集装箱自装卸运输车起重装置设计

1、太原科技大学本科毕业设计（论 文）集装箱自装卸运输车起重装置设计Design of working device of Self-loading container Trailers 学 院（系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化（工程机械） 班 级： 机自121205班 学 生 姓 名： 赵 建 学 号： 201212030528 指 导 教 师： 要志斌 2016年6月9日太原科技大学本科毕业设计（论文）摘 要 近年来，我国经济飞速发展，各行各业都在蓬勃地成长，物流运输业也在不断发展中。消费者对于物流的要求日益增多，集装箱“门到门”的运输模式逐渐得到大家认可和推崇。但是目前国

2、内集装箱运输业仍处于低效率、高耗能的局面。虽然我国也曾大力发展集装箱运输辅助行业，例如大型叉车，正面吊，起重机等，在中远途集装箱运输业内有了一定效果，但在短途运输领域，大型装卸设备带来的高额成本和相对漫长的装卸时间仍旧是集装箱短途运输业发展的拦路虎。这样就慢慢衍生出了一种新的集装箱转运方案集装箱自装卸系统。以此为基础的集装箱自装卸运输车凭借其灵活快捷的特点，占据了越来越多的市场份额。本文首先介绍了集装箱自装卸运输车工作装置的基本结构与工作原理。起重装置有单侧平行式、单侧交叉式和双侧等形式，支撑装置有交错式一级伸缩支腿、交错式二级伸缩支腿和大跨距支腿等形式。工况有自装卸作业、堆垛作业和车对车作业

3、等。其次，简单阐释了单侧滑移式集装箱自装卸运输车起重装置的设计方法，并研究了不同结构形式的起重装置对整车装卸性能的影响。单侧滑移式集装箱自装卸运输车起重装置通常包括基座、上臂、下臂、支腿、起重吊链五大部分，以液压缸为动力输出，对集装箱进行各种装卸作业。文章以某单侧滑移式集装箱自装卸运输车为例，介绍了其起重装置的设计方法。同时作为集装箱自装卸运输车的核心子系统，不同起重性能要求的集装箱自装卸运输车，需要配置不同布置形式的起重装置。本文也对这种对应性做了初步研究，得到阶段性的研究成果，为系列车型的设计和后续的研究工作提供了一定参考和基础。 最后，总结和归纳了全文叙述内容，提出了可以继续深入研究的部

4、分并对下一步的研究进行了展望。关键字： 集装箱；运输车；工作装置；铰点 AbstractIn recent years, the rapid development of economy of our country, all walks of life in the vigorous growth, logistics and transport industry also in the continuous development. Consumers for logistics requirements increasing, the container door to door tra

5、nsport model has been recognized and respected. But at present domestic container transportation industry is still in low efficiency, high energy consumption situation. Although our country have vigorously the development of container transport auxiliary industry, such as large forklift, front crane

6、, crane, in the long haul container shipping industry have certain effect, but in the field of short distance transportation, loading and unloading of large equipment to bring the high cost and relatively long time for loading and unloading is still short of container transport The stumbling block o

7、f the development of industry. This will slowly derived from the a new container transport scheme - container self loading and unloading system. Taking the opportunity of containers based self loading and unloading transport vehicle with its flexible and efficient characteristics, occupy the more an

8、d more market share.This paper firstly introduces the basic structure and working principle of the container self loading and unloading transport vehicle, the lifting device has a single side parallel, one side cross and bilateral and other forms, Staggered type two stage telescopic legs and large s

9、pan leg form. Conditions have self loading and unloading, stacking and car to vehicle operation and so on.Secondly, briefly explains the unilateral sliding from container loading and unloading transport vehicle lifting device design method, and study the different structure form of lifting device of

10、 vehicle handling performance of unilateral sliding from container loading and unloading transport vehicle lifting device usually comprises a base, the upper arm, lower arm, leg, lifting chain five parts to the hydraulic cylinder as the power output of the container for loading and unloading operati

11、ons. In this paper, a unilateral sliding type container transportation, loading and unloading car as an example, introduces the hoisting device design method. At the same time as a container transportation, loading and unloading car core subsystem, different lifting performance requirements of the c

12、ontainer loading and unloading transport vehicle, need Configuration of different arrangements of the lifting device. This paper also made a preliminary study of this correspondence, to get the results of the stage, for the design of a series of models and follow-up research work to provide a certai

