集装箱正面吊曲臂的有限元分析及优化

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Finite element analysis and optimizationon derrick stacker crank.armsZUHai-ying，ZHAO Wei-min，HAN J/a-xuan(School of Mechanical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China)Abstract：The 45 t crank-arm container derrick stacker is designed using kinematical and finite elementanalyses under three working conditions.Thereafter，it is found form analysis results that the stresses onthe basic front.arm block，the sectional mutation position between basic arm and telescopic boom end-joint，the upper and lower wing plates from mutation po sition to basic arm cylinder hinge-ear are relativelylarger.Meanwhile，the crank-arm structure is directly analyzed via artificial optimization.To this end，thedesigned crank-arm derrick stacker can meet the requirements of cross stacker operation with highefficiency.Therefore，this approach provides a be neficial investigation into the future crank-arm derrickstacker design。

Key words：crank-arm derrick stacker；cross stacker operation；optimization analysis随着全球集装箱运输持续快速增长，码头或中转站集装箱堆场容量的需求也相应增大.集装箱正面吊广泛应用于集装箱货尝中转站和码头等物流装卸场所[1]，按其 吊臂的结构形式分为直臂和曲臂，其中直臂正面吊具有简单、截面孝自重轻等优点，但是直臂不能跨箱作业，致使工作效率较低；而曲臂正面吊不仅可以跨箱作业并能直接吊运船上的集装箱，效率高且具有 良好发展前景.本文通过借鉴利勃海尔曲臂正面吊的技术参数，建立分析模型并进行相关的分析研究。

1 曲臂正面吊的作业分析曲臂正面吊如图 1所示：由底盘、变幅油缸、基本臂、伸缩臂、集装箱吊具、伸缩油缸、摆动油缸等组成。

图 1 整体分析模型Fig.1 Model of analysis while-machine作者简介：祖海英(1979-)，女，讲师，博士生.E.mail：zuhaiying7907###sina.corn中 国 工 程 机 械 学 报 第 11卷高应力区发生在基本臂下翼板滑块处、伸缩臂上翼板滑块处、伸缩臂下末端与基本臂的接触截面突变处、基本臂截面突变处以下的上下翼板至变幅油缸铰点之间的区域.相对应力较小的区域为：伸缩臂的上下翼板及左右腹板.对其进行直接人工优化：对于结构强度不足处进行结构加强；对于结构强度较高的区域考虑适当减小其厚度[53。

4.2 曲臂优化前后的有限元分析通过对最危险的工况 1进行有限元分析，施加载荷取 自运动学分析中的结果.通过有限元进行计算，得到在工况 1下的位移最大变形量位于吊臂头部，为0.280 m，在允许范围 0.306 in内.应力计算结果与优化前对比如表 2所示，最大应力发生在基本臂油缸铰耳的4个侧板与基本臂下翼板连接处，其值为455 MPa，小于许用屈服强度533 MPa，达到优化目的。

表 2 吊臂优化对比表TI .2 ntrasttableoftheliftarnloptimiztion工况 最大应力/MPa 最大位移/m 最大应变 吊臂质量/kg5 结论本文分析设计了45 t集装箱曲臂正面吊，对曲臂正面吊进行了运动学分析和有限元分析，同时对(上接第 124页)其结构进行了人工优化分析.优化后，最大应力减少了28.2%，最大位移增加了 6.87%，最大应变减少了25.7%，整个吊臂质量减少了 12.3%.且优化后最大应力与最大位移均在许用应力与许用位移范围之内。