，在進(jìn)行港口貨物裝卸時(shí)。機(jī)械設(shè)備會(huì)受到貨物種類、物理性質(zhì)以及化學(xué)性質(zhì)影響，包括對(duì)機(jī)械設(shè)備的載荷、化學(xué)腐蝕、以及電化學(xué)腐蝕、電磁等因素，影響機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性。總的來說，港口機(jī)械的載荷較大，且投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間長(zhǎng)，針對(duì)機(jī)械作用力的分析屬于常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容，運(yùn)載對(duì)象的區(qū)別決定了設(shè)備承受載荷的差異[1]。除此之外，還必須考慮港口機(jī)械設(shè)備的疲勞應(yīng)力，機(jī)械作用力分析必須針對(duì)具體設(shè)備，不同設(shè)備的力學(xué)性能與化學(xué)腐蝕抵抗性能具有較大差異，因此，工況對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性影響程度不同。

（二）管理因素。港口機(jī)械的設(shè)備管理工作，直接影響著設(shè)備的使用壽命以及工作效率，如果不能做好妥善的管理工作，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備提前老化，增加設(shè)備的故障率，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性越來越差。目前，港口機(jī)械管理規(guī)范正缺乏完善的設(shè)備維修、養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，使港口機(jī)械在長(zhǎng)期的使用生產(chǎn)中得不到正確的維修。另外，港口機(jī)械設(shè)備的維護(hù)管理人員的綜合水平不高，對(duì)設(shè)備維護(hù)意識(shí)較差，從而在機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作中存在諸多的安全隱患，影響港口機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（三）氣候因素分析。我國(guó)大部分港口機(jī)械設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)電氣化，而電子產(chǎn)品受空氣濕度、氣候環(huán)境的影響較大，不同的氣候環(huán)境對(duì)電子設(shè)備的影響程度存在差異性。例如空氣污染嚴(yán)重的地區(qū)會(huì)影響可視化設(shè)備的定位精度，氣壓因素會(huì)影響氣缸設(shè)備的傳動(dòng)，沿海港口地區(qū)的空氣濕度較大，且空氣中的鹽含量較高。港口地區(qū)的主要?dú)夂蛴绊懸蛩厥强諝鉂穸取囟纫约翱諝庵械柠}含量等，氣候因素的具體量化標(biāo)準(zhǔn)需要采集港口地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)，通過氣候數(shù)據(jù)定義影響因子。除此之外，部分內(nèi)陸港口的氣候影響因素與沿海地區(qū)存在差異，因此需要根據(jù)實(shí)際情況確定量化體系。

三、港口機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

（一）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的載荷仿真。在進(jìn)行港口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行載荷譜的確定，而常用的方法為實(shí)測(cè)法與仿真法。全部運(yùn)用實(shí)測(cè)法，需要投入大量的人力、物力、財(cái)力，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，顯然與實(shí)際情況不符，同時(shí)，這種方法的測(cè)量周期長(zhǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)的利用率不高；全部運(yùn)用仿真法又與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，仿真模型會(huì)與實(shí)物之間存在較大誤差，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不夠準(zhǔn)確。而現(xiàn)在提出的基于人工網(wǎng)絡(luò)的載荷仿真是對(duì)以上兩種方法的結(jié)合：首先對(duì)港口機(jī)械機(jī)構(gòu)危險(xiǎn)部位進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)出有效的應(yīng)力時(shí)間歷程，作為網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的載荷仿真模型；其次，把某一狀態(tài)下重量、幅度、結(jié)構(gòu)尺寸等因素，作為該網(wǎng)絡(luò)仿真模型的輸入，網(wǎng)絡(luò)就可以輸出相應(yīng)狀態(tài)的應(yīng)力時(shí)間歷程的仿真結(jié)果；最后，通過實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，并結(jié)合該設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)進(jìn)行評(píng)判，這樣既能減少實(shí)測(cè)工作量，又能提高仿真測(cè)量的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與隨機(jī)過程的處理打下較好的基礎(chǔ)。

（二）基于疲勞損傷累積理論與應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論可靠性校核。港口機(jī)械機(jī)構(gòu)的可靠性校核需要包括疲勞強(qiáng)度、靜強(qiáng)度可靠性校核，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)需要著重對(duì)這兩點(diǎn)進(jìn)行考慮，在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，需要保證機(jī)械穩(wěn)定程度滿足最不利的載荷組合工況，根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論用JC法進(jìn)行計(jì)算。

（三）基于反求工程及優(yōu)化方法的可靠性設(shè)計(jì)。在進(jìn)行箱型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)長(zhǎng)、寬、高以及壁厚，作為重要的參考數(shù)據(jù)，并在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，考慮工程結(jié)構(gòu)制造要求，可將方差限定為與尺寸均值成比例的一組不獨(dú)立變量，這樣實(shí)際的獨(dú)立變量仍為4個(gè)，同時(shí)又將方差考慮進(jìn)來，因此在具體求解時(shí)需借助優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。又因可靠度最大為1，它增大一點(diǎn)都會(huì)帶來結(jié)構(gòu)截面尺寸的大幅度增長(zhǎng)，所以一味追求可靠度最大并不一定是最合理的。為此本文提出以“可靠度/截面積”最大為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，這樣就避免了盲目追求可靠性而忽視經(jīng)濟(jì)性的問題。該提法可以叫作“經(jīng)濟(jì)可靠度”。

四、結(jié)語

港口機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系港口的直接經(jīng)濟(jì)效益，也影響著港口工作人員的人生安全，因此，在進(jìn)行港口機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作為重點(diǎn)研究對(duì)象，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)故障問題的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并針對(duì)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)設(shè)備的力學(xué)性能以及抗腐蝕性能進(jìn)行改善，進(jìn)一步提高港口工程質(zhì)量水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜萍，朱振民.港口機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2016（2）：

91-92.