大噸位散料汽車卸車裝置的研制及應用

摘 要：文章介紹了大噸位散料汽車卸車裝置的結構功能及其技術優勢。通過分析其結構、尺寸及荷載情況，并運用有限元分析軟件MIDAS進行有限元分析，驗證其強度和剛度符合相關要求并具有一定的安全系數。最后簡介了該裝置的實際應用情況。

關鍵詞：卸車裝置；有限元；散狀物料

引言

我國正處于轉變經濟增長方式、走新型工業化道路、建設資源節約型和環境保護型社會的重要時期。國民經濟的快速、穩定發展，為面向國民經濟各行各業，包括第二與第三產業提供所需大量物料搬運裝備的物料搬運機械制造業，提供了最好的發展機遇。

隨著各行業規模化生產的出現，高成本低效率的人力卸車已經不能滿足生產的需要。通過市場調研：粗略估計人工卸料成本5～10元/噸，而本項目研制的大噸位散料汽車卸車裝置（見圖1）僅為1元/噸。該卸車裝置實現了卸車自動化，使貨物安全快速卸載，大量減少勞動力，提高企業效益。該卸車裝置適用于港口、各類倉庫、加工廠對散狀物料的自動卸載；廣泛適用于糧食、化工、冶金、礦山、工程建設及一切有散狀物料接收作業的場所。

文章以100噸散料汽車卸車裝置為例，淺談一下其結構功能設計及應用情況。

1 卸車裝置的結構功能和工況分析

1.1 結構功能分析

100t散料汽車卸車裝置由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成（見圖2）。

100t散料汽車卸車裝置設計主要技術性能：

翻轉角度 0～45°

翻轉速度 100/min

起重量 100t

裝置長度18m，不含導向坡

技術優勢：

卸車裝置兩側采用特制的雙支撐結構，PLC系統控制油缸同步，保證轉動平穩。

翻轉架配有擋輪器，適合于不同后懸長度的汽車使用。

卸車裝置在水平位置和各個使用角度下，具有足夠的強度和剛度。

液壓系統配有液壓鎖以便在斷電或液壓管破裂的情況下，液壓缸能自鎖，此自鎖機構可以通過手動解鎖。

1.2 載荷工況分析

在卸車裝置翻轉過程中，需要計算的控制工況包括：

貨車滿載靜置于卸車裝置上，假設啟動時兩側液壓缸不同步：一側液壓缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動。

貨車滿載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到30°。

貨車空載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到45°。

2 卸車裝置的有限元分析

2.1 有限元模型的建立

文章采用有限元分析軟件MADIS進行力學建模分析，圖3為100t散料汽車卸車裝置計算模型。模型中液壓缸未示出，直接在液壓缸施力點設置載荷或邊界條件，不影響最后結果。汽車荷載根據車輛軸重在模型上進行布置。

2.2 計算分析

2.2.1 工況一

工況一：貨車滿載、卸車裝置啟動，油缸不同步。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖4、圖5所示。

計算得到100t散料汽車卸車裝置在工況一的最大位移發生在遠離鉸軸的端部，為47.509mm。

最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上，為219MPa。

219MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/219=1.42，滿足塑性材料的安全系數的取用要求[1]。

2.2.2 工況二

工況二：貨車滿載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到300。計算時按貨車荷載100t（實際在傾斜過程中，貨車載荷隨著角度的增大而減小），則此時計算結果比實際結果大，偏于安全。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖6、圖7所示。

計算得到貨車滿載時翻轉30°的最大位移為5.59mm。按簡支梁撓度限制要求[2]：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為148.5MPa。

148.5MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/148.5=2.09，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.2.3 工況三

工況三：貨車空載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到45度。按貨車空載重量30t計算，計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖8、圖9所示。

計算得到貨車空載卸車裝置翻轉45°的最大位移為1.522mm。按簡支梁撓度限制要求：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為90.7MPa。

90.7MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/90.7=3.42，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.3 結論

