全地形集裝箱正面吊運機工作狀態(tài)穩(wěn)定性分析計算

王 勇，王 丹，劉 柯

（32181部隊，西安 710032）

0 引言

集裝箱運輸物資是國際范圍內(nèi)廣泛采用的方法之一，集裝箱正面吊運機是一種具有較高靈活性的集裝箱堆碼和搬運機械，其結(jié)構(gòu)特點是在自行輪胎底盤上裝有可伸縮、俯仰的臂架，配備有能伸縮和旋轉(zhuǎn)的專用吊具，能在整車荷載并行進中進行臂架伸縮、俯仰和吊具回轉(zhuǎn)。但對于特殊用途的野外環(huán)境條件下和無道路條件下的集裝箱進行裝卸搬運碼垛作業(yè)，使用普通集裝箱正面吊運機無法滿足要求，就需要使用全地形集裝箱正面吊運機，相比普通型而言，全地形的使用范圍更廣，對各種路面的適應性更強。

由于全地形集裝箱正面吊運機依靠伸縮臂吊具[1-2]完成集裝箱的裝卸搬運，加之使用場合路面的不平整性，在車輛進行上坡、下坡行駛時，車輛重心過高、過前，易發(fā)生前翻。車輛在橫坡行駛時，車輛重心過高、過偏，易發(fā)生橫翻。因此，整機在伸縮吊具工作狀態(tài)的穩(wěn)定性尤為重要，設計階段對工作狀態(tài)的整機穩(wěn)定性進行分析優(yōu)化，有利于更好地設計出滿足設備實際作業(yè)工況安全操作[3-4]要求的合格產(chǎn)品。

工作狀態(tài)穩(wěn)定性是指吊運機在自重及外載荷作用下抵抗傾覆的能力，全地形集裝箱正面吊運機在不同幅度可以吊運不同重量的集裝箱，不論工作幅度如何，吊運機的穩(wěn)定性安全系數(shù)都要始終滿足要求，保證設備在整個工作過程中不會發(fā)生傾翻事故。本文對全地形集裝箱正面吊運機工作狀態(tài)縱向、橫向穩(wěn)定性進行了一一對應的分析計算，分別對吊運機的縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性進行驗證，滿足設計需求。

1 縱向穩(wěn)定性

吊運機工作狀態(tài)的縱向穩(wěn)定性[5-7]按滿載堆垛和滿載行駛兩種工況確定安全系數(shù)，由相應的標準確定具體數(shù)值，不超過安全系數(shù)（平臺傾斜坡度）為合格。

1.1 滿載堆垛的平臺傾斜坡度為6%（3.4°）

滿載堆垛情況時起吊集裝箱，集裝箱距離輪邊345 mm，最大起升高度7 609 mm，利用三維分析軟件，計算出整車滿載堆垛狀態(tài)時重心位置坐標，具體計算結(jié)果如圖1所示。

圖1 滿載堆垛坡度6%計算重心坐標圖

根據(jù)圖中重心位置坐標計算出重心傾斜角度，滿載堆垛情況下吊運機的縱向穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：

因此，全地形集裝箱正面吊運機在滿載堆垛時，縱向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

1.2 滿載行駛的平臺傾斜坡度為22%（12.4°）

滿載行駛情況時起吊集裝箱，貨物底面起升到離地面3 000 mm，臂長8.45 m，臂架仰角29°，利用三維分析軟件，計算出整車滿載行駛狀態(tài)時重心位置坐標，具體計算結(jié)果如圖2所示。

圖2 滿載行駛坡度22%計算重心坐標圖

根據(jù)圖中重心位置坐標計算出重心傾斜角度，滿載行駛情況下吊運機的縱向穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：

因此，全地形集裝箱正面吊運機在滿載行駛時，縱向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

全地形集裝箱正面吊運機在滿載堆垛和滿載行駛兩種工況下，縱向穩(wěn)定性安全系數(shù)均符合要求。

2 橫向穩(wěn)定性

吊運機工作狀態(tài)的橫向穩(wěn)定性[5-7]按滿載堆垛、空載行駛和滿載行駛3種工況確定安全系數(shù)，由相應的標準確定具體數(shù)值，不超過安全系數(shù)（平臺傾斜坡度）為合格。

