港口机械结构稳定性设计

姜萍 朱振民

摘 要：随着我国市场经济的快速发展，我国对外进出口贸易额逐年增加，2015年，全国进出口总值已经超过24.5万亿，全国GDP总值为67.67万亿。从以上数据可看出我国进出口贸易的重要性，而港口是负责则是进出口贸易的主要通道，港口设备的稳定性直接关系到港口的运载能力。目前，我国重要进出口港口已经实现智能化、自动化管理，港口设备的运载能力已经达到较高的水平，但影响港口设备稳定性的因素仍然很多，比如天气因素、管理因素、维修机制等。本文将深入研究影响我国港口机械设备稳定性的因素，并设计具体的数学模型，提出针对性的改进措施，最大限度提升我国港口机械设备的稳定性与运载能力。

关键词：港口；机械设备；稳定性；设计；对策

随着科学技术的快速发展，机电设备已经广泛应用于各个行业，港口是国际贸易的主要通道，港口的运载能力与企业经济效益直接挂钩。目前，我国大部分港口机械设备已经实现电气化、自动化，而港口机械设备的工作环境具有一定特殊性，以港口危化品运输设备为例，运输货品直接影响了机械设备的稳定性，另外，沿海地区港口设备受天气影响比较大，沿海地区空气中盐含量较高，加大了对设备的化学侵蚀，很多电控设备受空气湿度的影响较大，空气湿度越大，电气设备的老化程度越快。本文将以铝钒土、化肥等化学品的港口装卸设备为例，探究港口机械结构的稳定性设计。

1 影响因素分析

传统的机械结构稳定性分析具有一定局限性，传统机械结构稳定性设计将设备工作环境与工作情况作为影响因素，忽略了维修管理、气候环境等因素的影响，导致机械结构稳定性设计准确性不高。本文采取了新型的机械结构稳定性分析模型，不仅考虑了机械本身的稳定性，同时将环境因素、管理因素纳入模型，通过对影响因素的量化分析，获得新型的数学模型，保证稳定性设计的有效性。下面将针对港口机械结构稳定性进行详细分析，将影响因素区分为工况因素、气候因素以及管理因素。

1.1 工况因素

工况因素是指直接影响港口机械设备工作效率的环境因素，这些因素是确定存在的，存在一定普遍性，包括机械作用力、化学品腐蚀、电磁因素等。机械作用力对港口机械结构稳定性具有直接影响，港口机械设备的载荷较大，且工作周期较长，针对机械作用力的分析属于常规机械设计内容，运载对象的区别决定了设备承受载荷的差异，常见的作用力包括冲击力、震荡、离心加速度等，除此之外，还必须考虑港口机械设备的疲劳应力，机械作用力分析必须针对具体设备，本文数学模型是针对所有港口机械设备的，这里不对特定机械进行作用力分析。铝钒土、化肥等化学品的成分复杂，不同化学品对不同机械设备的腐蚀程度具有不同。

1.2 气候因素

我国大部分港口机械设备已经实现电气化，而电子产品受空气湿度、气候环境的影响较大，不同的气候环境对电子设备的影响程度存在差异性。例如空气污染严重的地区会影响可视化设备的定位精度，气压因素会影响气缸设备的传动，沿海港口地区的空气湿度较大，且空气中的盐含量较高，这些影响因素都可以概括为气候因素。港口地区的主要气候影响因素是空气湿度、温度以及空气中的盐含量等，气候因素的具体量化标准需要采集港口地区的气候数据，通过气候数据定义影响因子。除此之外，部分内陆港口的气候影响因素与沿海地区存在差异，因此需要根据实际情况确定量化体系。

1.3 管理因素

狭义的港口机械结构稳定性设计忽略了管理因素的影响，而管理因素却直接关系到机械设备的老化速率以及故障率，故障率越高，机械设备的稳定性越差。目前，我国大多数港口设备管理部门缺乏标准化的维修体系，很多港口机械设备长期处于超负荷运载状态，导致设备故障率较高。另外，港口设备的工作周期长也影响了港口机械设备的正常维护，现有的管理维修属于被动式管理模式，而且维护管理人员的专业素质不高，大大增加了港口机械设备出现故障的可能性，部分操作失误也可能影响设备的正常使用。本文将设备维护周期、设备维护管理人员专业水平、维护频率、人为操作失误等因素作为管理影响因子。

