大吨位散料汽车卸车装置的研制及应用

摘 要：文章介绍了大吨位散料汽车卸车装置的结构功能及其技术优势。通过分析其结构、尺寸及荷载情况，并运用有限元分析软件MIDAS进行有限元分析，验证其强度和刚度符合相关要求并具有一定的安全系数。最后简介了该装置的实际应用情况。

关键词：卸车装置；有限元；散状物料

引言

我国正处于转变经济增长方式、走新型工业化道路、建设资源节约型和环境保护型社会的重要时期。国民经济的快速、稳定发展，为面向国民经济各行各业，包括第二与第三产业提供所需大量物料搬运装备的物料搬运机械制造业，提供了最好的发展机遇。

随着各行业规模化生产的出现，高成本低效率的人力卸车已经不能满足生产的需要。通过市场调研：粗略估计人工卸料成本5～10元/吨，而本项目研制的大吨位散料汽车卸车装置（见图1）仅为1元/吨。该卸车装置实现了卸车自动化，使货物安全快速卸载，大量减少劳动力，提高企业效益。该卸车装置适用于港口、各类仓库、加工厂对散状物料的自动卸载；广泛适用于粮食、化工、冶金、矿山、工程建设及一切有散状物料接收作业的场所。

文章以100吨散料汽车卸车装置为例，浅谈一下其结构功能设计及应用情况。

1 卸车装置的结构功能和工况分析

1.1 结构功能分析

100t散料汽车卸车装置由翻转架、固定架、导向坡以及液压系统组成（见图2）。

100t散料汽车卸车装置设计主要技术性能：

翻转角度 0～45°

翻转速度 100/min

起重量 100t

装置长度18m，不含导向坡

技术优势：

卸车装置两侧采用特制的双支撑结构，PLC系统控制油缸同步，保证转动平稳。

翻转架配有挡轮器，适合于不同后悬长度的汽车使用。

卸车装置在水平位置和各个使用角度下，具有足够的强度和刚度。

液压系统配有液压锁以便在断电或液压管破裂的情况下，液压缸能自锁，此自锁机构可以通过手动解锁。

1.2 载荷工况分析

在卸车装置翻转过程中，需要计算的控制工况包括：

货车满载静置于卸车装置上，假设启动时两侧液压缸不同步：一侧液压缸已达到750kN顶升力（油缸与地面初始角度为65°），而另一侧未能起动。

货车满载静置于卸车装置上且翻转角度根据设计要求达到30°。

货车空载静置于卸车装置上且翻转角度根据设计要求达到45°。

2 卸车装置的有限元分析

2.1 有限元模型的建立

文章采用有限元分析软件MADIS进行力学建模分析，图3为100t散料汽车卸车装置计算模型。模型中液压缸未示出，直接在液压缸施力点设置载荷或边界条件，不影响最后结果。汽车荷载根据车辆轴重在模型上进行布置。

2.2 计算分析

2.2.1 工况一

工况一：货车满载、卸车装置启动，油缸不同步。计算后得到的卸车装置位移及应力结果，如图4、图5所示。

计算得到100t散料汽车卸车装置在工况一的最大位移发生在远离铰轴的端部，为47.509mm。

最大应力发生在翻转架底部一横梁上，为219MPa。

219MPa

安全系数为 n=310/219=1.42，满足塑性材料的安全系数的取用要求[1]。

2.2.2 工况二

工况二：货车满载、卸车装置翻转角度根据设计要求达到300。计算时按货车荷载100t（实际在倾斜过程中，货车载荷随着角度的增大而减小），则此时计算结果比实际结果大，偏于安全。计算后得到的卸车装置位移及应力结果，如图6、图7所示。

计算得到货车满载时翻转30°的最大位移为5.59mm。按简支梁挠度限制要求[2]：

计算满足简支梁变形要求。

最大应力发生在翻转架靠近铰轴处底部一横梁上，为148.5MPa。

148.5MPa

安全系数为 n=310/148.5=2.09，满足塑性材料的安全系数取用要求。

2.2.3 工况三

工况三：货车空载、卸车装置翻转角度根据设计要求达到45度。按货车空载重量30t计算，计算后得到的卸车装置位移及应力结果，如图8、图9所示。

计算得到货车空载卸车装置翻转45°的最大位移为1.522mm。按简支梁挠度限制要求：

计算满足简支梁变形要求。

最大应力发生在翻转架靠近铰轴处底部一横梁上，为90.7MPa。

90.7MPa

安全系数为 n=310/90.7=3.42，满足塑性材料的安全系数取用要求。

2.3 结论

综合以上分析结果，工况1：货车满载卸车装置开始启动时（液压缸不同步）结构产生的最大位移和最大应力，分别为47.509mm和219MPa。但由于此时的状态是由于两侧液压缸顶升不同步引起的，并非卸车装置的正常使用状态，现场使用时若出现这种情况，应及时对顶升控制系统进行检修。因此，此时位移偏大只是暂时性的，而应力在允许范围内，不致造成结构的破坏，满足使用要求。其它工况下，卸车装置均满足使用要求。

3 汽车卸车装置的应用

大吨位散料汽车卸车装置拥有自主知识产权（专利号ZL 201330350350.7），能实现安全快速卸货，大量降低人工成本，提高企业效益。在张家口，美国辛普劳公司应用40t级卸车装置4台，年收15万吨土豆；在内蒙古，太美公司应用40t级卸车装置1台，年收5万吨土豆；在哈尔滨，加拿大麦肯公司应用100t级卸车装置2台，年收20万吨土豆。该卸车装置相对国外进口设备，经济性好、安全系数高，能给客户节省投资、提高效益，应用前景好。

参考文献

[1]宋子康，蔡文安.材料力学2版[M].上海：同济大学出版社，1998.

[2]钢结构设计手册编辑委员会.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

作者简介：章远方，男，2006年6月毕业于同济大学，机械制造及其自动化，工程师，铁五院机械公司设计部主任，研究方向：机械。