13、n reference and foundation.In the end, the paper summarizes and summarizes the content of the full text, and puts forward some further research and prospects for the further research.keyword：Container; transport vehicle; working device;hinge pointIV太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）： 机械工程学院 时间：2016年 3月 7 日学 生

14、 姓 名（班级、学号）赵建指 导 教 师要志斌设计（论文）题目集装箱自装卸运输车起重装置设计主要研究内容1、起重机工作装置机构类型的选择分析；2、侧面吊起重装置铰点确定及结构设计；3、起重机工作装置结构设计；4、主要零部件的强度分析计算；5、绘制起重装置装配图、主要零部件零件图及各工况特征示意图；6、完成设计说明书；7、翻译3000字以上的相关外文文献研究方法1、 参考国内外机型，进行起重机工作装置机构类型选择2、 利用图解法与试凑法进行工作机构尺寸参数设计3、 参照国内外机型，考虑自身设计要求，进行起重机工作结构设计4、 选定受力最大位置，进行起重机工作装置主要部件强度计算主要技术指标(或研

15、究目标)最大起重量:37000kg；支腿最大跨度3200mm；最远作业幅度4000mm；最大外廓高度2490mm；最大外廓宽度：2500mm；最大外廓厚度1020mm；液压系统最大压力28MPa，自重7000kg（参考徐工MQH37A侧面起重机机）主要参考文献1、 刘喆君. 集装箱自装卸半挂运输车总体设计及整车性能分析 D. 吉林大学，2014. 2、成凯，高健，程磊. 集装箱自装卸运输车工作装置铰点位置对油缸载荷影响J. 中国工程机械学报，2014，12(4): 313-319.3、袁福昌. 集装箱搬运机械 M.技术标准出版社，1981.6.说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计（论文）内，

16、一份交学院（直属系）。目 录摘 要IAbstractII太原科技大学毕业设计（论文）任务书第1章 绪论11.1 课题来源及背景11.2 集装箱自装卸运输车工作装置总体介绍1 1.2.1 集装箱自装卸运输车工作装置形式1 1.2.2 集装箱自装卸运输车的不同工况51.3 集装箱自装卸运输车的发展历程7 1.3.1 国外集装箱自装卸运输车的发展历程7 1.3.2 国内集装箱自装卸运输车的发展历史与现状81.4 本文研究的主要内容9第2章 集装箱自装卸运输车总体设计102.1 单侧侧面吊的基本结构和工作原理102.2 单侧滑移式侧面吊技术参数12 2.2.1 基本参数12 2.2.2 作业范围参数1

17、3第3章 侧面吊起重装置铰点确定及结构设计163.1 侧面吊起重臂架装置参数分析16 3.1.1 几何及力学关系17 3.1.2 约束条件18 3.1.3 用试凑法确定结果18 3.1.4 支腿参数确定203.2 液压缸参数设计213.3 侧面吊臂架结构设计23 3.3.1 吊装机构24 3.3.2 支撑机构26 3.3.3 支座总成27 3.3.4 吊链总成28第4章 主要零部件的强度分析计算294.1 上臂载荷分析及强度校核294.2 下臂载荷分析及强度校核314.3 支腿臂架的强度分析及校核34第5章 总结与展望365.1 全文总结365.2 展望36参 考 文 献38致 谢40I第1章

18、 绪 论1.1 课题来源及背景 最近几年，我国经济发展迅速，道路交通运输行业与其他所有行业一样，呈现出迅猛发展的势头，其中集装箱运输量正在急速增加。根据往年交通部发布的资料，可以统计出我国港口集装箱吞吐量的相关数据：2012 年，全国港口完成集装箱吞吐量 1.77 亿 TEU（标准箱），比上年增长 8.43%1; 在 2013 年，全国港口集装箱吞吐量达到了 2 亿 TEU。这巨量的港口集装箱货物中，40%将通过公路集装箱的运输方式发往全国。由此可知，国家集装箱公路运输行业将会被港口贸易带动起来，取得蓬勃发展。 虽然近年来，我国公路集装箱运输行业有了长足的发展和进步，但中短途运输状况却不尽如人

