起重自装卸集装箱运输车力学分析及优化设计

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自装卸集装箱运输车吊装机构设计

自装卸集装箱运输车吊装机构设计作者：谭中江肖劼来源：《科教导刊·电子版》2013年第04期摘要鉴于自装卸集装箱机构的迫切需要，选择一种最佳的自装卸机构安装在运输汽车上成为了必然。

关键词自装卸折臂式位移矩阵 matlab中图分类号：U469.4 文献标识码：A随着汽车运输业的迅猛发展，高质量高效率的集装箱运输也得以发展。

如今，集装箱运输正逐步走向专业化。

目前，在集装箱专用港口、货场从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，此时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两重功能。

起重自装卸集装箱车辆最适于没有起重设施的场所用作对集装箱或大件物品的运送工作。

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。

1 设计要求设计其中装置，钩挂铁链将集装箱从地面的第Ⅰ位置平稳吊装平动到车上的第Ⅲ位置，为了防止箱、车碰撞，还须使集装箱经过第Ⅱ位置。

吊装完毕后起重装置也收回到集装箱第Ⅲ位置的轮廓线以内。

这一作业过程必须可以逆向进行，即可用同一套起重装置，将集装箱从车上的第Ⅲ位置平稳地卸下，放到地面的第Ⅰ位置。

此项作业不超过两个自由度。

除了钩挂铁链以外，操纵控制油缸可以完成集装箱装卸的全套作业，不需其它辅助装置和工序。

吊装机构方案如图2 所示。

2 尺寸综合根据设计要求的三个位置，以D点为原点建立坐标系，则A点坐标（2200，0），F点的三个坐标：F1（-1875，1650），F 2（-1350，3350），F3（1100，2950）。

机构伸开以后，CD杆处于竖直状态（==0），由位置1到位置2过程：液压缸1伸长（缸2不变），CF绕C点旋转；位置2到位置3：液压缸2收缩（缸1不变）。

由此可以写出位移矩阵方程：3 结论相较于单液压缸式或者摆臂式自装卸机构，它有着可靠性高、可调范围大的特点。

自装卸集装箱运输车吊装机构设计

根据设计要求的三个位置，以Ｄ点为原点建立坐标系，则Ａ点坐标（２２００，０），Ｆ点的三个坐标：Ｆｔ（－１８７５，１６５０），Ｆ：（－１３５０，３３５０），
Ｆ，（１１００，２９５０）。
地后，再用自备起重设备将其卸下。
ｌ设计要求
ＤＥ２＝１．４ＤＥｔ；则有：批＋
１．４如ｔ＋竭 … … … ③
由ｃＥＦ共线：置
（ｃｔ，Ｃ：重合） … … … … …④
计算得到：ｙｃｔ＝ｙｃ２＝２０００ｍｍ．
自装卸集装箱运输车吊装机构设计
谭中江
摘要
肖
劫
四川・成都６１１７５６）
，

（西南交通大学机械工程学院
关键词自装卸折臂式位移矩阵中图分类号：Ｕ４６９．４ｍａｔｌａｂ文献标识码：Ａ
鉴于自装卸集装箱机构的迫切需要，选择一种最佳的自装卸机构安装在运输汽车上成为了必然。
位置ｌ～Ｚ对于点Ｅ存
ｆＩ１ｌｌｆｌ； ……………………………… ①
１ｌ１ｊ
位置２～３，对于点Ｃ有：
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
备了自装卸和运输两重功能。起重自装卸集装箱车辆最适于
由ＣＤ杆长不变知：）（ｃ：＋ｙｃ：＝）（ｃ，＋ｙｃ， ……… ………… ⑤