2 数学模型构建

本文设计的模型需要对影响因素进行量化分析，量化过程需要结合具体港口的实际情况，以铝钒土、化肥等化学品的港口运输设备为例，需要统计机械设备的工作时间、工作周期、常规载重情况等，机械载荷已经具有系统的量化标准，但其他影响因素却缺少量化标准，例如化肥，化肥种类很多，不同种类的化肥对机械的腐蚀程度不同，常规的钾肥包括硫化钾、氯化钾等，将硫化钾对机械设备的影响因素定为恒定标准，则根据化学反应程度，氯化钾的影响程度为1.2。除此之外，天气因素与管理因素对机械设备的影响程度也需要类似的量化体系，不同地区的气候环境不同，因此影响因子也存在差异性。下面設计的港口机械结构稳定性模型主要针对危化品港口设备，将各个影响因素作为影响因子纳入数学模型中。

通过上面的因素分析可以看出，影响港口机械结构稳定性的因素包括工况因素、气候因素以及管理因素等，而工况因素又包括机械作用力、化学品腐蚀、电磁因素等，则港口机械设备的工况综合影响因子为，气候因素包括空气湿度、空气盐含量等，则港口机械设备的气候综合影响因子为，管理因素包括设备维护周期、维护管理人员专业素质、人为操作失误等，则港口机械设备的管理综合影响因子为。不同设备在不同因素影响下的稳定性也不同，需要根据规定的影响因素设计港口机械设备的稳定性，研究港口机械设备结构稳定性，可以最大限度提高港口机械设备的运载能力，同时保证设备工作的安全性，延长港口机械设备的工作年限。

规定港口机械设备的使用时间为t，则设备失效时间为T，则设备的稳定性为，故障率为，故障密度为，平均寿命为，将各项稳定性因子加入模型，可以得到港口机械设备综合稳定性数学模型，具体数学模型如下：

通过S的量化比较调整港口机械设备的稳定性，有效解决了设备稳定性与经济效益的冲突，实现最优化的港口机械结构稳定性管理模型。

3 配套优化措施

在进行港口机械结构稳定性设计时，需要基于数学模型提出针对性的优化措施，通过针对性的优化措施提高港口设备的稳定性。具体优化措施包括机械设计优化以及管理措施优化，设计优化是指通过设计保证港口机械结构稳定性，在进行机械设备设计时尽量采取模块化的设计模式，简化机械设备结构，因为零件越多设备的故障率越高，另外，设计时必须选择可靠性更高的零部件，设计方案的制定必须遵循实用性、随机性、模块化的原则。管理优化包括技术引进、人才培养以及制度建设，港口设备管理部门应该积极引进新型维护技术，实现维护智能化，同时引入高素质的操作人才与管理人才，提高管理团队的专业素质，并通过现代化的管理制度保证维护体系，实现维护日常化。港口在进行港口机械结构稳定性设计时通过多种措施提高设备稳定性，利用数学模型优化稳定性，实现稳定性与经济效益的平衡。

4 结语

港口机械结构稳定性直接关系港口的直接经济效益，也影响着港口工作人员的人生安全，本文以影响港口机械结构稳定性的因素未研究对象，通过对影响因素的量化分析，得出了符合实际应用的港口机械结构稳定性数学模型。本文提出的港口机械结构稳定性数学模型将多种影响因素纳入设计范围，有效克服了传统设计的缺陷，提高了港口机械结构稳定性设计的准确性，除此之外，本文基于港口机械结构稳定性数学模型提出了可行的改进措施，有效提高了港口机械结构稳定性。本文设计的港口机械结构稳定性设计模型具有较强的针对性，主要针对铝钒土、化肥等化学品运输港口，在实际使用时必须根据各地区港口的实际情况进行改进，希望本文的研究有利于提高我国港口机械设备的稳定性。

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