集装箱自装卸搬运车吊装机构分析研究 机械制造专业.doc

摘要 近几年，随着我国经济的快速发展，物流行业蓬勃发展。相应的集装箱自装卸搬运车在一定程度上占据着我国各种运输行业当中的重中之重的地位，前后吊臂在相应的作业当中普遍呈现出不够同步的现象，产生侧偏。 为此，本课题基于集装箱侧面吊等自装卸设备设计研制出双侧集装箱自装卸搬运车，能够实现不同规格的集装箱双侧装卸运输，装卸速度快，工作效率高，场地适用性强，安全性高，应用前景非常乐观。 在本课题设计计算完成后，采用CATIA软件进行三维实体建模，通过力学简化，并结合自装卸吊装机构的结构特点，得出吊臂的两大危险工况，进行静力学分析，确定危险截面，对吊臂的强度、刚度进行校核。双侧集装箱自装卸搬运车在进行相应的装卸作业当中，为确保将其稳定可靠性能切实有效提升，必须保证双侧的吊臂能够进行等幅同步运行。 关键词:自装卸集装箱；搬运车；吊装机构；机械设计 Abstract In recent years, with the rapid development of the Chinese economy, the logistics sector has flourished. The corresponding self-loaded and unloaded containers occupy a certain place in various transport industries in China: the front and back arrows generally indicate a lack of synchronization in the respective operations, which leads to a lateral deviation. To this end, this project is based on the design of self-loading and unloading equipment, such as container-side cranes. high work efficiency, high field applicability and safety. High, the prospects for the application are very optimistic. Once the design and calculation of this element is complete, the CATIA software is used for 3D modeling of a solid. By simplifying the mechanical and structural characteristics of the self-loading and unloading mechanism, two dangerous operating conditions of the boom are obtained and a static analysis is performed to determine the danger zone. Check the strength and rigidity of the boom. With the proper loading and unloading of a double-sided truck with self-loading and unloading, in order to ensure the stability and reliability of the double-sided container, it is necessary to ensure that the rods on both sides can perform synchronous work with the same amplitude. 第一章 绪论 1.1 研究背景 1801年，英国人詹姆斯 安德森博士首次提出集装箱运输的概念，经过近一个半世纪发展，集装箱运输于二战之后应用量大增。从1966年开始，集装箱运输作为主要运输形式，使国际海陆运输业发展迅速，基于海上集装箱运输的不断发展，全球各国都对专用形式的码头进行大规模扩建。国际运输业从此进入集装箱化时代[1]。 20世纪80年代后，船运能力、港口吞吐以及内陆集疏运能力之间的联系密不可分，相互之间的配合关系也不断呈现出相对较为完善的趋势，与集装箱运输层面相关的基础设施日渐完善，相关关节衔接紧密、建设配套，集装箱运输得到快速发展。这代表全世界公路运输越发完善、囊括范围越来越大，使集装箱公路运输总量得到很大提高、世界物流行业快速发展。为使集装箱公路运输愈发机动、迅捷，提高装卸效率和场地适用性，减少设备资金成本和人工费用，集装箱搬运车由此应运而生。 上世纪50年代国内以集装箱进行运输的方式开始起步，1955年4月，我国开始着手发展集装箱运输，铁路部逐步开展小型集装箱运输。经过了七十年代的起步和八十年代的稳定发展之后，在九十年代国内的集装箱运输水平与国外基本持平。 21世纪之后，全球经济环境产生巨大变革，中国渐渐在国际市场中占据主要地位，集装箱运输业也随之稳定发展。随着国内物流业的发展，集装箱内贸运输成为增量与增幅均相对突出的行业。集装箱内贸运输层面的不断发展对我国集装箱公路运输、铁路集装箱运输具有巨大的推动作用。国内铁路由于运行范围广、运力强、成本低，在内贸中起主要作用，是国内物流的主力军，而集装箱公路运输由于国内公路网络不发达、高速公路修建数量少等因素，还没有得到广泛的使用。 在最近几年，国内政策的变化使外贸出口规模越来越大，市场化进程越来越快，企业服务与效益不断提高，外贸出口拉动内需，加快了物流业的发展，集装箱运输呈现出一片繁荣景象。