港口機械結構穩定性設計

姜萍 朱振民

摘 要：隨著我國市場經濟的快速發展，我國對外進出口貿易額逐年增加，2015年，全國進出口總值已經超過24.5萬億，全國GDP總值為67.67萬億。從以上數據可看出我國進出口貿易的重要性，而港口是負責則是進出口貿易的主要通道，港口設備的穩定性直接關系到港口的運載能力。目前，我國重要進出口港口已經實現智能化、自動化管理，港口設備的運載能力已經達到較高的水平，但影響港口設備穩定性的因素仍然很多，比如天氣因素、管理因素、維修機制等。本文將深入研究影響我國港口機械設備穩定性的因素，并設計具體的數學模型，提出針對性的改進措施，最大限度提升我國港口機械設備的穩定性與運載能力。

關鍵詞：港口；機械設備；穩定性；設計；對策

隨著科學技術的快速發展，機電設備已經廣泛應用于各個行業，港口是國際貿易的主要通道，港口的運載能力與企業經濟效益直接掛鉤。目前，我國大部分港口機械設備已經實現電氣化、自動化，而港口機械設備的工作環境具有一定特殊性，以港口危化品運輸設備為例，運輸貨品直接影響了機械設備的穩定性，另外，沿海地區港口設備受天氣影響比較大，沿海地區空氣中鹽含量較高，加大了對設備的化學侵蝕，很多電控設備受空氣濕度的影響較大，空氣濕度越大，電氣設備的老化程度越快。本文將以鋁釩土、化肥等化學品的港口裝卸設備為例，探究港口機械結構的穩定性設計。

1 影響因素分析

傳統的機械結構穩定性分析具有一定局限性，傳統機械結構穩定性設計將設備工作環境與工作情況作為影響因素，忽略了維修管理、氣候環境等因素的影響，導致機械結構穩定性設計準確性不高。本文采取了新型的機械結構穩定性分析模型，不僅考慮了機械本身的穩定性，同時將環境因素、管理因素納入模型，通過對影響因素的量化分析，獲得新型的數學模型，保證穩定性設計的有效性。下面將針對港口機械結構穩定性進行詳細分析，將影響因素區分為工況因素、氣候因素以及管理因素。

1.1 工況因素

工況因素是指直接影響港口機械設備工作效率的環境因素，這些因素是確定存在的，存在一定普遍性，包括機械作用力、化學品腐蝕、電磁因素等。機械作用力對港口機械結構穩定性具有直接影響，港口機械設備的載荷較大，且工作周期較長，針對機械作用力的分析屬于常規機械設計內容，運載對象的區別決定了設備承受載荷的差異，常見的作用力包括沖擊力、震蕩、離心加速度等，除此之外，還必須考慮港口機械設備的疲勞應力，機械作用力分析必須針對具體設備，本文數學模型是針對所有港口機械設備的，這里不對特定機械進行作用力分析。鋁釩土、化肥等化學品的成分復雜，不同化學品對不同機械設備的腐蝕程度具有不同。

1.2 氣候因素

我國大部分港口機械設備已經實現電氣化，而電子產品受空氣濕度、氣候環境的影響較大，不同的氣候環境對電子設備的影響程度存在差異性。例如空氣污染嚴重的地區會影響可視化設備的定位精度，氣壓因素會影響氣缸設備的傳動，沿海港口地區的空氣濕度較大，且空氣中的鹽含量較高，這些影響因素都可以概括為氣候因素。港口地區的主要氣候影響因素是空氣濕度、溫度以及空氣中的鹽含量等，氣候因素的具體量化標準需要采集港口地區的氣候數據，通過氣候數據定義影響因子。除此之外，部分內陸港口的氣候影響因素與沿海地區存在差異，因此需要根據實際情況確定量化體系。

1.3 管理因素

狹義的港口機械結構穩定性設計忽略了管理因素的影響，而管理因素卻直接關系到機械設備的老化速率以及故障率，故障率越高，機械設備的穩定性越差。目前，我國大多數港口設備管理部門缺乏標準化的維修體系，很多港口機械設備長期處于超負荷運載狀態，導致設備故障率較高。另外，港口設備的工作周期長也影響了港口機械設備的正常維護，現有的管理維修屬于被動式管理模式，而且維護管理人員的專業素質不高，大大增加了港口機械設備出現故障的可能性，部分操作失誤也可能影響設備的正常使用。本文將設備維護周期、設備維護管理人員專業水平、維護頻率、人為操作失誤等因素作為管理影響因子。