19、意。主要的原因是公路集装箱的装卸方式还不够先进，绝大多数集装箱运输车辆本身不具备自装卸能力，大都依靠其他机械辅助装卸，而且很多情况下，现场并不具备机械装卸能力，往往还要人工辅助装卸。可以看出，目前公路集装箱的运转效率非常低，而且装卸费用也会非常高，这些都是制约这个行业发展的不利因素。前段时间集装箱运输辅助行业得到过一定发展，比如港口起重机，大型叉车等，这些大型设备在集装箱中远途运输中有很不错的效果，但是在短途运输中，效率的提升已经不能弥补大型辅助装卸设备带来的运输成本的提高了。在节奏不断加快的今天，高效率公路集装箱运输的要求催生出了最新型的运输工具集装箱自装卸运输车。 这项重大的技术革新，起源

20、于欧洲，随后由于其高效的装卸效率、低廉的运营成本、强大的安全保障等种种优点，飞速发展，现已被世界许多国家接受采用。此技术迅速改善了世界集装箱运输行业的发展状况，也指出了我国解决集装箱中短途运输业的发展方向。虽然多年来，专用运输车的开发和有效使用，一直是我国汽车发展的软肋，但行业面临的巨大难题也在催动着自装卸系统在国内生根发芽。1.2 集装箱自装卸运输车工作装置总体介绍 1.2.1 集装箱自装卸运输车工作装置形式 依据车辆对集装箱的作业方式的不同，有以下几种模式的集装箱自装卸运输车：全吊装模式、半吊装半拖动的模式、全拖动模式2。其中全吊装模式，是集装箱的转运过程，全部是以吊装的方式来完成的。按照

21、这种模式进行设计的产品非常多，是最常见的一种（图 1.1）。全吊装式集装箱自装卸运输车的结构特点是：将一部折臂式起重机安装在半挂车“工”字梁或二类汽车底盘大梁的前后两端作为起重装置，在装卸过程中需要用起重用短环链链接集装箱与起重装置，此短环链一端铰接在起重装置上吊臂的臂头，另一端安插在集装箱下角件的长圆孔内。在整个装卸过程中，往往要求卸车完成后（或起吊前）具有很大质量的集装箱距离车辆侧边缘 300mm 以上，作业幅度非常大，这样很强的侧向稳定性对此种类型运输车就非常重要，因此斜伸式或大跨距的侧向支撑装置就是除了起重用折臂式起重机外车辆两端的必备配置。综上，这种类型的集装箱自装卸运输车的工作装置

22、按照其各自功用可分为两部分：起重装置与支撑装置。从结构上看，起重装置与支撑装置都有多种形式，下面分别介绍。 图1.1 全吊装模式（1）五铰点式 此类型的起重装置在目前的市面上见到的机会并不多，属于早期产品。图1.2 为一种五铰点式的一种类型产品： 图 1.2 五铰点式起重装置这种形式最明显的结构特点是上吊臂驱动油缸的上铰点在上吊臂吊头位置。这种结构的特点是整机结构相对简单，质量也相对较小。但是这种起重装置由于上臂油缸尺寸限制严重，造成集装箱装卸最高高度很低，同时装卸最远距离也很近，仅仅适合简单自装卸工况，这就限制了这种形式的应用范围。（2）六铰点平行式 五铰点式的起重装置见于最初的侧面吊布置形

23、式，当时的侧面吊功能简单，设计要求也不高。但随着物流业的不断发展，市场竞争愈加激烈，客户对侧面吊可以执行的功能和作业工况提出了更多的要求。由图 1.2 可以看出，五铰点式起重装置吊点所能达到的最高位置很低，仅仅可以完成近距离的自装卸和车对车作业，这在使用过程中是很不方便的，操作者希望单侧滑移式侧面吊可以“吊的更高、卸的更远”。在此市场需求下，部分公司设计者将上臂油缸杠杆铰点与吊点分开，向上臂后部移动一定距离，得到一种改进型的产品： 图 1.3 六铰点平行式起重装置 如图1.3所示，将上臂油缸臂头铰点与吊头分离后，原本的 5 个铰点变为 6个，上臂油缸与下臂油缸在装卸作业时，基本呈平行状态。故称

24、为六铰点平行式。（3）六铰点交叉式 同样的，将单侧平行式侧面吊的下臂油缸进行简单改造，向下移动下臂油缸的上铰点，并且向外侧移动下臂油缸下铰点，使整机在全收时下臂油缸的布置方向与上臂油缸基本呈交叉状态，则这种起重装置就称为六铰点交叉式。如图1.4所示： 图 1.4 六铰点交叉式起重装置（4）双侧式 双侧起重装置，顾名思义，就是可以向运输车两侧进行装卸作业。结构上，吊臂两侧对称布置两个驱动油缸是其主要特点。双侧式起重装置的常用工况是车对车作业，在需要进行反复或多次作业时，可以省去其他种类自装卸运输车多次掉头停车的动作，车辆与集装箱或车与车只需一次对位就可完成，装卸过程更加简洁和迅速。 图 1.5