綜合以上分析結果，工況1：貨車滿載卸車裝置開始啟動時（液壓缸不同步）結構產生的最大位移和最大應力，分別為47.509mm和219MPa。但由于此時的狀態是由于兩側液壓缸頂升不同步引起的，并非卸車裝置的正常使用狀態，現場使用時若出現這種情況，應及時對頂升控制系統進行檢修。因此，此時位移偏大只是暫時性的，而應力在允許范圍內，不致造成結構的破壞，滿足使用要求。其它工況下，卸車裝置均滿足使用要求。

3 汽車卸車裝置的應用

大噸位散料汽車卸車裝置擁有自主知識產權（專利號ZL 201330350350.7），能實現安全快速卸貨，大量降低人工成本，提高企業效益。在張家口，美國辛普勞公司應用40t級卸車裝置4臺，年收15萬噸土豆；在內蒙古，太美公司應用40t級卸車裝置1臺，年收5萬噸土豆；在哈爾濱，加拿大麥肯公司應用100t級卸車裝置2臺，年收20萬噸土豆。該卸車裝置相對國外進口設備，經濟性好、安全系數高，能給客戶節省投資、提高效益，應用前景好。

參考文獻

[1]宋子康，蔡文安.材料力學2版[M].上海：同濟大學出版社，1998.

[2]鋼結構設計手冊編輯委員會.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：章遠方，男，2006年6月畢業于同濟大學，機械制造及其自動化，工程師，鐵五院機械公司設計部主任，研究方向：機械。endprint

摘 要：文章介紹了大噸位散料汽車卸車裝置的結構功能及其技術優勢。通過分析其結構、尺寸及荷載情況，并運用有限元分析軟件MIDAS進行有限元分析，驗證其強度和剛度符合相關要求并具有一定的安全系數。最后簡介了該裝置的實際應用情況。

關鍵詞：卸車裝置；有限元；散狀物料

引言

我國正處于轉變經濟增長方式、走新型工業化道路、建設資源節約型和環境保護型社會的重要時期。國民經濟的快速、穩定發展，為面向國民經濟各行各業，包括第二與第三產業提供所需大量物料搬運裝備的物料搬運機械制造業，提供了最好的發展機遇。

隨著各行業規模化生產的出現，高成本低效率的人力卸車已經不能滿足生產的需要。通過市場調研：粗略估計人工卸料成本5～10元/噸，而本項目研制的大噸位散料汽車卸車裝置（見圖1）僅為1元/噸。該卸車裝置實現了卸車自動化，使貨物安全快速卸載，大量減少勞動力，提高企業效益。該卸車裝置適用于港口、各類倉庫、加工廠對散狀物料的自動卸載；廣泛適用于糧食、化工、冶金、礦山、工程建設及一切有散狀物料接收作業的場所。

文章以100噸散料汽車卸車裝置為例，淺談一下其結構功能設計及應用情況。

1 卸車裝置的結構功能和工況分析

1.1 結構功能分析

100t散料汽車卸車裝置由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成（見圖2）。

100t散料汽車卸車裝置設計主要技術性能：

翻轉角度 0～45°

翻轉速度 100/min

起重量 100t

裝置長度18m，不含導向坡

技術優勢：

卸車裝置兩側采用特制的雙支撐結構，PLC系統控制油缸同步，保證轉動平穩。

翻轉架配有擋輪器，適合于不同后懸長度的汽車使用。

卸車裝置在水平位置和各個使用角度下，具有足夠的強度和剛度。

液壓系統配有液壓鎖以便在斷電或液壓管破裂的情況下，液壓缸能自鎖，此自鎖機構可以通過手動解鎖。

1.2 載荷工況分析

在卸車裝置翻轉過程中，需要計算的控制工況包括：

貨車滿載靜置于卸車裝置上，假設啟動時兩側液壓缸不同步：一側液壓缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動。

貨車滿載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到30°。

貨車空載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到45°。

2 卸車裝置的有限元分析

2.1 有限元模型的建立

文章采用有限元分析軟件MADIS進行力學建模分析，圖3為100t散料汽車卸車裝置計算模型。模型中液壓缸未示出，直接在液壓缸施力點設置載荷或邊界條件，不影響最后結果。汽車荷載根據車輛軸重在模型上進行布置。

2.2 計算分析

2.2.1 工況一

工況一：貨車滿載、卸車裝置啟動，油缸不同步。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖4、圖5所示。