起重自装卸集装箱运输车力学性能分析及优化设计

载，而在进行装卸作业的后期，前、后的起重装置支腿受力负载没有特别明显的差距。从上面的曲线图可以看出，在进行装卸作业的前期３起重自装卸集装箱运输车整车装卸性能的优化方案阶段，当吊点在底盘的上方进行运动时，其车桥和轮胎会承受一部分第一，要优化上臂与下臂的油缸所受的负载。采用ＡＤＡＭＳ软件的起重力，从空间位置上来看，前起重装置的正下方作为了牵引车的能够进行仿真计算，从而得出前部和后部起重装置的上臂与下臂油缸中桥和后桥，相反的是后起重装置的正下方并没有车桥，所以可以得
使用。第二，要进行离散梁的建模工作。采用这一方法能够良好的应用在整车的仿真计算中。这一离散梁的建模在某些方面和有限元建模的图２后起重装置支腿变幅油缸受力环节存在相似的地方。其具体原理是把每片钢板弹簧进行细小的划分，然后保证相邻的板簧片之间可以产生变形的摩擦力。相对于有限元的从左图和右图可以很明显的看出，在进行装卸的过程中，支腿变建模方法，离散梁建模方法有一些优势。具体表现在采用这一建模方幅的油缸在受力方面其受力负载大大的超过了支腿伸缩油缸的受力法能够减少模型中各个单元的数量以及其自由度，并且还能够保证各负载，当吊点运动运行到了水平上的最远点时，两个油缸在受力负载个单元的质量不会相互干扰。这从侧面吊来说是很有优势的，因为牵上达到最大值，通过观察上图还可以发现变幅油缸的受力值比伸缩油引头以及半挂车存在的板簧数量较多，如果建模时能够将每个钢板弹缸的受力值高出两倍左右。在进行装卸作业的过程中，其初始阶段中簧进行整合而形成整车模型时，那么整个单元的组合优势是非常明显后起重装置的支腿受力负载很明显的要大于前起重装置的支腿受力负

自装卸集装箱运输汽车吊装机构设计与分析

（Southwest Jiaotong University，Chengdu，Sichuan 611756，China）
Abst ract:Based on the practical and economical of loading container trailer and the importance of the development to the national economy，design the hoisting mechanism，work out the dimension，make dynamic simulation. Keywords：self- loading container trailer；hoisting mechanism；displacement matrix；matlab；Adams
近年来，我国港口集装箱的快速发展极大地刺激和带动了公路集装箱运输业的发展，这是发展我国大交通和集装箱多式联运模式的客观要求。10 t 及以上的大型集装箱在装卸时需用较大型的起重机进行起吊搬移。这对安装了龙门式起重机的货场是不成问题的，对于处在运输环节两端的托运人和收货人来说比较困难。小型企业不一定自有 10 t 以上起重机，将集装箱装上汽车或从汽车上卸下时须求助解决起吊问题。
③添加运动。一个运动是支杆 BD 绕支架的转动，假设是匀速转动。转过了 173，设其速度为 17.3°/s，则可令步长 endtime 为 10 s。第二个运动是活塞缸与活塞杆的移动，也假设为匀速移动。最终伸长了 830.2 mm，已知步长为 10 s，则令其速度为 83.2 mm/s 即可。
[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京：机械工业出版社，2004. [2] 柳杨，刘红领，陈伟，等.影响汽车跑偏的因素[J].计算机辅

集装箱自装卸运输车吊臂有限元计算分析

第一作者：冯焕学，男，１９８７年生，硕士研究生，研究方向为工程结构疲劳与断裂。
ＡｂｓｔｒａｃｔＳｅｌｆ－ｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｔａｉｎｅｒｃｒａｎｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｏｎｅｏｒｂｏｔｈｓｉｄｅｓｌｉｆｔｉｎｇｃｏｎｔａｉｎｅｒｓ，ＳＯｓｈｏｒｔｓｉｄｅｈａｎｇｉｎｇ，ｓｉｄｅｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｎａｍｅｓ．Ｔｏａｃｅｒｔａｉｎｔｙｐｅｏｆｓｉｄｅｈａｎｇｉｎｇａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｄｅｔａｉｌｓｔｈｅｓｉｄｅｃｒａｎｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｏｏｍａｎｄｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｏｆｃｙｌｉｎｄｅｒ，ａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｙｌｉｎｄｅｒ．ＷｉｔｈＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｏｌｓ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｄａｎｇｅｒｏｕｓｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｄａｎｇｅｒｏｕｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｂｏｏｍｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｉｄｅｃｒａｎｅｂｏｏｍｄｅｓｉｇｎｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｌｉａｂｌｅｂａｓｉｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔａｉｎｅｒ；ｓｅｌｆ — ｌｏａｄｉｎｇｃｒａｎｅ：ｂｏｏｍ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ

装卸搬运合理化课程设计

第一章装卸搬运特点及其现状1.1 装卸搬运的概念在同一地域范围内以改变“物”的存放、支承状态的活动称为装卸，以改变“物”的空间位置的活动称为搬运，两者统称装卸搬运。

