起重自装卸集装箱运输车力学分析及优化设计
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— 26 —
GB/T17119 -1997 idt ISO5048∶1989 — 《连续搬运设 备 带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计 算》 。 国外 带 式输 送 机设 计标 准 有美 国 的 CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association) 标 准[ 4] , 德国的 DIN 标准等 。CEMA 标准的设计计算
条件为
K
c
= G
Go xp
B 2
+m
-B2 -m
≥1.4
(6)
《 起重运输机械》 2006 (4)
4 起重吊臂优化设计
4.1 目标函数
衡量截面参数的重要指标是其自身的质量 , 以
吊臂质量为目标函数 , 有
n
n
∑ ∑ F (X) = Wi(X)= ρ0 Ai(X)· li
i =1
i =1
式中 Wi (X) ———第 i 节臂的可变质量 点
只能在工作区域内移动 , 才能使集装箱顺利装卸 。
图 3 P 点工作区域
3 集装箱起重装卸机构稳定性分析
起重自装卸集装箱运输车在起重装卸时 , 必须 保证避免发生侧向倾翻现象 。装卸集装箱时 , P 点 偏于 Q 点右侧时 , 易发 生倾翻现象 , 此时产 生的 倾翻力矩
条件计算的安全系数
— 25 —
(3)整体稳定性约束条件 根据 《起重机设计 规范》 GB3811 -1983 规定 , 对 于承受有轴向 力及
绕强轴弱轴的双向弯矩与横向受力的构件 , 除用一
般强度公式验算外 , 还需要验算其整体稳定性 。 吊
臂的整体稳定性约束为
g(3+2n)+1 (X) =n1 -1.33
(11)
式中 n1 ———由整体稳定性算得的安全系数 (4)几何约束 所有的设计变量根据实际经验
可给出初始给定域 , 有
αi ≤xi ≤bi
Gi (x) =xi -αi ≥0
G′i (x) =bi -xi ≥0
(12)
寻求最佳方案 X ＊ = (x1＊i x2＊i …x5＊i ), 使目标函
Ai (X) ———第 i 节臂的轴向截面面积
li ———第 i 节臂的长度
n ———吊臂的节数
ρo ———材料的密度
4.2 设计变量
(7)
根据使用要求及所选材料 , 式 (7)中 ρo 及 li 即可确定 , 可变参数为各节臂的截面面积 , 当截面
结构选为矩形断面箱形结构时 , 设计变量为
起重自装卸集装箱车辆最适于没有起重设施的 场所运送集装箱或大件物品 。 通过车上自备的起重 设备 , 将集装箱吊装在车上 , 运送到目的地后 , 再 用自备起重设备将其卸下 。本文就这种集装箱车辆 的起重装卸装置的力学特征及优化设计问题进行了 分析和研究 。
2 集装箱起重装卸机构力学分析
2.1 建立坐标方程 图 1 为起重自装卸机构结构原理图 , 该机构主
版社 , 1992
作 者 :乔维高 地 址 :湖北武汉理工大学东院 102 信箱 邮 编 :430070
大型带式输送机系统设计
华北电力大学 董大仟 何 青 杜冬梅 中国华电工程 (集团)有限公司 刘天军 华北电力大学 贾兰辉
摘 要 :分析比较了 ISO 标准与 CEMA 标准的技术差异 , 并采用 CEMA 标准对某大型带式输送机进行了设 计 分析 , 给出了主要设计参数及计算方法 。
《 起重运输机械》 2006 (4)
近年来 , 长距离 、 大运量 、 多驱动的大型带式 输送机是主要的发展趋势 , 其在国内电力 、 矿山 、 煤炭 、 港口等行业得到广泛应用 。 国内带式输送机 设计机型经历了从 TD75 型[ 1] 到 DT Ⅱ型[ 2] 再到 DT Ⅱ (A)型[ 3] 的 过程 , 这些 机型 均执 行国 家标 准
要由伸缩支腿 1 、 举升液压缸 2 、 上吊臂 3 、 下吊臂 4 、 主支腿 5 、 变幅液压缸 6 、 支腿液压缸 7 、 车架 8 等组成 。建立图 2 所示的直角坐标系
— 24 —
图 1 起重装卸机构结构图 1.伸缩支腿 2.举升液压缸 3 .上吊臂 4 .下吊臂 5.主支腿 6.变幅液压缸 7.支腿液压 缸 8 .车架
图 2 起重装卸运动坐标系
P 点坐标为 xp =xM +asinβ =a2 -acosα+asinβ y p =yM +acosβ =ho +a sinα+acosβ (1)
