全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)工作狀態(tài)穩(wěn)定性分析計(jì)算

王 勇，王 丹，劉 柯

（32181部隊(duì)，西安 710032）

0 引言

集裝箱運(yùn)輸物資是國(guó)際范圍內(nèi)廣泛采用的方法之一，集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)是一種具有較高靈活性的集裝箱堆碼和搬運(yùn)機(jī)械，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jìn)中進(jìn)行臂架伸縮、俯仰和吊具回轉(zhuǎn)。但對(duì)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(jìn)行裝卸搬運(yùn)碼垛作業(yè)，使用普通集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)無法滿足要求，就需要使用全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)，相比普通型而言，全地形的使用范圍更廣，對(duì)各種路面的適應(yīng)性更強(qiáng)。

由于全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)依靠伸縮臂吊具[1-2]完成集裝箱的裝卸搬運(yùn)，加之使用場(chǎng)合路面的不平整性，在車輛進(jìn)行上坡、下坡行駛時(shí)，車輛重心過高、過前，易發(fā)生前翻。車輛在橫坡行駛時(shí)，車輛重心過高、過偏，易發(fā)生橫翻。因此，整機(jī)在伸縮吊具工作狀態(tài)的穩(wěn)定性尤為重要，設(shè)計(jì)階段對(duì)工作狀態(tài)的整機(jī)穩(wěn)定性進(jìn)行分析優(yōu)化，有利于更好地設(shè)計(jì)出滿足設(shè)備實(shí)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(yùn)機(jī)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(yùn)機(jī)在不同幅度可以吊運(yùn)不同重量的集裝箱，不論工作幅度如何，吊運(yùn)機(jī)的穩(wěn)定性安全系數(shù)都要始終滿足要求，保證設(shè)備在整個(gè)工作過程中不會(huì)發(fā)生傾翻事故。本文對(duì)全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)工作狀態(tài)縱向、橫向穩(wěn)定性進(jìn)行了一一對(duì)應(yīng)的分析計(jì)算，分別對(duì)吊運(yùn)機(jī)的縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證，滿足設(shè)計(jì)需求。

1 縱向穩(wěn)定性

吊運(yùn)機(jī)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定具體數(shù)值，不超過安全系數(shù)（平臺(tái)傾斜坡度）為合格。

1.1 滿載堆垛的平臺(tái)傾斜坡度為6%（3.4°）

滿載堆垛情況時(shí)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(jì)算出整車滿載堆垛狀態(tài)時(shí)重心位置坐標(biāo)，具體計(jì)算結(jié)果如圖1所示。

圖1 滿載堆垛坡度6%計(jì)算重心坐標(biāo)圖

根據(jù)圖中重心位置坐標(biāo)計(jì)算出重心傾斜角度，滿載堆垛情況下吊運(yùn)機(jī)的縱向穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如下：

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

1.2 滿載行駛的平臺(tái)傾斜坡度為22%（12.4°）

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

圖2 滿載行駛坡度22%計(jì)算重心坐標(biāo)圖

根據(jù)圖中重心位置坐標(biāo)計(jì)算出重心傾斜角度，滿載行駛情況下吊運(yùn)機(jī)的縱向穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如下：

因此，全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)在滿載行駛時(shí)，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(yùn)機(jī)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(yùn)機(jī)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定具體數(shù)值，不超過安全系數(shù)（平臺(tái)傾斜坡度）為合格。

2.1 滿載堆垛的平臺(tái)傾斜坡度為10%（5.7°）

2.1.1 重心居中

滿載堆垛情況時(shí)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(jì)算出整車滿載堆垛重心居中狀態(tài)時(shí)重心位置坐標(biāo)，具體計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 滿載堆垛坡度10%計(jì)算重心居中坐標(biāo)圖

2.1.2 重心合計(jì)左移1 000 mm

滿載堆垛情況時(shí)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(jì)左移1 000 mm，整車投影圖如圖4所示，利用三維分析軟件，計(jì)算出整車滿載堆垛重心左移1 000 mm狀態(tài)時(shí)重心位置坐標(biāo)。

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

圖4 滿載堆垛坡度10%計(jì)算重心合計(jì)左移1 000 mm坐標(biāo)圖

因此，全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)在滿載堆垛重心合計(jì)左移1 000 mm時(shí)橫向穩(wěn)定性安全系數(shù)符合要求。

2.2 空載行駛的平臺(tái)傾斜坡度為45%（24.2°）

利用三維分析軟件，計(jì)算出全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)空載行駛狀態(tài)時(shí)重心位置坐標(biāo)，具體計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖中重心位置坐標(biāo)計(jì)算出重心傾斜角度，空載行駛情況下吊運(yùn)機(jī)的橫向穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如下：

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

2.3 空載堆垛的平臺(tái)傾斜坡度為12%（6.9°）

全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)空載情況時(shí)，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(jì)算出整車空載堆垛重心居中狀態(tài)時(shí)重心位置坐標(biāo)，具體計(jì)算結(jié)果如圖6所示。根據(jù)圖中重心位置坐標(biāo)計(jì)算出重心傾斜角度，空載堆垛情況下吊運(yùn)機(jī)的橫向穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如下：

圖5 空載行駛坡度45%計(jì)算重心坐標(biāo)圖

圖6 空載堆垛坡度12%計(jì)算重心坐標(biāo)圖

tgθ=

因此，全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)空載堆垛時(shí)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(yùn)機(jī)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(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)結(jié)果比較

上述全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)縱向、橫向作業(yè)工況穩(wěn)定性分析計(jì)算的目的，是考核設(shè)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(yùn)機(jī)的樣車在國(guó)家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整車縱向、橫向作業(yè)工況穩(wěn)定性測(cè)試，如表1所示。

表1 作業(yè)工況穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

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

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行縱向、橫向穩(wěn)定性分析計(jì)算和優(yōu)化校核，可以看出吊運(yùn)機(jī)的整體設(shè)計(jì)，充分考慮了各種作業(yè)工況的穩(wěn)定性安全系數(shù)[8]，對(duì)樣車實(shí)際作業(yè)工況縱向、橫向穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證表明：全地形集裝箱正面吊運(yùn)機(jī)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足使用要求，具有良好的穩(wěn)定性和安全性。