25、双侧式起重装置1.2.2 集装箱自装卸运输车的不同工况 前文提到，集装箱自装卸运输车是集装卸和转运功能于一身，那么它的工况也就是装卸和运输两种模式。其运输过程与普通集装箱运输车并无明显的特异之处，本文略过此工况的介绍，主要讨论装卸时的几种工况。根据作业模式的不同，可以分为自装卸、车对车、堆垛三个基本工况。（1）自装卸工况 自装卸工况是集装箱自装卸运输车的最基本工况（图 1.6），就是通过安装在前后两端的起重装置，将集装箱从地面装载至车辆底盘上，或将集装箱从车辆底盘卸至地面上。而且一般情况下，都是在路况较好的公路或平整坚实的土路上作业。整个过程只需集装箱在不触碰车辆及周围物体的情况下，可以平稳、

26、安全的实现装卸功能即可，对运动轨迹并不做特别要求。 图1.6 自装卸工况（2）车对车工况 这一工况要求集装箱自装卸运输车有在不同车辆之间直接转移集装箱的能力，其作业姿态如图 1.7 所示。这个工况与自装卸工况不同，它要求的工作幅度更大，表现为运行轨迹的最外点更高更远，这样对工作装置的结构设计要求更严格。两车之间转移集装箱必然影响支撑空间，支腿需要选择跨过汽车底盘，直接支撑在汽车底盘上或其他形式的支撑方式，因此支撑装置也需要特别设计。 图1.7 车对车工况（3） 堆垛工况 这一工况就是集装箱自装卸运输车将自身车辆上的集装箱堆叠至地面现集装箱的上方，其作业姿态如图 1.8 所示。大部分集装箱自装卸

27、运输车可以实现堆垛两层集装箱的功能，也就是将车载的集装箱堆到地面上集装箱的上方。而能实现堆垛三层的运输车已经非常少，并且一般要求集装箱装载质量要随着堆垛层数的增多而相应的下降。堆垛工况需要有极大的工作幅度，需要起重臂提供很大的起重力矩，并且整个装卸过程集装箱的运行轨迹必须非常合理，此外集装箱自装卸运输车的稳定性需求也非常苛刻。此工况对工作装置中的起重装置和支撑装置的限制都非常多。综上可知，实现此工况难度较大，只有特定型式的集装箱自装卸运输车具备此功能，而多数车辆并不对此工况做过多要求。 图1.8 堆垛工况1.3 集装箱自装卸运输车的发展历程 1.3.1 国外集装箱自装卸运输车的发展历程 在汽车

28、工业的发展史上，许多小小的技术创新，往往就会引发重大的领域革新。集装箱自装卸运输车于 20 世纪 70 年代起源于欧洲，在经济高度发展的基础上，提出了一种新的物流方案“门到门”运输，为了适应这种短途小型专用的运输模式，开发了集装箱自装卸运输系统。“门到门”运输，简单的来讲，就是通过使用特殊的交通运输工具，可以不经任何中间环节，把货物从生产厂家或指定发货点直接运送至用户或指定收货点的一种运输模式。这种物流方案的提出，大大加速了货物配送时间，减少了由于多次倒运所带来的高额成本和货物损坏率，很快被大众喜爱和追捧。而传统的物流方案是极其复杂的，就以到港的集装箱为例。首先需要岸桥或跨运车将集装箱吊装到普

29、通运输车上，运送到大型的集装箱货场或集散中心；经分类整理后，通过货场的专用起重机械进行再次装卸，并通过普通运输机械转运到其他的稍小型货场和集散中心；如此经历几次后，才可以到达用户手中，最后用户还得购买或租赁专用机械进行卸货。从 20 世纪 70 年代起，集装箱自装卸运输车就开始了飞速发展，仅仅用了10 年就生产出了成熟、稳定的车型。并随着整体经济、科技实力的增长，整个集装箱转运系统的科技含量也在逐年增多。尤其是 20 世纪 80 年代开始，集装箱自装卸运输系统因其快速、灵活、高效的特点引起了世界各国军方的广泛关注，并投入力量，开始研发适用于部队作战使用的车型。特种的集装箱自装卸半挂车成为港口、