则任意时刻 P 点的 x 和 y 方向速度
《 起重运输机械》 2006 (4)
﹒x p =asin α·﹒α+αcosβ·﹒β ﹒y p =acosα·﹒α-αsin β·﹒β
设计·计算
起重自装卸集装箱运输车 力学分析及优化设计
武汉理工大学汽车工程学院 乔维高 张 雄
摘 要 :对集装箱运输车起重自装卸机构的力学特性进行 了分析讨论 , 得出装卸过 程中起重 机构的工作 特
性 、 工作区域 和保证车辆侧向稳定性的条件 。 对起重吊臂机构进行了优化设计 , 建立了起重 吊臂优化 设计程序 , 为工程应用和进一步研究提供了依据 。
列值 , 大大简化设计变量 , 有利于优化计算速度 。
4.3 约束条件 (1)刚度约束条件 吊臂起吊重物时 , 吊臂端
部变形较大 , 对吊臂的端部位移要加以限制 , 约束
条件为
g1 (X) = [ ∫] 1 -f max1 ≥0 g2 (X) = [ ∫] 2 -f max2 ≥0
(9)
式中 [ ∫] 1 、 [ ∫] 2 ———吊臂分别在变幅平面及 旋转平面内的允许位移
1 前言
随着汽车运输业的兴旺发达 , 高质量高效率的 集装箱运输也得以迅猛发展 , 集装箱运输正逐步走 向专业化 。目前 , 在集装箱专用港口 、 货场等存放 地点将集装箱吊运到车辆上的作业一般由集装箱装 卸桥 、 跨运车和集装箱叉铲完成 , 而集装箱运输车 辆只担负运输功能 。 如果在集装箱运输车上安装起 重运输机械 , 构成自装卸式集装箱运输车 , 则此类 车辆就具备了自装卸和运输双重功能 。
行计算 , 是优化程序中的核心子程序 。 复合形法的
主程序下属许多子程序 , 各程序都采用结构化 、 模
块化的形式 , 以文件存取形式进行传递及交换 , 程 序中设有多个输出出口 , 可存取各种性能参数数据 文件 。 程序 中具 有 30 %以 上 的注 释 , 可 读性 强 , 模块化程序可移植到其他程序中 , 还可根据实际需 要修改程序及初始数据文件 , 改变计算工况 , 并配 有数据处理原程序 , 可得到单变量对应主要性能参 数的影响线 , 为工程实际方案设计提供重要依据 。
关键词 :大型带式输送机 ;ISO 标准 ;CEMA 标准 ;设计 Abstract :Based on comparing the difference between ISO and CEMA standards, this paper introduces the way to analyze the design of large -scale belt conveyor by CEMA standard and offers the main design parameters and calculation method. Keywords:large -scale belt conveyor ;ISO standard ;CEMA standard ;design
M1 =G xp -B2 -m
由车辆自重 Go 产生的恢复力矩
M2 =Go
B 2
+m
则其起重稳定性系数
(3) (4)
K
c
=M2 M1
= G
Go xp
B 2
+m
-B2 -m
(5)
稳定性系数 K c 表明起重自装卸机构装卸时可 能发生倾翻现象的程度 。 一般情况下 , 为保证起重
稳定性 , 要求其稳定性系数在 1.4 以上 。 则其稳定
关键词 :集装箱运输车 ;起重机构 ;稳定性 ;优化设计 Abstract :This paper analyzes the mechanics characteristics of structure for container vehicle with crane and find out its operating characteristics of hoist mechanism, running area and lateral stability conditions.It also performs optimal design of hoist mechanism and provides basis for application and research on it. Keywords:container vehicle ;hoist mechanism ;stability ;optimal design.