运输是人和物的载运及输送。

它是在不同地域范围内，如两个城市、两个工厂等，以改变“物”的空间位置为目的的活动，对“物”进行空间位移。

1.2装卸搬运的分类及特点1.2.1装卸搬运的分类(1)按设施和设备对象分类。

①仓库、配送中心装卸搬运。

如出入库、堆码、上架、取货、分类、分拣、传送、掏集装箱、装车、卸车等作业。

②铁路货物装卸搬运。

如往车箱中装货、从车箱中卸货，直接将汽车、坦克开上火车或开下火车，用传送带直接将煤炭、粮食等散货装进车箱。

③港口货物装卸搬运。

装船卸船一般利用大型岸吊，有时直接吊上火车或卡车，有时利用管道直接将粮食、水泥等散货用气压方法吸进吸出，也有时小船靠接大船“过驳”或卡车直接开上船或开下船。

④汽车货物装卸搬运。

包括:叉车作业、吊车作业、传送带作业和人工作业等，灵活性大，汽车可以转向、调头，靠近货物装卸，也可只装卸，不搬运。

(2)按作业方式分类。

①叉上叉下方式。

用叉车将货物托起并通过叉车的转向和行走，将货物放入目的场地，如卡车车箱、集装箱箱内、货架或地面之上等。

叉车作业最适合托盘货物，使用托盘堆码，叉车的装卸倍显优势。

②吊上吊下方式。

从轮船货仓、火车车箱、卡车车箱将货物吊出或吊进作业属此类装卸搬运方式。

岸边装卸桥（岸吊）、龙门吊、卡车吊和集装箱跨车等作业多为吊上吊下方式。

③滚上滚下方式。

利用半挂车、卡车或叉车载货直接开上轮船，抵达目的港后再直接开下轮船的方式称“滚上滚下”式装卸。

此种方式在铁路运输中也有应用，如装有货物的卡车直接开上火车，到达目的车站后直接开下火车。

这种方式亦称“驮背运输”。

④移上移下方式。

火车与汽车靠接，处于相同的高度，平行将货物移向对方车箱中，称移上移下方式。

卡车与仓库、配送中心货台一致时，也可采取移动式装卸方式。

起重自装卸集装箱运输车力学分析及优化设计

— 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

某新型整体自装卸车设计及分析

０引言
整体自装卸车是一种集装、、功能于一身的特卸运
种车辆，目前国内研制还处于初期阶段，国外已有广而
系统根据国内载车的具体情况，结合了国外的理念，主要采用两级翻转的结构形式。新型整体自装卸车主要由载车和安装在载车上的自装卸系统组成，自装卸系
Ａｂｓｒｃ：ｏｉｔｃｓｐｌｎｄｍａｅｉｌｍａｅｖｒｂｌｔｌｙａｍｐｒａｔｒｌｎｍｏｅｒｔａｔＬｇｓｉｕｐｙａｔｒｅｎｕｅａｉｉｐａｎｉｏｔｎｏｅｉｄｍｗａ．Ｔｈｅｏｙｅｕｓｆａ
Ｐｌｔｅｏｄｎｙｔｅｉｅ（ＬＶ）ｃｕｄｎｔｎｒｍｏａｒｌｎｕｅａｉｔｒｍｒａｌ，ｂｔａｅｚｄＬａｉｇＳｓｍＶｈｃＰＳｌｉｅｌｏｌｏｏｌｐｏｔｍｔｉｅｖｒｂｌｙｅａｋｂｙｕｙｅｅｅｍａｉ
ｒｑｒｍｅｔｏＶＳｃｍｅｆｒｈａｏｇ，ｓｃｓｈｇｅｉｂｉｔｎｄａｔｎａｉｕｎｉｏｍｅｔｃｎｔｏ．ｅｕｉｅｎｓｆｒＰＬｏｏｔｌｎｕｈａｉｈｒｌａｌｙａｄａｐｉｇｖｒｏｓｅｖｒｎｎｏｄｉｎｓｉｉＡｃｏｄｎｏｔｅｅｒｑｉｅｎｓ，ｔｓｐｐｒｉｔｏｕｅｈｅｉｎｐｏｅｓｏｅｔｐｆＰＬＳｃｒｉｇｔｈｓｅｕｒｍｅｔｈｉａｅｎｒｄｃｄｔｅｄｓｇｒｃｓｆａｎｗｙｅｏＶ，ｃｒｉｄｏａｒｅｕｔ

