集装箱滚装托盘物资装载适箱高度研究

田润良，王 宁，王 泉，冒 云

(1.军事交通学院 汽车指挥系，天津300161;2.军事交通学院 研究生管理大队，天津300161;3.66069 部队，河北 保定071000;4.94942 部队，上海200434)

物资装载适箱高度作为集装箱滚装托盘应用的一项重要指标，对提高集装化运输效率具有至关重要的作用。集装箱滚装托盘物资装载量、装卸时间都不同程度地受到物资装载适箱高度的制约。按照合理的适箱高度装载物资不仅能增大物资装载量，还能缩短物资装载时间，进一步提高运输保障效率，使集装化运输优势得到更大程度的提高，为我军未来战争保障任务的完成注入新的活力。

1 集装箱滚装托盘物资装载工具

1.1 集装箱

1C 集装箱作为我军优选集装箱型，是我军集装化运输中使用最多的集装箱之一。其尺寸如下［1］:最小外部尺寸为6 058 mm(L)×2 438 mm(H)×2 438 mm(W)，最小内部尺寸为5 867 mm(L)×2 197 mm(H)×2 330 mm(W)，最小门框开口尺寸为2 134 mm(H)×2 286 mm(W)。

1.2 整装卸车

整装卸车型号为MZX98-12。

1.2.1 技术要求

根据整装卸车的设计要求，在装载重物资时，装载物资重心要尽量靠近滚装托盘的中垂线上。如果装载物资重心偏向车头会引起转向困难，偏向车尾会使前轮翘起，造成前轮抓地力不足，这些都会影响物资运输的安全性和快速性。因此，不论采用何种物资堆码方式，都要求装载物资重心靠近滚装托盘中垂线。

1.2.2 技术参数

由整装卸车参数可确定初始推入时刻推入角约为30°。吊钩正好处于圆周运动的最高点，距地面4 229 mm，距集装箱水平距离4 299 mm，吊钩做圆周运动半径为2 951 mm，圆心距地面1 278 mm，距集装箱水平距离4 299 mm。等级公路装载质量为12 000 kg。吊钩最大推力允许以0°角将最大额定载荷的滚装托盘和物资推入集装箱。一次性装卸时间小于30 s［2］。

1.2.3 滚装托盘

滚装托盘自质量小于2 000 kg，满载总质量小于14 000 kg，长5 800 mm。挂钩中心距底端垂直高度为1 570 mm，承载面高度为267 mm，挂钩中心距托盘前端导轮中心6 008.7 mm，挂钩中心和导轮中心的连线与托盘底之间的夹角为φ＇(如图1 所示)［3］。

图1 滚装托盘几何参数

2 集装箱滚装托盘物资装载模型

由实际装载过程可知，物资装载可分为物资装载准备过程即滚装托盘导轮未进入集装箱的装载过程与物资箱内装载过程即滚装托盘导轮进入集装箱后的装载过程。装载准备过程是箱内装载过程的基础。物资装载高度只有在满足可使滚装托盘导轮进入并接触集装箱底的前提条件下，才能使物资进一步装入集装箱。根据装载要求，装载前整装卸车停在与集装箱固定距离的位置，并保证在装载过程中位置不变，驾驶员操纵装载系统，使滚装托盘按照固定轨迹一次性推入集装箱内。

2.1 物资装载准备过程模型

物资装载准备过程模拟装载如图2 所示。以集装箱底入口为原点，以集装箱底为X轴，建立直角坐标系(如图3 所示)。

图2 物资装载准备过程模拟装载

图3 物资装载准备过程建模坐标

设集装箱限制高度为H，长为L1，滚装托盘长为L2;A点为吊臂驱动源，B、C为吊臂端点，D为吊钩，E为滚装托盘导轮;集装箱顶Q点与车尾P点构成直线PQ，PQ与滚装托盘夹角为α，PQ与辅助线夹角为α1;吊钩D点与车尾P点构成直线PD，PD与滚装托盘夹角为α3，与辅助线夹角为α4;滚装托盘与辅助线夹角为α2。

由物资装载初始条件，整体自装卸车、集装箱及滚装托盘等参数可确定:A点坐标为(4 229，1 278)、P点坐标为(2 458，1 278)、Q点坐标为(0，2 134)、AD长2 951 mm、PQ长2 603 mm，DC为挂钩中心距托盘的长度，DC长1 570 mm(固定不变)。D点的运动轨迹是以A为圆心，AD为半径的圆弧。

设任意时刻D点坐标(x1，y1)，则

吊钩D点运动轨迹方程为

吊钩D点与车尾P点距离为集装箱顶Q点与车尾P点距离为

PQ与辅助线夹角为

滚装托盘与辅助线夹角为

PD与滚装托盘夹角为PD与辅助线夹角为PQ与滚装托盘夹角为

联立式(1)—(8)，代入物资可装载高度h=PQsin α，则

以上方程成立条件为PG+PF≤GE=L2，即

2.2 物资箱内装载过程模型

物资箱内装载过程模拟装载如图4 所示。以集装箱底入口为原点，以集装箱底为X轴，建立直角坐标系(如图5 所示)。

由整体自装卸车，集装箱以及滚装托盘的参数可确定:A点坐标、AD长为2 951 mm、DE长为6 008.7 mm;吊钩D点与滚装托盘导轮E点构成直线DE和滚装托盘承载面的夹角φ'=15.146°，且固定不变;D点运动轨迹是以A点为圆心，AD为半径的圆弧，后做平行运动。