30、火车站、机场与运输目的地之间的联接纽带，其全天候、全地域进行集装箱运输装卸作业的优异性能极大地提高了后勤物资运输分队的战术机动性，提升了后勤保障效率3。 在当前世界上，集装箱自装卸运输车领域的领军企业为德国的 Klaus 公司、新西兰的 Steelbro 公司以及瑞典的 Hammar 公司，这几个公司的自主开发能力也强于其他公司。德国的 Klaus 公司重点与各国军方合作，有非常多国家的军队都享有其集装箱自装卸产品带来的便利；而新西兰 Steelbro 公司所生产的产品具有独特风格，大跨距支腿使其在外观上就很容易辨认，因此他们的产品大多具有强大的公路承载能力，如图 1.9 所示。 图 1.9

31、Steelbro 公司集装箱自装卸运输车新西兰的 Swingthru 公司主要生产双侧集装箱自装卸运输车，其产品的起重装置与底盘之间有固定式、滑移式和可拆式三种连接方式；如果按照起重装置的装卸能力来归类，可分为 10t、20t、25t、35t 共四个等级类别；而其产品可运输的集装箱长度可从 10ft 到 45ft 不等。1.3.2 国内集装箱自装卸运输车的发展历史与现状目前，我国国内各企业、高校与研究机构对集装箱自装卸运输车的研究开发和市场应用，还停留在萌芽期，与欧洲、美国甚至澳大利亚等经济极度发达或物流行业领先的国家相比，还存在很大的差距。无论是在北上广等国家一线城市还是沿海各大港口所在城市

32、都很难发现集装箱自装卸运输车的身影。国内使用较多的仍是传统的装卸模式由集装箱运输车辆将货物运送至卸货地点后，再租用普通起重机装卸。当然这与我国目前的经济现状是有关系的，我国物流和经济的发展并没有到达国际最领先的水平，现有的集装箱转运方式还是可以适应目前国内物流模式的，但是随着我国经济的快速发展，现有物流模式一定会被打破，集装箱自装卸的转运模式一定会渐渐凸显它的优势之处。折臂式随车起重机虽然也可以进行集装箱的装卸和转运作业，但并不是专用机械，这仅仅是它的一种并不常用的作业工况；并且，折臂式随车起重机通常需要安装在普通载货汽车底盘或特种车辆底盘上，此时实现集装箱自装卸对随车起重机的基座和回转机构高

33、度要求比较严格，设计难度大，通常并不作为专用的集装箱转运机械。由于目前研究刚刚起步，国内生产企业很少。其中三一集团港机事业部自主研发了30t 集装箱单侧自装卸运输车，技术水平和功能实现已渐渐向国际先进水平看齐（图 1.14）。但是在不久的将来，一定会有更多的企业和研究机构会注意到集装箱自装卸运输车的优势和发展潜力，我国也会研制出更多更好的车型，适应我国的特殊国情，为国民经济的增长贡献力量。 图 1.10 三一集团 30t 集装箱单侧自装卸运输车1.4 本文研究的主要内容本文以徐工自主研发的 37t 集装箱自装卸运输车为研究对象，主要研究内容如下：（1） 集装箱自装卸运输车总体布置形式和主要参数

34、的确定。（2） 集装箱自装卸运输车起重装置铰点的确定方法。（3） 集装箱自装卸运输车起重装置的详细构成和结构设计。 （4） 主要零部件的强度分析计算第 2 章 集装箱自装卸运输车总体设计集装箱自装卸运输车有很多分类形式，也就决定了它有不同的组合形式。比如根据吊装方向可分为单侧、双侧，根据和底盘连接方式的不同分为固定式、滑移式、可拆卸式，其中可拆卸式比较复杂，且用处很少，不太常见；滑移式最为常用，起重装置在一定范围内可沿车辆底盘大量移动，来适应不同尺寸集装箱的吊装要求。现在就以徐工37t 单侧滑移式集装箱自装卸运输车（以下简称侧面吊）为例，介绍其基本结构和工作原理。2.1 单侧侧面吊的基本结构和