計算得到100t散料汽車卸車裝置在工況一的最大位移發生在遠離鉸軸的端部，為47.509mm。

最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上，為219MPa。

219MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/219=1.42，滿足塑性材料的安全系數的取用要求[1]。

2.2.2 工況二

工況二：貨車滿載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到300。計算時按貨車荷載100t（實際在傾斜過程中，貨車載荷隨著角度的增大而減小），則此時計算結果比實際結果大，偏于安全。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖6、圖7所示。

計算得到貨車滿載時翻轉30°的最大位移為5.59mm。按簡支梁撓度限制要求[2]：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為148.5MPa。

148.5MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/148.5=2.09，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.2.3 工況三

工況三：貨車空載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到45度。按貨車空載重量30t計算，計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖8、圖9所示。

計算得到貨車空載卸車裝置翻轉45°的最大位移為1.522mm。按簡支梁撓度限制要求：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為90.7MPa。

90.7MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/90.7=3.42，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.3 結論

綜合以上分析結果，工況1：貨車滿載卸車裝置開始啟動時（液壓缸不同步）結構產生的最大位移和最大應力，分別為47.509mm和219MPa。但由于此時的狀態是由于兩側液壓缸頂升不同步引起的，并非卸車裝置的正常使用狀態，現場使用時若出現這種情況，應及時對頂升控制系統進行檢修。因此，此時位移偏大只是暫時性的，而應力在允許范圍內，不致造成結構的破壞，滿足使用要求。其它工況下，卸車裝置均滿足使用要求。

3 汽車卸車裝置的應用

大噸位散料汽車卸車裝置擁有自主知識產權（專利號ZL 201330350350.7），能實現安全快速卸貨，大量降低人工成本，提高企業效益。在張家口，美國辛普勞公司應用40t級卸車裝置4臺，年收15萬噸土豆；在內蒙古，太美公司應用40t級卸車裝置1臺，年收5萬噸土豆；在哈爾濱，加拿大麥肯公司應用100t級卸車裝置2臺，年收20萬噸土豆。該卸車裝置相對國外進口設備，經濟性好、安全系數高，能給客戶節省投資、提高效益，應用前景好。

參考文獻

[1]宋子康，蔡文安.材料力學2版[M].上海：同濟大學出版社，1998.

[2]鋼結構設計手冊編輯委員會.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：章遠方，男，2006年6月畢業于同濟大學，機械制造及其自動化，工程師，鐵五院機械公司設計部主任，研究方向：機械。endprint

摘 要：文章介紹了大噸位散料汽車卸車裝置的結構功能及其技術優勢。通過分析其結構、尺寸及荷載情況，并運用有限元分析軟件MIDAS進行有限元分析，驗證其強度和剛度符合相關要求并具有一定的安全系數。最后簡介了該裝置的實際應用情況。

關鍵詞：卸車裝置；有限元；散狀物料

引言

我國正處于轉變經濟增長方式、走新型工業化道路、建設資源節約型和環境保護型社會的重要時期。國民經濟的快速、穩定發展，為面向國民經濟各行各業，包括第二與第三產業提供所需大量物料搬運裝備的物料搬運機械制造業，提供了最好的發展機遇。

隨著各行業規模化生產的出現，高成本低效率的人力卸車已經不能滿足生產的需要。通過市場調研：粗略估計人工卸料成本5～10元/噸，而本項目研制的大噸位散料汽車卸車裝置（見圖1）僅為1元/噸。該卸車裝置實現了卸車自動化，使貨物安全快速卸載，大量減少勞動力，提高企業效益。該卸車裝置適用于港口、各類倉庫、加工廠對散狀物料的自動卸載；廣泛適用于糧食、化工、冶金、礦山、工程建設及一切有散狀物料接收作業的場所。