设:任意时刻D点坐标(x1，y1)，E点坐标(x2，120.5)，滚装托盘与集装箱底夹角为θ，DE与集装箱底夹角为φ。

2.2.1 吊钩做圆周运动

D点运动轨迹方程为

E点运动轨迹方程为

由图5 中的几何关系可得

联立式(11)—(14)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

式中:y0为初始时刻D点纵坐标;yt为圆周运动结束时D点纵坐标。

2.2.2 吊钩做平行运动

D点运动轨迹方程为

E点运动轨迹方程为

且θ=θt=0°，联立式(16)—(17)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

综上，物资箱内装载过程中滚装托盘可装载物资高度曲线方程为

综合集装箱物资装载准备过程以及物资箱内 装载过程得集装箱滚装托盘物资装载模型为

将文中的已知数值代入式(19)，并由Matlab绘制标准1C 集装箱物资可装载高度曲线(如图6所示)。

图6 标准1C 集装箱物资可装载高度曲线

图中细实线为集装箱内部轮廓，右侧为集装箱开门侧，虚线为滚装托盘可装载高度曲线。综上，滚装托盘可装载物资高度曲线即为图中集装箱轮廓线以内的虚曲线。

由滚装托盘物可装载物资高度曲线得出:只要物资实际装载高度处于可装载物资高度曲线以下就可把物资推入集装箱;为了提高集装箱空间利用率，装载物资的堆码形状要接近集装箱与可装载高度曲线组成的轮廓形状。

3 集装箱滚装托盘物资装载实例应用

研究集装箱滚装托盘物资装载适箱高度的目的就是要得到集装箱滚装托盘装载物资高度的特点，根据这个特点选取合适的物资堆码方式和合理的物资装载适箱高度，增大物资装载量，缩短物资装载时间，进一步提高运输效率，使集装化运输优势在实战中得到更大限度地发挥。

3.1 标准1C 集装箱轻物资装载应用

轻物资指每立方米质量不足333 kg 的物资［4］，这类物资密度小，装载时主要受体积限制，且可以混装而不对整装卸车装载物资重心技术要求产生影响。军用物资集装化运输、贮存和供应的运输包装采用直方体包装，为了适应滚装托盘物资装载高度曲线必须分段装载。

以军用物资直方体包装尺寸系列标准［4］为依据，选取长度最长但适应性最强的1 200 mm 作为分段基准。滚装托盘长度限制为5 800 mm，最终将滚装托盘装载物资分为5 段，其中4 段长1 200 mm，1段长600 mm，共计5 400 mm，其余400 mm 为A 型架和装载空隙预留。

由于物资装载分段为5 段，则共有5 种排列方式，根据物资可装载高度曲线，得到最优装载方式结果见表1(段数按照由滚装托盘导轮端到A 型架所在端的顺序，高度选取低于物资可装载高度曲线100 mm 为安全距离)。

表1 物资最优装载方式

由以上结果得物资最优装载方式即滚装托盘导轮端到A 型架所在端的顺序，装载物资长度为1 200、1 200、1 200、1 200、600 mm 的方式装载量最大，可装载物资总体积为15.35 m3。

3.2 标准1C 集装箱弹药类重资装载应用

弹药类重物资具有密度大、在集装箱滚装托盘上的装载一定是同类弹药按照军用物资堆码方式堆放成匀质长方体形状的特点。这符合整装卸车对装载物资的技术要求，但其堆放形状与滚装托盘装载曲线的差别决定了其空间利用率不会很高。对于这类物资装载时的要求载货量最大为在满足相关装载限制的前提下装载质量最大。由于其装载为均质长方体，装载时不必分段，最需满足装载高度在装载高度曲线的最低点以下，以物资可装载曲线以下100 mm为安全距离，则装载高度为990 mm。

4 结 语

本文首次对集装箱滚装托盘物资装载适箱高度问题进行系统研究，对提高滚装托盘物资装载能力具有重要意义。通过建立数学模型的方法对集装箱滚装托盘适箱高度进行定量研究。在模型基础上，结合军用物资直方体包装标准，给出具体的物资装载方法和高度限制，为实际应用提供依据。在实际装载过程建立模型，普适性强，可根据实际情况改变模型参数，适应更加复杂条件下的装载情况。

［1］ 田润良，杨会军. 军用集装箱运输［M］. 北京:解放军出版社，2004:19-21.

［2］ 詹隽青，马维平. MZX98-12 整体自装卸补给车［J］. 后勤科技装备，2001(5):32-34.

［3］ 侯仁海，王金松，殷鹏. 集装箱滚装托盘系统在军用物资中的应用研究［J］.国防交通工程与技术，2010(11):60-63.

［4］ 田润良，胡立成，吴娟.战储物资包装与集装化储运［M］. 北京:军事科学出版社，2011:189-199.

［5］ 田润良，殷鹏.滚装托盘在军用物资集装化保障中的应用研究［J］.后勤科技装备，2010(4):48-49.

［6］ 杨建明，殷鹏，代连弟，等.集装箱滚装托盘系统在弹药配送中的应用研究［J］.物流技术，2009，28(11):243-245.