数取极值 , F (X ＊) ※min , 且满足约束条件
gi (X ＊) ≥0 Gi (X ＊) ≥0 (13)
4.4 优化设计程序实现
选用复合形法进行优化计算 , 主要进行各种性
能约束函数计算 , 本文针对箱形吊臂用有限元分析
法 , 建立了吊臂变幅平面及旋转平面的 2 个平面梁 结构有限元程序 , 可对吊臂所有的性能约束函数进
5 结束语
起重自装卸集装箱运输车是一种新型的集装箱 车辆 , 它的最大特点是由于其应用的灵活性而适合 于各种具有不同装卸能力的场所 , 更适合于无装卸 能力场所或野外作业 。 它的设计和研制有待进一步 改进和完善 。
参 考 文 献 1 乔维高 .集装箱运输汽车起重自装卸机构 运动学动力 学
探讨 .专用汽车 , 1993 (4) 2 何光里主编 .汽车运用工程师手册 .北 京 :人民交通 出
f max1 、 f max2 ———吊臂分别在变幅平面及旋转 平面内的最大位移
(2)局部稳定性约束条件 根据实际安全系数
结果分析及使用情况 , 吊臂下盖板及侧板都存在失
稳的可能性 , 局部稳定性约束为
g3+j (X) =nj -1.25 ≥0 (j =1 , 2 , …, n)
(10) 式中 nj ———由各节臂下盖板及侧板的局部稳定性
X = (x1ix2i …x5i)(i =1 , 2 , …n) (8)
式中 x1i , x2i , x3i , x4i , x5i ———各吊臂截面长 、 宽、 高、 上 下
盖板 及 侧 板 厚
度
n ———吊臂节数
在实际设计中 , 可预先将各节臂同类尺寸处理
为有定常数关系项 、 各板厚度相同并取板材标准系
(2)
2.2 P 点工作区域
在集装箱装卸过程中 , 由于液压控制系统本身
的特征 , 装卸路线 P 点存在一个装卸工作区域 。 已
知 2 液压缸的最大升程时长为 l1max和 l 2max , 由于 l2
最大升程 P 点所形成的圆弧轨迹及保证集装箱顺
利装卸时的 P 点最低界限所形成的 P 点工作区域如
GB/T17119 -1997 idt ISO5048∶1989 — 《连续搬运设 备 带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计 算》 。 国外 带 式输 送 机设 计标 准 有美 国 的 CEMA (Conveyor Equipment Manufacturers Association) 标 准[ 4] , 德国的 DIN 标准等 。CEMA 标准的设计计算
条件为
K
c
= G
Go xp
B 2
+m
-B2 -m
≥1.4
(6)
《 起重运输机械》 2006 (4)
4 起重吊臂优化设计
4.1 目标函数
衡量截面参数的重要指标是其自身的质量 , 以
吊臂质量为目标函数 , 有
n
n
∑ ∑ F (X) = Wi(X)= ρ0 Ai(X)· li
i =1
i =1
式中 Wi (X) ———第 i 节臂的可变质量 点
只能在工作区域内移动 , 才能使集装箱顺利装卸 。
图 3 P 点工作区域
3 集装箱起重装卸机构稳定性分析
起重自装卸集装箱运输车在起重装卸时 , 必须 保证避免发生侧向倾翻现象 。装卸集装箱时 , P 点 偏于 Q 点右侧时 , 易发 生倾翻现象 , 此时产 生的 倾翻力矩
条件计算的安全系数
— 25 —
(3)整体稳定性约束条件 根据 《起重机设计 规范》 GB3811 -1983 规定 , 对 于承受有轴向 力及
绕强轴弱轴的双向弯矩与横向受力的构件 , 除用一
般强度公式验算外 , 还需要验算其整体稳定性 。 吊
臂的整体稳定性约束为
g(3+2n)+1 (X) =n1 -1.33
(11)
式中 n1 ———由整体稳定性算得的安全系数 (4)几何约束 所有的设计变量根据实际经验
可给出初始给定域 , 有
αi ≤xi ≤bi
Gi (x) =xi -αi ≥0
G′i (x) =bi -xi ≥0
(12)
寻求最佳方案 X ＊ = (x1＊i x2＊i …x5＊i ), 使目标函
Ai (X) ———第 i 节臂的轴向截面面积
li ———第 i 节臂的长度
n ———吊臂的节数
ρo ———材料的密度
4.2 设计变量
(7)