文章以100噸散料汽車卸車裝置為例，淺談一下其結構功能設計及應用情況。

1 卸車裝置的結構功能和工況分析

1.1 結構功能分析

100t散料汽車卸車裝置由翻轉架、固定架、導向坡以及液壓系統組成（見圖2）。

100t散料汽車卸車裝置設計主要技術性能：

翻轉角度 0～45°

翻轉速度 100/min

起重量 100t

裝置長度18m，不含導向坡

技術優勢：

卸車裝置兩側采用特制的雙支撐結構，PLC系統控制油缸同步，保證轉動平穩。

翻轉架配有擋輪器，適合于不同后懸長度的汽車使用。

卸車裝置在水平位置和各個使用角度下，具有足夠的強度和剛度。

液壓系統配有液壓鎖以便在斷電或液壓管破裂的情況下，液壓缸能自鎖，此自鎖機構可以通過手動解鎖。

1.2 載荷工況分析

在卸車裝置翻轉過程中，需要計算的控制工況包括：

貨車滿載靜置于卸車裝置上，假設啟動時兩側液壓缸不同步：一側液壓缸已達到750kN頂升力（油缸與地面初始角度為65°），而另一側未能起動。

貨車滿載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到30°。

貨車空載靜置于卸車裝置上且翻轉角度根據設計要求達到45°。

2 卸車裝置的有限元分析

2.1 有限元模型的建立

文章采用有限元分析軟件MADIS進行力學建模分析，圖3為100t散料汽車卸車裝置計算模型。模型中液壓缸未示出，直接在液壓缸施力點設置載荷或邊界條件，不影響最后結果。汽車荷載根據車輛軸重在模型上進行布置。

2.2 計算分析

2.2.1 工況一

工況一：貨車滿載、卸車裝置啟動，油缸不同步。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖4、圖5所示。

計算得到100t散料汽車卸車裝置在工況一的最大位移發生在遠離鉸軸的端部，為47.509mm。

最大應力發生在翻轉架底部一橫梁上，為219MPa。

219MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/219=1.42，滿足塑性材料的安全系數的取用要求[1]。

2.2.2 工況二

工況二：貨車滿載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到300。計算時按貨車荷載100t（實際在傾斜過程中，貨車載荷隨著角度的增大而減小），則此時計算結果比實際結果大，偏于安全。計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖6、圖7所示。

計算得到貨車滿載時翻轉30°的最大位移為5.59mm。按簡支梁撓度限制要求[2]：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為148.5MPa。

148.5MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/148.5=2.09，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.2.3 工況三

工況三：貨車空載、卸車裝置翻轉角度根據設計要求達到45度。按貨車空載重量30t計算，計算后得到的卸車裝置位移及應力結果，如圖8、圖9所示。

計算得到貨車空載卸車裝置翻轉45°的最大位移為1.522mm。按簡支梁撓度限制要求：

計算滿足簡支梁變形要求。

最大應力發生在翻轉架靠近鉸軸處底部一橫梁上，為90.7MPa。

90.7MPa<[σ]=310MPa，

安全系數為 n=310/90.7=3.42，滿足塑性材料的安全系數取用要求。

2.3 結論

綜合以上分析結果，工況1：貨車滿載卸車裝置開始啟動時（液壓缸不同步）結構產生的最大位移和最大應力，分別為47.509mm和219MPa。但由于此時的狀態是由于兩側液壓缸頂升不同步引起的，并非卸車裝置的正常使用狀態，現場使用時若出現這種情況，應及時對頂升控制系統進行檢修。因此，此時位移偏大只是暫時性的，而應力在允許范圍內，不致造成結構的破壞，滿足使用要求。其它工況下，卸車裝置均滿足使用要求。

3 汽車卸車裝置的應用

大噸位散料汽車卸車裝置擁有自主知識產權（專利號ZL 201330350350.7），能實現安全快速卸貨，大量降低人工成本，提高企業效益。在張家口，美國辛普勞公司應用40t級卸車裝置4臺，年收15萬噸土豆；在內蒙古，太美公司應用40t級卸車裝置1臺，年收5萬噸土豆；在哈爾濱，加拿大麥肯公司應用100t級卸車裝置2臺，年收20萬噸土豆。該卸車裝置相對國外進口設備，經濟性好、安全系數高，能給客戶節省投資、提高效益，應用前景好。

參考文獻

[1]宋子康，蔡文安.材料力學2版[M].上海：同濟大學出版社，1998.

[2]鋼結構設計手冊編輯委員會.鋼結構設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

作者簡介：章遠方，男，2006年6月畢業于同濟大學，機械制造及其自動化，工程師，鐵五院機械公司設計部主任，研究方向：機械。endprint