35、工作原理目前世界集装箱运输中，通常可以吊装 20ft、30ft、40ft 等多种规格的集装箱，一般解决方案是在大梁中间安装一套滑移机构，通过滑移油缸的伸缩实现起重装置在大梁上的前后移动，来适应不同规格的集装箱。 图2.1 集装箱外形尺寸及角件位置尺寸 表2.1 我国标准集装箱的型号、外形尺寸、额定重量及角件位置尺寸在整车中工作装置安装在运输车底盘或半挂车底盘上，前后各一个对称布置以完成集装箱的装卸。由于前后工作装置的结构与运动完全相同，所以在对其研究时，只以其中之一为研究目标。图 2.1 为后侧单侧吊基本结构示例： 图 2.2 单侧吊工作装置基本结构图 由上图可看出，单侧吊的基本结构主要包括上

36、臂总成、下臂总成、吊链总成、基座总成及支腿总成 5 个主要部分。其中，上臂总成由上吊臂和上臂油缸组成，下臂总成由下吊臂和下臂油缸组成，支腿总成由主支腿、伸缩支腿、变幅油缸和伸缩油缸组成。整个侧面吊工作装置的动力由液压系统提供。在工作装置中，基座总成为起重装置的基体与过渡机构，向上支撑起上臂总成与下臂总成，向下通过滑块与汽车底盘工字梁相连接。下臂油缸及下吊臂分别与基座相铰接，液压系统向下臂油缸提供动力，使下吊臂围绕下铰点旋转，推动上吊臂运动，与此同时液压系统驱动上臂油缸伸缩，上吊臂就会围绕与下吊臂间的铰点旋转，通过控制下臂油缸与上臂油缸的运动时间与行程，上吊臂上端的吊头就会产生合理的运动轨迹，如

37、图 2.2 所示。吊链下端与集装箱下角相连，上端连接上臂吊头，在吊臂运动时可实现集装箱的平稳装卸作业。在很多情况下，集装箱具有很大的重量，装卸过程中就会有很大的倾翻危险。尽管运输车本身重可以提供部分稳定力矩，但此力矩并不能平衡掉倾翻力矩，所以还需要支腿伸出支撑到地面等地方，补足稳定力矩。这样，侧面吊就可以安全快速的完成工作。 图 2.3 吊头运动轨迹图2.2 单侧滑移式侧面吊技术参数2.2.1 基本参数 参考徐工MQH37A侧面起重机机：最大起重量:37000kg；支腿最大跨度3200mm；最远作业幅度4000mm；最大外廓高度2490mm；最大外廓宽度：2500mm；最大外廓厚度1020mm

38、；液压系统最大压力28MPa，自重7000kg2.2.2 作业范围参数国外某些配置较高、价格昂贵的侧面吊，在自装卸、车对车、堆垛三种作业模式下，都可以达到额定最大装卸质量。但参考国内目前运输情况和成本分析，这样的参数可能是不必要的。在保证侧面吊自装卸工况可达到额定最大装卸质量的前提下，可以适当减小车对车、尤其是堆垛工况下，可达到的最大装卸质量，这将大大降低起重装置所受最大力矩，整个设计过程更加简单、可靠，制造成本和使用成本也可大大降低。重载型侧面吊，是通过舍弃一种不易完成且使用较少的工况，来增强另外两种工况的作业范围，通常是去掉堆垛功能，得到更强大的自装卸与车对车功能。以徐工MQH37A侧面吊

39、为例，起重装置不具备堆垛能力，但可以实现在较远作业幅度作业的同时，起吊较大质量的集装箱。这类侧面吊的作业范围参数通常是在某段特定的作业幅度内，可以装卸的最大质量，具体如图 2.3所示。 图 2.4 徐工MQH37A侧面吊作业范围参数142.3 稳定性计算 侧面吊支腿受力如下图所示，由于整车在正常状态下，底盘轮胎、支腿均与地面接触，承受支反力，属于超静定问题。且轮胎与悬架为柔性元件，用传统解析计算方法不易直接求得支腿受力，为简化计算，本文仅分析在支腿作用下，侧面吊的侧向稳定性条件。 图2.5 侧面吊侧向稳定性示意图假设图示瞬时为侧面吊发生侧滑或侧翻的临界位置，此时必定有左侧轮胎与地面没有相互作用

40、，根据图中坐标系，对 Q 点列矩平衡方程，可得 （2.1） 式中，半挂车底盘重量，kN； 半挂车轮距，mm； 支腿支点至同侧轮胎的水平距离，mm； 在图示坐标系中，P 点的瞬时横坐标值，mm。 整理后，可得： （2.2） 那么当 P 点再向左运动，即 时，就会发生侧滑或侧翻。而根据图2.5，我们可以计算得到： （2.3）1将侧面吊的侧向稳定性条件可以写为： （2.4）上式即为侧面吊在运行过程中，随着 P 点的移动，整车的侧向稳定性条件。 在侧面吊任意工作位置，代入已知数值可知在任意位置侧面稳定性都满足。 0第 3 章 侧面吊起重装置铰点确定及结构设计起重装置是侧面吊装卸作业的最主要的部分，也是

