港口機械機構穩定性設計初探

陳承俊

摘 要：加入世界貿易組織以后，我國與國際間的交流越發密切，使我國的對外進出口貿易額呈現出逐年增加的發展趨勢，對我國的綜合經濟發展水平具有重要的推動作用。而港口是國內進出口貿易的重要渠道，因此港口機械設備的穩定性直接影響著對外進出口能力。本文對港口機械穩定性影響因素進行了簡要分析，并提出一些提高港口機械穩定性的設計方法，以期最大限度的提高我國機械設備的穩定性與進出口能力。

關鍵詞：港口；機械穩定性；設計；影響因素

目前大部分港口機械主要包括起重機、岸橋、卸船機、裝船機、堆取料機等，這些大型機械設備具有一定的特殊性，對港口的運載能力有著至關重要的作用，并且，隨著電氣化自動化與智能化時代的到來，進一步改善了機械設備的自控能力，提高了機械設備的工作效率。

一、港口機械設備的特性

首先，科技的進步與發展，為自動化設備應用到港口機械設備中創造了條件，增強了港口機械設備的自動化程度，為滿足生產需求提供了良好的機械設備保障；其次，現代的科技更新速度快。新的裝備技術不斷代替老舊設備，使機械設備的工作效率以及功能更加強大；最后，使用環境多變。港口機械設備大多為露天作業，隨著港口對外貿易貨品種類不斷增多，其作業環境發生了改變，對設備的耐酸、耐堿性和耐壓、耐撞性都提出了不同的要求。

二、港口機械結構穩定性影響因素分析

（一）工況因素分析。工況因素主要是指機械設備的環境因素，在進行港口貨物裝卸時。機械設備會受到貨物種類、物理性質以及化學性質影響，包括對機械設備的載荷、化學腐蝕、以及電化學腐蝕、電磁等因素，影響機械設備的穩定性。總的來說，港口機械的載荷較大，且投入運營的時間長，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[1]。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，不同設備的力學性能與化學腐蝕抵抗性能具有較大差異，因此，工況對設備的穩定性影響程度不同。

（二）管理因素。港口機械的設備管理工作，直接影響著設備的使用壽命以及工作效率，如果不能做好妥善的管理工作，可能會導致設備提前老化，增加設備的故障率，導致機械設備的穩定性越來越差。目前，港口機械管理規范正缺乏完善的設備維修、養護標準，使港口機械在長期的使用生產中得不到正確的維修。另外，港口機械設備的維護管理人員的綜合水平不高，對設備維護意識較差，從而在機械設備的維護工作中存在諸多的安全隱患，影響港口機械設備結構的穩定性。

（三）氣候因素分析。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。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。

三、港口機械結構穩定性設計

（一）基于人工神經網絡的載荷仿真。在進行港口結構穩定性設計時，需要進行載荷譜的確定，而常用的方法為實測法與仿真法。全部運用實測法，需要投入大量的人力、物力、財力，造成嚴重的浪費，顯然與實際情況不符，同時，這種方法的測量周期長，對數據的利用率不高；全部運用仿真法又與現實脫節，仿真模型會與實物之間存在較大誤差，導致測試結果不夠準確。而現在提出的基于人工網絡的載荷仿真是對以上兩種方法的結合：首先對港口機械機構危險部位進行實測，測出有效的應力時間歷程，作為網絡神經的訓練標準，建立人工神經網絡的載荷仿真模型；其次，把某一狀態下重量、幅度、結構尺寸等因素，作為該網絡仿真模型的輸入，網絡就可以輸出相應狀態的應力時間歷程的仿真結果；最后，通過實測結果對仿真結果進行檢驗，并結合該設計領域專家知識進行評判，這樣既能減少實測工作量，又能提高仿真測量的科學性與準確性，為數據統計與隨機過程的處理打下較好的基礎。

（二）基于疲勞損傷累積理論與應力強度干涉理論可靠性校核。港口機械機構的可靠性校核需要包括疲勞強度、靜強度可靠性校核，在進行機械結構穩定性設計時需要著重對這兩點進行考慮，在進行強度校核時，需要保證機械穩定程度滿足最不利的載荷組合工況，根據應力強度干涉理論用JC法進行計算。

（三）基于反求工程及優化方法的可靠性設計。在進行箱型結構穩定性設計時，需要對長、寬、高以及壁厚，作為重要的參考數據，并在進行設計時，考慮工程結構制造要求，可將方差限定為與尺寸均值成比例的一組不獨立變量，這樣實際的獨立變量仍為4個，同時又將方差考慮進來，因此在具體求解時需借助優化設計的方法。又因可靠度最大為1，它增大一點都會帶來結構截面尺寸的大幅度增長，所以一味追求可靠度最大并不一定是最合理的。為此本文提出以“可靠度/截面積”最大為優化目標函數，這樣就避免了盲目追求可靠性而忽視經濟性的問題。該提法可以叫作“經濟可靠度”。

四、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，因此，在進行港口機械設計時，需要對設備的結構穩定性作為重點研究對象，對機械結構中容易出現故障問題的結構進行優化設計，并針對設備運行的實際情況，對設備的力學性能以及抗腐蝕性能進行改善，進一步提高港口工程質量水平。

參考文獻：

[1]姜萍，朱振民.港口機械結構穩定性設計[J].工業設計，2016（2）：

91-92.