整車卸貨翻轉平臺結構優化設計

吳敬蓬+++萬鵬

摘 要：整車卸貨翻轉平臺，尤其適用于糧食作物、煤、礦石、沙石等散料運輸卸車。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。我國運輸行業發展很快，運輸車輛的運載能力不斷加強，車體不斷擴大，一般汽車半掛單車載重量超過80噸，對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，但卸料成了很嚴重問題，在原設計40t翻轉平臺結構基礎上進行局部改造，使之滿足100t的承載要求。

關鍵詞：整車卸貨；翻轉平臺；結構設計；MIDAS

前言

為了解決在整車散裝料卸貨周期長，人工卸貨在物料中卸貨，安全沒有保障，不易用其它通用卸貨裝置，該裝置不僅減輕了工人的勞動強度，消除安全隱患，還大幅度降低人員成本，維護費用低，操作簡單方便。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，減少卸貨人員，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，有一小部分車有自卸翻斗裝載，但大部分汽車由于噸位過的無此功能，對此我們對此項進行研究是否可以把整車縱向翻轉40°以上，達到卸料功能。并且對市場進行調研分析，有此方面的需求。

1 翻轉平臺結構設計及參數

整車卸貨翻轉平臺由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成，原結構承載力40t，現將負載提高到100t，因此需要對原結構進行加固改造，使之能在100t荷載作用下正常使用。圖2為原40t整車卸料翻轉平臺的結構圖。

主要參數：

起重量：100t。

起升角度：40°。

平臺有效尺寸：18mx2.8m。

平臺占地面積：27mx4.5m。

起升動力：25kw。

適應車輛：整車長度17m。

適應物料范圍：農作物、煤、礦石、沙石等散料。對原有40t整車卸料翻轉平臺的翻轉架結構進行改造，對改造后的結構在100t荷載作用下進行分析。使之滿足100t的承載要求。圖3為改造后的100t整車卸料翻轉平臺模型。

在原有40t翻轉平臺上優化的結構部分有：將桁架結構拆除，換為圖2中所示型式；兩側頂部連接板之間加設平衡梁；加設桁架斜撐，翻轉架入口處直角連接改為斜桿，并在兩側桁架中加設斜撐；外側底縱梁截面加強；入口處底橫梁截面加強。

2 工況分析及截面

需要計算的控制工況包括：（1）貨車滿載靜置于翻轉架上開始起動時（不同步）；（2）貨車滿載翻轉30°時；（3）空載翻轉至45°時。

各優化結構的截面型式：（1）桁架立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；桁架斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。（2）外側底縱梁：箱型400mm×200mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm。（3）入口處底橫梁：箱型400mm×300mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm（4）平衡梁：箱型300mm×200mm，板厚t=10mm；平衡梁立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；平衡梁斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。

模型中油缸未伸出，直接在油缸施力點設置荷載或邊界條件，不影響最后結果。

3 翻轉架強度計算

3.1 翻轉架開始起動時（不同步）

當滿載貨車（100t）固定于翻轉架末端并開始起動時，如果兩側油缸不同步，會引起結構局部受力過大。假設一側油缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動，則翻轉架反力由末端鉸軸和未能起動的油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖4。

計算后得到翻轉架位移以及應力結果，如圖5、6。

3.2 貨車滿載翻轉至30°時

當翻轉架翻轉至30°時，假設貨車仍為滿載（100t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖7。

計算后得到翻轉架翻轉30°時反力、位移以及應力結果，如圖8、9。

3.3 貨車空載翻轉至45°時

當翻轉架翻轉至45°時，假設貨車仍為空載（30t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖10。

計算后得到翻轉架翻轉45°時反力、位移以及應力結果，如圖11、12。

根據計算結果得到100t翻轉架起動時（同步）的最大位移為15.585mm，最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上為128.3MPa，滿載時翻轉30°的最大位移為3.572mm。最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為113.1MPa，空載時翻轉45°的最大位移為11.1mm，最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為66.4MPa。

4 結束語

綜合以上分析結果，工況1情況下：貨車滿載翻轉架開始起動時（不同步）結構產生的位移和應力最大，其強度安全系數為n=215/128.3=1.7，最大位移為15.585mm，小于簡支梁撓度限值l/400=9550/400=23.9mm。其強度和剛度均在允許范圍內，滿足使用要求。

通過對整車卸料翻轉平臺結構的加強，使其具備了更大的卸料能力，為以后我國的整車卸料提供了新的手段，大大節省了人力，在卸車過程中更加安全快捷，希望該設備能夠為社會做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]李家寶.結構力學[M].北京：高等教育出版社，1991.

[2]王重華.結構力學[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]張質文，虞和謙，等.起重機設計手冊[M].北京.中國鐵道出版社， 1998.