41、整车设计是否成功的重要影响因素。国外侧面吊发展起步时间早于国内，设计经验和成果都高于国内水平，再加上其先进的材料生产加工工艺，高质量的液压产品支撑，侧面吊产品质量上乘、性能强大，同时价格相对较高。同时纵观侧面吊国际市场，起重装置的形式愈加多样化，每个公司的产品也变得特殊化，个性化。而侧面吊起重装置形式上最大的区别，是铰点个数上的不同。早期的侧面吊产品，起重装置多选用五铰点形式，但随着市场对侧面吊功能要求的不断增多，最新的侧面吊产品均采用六铰点式起重装置。本章以徐工MQH37A 单侧滑移式集装箱侧面吊六铰点式起重装置为例，简述铰点确定方法，并以此为基础确定的结构设计方案。3.1 侧面吊起重臂架装

42、置参数分析侧面吊的起重装置一般分为前后起重装置两部分，而这两部分一般情况是以半挂车横向中面镜像布置的，铰点位置和运动轨迹是完全一致的，现仅以后起重装置为例，取侧面吊任意工作位置，对起重装置进行受力分析。 图3.1 侧面吊任意工作位置 图 3.1 中各字母意义：E下臂油缸与基座间铰点，O下吊臂与基座间铰点，F上臂油缸与下吊臂间铰点，D下臂油缸与下吊臂间铰点，B上臂油缸与上吊臂间铰点，A吊头，C上吊臂与下吊臂间铰点。 lOC 下臂长度lAC 上臂长度lED 下臂油缸lBF 上臂油缸dx1、dx2 距车架边距b 车架宽h0 E点距地面高度3.1.1 几何及力学关系下臂油缸的推力F1：N1=*lOC*

43、cos()-lAC*cos(-)/lOD*lOE*sin(1)/lED (3.1)其中1DO角度值； 的水平夹角； C角度值； 额定吊重。lOE=h2+(b-dx1-dx2)20.5 (3.2)1=cos-1(lED2-lOD2-lOE2)/(-2*lOD*lOE) (3.3) =1-1 (3.4)其中定义 1为OE的水平夹角,则 1=tan-1(h/(b-dx1-dx2) (3.5) =1+2 (3.6)其中 1为BCF,2为FCO，则 2=tan-1(lFH/(1-lOH) (3.7) 1=cos-1(lAC2-lCF2-lBC2)/(-2*lCF*lBC) (3.8)其中lCF为线段CF

44、长度，则 (3.9)上臂油缸的推力F2:N2=*lAC*cos(-)/lBC*lCF*sin(1)/lBF (3.10)3.1.2 约束条件以典型工况下吊钩的位置坐标、油缸及臂架布置条件为约束，有外形边界条件 Cx-dx1（油缸lED、lBF全缩时，C点不超过车架左侧面）Axdb-dx1（油缸lED、lBF全缩时，A点不超过车架右侧面） Ay+h0=4000;(道路车辆尺寸要求)；典型工况下的边界条件 起重装置进行自装卸作业时，半挂车与集装箱距离为300500mmAy+h0Sc+2591+h1;(自车装载) Ay+h0h2+2591+Sc（车对车装载） Ay+h0h2+2591+Sc;（车对车

45、卸载）以上的变量Cx、x、Ay分别为C、A点在各工况下的 横、纵坐标值，h0为E点距地面高度;Sc为吊索崩紧后从 到集装箱表面距离；h1为集装箱起重运输车的车架面离地高；h2为平板车车架面离地高。3.1.3 用试凑法确定结果 由受力分析可得出以下结论： （1）下臂油缸下铰点是下臂油缸载荷的最大影响因素之一，向左侧移动可减小下臂油缸最大载荷。因此，在结构与作业幅度均允许的前提下，应尽量向左侧设计此铰点 （2）下吊臂下铰点越靠近整车下侧或右侧，下臂油缸最大载荷越小，而且靠近右侧还能使作业远度更大。因此，为了有利于下臂油缸最大载荷的减小与作业幅度的要求，应尽量向右下侧设计此铰点。 （3）拉大下臂油缸