2 數學模型構建

本文設計的模型需要對影響因素進行量化分析，量化過程需要結合具體港口的實際情況，以鋁釩土、化肥等化學品的港口運輸設備為例，需要統計機械設備的工作時間、工作周期、常規載重情況等，機械載荷已經具有系統的量化標準，但其他影響因素卻缺少量化標準，例如化肥，化肥種類很多，不同種類的化肥對機械的腐蝕程度不同，常規的鉀肥包括硫化鉀、氯化鉀等，將硫化鉀對機械設備的影響因素定為恒定標準，則根據化學反應程度，氯化鉀的影響程度為1.2。除此之外，天氣因素與管理因素對機械設備的影響程度也需要類似的量化體系，不同地區的氣候環境不同，因此影響因子也存在差異性。下面設計的港口機械結構穩定性模型主要針對危化品港口設備，將各個影響因素作為影響因子納入數學模型中。

通過上面的因素分析可以看出，影響港口機械結構穩定性的因素包括工況因素、氣候因素以及管理因素等，而工況因素又包括機械作用力、化學品腐蝕、電磁因素等，則港口機械設備的工況綜合影響因子為，氣候因素包括空氣濕度、空氣鹽含量等，則港口機械設備的氣候綜合影響因子為，管理因素包括設備維護周期、維護管理人員專業素質、人為操作失誤等，則港口機械設備的管理綜合影響因子為。不同設備在不同因素影響下的穩定性也不同，需要根據規定的影響因素設計港口機械設備的穩定性，研究港口機械設備結構穩定性，可以最大限度提高港口機械設備的運載能力，同時保證設備工作的安全性，延長港口機械設備的工作年限。

規定港口機械設備的使用時間為t，則設備失效時間為T，則設備的穩定性為，故障率為，故障密度為，平均壽命為，將各項穩定性因子加入模型，可以得到港口機械設備綜合穩定性數學模型，具體數學模型如下：

通過S的量化比較調整港口機械設備的穩定性，有效解決了設備穩定性與經濟效益的沖突，實現最優化的港口機械結構穩定性管理模型。

3 配套優化措施

在進行港口機械結構穩定性設計時，需要基于數學模型提出針對性的優化措施，通過針對性的優化措施提高港口設備的穩定性。具體優化措施包括機械設計優化以及管理措施優化，設計優化是指通過設計保證港口機械結構穩定性，在進行機械設備設計時盡量采取模塊化的設計模式，簡化機械設備結構，因為零件越多設備的故障率越高，另外，設計時必須選擇可靠性更高的零部件，設計方案的制定必須遵循實用性、隨機性、模塊化的原則。管理優化包括技術引進、人才培養以及制度建設，港口設備管理部門應該積極引進新型維護技術，實現維護智能化，同時引入高素質的操作人才與管理人才，提高管理團隊的專業素質，并通過現代化的管理制度保證維護體系，實現維護日常化。港口在進行港口機械結構穩定性設計時通過多種措施提高設備穩定性，利用數學模型優化穩定性，實現穩定性與經濟效益的平衡。

4 結語

港口機械結構穩定性直接關系港口的直接經濟效益，也影響著港口工作人員的人生安全，本文以影響港口機械結構穩定性的因素未研究對象，通過對影響因素的量化分析，得出了符合實際應用的港口機械結構穩定性數學模型。本文提出的港口機械結構穩定性數學模型將多種影響因素納入設計范圍，有效克服了傳統設計的缺陷，提高了港口機械結構穩定性設計的準確性，除此之外，本文基于港口機械結構穩定性數學模型提出了可行的改進措施，有效提高了港口機械結構穩定性。本文設計的港口機械結構穩定性設計模型具有較強的針對性，主要針對鋁釩土、化肥等化學品運輸港口，在實際使用時必須根據各地區港口的實際情況進行改進，希望本文的研究有利于提高我國港口機械設備的穩定性。

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