作者簡介：吳敬蓬（1977-），男，工程師，2008年畢業于日本九州產業大學 ，研究生，主要從事鐵路施工機械設計工作。

摘 要：整車卸貨翻轉平臺，尤其適用于糧食作物、煤、礦石、沙石等散料運輸卸車。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。我國運輸行業發展很快，運輸車輛的運載能力不斷加強，車體不斷擴大，一般汽車半掛單車載重量超過80噸，對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，但卸料成了很嚴重問題，在原設計40t翻轉平臺結構基礎上進行局部改造，使之滿足100t的承載要求。

關鍵詞：整車卸貨；翻轉平臺；結構設計；MIDAS

前言

為了解決在整車散裝料卸貨周期長，人工卸貨在物料中卸貨，安全沒有保障，不易用其它通用卸貨裝置，該裝置不僅減輕了工人的勞動強度，消除安全隱患，還大幅度降低人員成本，維護費用低，操作簡單方便。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，減少卸貨人員，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，有一小部分車有自卸翻斗裝載，但大部分汽車由于噸位過的無此功能，對此我們對此項進行研究是否可以把整車縱向翻轉40°以上，達到卸料功能。并且對市場進行調研分析，有此方面的需求。

1 翻轉平臺結構設計及參數

整車卸貨翻轉平臺由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成，原結構承載力40t，現將負載提高到100t，因此需要對原結構進行加固改造，使之能在100t荷載作用下正常使用。圖2為原40t整車卸料翻轉平臺的結構圖。

主要參數：

起重量：100t。

起升角度：40°。

平臺有效尺寸：18mx2.8m。

平臺占地面積：27mx4.5m。

起升動力：25kw。

適應車輛：整車長度17m。

適應物料范圍：農作物、煤、礦石、沙石等散料。對原有40t整車卸料翻轉平臺的翻轉架結構進行改造，對改造后的結構在100t荷載作用下進行分析。使之滿足100t的承載要求。圖3為改造后的100t整車卸料翻轉平臺模型。

在原有40t翻轉平臺上優化的結構部分有：將桁架結構拆除，換為圖2中所示型式；兩側頂部連接板之間加設平衡梁；加設桁架斜撐，翻轉架入口處直角連接改為斜桿，并在兩側桁架中加設斜撐；外側底縱梁截面加強；入口處底橫梁截面加強。

2 工況分析及截面

需要計算的控制工況包括：（1）貨車滿載靜置于翻轉架上開始起動時（不同步）；（2）貨車滿載翻轉30°時；（3）空載翻轉至45°時。

各優化結構的截面型式：（1）桁架立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；桁架斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。（2）外側底縱梁：箱型400mm×200mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm。（3）入口處底橫梁：箱型400mm×300mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm（4）平衡梁：箱型300mm×200mm，板厚t=10mm；平衡梁立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；平衡梁斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。

模型中油缸未伸出，直接在油缸施力點設置荷載或邊界條件，不影響最后結果。

3 翻轉架強度計算

3.1 翻轉架開始起動時（不同步）

當滿載貨車（100t）固定于翻轉架末端并開始起動時，如果兩側油缸不同步，會引起結構局部受力過大。假設一側油缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動，則翻轉架反力由末端鉸軸和未能起動的油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖4。

計算后得到翻轉架位移以及應力結果，如圖5、6。

3.2 貨車滿載翻轉至30°時

當翻轉架翻轉至30°時，假設貨車仍為滿載（100t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖7。

計算后得到翻轉架翻轉30°時反力、位移以及應力結果，如圖8、9。

3.3 貨車空載翻轉至45°時

當翻轉架翻轉至45°時，假設貨車仍為空載（30t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖10。

計算后得到翻轉架翻轉45°時反力、位移以及應力結果，如圖11、12。

根據計算結果得到100t翻轉架起動時（同步）的最大位移為15.585mm，最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上為128.3MPa，滿載時翻轉30°的最大位移為3.572mm。最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為113.1MPa，空載時翻轉45°的最大位移為11.1mm，最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為66.4MPa。

4 結束語

綜合以上分析結果，工況1情況下：貨車滿載翻轉架開始起動時（不同步）結構產生的位移和應力最大，其強度安全系數為n=215/128.3=1.7，最大位移為15.585mm，小于簡支梁撓度限值l/400=9550/400=23.9mm。其強度和剛度均在允許范圍內，滿足使用要求。

通過對整車卸料翻轉平臺結構的加強，使其具備了更大的卸料能力，為以后我國的整車卸料提供了新的手段，大大節省了人力，在卸車過程中更加安全快捷，希望該設備能夠為社會做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]李家寶.結構力學[M].北京：高等教育出版社，1991.

[2]王重華.結構力學[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]張質文，虞和謙，等.起重機設計手冊[M].北京.中國鐵道出版社， 1998.