46、上铰点与下吊臂下铰点之间的距离，可减小下臂油缸最大载荷。而且下臂油缸上铰点对工作幅度影响显著，向下侧和右侧移动可以使工作远度得到很大提高。 （4）上臂油缸的上下铰点、上吊臂与下吊臂之间铰点和吊头等对下臂油缸最大载荷均不产生直接影响。上吊臂与下吊臂之间铰点和吊头影响作业幅度。 以徐工MQH37A机型为参考，进行测绘调整，初步确定计算中的其他参数： b=2500，dx1=100， dx2=100，lOH=131，lFH=495，h0=1660 ，h1=1510 ，h2=1510, Sc=800， G=37000Kg。由测绘结果初步确定一组结果：lOC=2372,lAC=2413,lBC=961，l

47、OD=833,lEDmin=1525,lBFmin=1565由此结果作简图，如图3.2 图3.2 （a）未工作状态 （b）自装载状态 从上图可以看出，（a）图中，上下臂油缸全缩，此时下臂油缸水平角为18，而（b）图中，自装载状态下，下臂油缸最小水平角为17，即此时的下臂油缸小于其最小安装距。显然此结果不符合实际，判断此结果错误。因此，需对各杆长进行调整优化，结合边界条件，在一定范围内，依照以上经验和理论计算公式中所显示的受力趋势，不断通过“试凑”，找到相对合理的铰点坐标。经反复计算，得到一组满足要求且相对合理的结果： lOC=2520, lAC=216, lBC=946，lOD=871, lE

48、Dmin=1558, lBFmin=1652。可满足各工况下作业条件。因为油缸参数L-s的值在490左右的油缸可满足很多型号侧面吊的需求，所以初选两油缸行程分别为：s1=1558-490=1068mm; s2=1652-490=1162mm 图3.3 侧面吊各工作工况3.1.4 支腿参数确定首先，作支腿回收及作业时简图，便于分析计算 图3.4 支腿最远跨度支腿全伸时，最远跨度为3200mm（车架中心线距支腿支撑点即Q点的距离），支腿与车架铰点O距地面高1450mm。支腿全伸时，其基本腿与伸缩腿的搭接长度要求不低于500mm；变幅油缸及支腿全缩时，要求变幅油缸中心线与支腿中心线距离不小于380m

49、m,避免干涉。ON长度取655mm,KM取380mm,MN取863mm。由勾股定理，可算得NQ长度为2358mm，OK长度为813mm。设搭接部分长500mm，其在N点为分界的两部分长度比为2:1，即323:167，那么支腿伸缩腿长度即为NQ长加323mm,等于2681mm。基本腿长度稍长于伸缩腿，取2720mm。根据以上条件，可作出支腿全缩时的状态图： 图3.5 支腿全收状态从图中可得支腿变幅缸最小安装距：lEKmin=1573mm3.2 液压缸参数设计(1) 下臂油缸参数设计 根据侧面吊带载工作时的受力分析（见图3.1）。将总体按照上吊臂总成与下吊臂总成两部分进行分解，认为上吊臂总成是一个

50、分离体，建立下吊臂分离体的力学平衡方程。 图3.6 下臂油缸受力最大状态由图，对吊臂与基座间铰点O点取矩，有 N1*lODsin Ga = 0 （3.11）变换后，有 N1=Ga/lODsin (3.12) 式（3.12）中，可看出负载G和lOD长度一定，则a越大、sin越小，N1越大。所以可判断当上吊臂水平，下臂油缸DE全伸时，下臂油缸所受力最大。由式（3.12）得 N1max=a/lODsin=609.3kN由下式 (3.13) （3.14） 得D=186.8mm d=93.4mm 圆整后取 D=200mm， d=100mm(2) 上臂油缸参数设计根据侧面吊带载工作时的受力分析，上臂油缸无论在集装箱的举升或是在集装箱的下放过程中，上臂油缸收到的外力始终为压力。而在上臂油缸与下臂油缸均全伸时，上臂油缸受力最大。如图3.7 图3.7 上臂油缸受力最大状态由式（3.10）：N2=*lAC*cos(-)/lBC*lCF*sin(1)/lBF 其中，、角度可测得分别为139、98，1为122 lCF=(lOC-lOH)2+lFH20.5=2332m， lBF=lBFmin+s2=1652+1162=2814mm 其他参数已知，则N2max=18500*9.8*2516*cos(139-98)/946*2332*sin(122)/2814=517.8kN由式（3.