港口機械機構(gòu)穩(wěn)定性設計初探

陳承俊

摘 要：加入世界貿(mào)易組織以后，我國與國際間的交流越發(fā)密切，使我國的對外進出口貿(mào)易額呈現(xiàn)出逐年增加的發(fā)展趨勢，對我國的綜合經(jīng)濟發(fā)展水平具有重要的推動作用。而港口是國內(nèi)進出口貿(mào)易的重要渠道，因此港口機械設備的穩(wěn)定性直接影響著對外進出口能力。本文對港口機械穩(wěn)定性影響因素進行了簡要分析，并提出一些提高港口機械穩(wěn)定性的設計方法，以期最大限度的提高我國機械設備的穩(wěn)定性與進出口能力。

關(guān)鍵詞：港口；機械穩(wěn)定性；設計；影響因素

目前大部分港口機械主要包括起重機、岸橋、卸船機、裝船機、堆取料機等，這些大型機械設備具有一定的特殊性，對港口的運載能力有著至關(guān)重要的作用，并且，隨著電氣化自動化與智能化時代的到來，進一步改善了機械設備的自控能力，提高了機械設備的工作效率。

一、港口機械設備的特性

首先，科技的進步與發(fā)展，為自動化設備應用到港口機械設備中創(chuàng)造了條件，增強了港口機械設備的自動化程度，為滿足生產(chǎn)需求提供了良好的機械設備保障；其次，現(xiàn)代的科技更新速度快。新的裝備技術(shù)不斷代替老舊設備，使機械設備的工作效率以及功能更加強大；最后，使用環(huán)境多變。港口機械設備大多為露天作業(yè)，隨著港口對外貿(mào)易貨品種類不斷增多，其作業(yè)環(huán)境發(fā)生了改變，對設備的耐酸、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械設備的環(huán)境因素，在進行港口貨物裝卸時。機械設備會受到貨物種類、物理性質(zhì)以及化學性質(zhì)影響，包括對機械設備的載荷、化學腐蝕、以及電化學腐蝕、電磁等因素，影響機械設備的穩(wěn)定性?？偟膩碚f，港口機械的載荷較大，且投入運營的時間長，針對機械作用力的分析屬于常規(guī)機械設計內(nèi)容，運載對象的區(qū)別決定了設備承受載荷的差異[1]。除此之外，還必須考慮港口機械設備的疲勞應力，機械作用力分析必須針對具體設備，不同設備的力學性能與化學腐蝕抵抗性能具有較大差異，因此，工況對設備的穩(wěn)定性影響程度不同。

（二）管理因素。港口機械的設備管理工作，直接影響著設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，可能會導致設備提前老化，增加設備的故障率，導致機械設備的穩(wěn)定性越來越差。目前，港口機械管理規(guī)范正缺乏完善的設備維修、養(yǎng)護標準，使港口機械在長期的使用生產(chǎn)中得不到正確的維修。另外，港口機械設備的維護管理人員的綜合水平不高，對設備維護意識較差，從而在機械設備的維護工作中存在諸多的安全隱患，影響港口機械設備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（三）氣候因素分析。我國大部分港口機械設備已經(jīng)實現(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)境對電子設備的影響程度存在差異性。例如空氣污染嚴重的地區(qū)會影響可視化設備的定位精度，氣壓因素會影響氣缸設備的傳動，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)的主要氣候影響因素是空氣濕度、溫度以及空氣中的鹽含量等，氣候因素的具體量化標準需要采集港口地區(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)實際情況確定量化體系。

三、港口機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計

（一）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的載荷仿真。在進行港口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計時，需要進行載荷譜的確定，而常用的方法為實測法與仿真法。全部運用實測法，需要投入大量的人力、物力、財力，造成嚴重的浪費，顯然與實際情況不符，同時，這種方法的測量周期長，對數(shù)據(jù)的利用率不高；全部運用仿真法又與現(xiàn)實脫節(jié)，仿真模型會與實物之間存在較大誤差，導致測試結(jié)果不夠準確。而現(xiàn)在提出的基于人工網(wǎng)絡的載荷仿真是對以上兩種方法的結(jié)合：首先對港口機械機構(gòu)危險部位進行實測，測出有效的應力時間歷程，作為網(wǎng)絡神經(jīng)的訓練標準，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡的載荷仿真模型；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)絡仿真模型的輸入，網(wǎng)絡就可以輸出相應狀態(tài)的應力時間歷程的仿真結(jié)果；最后，通過實測結(jié)果對仿真結(jié)果進行檢驗，并結(jié)合該設計領(lǐng)域?qū)＜抑R進行評判，這樣既能減少實測工作量，又能提高仿真測量的科學性與準確性，為數(shù)據(jù)統(tǒng)計與隨機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力強度干涉理論可靠性校核。港口機械機構(gòu)的可靠性校核需要包括疲勞強度、靜強度可靠性校核，在進行機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計時需要著重對這兩點進行考慮，在進行強度校核時，需要保證機械穩(wěn)定程度滿足最不利的載荷組合工況，根據(jù)應力強度干涉理論用JC法進行計算。

（三）基于反求工程及優(yōu)化方法的可靠性設計。在進行箱型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計時，需要對長、寬、高以及壁厚，作為重要的參考數(shù)據(jù)，并在進行設計時，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立變量，這樣實際的獨立變量仍為4個，同時又將方差考慮進來，因此在具體求解時需借助優(yōu)化設計的方法。又因可靠度最大為1，它增大一點都會帶來結(jié)構(gòu)截面尺寸的大幅度增長，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)化目標函數(shù)，這樣就避免了盲目追求可靠性而忽視經(jīng)濟性的問題。該提法可以叫作“經(jīng)濟可靠度”。

四、結(jié)語

港口機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接關(guān)系港口的直接經(jīng)濟效益，也影響著港口工作人員的人生安全，因此，在進行港口機械設計時，需要對設備的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性作為重點研究對象，對機械結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)故障問題的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，并針對設備運行的實際情況，對設備的力學性能以及抗腐蝕性能進行改善，進一步提高港口工程質(zhì)量水平。

參考文獻：

[1]姜萍，朱振民.港口機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設計[J].工業(yè)設計，2016（2）：

91-92.