作者簡介：吳敬蓬（1977-），男，工程師，2008年畢業于日本九州產業大學 ，研究生，主要從事鐵路施工機械設計工作。

摘 要：整車卸貨翻轉平臺，尤其適用于糧食作物、煤、礦石、沙石等散料運輸卸車。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。我國運輸行業發展很快，運輸車輛的運載能力不斷加強，車體不斷擴大，一般汽車半掛單車載重量超過80噸，對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，但卸料成了很嚴重問題，在原設計40t翻轉平臺結構基礎上進行局部改造，使之滿足100t的承載要求。

關鍵詞：整車卸貨；翻轉平臺；結構設計；MIDAS

前言

為了解決在整車散裝料卸貨周期長，人工卸貨在物料中卸貨，安全沒有保障，不易用其它通用卸貨裝置，該裝置不僅減輕了工人的勞動強度，消除安全隱患，還大幅度降低人員成本，維護費用低，操作簡單方便。解決傳統手工卸貨的不安全因素，減小工作量，大幅度保證卸車速度，減少卸貨人員，降低成本，從手動卸貨到自動卸貨。對于散裝物料，裝載通常采用鏟車直接裝車，有一小部分車有自卸翻斗裝載，但大部分汽車由于噸位過的無此功能，對此我們對此項進行研究是否可以把整車縱向翻轉40°以上，達到卸料功能。并且對市場進行調研分析，有此方面的需求。

1 翻轉平臺結構設計及參數

整車卸貨翻轉平臺由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成，原結構承載力40t，現將負載提高到100t，因此需要對原結構進行加固改造，使之能在100t荷載作用下正常使用。圖2為原40t整車卸料翻轉平臺的結構圖。

主要參數：

起重量：100t。

起升角度：40°。

平臺有效尺寸：18mx2.8m。

平臺占地面積：27mx4.5m。

起升動力：25kw。

適應車輛：整車長度17m。

適應物料范圍：農作物、煤、礦石、沙石等散料。對原有40t整車卸料翻轉平臺的翻轉架結構進行改造，對改造后的結構在100t荷載作用下進行分析。使之滿足100t的承載要求。圖3為改造后的100t整車卸料翻轉平臺模型。

在原有40t翻轉平臺上優化的結構部分有：將桁架結構拆除，換為圖2中所示型式；兩側頂部連接板之間加設平衡梁；加設桁架斜撐，翻轉架入口處直角連接改為斜桿，并在兩側桁架中加設斜撐；外側底縱梁截面加強；入口處底橫梁截面加強。

2 工況分析及截面

需要計算的控制工況包括：（1）貨車滿載靜置于翻轉架上開始起動時（不同步）；（2）貨車滿載翻轉30°時；（3）空載翻轉至45°時。

各優化結構的截面型式：（1）桁架立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；桁架斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。（2）外側底縱梁：箱型400mm×200mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm。（3）入口處底橫梁：箱型400mm×300mm，上下板t=16mm、左右板t=10mm（4）平衡梁：箱型300mm×200mm，板厚t=10mm；平衡梁立柱：箱型400mm×300mm，板厚t=10mm；平衡梁斜撐：箱型200mm×200mm，板厚t=10mm。

模型中油缸未伸出，直接在油缸施力點設置荷載或邊界條件，不影響最后結果。

3 翻轉架強度計算

3.1 翻轉架開始起動時（不同步）

當滿載貨車（100t）固定于翻轉架末端并開始起動時，如果兩側油缸不同步，會引起結構局部受力過大。假設一側油缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動，則翻轉架反力由末端鉸軸和未能起動的油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖4。

計算后得到翻轉架位移以及應力結果，如圖5、6。

3.2 貨車滿載翻轉至30°時

當翻轉架翻轉至30°時，假設貨車仍為滿載（100t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖7。

計算后得到翻轉架翻轉30°時反力、位移以及應力結果，如圖8、9。

3.3 貨車空載翻轉至45°時

當翻轉架翻轉至45°時，假設貨車仍為空載（30t），則此時計算結果必定比實際結果偏大，即偏于安全。翻轉架反力由末端鉸軸和頂升油缸承受，翻轉架所受荷載的布置和約束情況見圖10。

計算后得到翻轉架翻轉45°時反力、位移以及應力結果，如圖11、12。

根據計算結果得到100t翻轉架起動時（同步）的最大位移為15.585mm，最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上為128.3MPa，滿載時翻轉30°的最大位移為3.572mm。最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為113.1MPa，空載時翻轉45°的最大位移為11.1mm，最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上為66.4MPa。

4 結束語

綜合以上分析結果，工況1情況下：貨車滿載翻轉架開始起動時（不同步）結構產生的位移和應力最大，其強度安全系數為n=215/128.3=1.7，最大位移為15.585mm，小于簡支梁撓度限值l/400=9550/400=23.9mm。其強度和剛度均在允許范圍內，滿足使用要求。

通過對整車卸料翻轉平臺結構的加強，使其具備了更大的卸料能力，為以后我國的整車卸料提供了新的手段，大大節省了人力，在卸車過程中更加安全快捷，希望該設備能夠為社會做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]李家寶.結構力學[M].北京：高等教育出版社，1991.

[2]王重華.結構力學[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[4]張質文，虞和謙，等.起重機設計手冊[M].北京.中國鐵道出版社， 1998.

作者簡介：吳敬蓬（1977-），男，工程師，2008年畢業于日本九州產業大學 ，研究生，主要從事鐵路施工機械設計工作。