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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１和１，由于ｌ１一２一２
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
Ｆ（）＝∑ ｗ（）ｏＡ）（ｚ：Ｐ∑ ｉ・７ｘ（）
盖板及侧板厚
３集装箱起重装卸机构稳定性分析
— —
度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列值，大大简化设计变量，有利于优化计算速度。
４３约束条件．
ＭＧ罢，（一）；ｎ
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起重自装卸集装箱运输车力学分析及优化设计
武汉理工要：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，
４起重吊臂优化设计
｛口ａ．ａ＂＂ｘ．ｃｓａｐｉ占ｏ＝ａ一ｎ：ｎ＋ｉ吣ｓｐ
２２Ｐ点工作区域．
（２）
４１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
在集装箱装卸过程中，由于液压控制系统本身
ｍｅｈｎｓａｄｐｏｉｅａｉｆｒａｐｉａｏｄｒｓａｃｎｉ．ｃａｉｎｒｖｄｓｂｓｏｐｌｔｎａｅｅｒｈｏｔｍｓｃｉｎ
ｏｔａｅｉｎｏｏｓｐｍｌｄｓｆｈｉｉｇｔ
Ｋｅｗｏｄ：ｃｎａｎｒｖｈｃｅｈｉｔｃａｉｍ；ｓｂｌｙｏｔｌｄｓｇ．＿ｙｒｓｏｔｉｅｅｌ；ｏｓｍｅｈｎｓｉｔｉｔ；ｐｍａｅｉａｉｉｎ
ｆ＝１ｉ１＝
式中
（）——第ｉ节臂的可变质量Ａ）——第ｉ（节臂的轴向截面面积ｌ ——第ｉ节臂的长度
— —
图３所示的阴影部分。即集装箱装卸过程中，Ｐ点只能在工作区域内移动，才能使集装箱顺利装卸。
吊臂的节数
ｐ。 ——材料的密度４２设计变量．
ｅａｉｇｃａａｔｒｔｓｏｏｓｃａｉｒｔｈｒｃｅｓｃｈｉｍｅｈｎｓｎｉｉｆｔｍ，ｒｎｉｇａｅｎａｅａｓｂｉｏｄｔｎ．ＩａｓｅｂｕｎｎｒａａｄｌｔｒｌｔｉｔｃｎｉｏｓｔｌＤｄ肿ａｌｙｉｏ
１．伸缩支腿５．主支腿图１起重装卸机构结构图２．举升液压缸６．变幅液压缸３．上吊臂７．支腿液压缸４．下吊臂８．车架
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。
Ｐ点坐标为
｛Ｍｉ号０＋ｉ＋ｎ一ｓ∞卢 ∞卢ａｎ＝
【ｐＹＹＭ＋ａｏ￣＝ｈ＋ａｉａ＋ａｏ￣ｃ￥。ｓｎｃｓ（）１
《重运输机械》２０（）起０６４
一
２一４
维普资讯
则任意时刻Ｐ点的和Ｙ方向速度
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，在集装箱专用港口、货场等存放前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。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
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上
２集装箱起重装卸机构力学分析
２１建立坐标方程．
／
Ｐ／Ｊ
《孟
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ｌｌ
１『
图１为起重自装卸机构结构原理图，该机构主
要由伸缩支腿ｌ、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
为工程应用和进一步研究提供了依据。
关键词：集装箱运输车；起重机构；稳定性；优化设计
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒａａｙｅｅＩｅｈＩｃｈｒｃｅｉｃｆｓｕｔｒｒｃｎａｎｒｖｈｃｅｗｔｒｎｎｎｕｓｏ．ｓｒｃ：ｈｓａｅｎｌｚｓｔｌｃａｉ￥ｃａａｔｒｔｓｏｔｃｕｅｆｏｔｉｅｅｉｌｉｃａｅａｄｆｄｏｔｔＤｈｉＪｓｉｒｏｈｉｉ
ＭＧ罢，：。＋）＝（ｎ
Ｐ
根据使用要求及所选材料，式（）中』及ｌ７０。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
Ｘ＝（ｉｆ５）（＝ｌ，… ）１２… ｆｉ，２ｘ（）８
式中ｌ２３４，５ｆｌ｛，，， ——各吊臂截面长、宽、高、上下