使公路建设速度得到了提高，公路运输范围越来越广，物流车辆技术含量进一步提高，促进了我国集装箱公路运输的发展，使集装箱公路运输在相应的港口码头、车站、对标准物流中心以及相应的非标准集装箱货物的运输与转场中占据重要地位[2]。 我国集装箱公路运输的方式主要分为半挂式运输、全挂式运输和双挂式运输，其中应用最广的是半挂式，需要依靠牵引车来拖动。由于集装箱自身质量较大，装卸方式过于落后，装卸设备发展停滞不前，龙门吊、塔式起重机、港口岸桥等设备场地适应性差，在小型场地或复杂环境不能实现自动集装箱装卸，易受天气影响[3]。 集装箱自装卸搬运车是在公路集装箱运输盛行时期研制成功的具有自装卸功能的集装箱搬运车。在国外物流业，集装箱自装卸搬运车是联接火车站与运输目的地、港口与运输目的地、机场与运输目的地的高效运输方式，即便是在较恶劣的天气气候和较差的地理环境中，依旧能自行装卸集装箱，这不仅改善工作效率， 同时节省运输成本，拓宽了适用范围。 在国防后勤层面，相应的物资补给必须实现迅速展开、撤收以及转移，除此之外，还必须对战地形势的变更切实有效做出反应，实现相应的动态保障。集装箱体积可达50立方米左右，容积能达到46立方米左右，可用于如仓库、指挥所、炊事班工作处、紧急战时医院等，如果采用自装卸搬运车运输，不但能缩短装卸时间，作为可移动野战设施时刻随军行动，亦能24小时无条件待命[4,5]。 1.2自装卸集装箱搬运车国内外研究现状及发展趋势 关于集装箱自装卸搬运车的设计成功使得集装箱运输更加快速、高效，此运输工具是货物集装箱在各港口码头、车站、物流市场之间进行运输以及相应转场的重要运输工具之一。确保其能够有效适应运输过程中所面临的各种状况，各方面相关学者配合工厂进行多样化的研究，实现了各类业务的对接，相应的运输以及装卸既能满足于国际标准，在一定程度上也能满足于国内非标准集装箱[6]。 1.2.1 国内研究现状 国内的集装箱搬运车吊装机构主要分为折臂以及相应的伸缩臂式。所谓的折臂式一般用于载货甚至特种车辆底盘当中，在进行自装卸作业时，基座和回转机构不能有效完成连续回转运动，不易于进行设计[7]。伸缩臂式一般用于固定臂或者是多节组合形式的伸缩臂当中，伸缩臂的伸缩、变幅回转由液压泵驱动完成，设计灵活、使用与维修方便。目前，伸缩臂式吊装机构在世界范围内应用越来越广泛。 对集装箱自装卸搬运车的研发，我国依旧处于初期。二十世纪末，我国开始研制，产品主要面向军用特种车辆设计生产，如江苏特种车辆厂旗下型号为的自装卸车、北京三兴汽车厂与军队科研院联合开发出的整装整卸形式的车载运油托盘。该产品不仅可以完成集装箱的自装卸和运输，还可以在野外作为起重设备装卸物资，但整车方面的起重举升性能、稳定可靠性、主要部件的力学性能等方面相比于国外还存在一定的不足，自动化程度、整车设计以及人性化方面也有距离[8]。 图1.1 BSX3260YYTP 型自装卸运油托盘 现今，国内工程车辆制造企业已有十余家，例如中联重科浦沅公司、三一集团、徐州集团等， 他们的起重机均在销售以及生产方面趋向于规模化。解放军军事交通学院和湖南浦沅集团联合打造的侧吊自装卸搬运车，选用型专用类型的货车底盘，用支腿稳定支撑，可以快速完成装卸，还安装了双折臂形式的自装卸系统，在执行野外战争当中，能够切实有效进行相应的装卸任务。徐工自主研发的30T单侧自装卸搬运车，不仅能快速自装卸集装箱，其技术水平的创新，缩小了与国外先进技术的差距。 图1.2 徐工集团30T单侧自装卸搬运车 1.2.2 国外研究现状 在国外，譬如欧洲、美国、加拿大以及日本等国，不管是建筑领域、国防领域，还是民用起重领域、交通运输领域，集装箱装卸车辆使用已经十分广泛，而且已初具规模，对货运和专用车辆装卸技术效率的提升起到了巨大的推进作用。 ，运用最新的理念，拥有极强的场地适应能力、公路承载性能和场地装卸性能。Klaus一直专注于自装卸搬运车挂车方面的一系列研究，在一定程度上可以称之为军队后勤部门的重中之重。的自装卸搬运车装有专用的稳定支腿和举升机构，并且还安装了安全系统，可以有效预防安全事故的发生。其可采用双侧装卸，吊装机构使用范围大于单侧装卸，工作可靠、使用周期长、保养方便。 新西兰Swing thru和德国Klaus是集装箱双侧装卸搬运车的主要厂家，Swing thru亦被认为是全球第一家能够进行双侧面操作的公司。Swing thru制造的搬运车举升能力可以归结为、、以及等级别类型，相应的尺寸可以达到到英尺。Swing thru生产的可拆式双侧搬运车，吊装机构与底盘的连接方式有三种：滑动式、固定式和可移拆式。它能够进行2层集装箱堆垛，操作系统内增设了安全监测功能，保证了装卸过程的安全[6,9]。 图1.3 新西兰Swing thru27T双侧自装卸搬运车 瑞典HAMMAR是专门设计并生产集装箱自装卸搬运车的公司，1985年，瑞典HAMMAR开始专注于军用自装卸搬运车以及半挂的研究、设计与制造，相应的设计能力日趋完善，主要型号有SL20、150、160和190等，该系列产品支承结构稳定，能轻易举升20-40英尺的集装箱，堆垛能力突出，操作较为便捷，仅需人进行有效把控即可完成相应的装卸、配送，除此之外还能实现满载集装箱堆垛[10]。 图1.4 HAMMAR 151HS单侧集装箱自装卸搬运车 1.2.3 发展趋势 近年来，我国经济发展愈发快速，交通日益发达，集装箱运输也发展很快，公路运输在运输总量中所占比例日益增加，这刺激了运输设备的发展。同时，现代技术水平的不断升级使设备研发优化更新，让当代物流业使装卸运输设备的生产商提出更严格的要求[11]。为使国内运输业、国民经济快速发展，提高搬运车装卸效率，降低装卸成本、提高装卸质量，保证装卸过程安全，对自装卸搬运车的发展趋势提出以下几个方面： （1）整车自动化水平的提高。由于当代物流对安全要求日趋提升，关于在随车人员、运输成本以及确保装卸过程的安全可