2.1 滿載堆垛的平臺傾斜坡度為10%（5.7°）

2.1.1 重心居中

滿載堆垛情況時起吊集裝箱，集裝箱距離輪邊345 mm，最大起升高度7 609 mm，滿載集裝箱及吊具重心位置居中，利用三維分析軟件，計算出整車滿載堆垛重心居中狀態(tài)時重心位置坐標，具體計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 滿載堆垛坡度10%計算重心居中坐標圖

2.1.2 重心合計左移1 000 mm

滿載堆垛情況時起吊集裝箱，集裝箱距離輪邊345 mm，最大起升高度7 609 mm，集裝箱貨物重心左側(cè)移600 mm，吊具左移400 mm，整車滿載集裝箱及吊具重心位置合計左移1 000 mm，整車投影圖如圖4所示，利用三維分析軟件，計算出整車滿載堆垛重心左移1 000 mm狀態(tài)時重心位置坐標。

根據(jù)圖中重心左移1 000 mm位置坐標計算出重心傾斜角度，滿載堆垛情況下吊運機的橫向穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：

圖4 滿載堆垛坡度10%計算重心合計左移1 000 mm坐標圖

因此，全地形集裝箱正面吊運機在滿載堆垛重心合計左移1 000 mm時橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

2.2 空載行駛的平臺傾斜坡度為45%（24.2°）

利用三維分析軟件，計算出全地形集裝箱正面吊運機空載行駛狀態(tài)時重心位置坐標，具體計算結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖中重心位置坐標計算出重心傾斜角度，空載行駛情況下吊運機的橫向穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：

因此，全地形集裝箱正面吊運機在空載行駛時橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

2.3 空載堆垛的平臺傾斜坡度為12%（6.9°）

全地形集裝箱正面吊運機空載情況時，集裝箱距離輪邊345 mm最大起升高度7 609 mm，空載集裝箱及吊具重心位置居中，利用三維分析軟件，計算出整車空載堆垛重心居中狀態(tài)時重心位置坐標，具體計算結(jié)果如圖6所示。根據(jù)圖中重心位置坐標計算出重心傾斜角度，空載堆垛情況下吊運機的橫向穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：

圖5 空載行駛坡度45%計算重心坐標圖

圖6 空載堆垛坡度12%計算重心坐標圖

tgθ=

因此，全地形集裝箱正面吊運機空載堆垛時橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

全地形集裝箱正面吊運機在滿載堆垛、空載行駛和滿載行駛3種工況下，橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)均符合要求。

3 計算結(jié)果與實際檢測結(jié)果比較

上述全地形集裝箱正面吊運機縱向、橫向作業(yè)工況穩(wěn)定性分析計算的目的，是考核設備能否滿足縱向、橫向極限作業(yè)工況下穩(wěn)定性要求及安全系數(shù)要求。

根據(jù)上述要求，全地形集裝箱正面吊運機的樣車在國家工程機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，按相關標準進行了整車縱向、橫向作業(yè)工況穩(wěn)定性測試，如表1所示。

表1 作業(yè)工況穩(wěn)定性測試結(jié)果

從表中可知：全地形集裝箱正面吊運機的縱向、橫向穩(wěn)定性在6%縱向堆垛、22%縱向運行、10%橫向堆垛(載荷偏載100 mm)、45%橫向運行、12%空載堆垛這5種工況下全部符合設計要求。

4 結(jié)束語

本文通過對全地形集裝箱正面吊運機的工作狀態(tài)進行縱向、橫向穩(wěn)定性分析計算和優(yōu)化校核，可以看出吊運機的整體設計，充分考慮了各種作業(yè)工況的穩(wěn)定性安全系數(shù)[8]，對樣車實際作業(yè)工況縱向、橫向穩(wěn)定性測試結(jié)果進行驗證表明：全地形集裝箱正面吊運機穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設計滿足使用要求，具有良好的穩(wěn)定性和安全性。