【文章內(nèi)容簡介】 貨場和集散中心；如此經(jīng)歷幾次后，才可以到達用戶手中，最后用戶還得購買或租賃專用機械進行卸貨。 從 20 世紀 70 年代起，集裝箱自裝卸運輸車就開始了飛速發(fā)展，僅僅用了 10 年就生產(chǎn)出了成熟、穩(wěn)定的車型。并隨著整體經(jīng)濟、科技實力的增長，整個 集裝箱轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的科技含量也在逐年增多。尤其是 20 世紀 80 年代開始，集裝箱自裝卸運輸系統(tǒng)因其快速、靈活、高效的特點引起了世界各國軍方的廣泛關(guān)注，并投入力量，開始研發(fā)適用于部隊作戰(zhàn)使用的車型。特種的集裝箱自裝卸半掛車成為港口、火車站、機場與運輸目的地之間的聯(lián)接紐帶，其全天候、全地域進行 集裝箱運輸裝卸作業(yè)的優(yōu)異性能極大地提高了后勤物資運輸分隊的戰(zhàn)術(shù)機動性， 提升了后勤保障效率 [3]。 在當前世界上，集裝箱自裝卸運輸車領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)為德國的 Klaus 公司、 新西蘭的 Steelbro 公司以及瑞典的 Hammar 公司，這幾個公司的自主開發(fā)能 力也強于其他公司。德國的 Klaus 公司重點與各國軍方合作，有非常多國家的軍隊都享有其集裝箱自裝卸產(chǎn)品帶來的便利；而新西蘭 Steelbro 公司所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有獨特風格，大跨距支腿使其在外觀上就很容易辨認，因此他們的產(chǎn)品大多具有強大的公路承載能力，如圖 所示。 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 Steelbro 公司集裝箱自裝卸運輸車 新西蘭的 Swingthru 公司主要生產(chǎn)雙側(cè)集裝箱自裝卸運輸車，其產(chǎn)品的起重裝置與底盤之間有固定式、滑移式和可拆式三種連接方式；如果按照起重裝置的裝卸能力來歸類，可分為 10t、 20t、 25t、 35t 共四個等級類別；而其產(chǎn)品可運輸?shù)募b箱長度可從 10ft 到 45ft 不等。 國內(nèi)集裝箱自裝卸運輸車的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 目前，我國國內(nèi)各企業(yè)、高校與研究機構(gòu)對集裝箱自裝卸運輸車的研究開發(fā) 和市場應用，還停留在萌芽期，與歐洲、美國甚至澳大利亞等經(jīng)濟極度發(fā)達或物 流行業(yè)領(lǐng)先的國家相比，還存在很大的差距。無論是在北上廣等國家一線城市還 是沿海各大港口所在城市都很難發(fā)現(xiàn)集裝箱自裝卸運輸車的身影。國內(nèi)使用較多 的仍是傳統(tǒng)的裝卸模式 —— 由集裝箱運輸車輛將貨物運送至卸貨 地點后，再租用 普通起重機裝卸。當然這與我國目前的經(jīng)濟現(xiàn)狀是有關(guān)系的，我國物流和經(jīng)濟的 發(fā)展并沒有到達國際最領(lǐng)先的水平，現(xiàn)有的集裝箱轉(zhuǎn)運方式還是可以適應目前國 內(nèi)物流模式的，但是隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)有物流模式一定會被打破，集 裝箱自裝卸的轉(zhuǎn)運模式一定會漸漸凸顯它的優(yōu)勢之處。折臂式隨車起重機雖然也 可以進行集裝箱的裝卸和轉(zhuǎn)運作業(yè)，但并不是專用機械，這僅僅是它的一種并不 常用的作業(yè)工況；并且，折臂式隨車起重機通常需要安裝在普通載貨汽車底盤或 特種車輛底盤上，此時實現(xiàn)集裝箱自裝卸對隨車起重機的基座和回轉(zhuǎn)機構(gòu) 高度要 求比較嚴格，設(shè)計難度大，通常并不作為專用的集裝箱轉(zhuǎn)運機械。 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 由于目前研究剛剛起步，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)很少。其中三一集團港機事業(yè)部自主研發(fā)了 30t 集裝箱單側(cè)自裝卸運輸車，技術(shù)水平和功能實現(xiàn)已漸漸向國際先進水平看齊（圖 ）。但是在不久的將來，一定會有更多的企業(yè)和研究機構(gòu)會注意到集裝箱自裝卸運輸車的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿?，我國也會研制出更多更好的車型，適應我國的特殊國情，為國民經(jīng)濟的增長貢獻力量。 圖 三一集團 30t 集裝箱單側(cè)自裝卸運輸車 本文研究的主要內(nèi)容 本 文以徐工自主研發(fā)的 37t 集裝箱自裝卸運輸車為研究對象，主要研究內(nèi)容如下： （ 1） 集裝箱自裝卸運輸車總體布置形式和主要參數(shù)的確定。 （ 2） 集裝箱自裝卸運輸車起重裝置鉸點的確定方法。 （ 3） 集裝箱自裝卸運輸車起重裝置的詳細構(gòu)成和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 4） 主要零部件的強度分析計算 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 2 章 集裝箱自裝卸運輸車總體設(shè)計 集裝箱自裝卸運輸車有很多分類形式，也就決定了它有不同的組合形式。比 如根據(jù)吊裝方向可分為單側(cè)、雙側(cè)，根據(jù)和底盤連接方式的不同分為固定式、滑 移式、可拆卸式，其中可拆卸式比 較復雜，且用處很少，不太常見；滑移式最為 常用，起重裝置在一定范圍內(nèi)可沿車輛底盤大量移動，來適應不同尺寸集裝箱的 吊裝要求。現(xiàn)在就以徐工 37t 單側(cè)滑移式集裝箱自裝卸運輸車（以下簡稱側(cè)面吊）為例，介紹其基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 單側(cè)側(cè)面吊的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 目前世界集裝箱運輸中，通?？梢缘跹b 20ft、 30ft、 40ft 等多種規(guī)格的集裝箱，一般解決方案是在大梁中間安裝一套滑移機構(gòu)，通過滑移油缸的伸縮實現(xiàn)起重裝置在大梁上的前后移動，來適應不同規(guī)格的集裝箱。 圖 集裝箱外形尺寸及角件位置尺寸 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 表 我國標準集裝箱的型號、外形尺寸、額定重量及角件位置尺寸 在整車中工作裝置安裝在運輸車底盤或半掛車底盤上，前后各一個對稱布置 以完成集裝箱的裝卸。由于前后工作裝置的結(jié)構(gòu)與運動完全相同，所以在對其研 究時，只以其中之一為研究目標。圖 為后側(cè)單側(cè)吊基本結(jié)構(gòu)示例： 圖 單側(cè)吊工作裝置基本結(jié)構(gòu)圖 由上圖可看出，單側(cè)吊的基本結(jié)構(gòu)主要包括上臂總成、下臂總成、吊鏈總成、基座總成及支腿總成 5 個主要部分。其中， 上臂總成由上吊臂和上臂油缸組成， 下臂總成由下吊臂和下臂油缸組成，支腿總成由主支腿、伸縮支腿、變幅油缸和 伸縮油缸組成。整個側(cè)面吊工作裝置的動力由液壓系統(tǒng)提供。 在工作裝置中，基座總成為起重裝置的基體與過渡機構(gòu)，向上支撐起上臂總 成與下臂總成，向下通過滑塊與汽車底盤工字梁相連接。下臂油缸及下吊臂分別 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 與基座相鉸接，液壓系統(tǒng)向下臂油缸提供動力，使下吊臂圍繞下鉸點旋轉(zhuǎn)，推動 上吊臂運動，與此同時液壓系統(tǒng)驅(qū)動上臂油缸伸縮，上吊臂就會圍繞與下吊臂間 的鉸點旋轉(zhuǎn)，通過控制下臂油缸與上臂油缸的運動時間與行程，上吊臂上端 的吊 頭就會產(chǎn)生合理的運動軌跡，如圖 所示。吊鏈下端與集裝箱下角相連，上端連接上臂吊頭，在吊臂運動時可實現(xiàn)集裝箱的平穩(wěn)裝卸作業(yè)。在很多情況下，集裝箱具有很大的重量，裝卸過程中就會有很大的傾翻危險。盡管運輸車本身重可以提供部分穩(wěn)定力矩，但此力矩并不能平衡掉傾翻力矩，所以還需要支腿伸出 支撐到地面等地方，補足穩(wěn)定力矩。這樣，側(cè)面吊就可以安全快速的完成工作。 圖 吊頭運動軌跡圖 單側(cè)滑移式側(cè)面吊技術(shù)參數(shù) 基本參數(shù) 參考徐工 MQH37A 側(cè)面起重機機： 最 大起重量 :37000kg； 支腿最大跨度 3200mm； 最遠作業(yè)幅度 4000mm； 最大外廓高度 2490mm； 最大外廓寬度： 2500mm； 最大外廓厚度 1020mm； 液壓系統(tǒng)最大壓力 28MPa， 自重 7000kg 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 作業(yè)范圍參數(shù) 國外某些配置較高、價格昂貴的側(cè)面吊，在自裝卸、車對車、堆垛三種作業(yè)模式下，都可以達到額定最大裝卸質(zhì)量。但參考國內(nèi)目前運輸情況和成本分析，這樣的參數(shù)可能是不必要的。在保證側(cè)面吊自裝卸工況可達到額定最大裝卸質(zhì)量的前提下，可以適當減小車對車、尤其是堆垛工況下，可達到的最大 裝卸質(zhì)量，這將大大降低起重裝置所受最大力矩，整個設(shè)計過程更加簡單、可靠，制造成本和使用成本也可大大降低。 重載型側(cè)面吊，是通過舍棄一種不易完成且使用較少的工況，來增強另外兩 種工況的作業(yè)范圍，通常是去掉堆垛功能，得到更強大的自裝卸與車對車功能。 以 徐工 MQH37A 側(cè)面吊為例，起重裝置不具備堆垛能力，但可以實現(xiàn)在較遠作業(yè)幅度作業(yè)的同時，起吊較大質(zhì)量的集裝箱。