根据使用要求及所选材料 , 式 (7)中 ρo 及 li 即可确定 , 可变参数为各节臂的截面面积 , 当截面
结构选为矩形断面箱形结构时 , 设计变量为
起重自装卸集装箱车辆最适于没有起重设施的 场所运送集装箱或大件物品 。 通过车上自备的起重 设备 , 将集装箱吊装在车上 , 运送到目的地后 , 再 用自备起重设备将其卸下 。本文就这种集装箱车辆 的起重装卸装置的力学特征及优化设计问题进行了 分析和研究 。
2 集装箱起重装卸机构力学分析
2.1 建立坐标方程 图 1 为起重自装卸机构结构原理图 , 该机构主
版社 , 1992
作 者 :乔维高 地 址 :湖北武汉理工大学东院 102 信箱 邮 编 :430070
大型带式输送机系统设计
华北电力大学 董大仟 何 青 杜冬梅 中国华电工程 (集团)有限公司 刘天军 华北电力大学 贾兰辉
摘 要 :分析比较了 ISO 标准与 CEMA 标准的技术差异 , 并采用 CEMA 标准对某大型带式输送机进行了设 计 分析 , 给出了主要设计参数及计算方法 。
《 起重运输机械》 2006 (4)
近年来 , 长距离 、 大运量 、 多驱动的大型带式 输送机是主要的发展趋势 , 其在国内电力 、 矿山 、 煤炭 、 港口等行业得到广泛应用 。 国内带式输送机 设计机型经历了从 TD75 型[ 1] 到 DT Ⅱ型[ 2] 再到 DT Ⅱ (A)型[ 3] 的 过程 , 这些 机型 均执 行国 家标 准
要由伸缩支腿 1 、 举升液压缸 2 、 上吊臂 3 、 下吊臂 4 、 主支腿 5 、 变幅液压缸 6 、 支腿液压缸 7 、 车架 8 等组成 。建立图 2 所示的直角坐标系
— 24 —
图 1 起重装卸机构结构图 1.伸缩支腿 2.举升液压缸 3 .上吊臂 4 .下吊臂 5.主支腿 6.变幅液压缸 7.支腿液压 缸 8 .车架
图 2 起重装卸运动坐标系
P 点坐标为 xp =xM +asinβ =a2 -acosα+asinβ y p =yM +acosβ =ho +a sinα+acosβ (1)
则任意时刻 P 点的 x 和 y 方向速度
《 起重运输机械》 2006 (4)
﹒x p =asin α·﹒α+αcosβ·﹒β ﹒y p =acosα·﹒α-αsin β·﹒β
设计·计算
起重自装卸集装箱运输车 力学分析及优化设计
武汉理工大学汽车工程学院 乔维高 张 雄
摘 要 :对集装箱运输车起重自装卸机构的力学特性进行 了分析讨论 , 得出装卸过 程中起重 机构的工作 特
性 、 工作区域 和保证车辆侧向稳定性的条件 。 对起重吊臂机构进行了优化设计 , 建立了起重 吊臂优化 设计程序 , 为工程应用和进一步研究提供了依据 。
列值 , 大大简化设计变量 , 有利于优化计算速度 。
4.3 约束条件 (1)刚度约束条件 吊臂起吊重物时 , 吊臂端
部变形较大 , 对吊臂的端部位移要加以限制 , 约束
条件为
g1 (X) = [ ∫] 1 -f max1 ≥0 g2 (X) = [ ∫] 2 -f max2 ≥0
(9)
式中 [ ∫] 1 、 [ ∫] 2 ———吊臂分别在变幅平面及 旋转平面内的允许位移
1 前言
随着汽车运输业的兴旺发达 , 高质量高效率的 集装箱运输也得以迅猛发展 , 集装箱运输正逐步走 向专业化 。目前 , 在集装箱专用港口 、 货场等存放 地点将集装箱吊运到车辆上的作业一般由集装箱装 卸桥 、 跨运车和集装箱叉铲完成 , 而集装箱运输车 辆只担负运输功能 。 如果在集装箱运输车上安装起 重运输机械 , 构成自装卸式集装箱运输车 , 则此类 车辆就具备了自装卸和运输双重功能 。
行计算 , 是优化程序中的核心子程序 。 复合形法的
主程序下属许多子程序 , 各程序都采用结构化 、 模
块化的形式 , 以文件存取形式进行传递及交换 , 程 序中设有多个输出出口 , 可存取各种性能参数数据 文件 。 程序 中具 有 30 %以 上 的注 释 , 可 读性 强 , 模块化程序可移植到其他程序中 , 还可根据实际需 要修改程序及初始数据文件 , 改变计算工况 , 并配 有数据处理原程序 , 可得到单变量对应主要性能参 数的影响线 , 为工程实际方案设计提供重要依据 。