這類側(cè)面吊的作業(yè)范圍參數(shù)通常是在某段特定的作業(yè)幅度內(nèi)，可以裝卸的最大質(zhì)量，具體如圖 所示。 圖 徐工 MQH37A側(cè)面吊作業(yè)范圍參數(shù) 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 穩(wěn)定性計算 側(cè)面吊支腿受力如下圖所示，由于整車在正常狀態(tài)下，底盤輪胎、支腿均與 地面接觸，承受支反力，屬于超靜定問題。且輪胎與懸架為柔性元件，用傳統(tǒng)解 析計算方法不易直接求得支腿受力，為簡化計算，本文僅分析在支腿作用下，側(cè)面吊的側(cè)向穩(wěn)定性條件。 圖 側(cè)面吊側(cè)向穩(wěn)定性示意圖 假設(shè)圖示瞬時為側(cè)面吊發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻的臨界位置，此時必定有左側(cè)輪胎與地面沒有相互作用，根據(jù)圖中坐標系，對 Q 點列矩平衡方程，可得 )2([)2(0 mBxGmBG p ???? （ ） 式中， 0G —— 半掛車底盤重量， kN； ? B —— 半掛車輪距， mm； ? m —— 支腿支點至同側(cè)輪胎的水平距離 ， mm； [px ]—— 在圖示坐標系中， P 點的瞬時橫坐標值， mm。 整理后，可得： )1)(2(][ 0GGmBxp ??? （ ） 那么當 P 點再向左運動，即 px [px ]時，就會發(fā)生側(cè)滑或側(cè)翻。而根據(jù)圖 ，我們可以計算得到： ?? s inc os2 cbaxp ??? （ ） 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 將側(cè)面吊的側(cè)向穩(wěn)定性條件可以寫為： )1)(2(s i nc os2 0GGmBcba ????? ?? （ ） 上式即為側(cè)面吊在運行 過程中，隨著 P 點的移動，整車的側(cè)向穩(wěn)定性條件。 在側(cè)面吊任意工作位置，代入已知數(shù)值可知在任意位置側(cè)面穩(wěn)定性都滿足。 太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 章 側(cè)面吊起重裝置鉸點確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計 起重裝置是側(cè)面吊裝卸作業(yè)的最主要的部分，也是整車設(shè)計是否成功的重要 影響因素。國外側(cè)面吊發(fā)展起步時間早于國內(nèi)，設(shè)計經(jīng)驗和成果都高于國內(nèi)水平， 再加上其先進的材料生產(chǎn)加工工藝，高質(zhì)量的液壓產(chǎn)品支撐，側(cè)面吊產(chǎn)品質(zhì)量上 乘、性能強大，同時價格相對較高。同時縱觀側(cè)面吊國際市場，起重裝置的形式 愈加多樣化，每個公司的產(chǎn)品也變得特 殊化，個性化。而側(cè)面吊起重裝置形式上 最大的區(qū)別，是鉸點個數(shù)上的不同。早期的側(cè)面吊產(chǎn)品，起重裝置多選用五鉸點 形式，但隨著市場對側(cè)面吊功能要求的不斷增多，最新的側(cè)面吊產(chǎn)品均采用六鉸 點式起重裝置。本章以徐工 MQH37A 單側(cè)滑移式集裝箱側(cè)面吊六鉸點式起重裝置為例，簡述鉸點確定方法，并以此為基礎(chǔ)確定的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 側(cè)面吊起重 臂架 裝置 參數(shù) 分析 側(cè)面吊的起重裝置一般分為前后起重裝置兩部分，而這兩部分一般情況是以 半掛車橫向中面鏡像布置的，鉸點位置和運動軌跡是完全一致的，現(xiàn)僅以后起重 裝置為例， 取側(cè)面 吊任意工作位置， 對起重裝置進行受力分析。 圖 側(cè)面吊任意工作位置 圖 中各字母意義： E—— 下臂油缸與基座間鉸點， O—— 下吊臂與基座間鉸點， F—— 上臂油缸與下吊臂間鉸點， D—— 下臂油缸與下吊臂間鉸點， B—太原科技大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） — 上臂油缸與上吊臂間鉸點， A—— 吊頭， C—— 上吊臂與下吊臂間鉸點。 lOC 下臂長度 lAC 上臂長度 lED 下臂油缸 lBF 上臂油缸 dx dx2 距車架邊距 b 車架寬 h0 E點距地面 高度 幾何及力學關(guān)系 下臂油缸的推力 F1： N1= 2G *[lOC*cos(α)lAC*cos(βα)]/[lOD*lOE*sin(α1)/lED] () 其中α 1— ∠ DOＥ角度值； α — ＯＣ的水平夾角； β —— — ∠Ａ CＯ角度值； Ｇ —— — 額定吊重。 lOE=[h2+(bdx1dx2)2] () α1=cos1[(lED2lOD2lOE2)/(2*lOD*lOE)] () α=α1θ1 () 其中定義 θ 1 為 OE 的水平夾角 ,則 θ1=tan1(h/(bdx1dx2)) () β=β1+θ2