关键词 :大型带式输送机 ;ISO 标准 ;CEMA 标准 ;设计 Abstract :Based on comparing the difference between ISO and CEMA standards, this paper introduces the way to analyze the design of large -scale belt conveyor by CEMA standard and offers the main design parameters and calculation method. Keywords:large -scale belt conveyor ;ISO standard ;CEMA standard ;design
M1 =G xp -B2 -m
由车辆自重 Go 产生的恢复力矩
M2 =Go
B 2
+m
则其起重稳定性系数
(3) (4)
K
c
=M2 M1
= G
Go xp
B 2
+m
-B2 -m
(5)
稳定性系数 K c 表明起重自装卸机构装卸时可 能发生倾翻现象的程度 。 一般情况下 , 为保证起重
稳定性 , 要求其稳定性系数在 1.4 以上 。 则其稳定
关键词 :集装箱运输车 ;起重机构 ;稳定性 ;优化设计 Abstract :This paper analyzes the mechanics characteristics of structure for container vehicle with crane and find out its operating characteristics of hoist mechanism, running area and lateral stability conditions.It also performs optimal design of hoist mechanism and provides basis for application and research on it. Keywords:container vehicle ;hoist mechanism ;stability ;optimal design.
数取极值 , F (X ＊) ※min , 且满足约束条件
gi (X ＊) ≥0 Gi (X ＊) ≥0 (13)
4.4 优化设计程序实现
选用复合形法进行优化计算 , 主要进行各种性
能约束函数计算 , 本文针对箱形吊臂用有限元分析
法 , 建立了吊臂变幅平面及旋转平面的 2 个平面梁 结构有限元程序 , 可对吊臂所有的性能约束函数进
5 结束语
起重自装卸集装箱运输车是一种新型的集装箱 车辆 , 它的最大特点是由于其应用的灵活性而适合 于各种具有不同装卸能力的场所 , 更适合于无装卸 能力场所或野外作业 。 它的设计和研制有待进一步 改进和完善 。
参 考 文 献 1 乔维高 .集装箱运输汽车起重自装卸机构 运动学动力 学
探讨 .专用汽车 , 1993 (4) 2 何光里主编 .汽车运用工程师手册 .北 京 :人民交通 出
f max1 、 f max2 ———吊臂分别在变幅平面及旋转 平面内的最大位移
(2)局部稳定性约束条件 根据实际安全系数
结果分析及使用情况 , 吊臂下盖板及侧板都存在失
稳的可能性 , 局部稳定性约束为
g3+j (X) =nj -1.25 ≥0 (j =1 , 2 , …, n)
(10) 式中 nj ———由各节臂下盖板及侧板的局部稳定性
X = (x1ix2i …x5i)(i =1 , 2 , …n) (8)
式中 x1i , x2i , x3i , x4i , x5i ———各吊臂截面长 、 宽、 高、 上 下
盖板 及 侧 板 厚
度
n ———吊臂节数
在实际设计中 , 可预先将各节臂同类尺寸处理
为有定常数关系项 、 各板厚度相同并取板材标准系
(2)
2.2 P 点工作区域
在集装箱装卸过程中 , 由于液压控制系统本身
的特征 , 装卸路线 P 点存在一个装卸工作区域 。 已
知 2 液压缸的最大升程时长为 l1max和 l 2max , 由于 l2
最大升程 P 点所形成的圆弧轨迹及保证集装箱顺
利装卸时的 P 点最低界限所形成的 P 点工作区域如