港口机械机构稳定性设计初探

陈承俊

摘 要：加入世界贸易组织以后，我国与国际间的交流越发密切，使我国的对外进出口贸易额呈现出逐年增加的发展趋势，对我国的综合经济发展水平具有重要的推动作用。而港口是国内进出口贸易的重要渠道，因此港口机械设备的稳定性直接影响着对外进出口能力。本文对港口机械稳定性影响因素进行了简要分析，并提出一些提高港口机械稳定性的设计方法，以期最大限度的提高我国机械设备的稳定性与进出口能力。

关键词：港口；机械稳定性；设计；影响因素

目前大部分港口机械主要包括起重机、岸桥、卸船机、装船机、堆取料机等，这些大型机械设备具有一定的特殊性，对港口的运载能力有着至关重要的作用，并且，随着电气化自动化与智能化时代的到来，进一步改善了机械设备的自控能力，提高了机械设备的工作效率。

一、港口机械设备的特性

首先，科技的进步与发展，为自动化设备应用到港口机械设备中创造了条件，增强了港口机械设备的自动化程度，为满足生产需求提供了良好的机械设备保障；其次，现代的科技更新速度快。新的装备技术不断代替老旧设备，使机械设备的工作效率以及功能更加强大；最后，使用环境多变。港口机械设备大多为露天作业，随着港口对外贸易货品种类不断增多，其作业环境发生了改变，对设备的耐酸、耐碱性和耐压、耐撞性都提出了不同的要求。

二、港口机械结构稳定性影响因素分析

（一）工况因素分析。工况因素主要是指机械设备的环境因素，在进行港口货物装卸时。机械设备会受到货物种类、物理性质以及化学性质影响，包括对机械设备的载荷、化学腐蚀、以及电化学腐蚀、电磁等因素，影响机械设备的稳定性。总的来说，港口机械的载荷较大，且投入运营的时间长，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[1]。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，不同设备的力学性能与化学腐蚀抵抗性能具有较大差异，因此，工况对设备的稳定性影响程度不同。

（二）管理因素。港口机械的设备管理工作，直接影响着设备的使用寿命以及工作效率，如果不能做好妥善的管理工作，可能会导致设备提前老化，增加设备的故障率，导致机械设备的稳定性越来越差。目前，港口机械管理规范正缺乏完善的设备维修、养护标准，使港口机械在长期的使用生产中得不到正确的维修。另外，港口机械设备的维护管理人员的综合水平不高，对设备维护意识较差，从而在机械设备的维护工作中存在诸多的安全隐患，影响港口机械设备结构的稳定性。

（三）气候因素分析。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。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。

三、港口机械结构稳定性设计

（一）基于人工神经网络的载荷仿真。在进行港口结构稳定性设计时，需要进行载荷谱的确定，而常用的方法为实测法与仿真法。全部运用实测法，需要投入大量的人力、物力、财力，造成严重的浪费，显然与实际情况不符，同时，这种方法的测量周期长，对数据的利用率不高；全部运用仿真法又与现实脱节，仿真模型会与实物之间存在较大误差，导致测试结果不够准确。而现在提出的基于人工网络的载荷仿真是对以上两种方法的结合：首先对港口机械机构危险部位进行实测，测出有效的应力时间历程，作为网络神经的训练标准，建立人工神经网络的载荷仿真模型；其次，把某一状态下重量、幅度、结构尺寸等因素，作为该网络仿真模型的输入，网络就可以输出相应状态的应力时间历程的仿真结果；最后，通过实测结果对仿真结果进行检验，并结合该设计领域专家知识进行评判，这样既能减少实测工作量，又能提高仿真测量的科学性与准确性，为数据统计与随机过程的处理打下较好的基础。

（二）基于疲劳损伤累积理论与应力强度干涉理论可靠性校核。港口机械机构的可靠性校核需要包括疲劳强度、静强度可靠性校核，在进行机械结构稳定性设计时需要着重对这两点进行考虑，在进行强度校核时，需要保证机械稳定程度满足最不利的载荷组合工况，根据应力强度干涉理论用JC法进行计算。

（三）基于反求工程及优化方法的可靠性设计。在进行箱型结构稳定性设计时，需要对长、宽、高以及壁厚，作为重要的参考数据，并在进行设计时，考虑工程结构制造要求，可将方差限定為与尺寸均值成比例的一组不独立变量，这样实际的独立变量仍为4个，同时又将方差考虑进来，因此在具体求解时需借助优化设计的方法。又因可靠度最大为1，它增大一点都会带来结构截面尺寸的大幅度增长，所以一味追求可靠度最大并不一定是最合理的。为此本文提出以“可靠度/截面积”最大为优化目标函数，这样就避免了盲目追求可靠性而忽视经济性的问题。该提法可以叫作“经济可靠度”。

四、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，因此，在进行港口机械设计时，需要对设备的结构稳定性作为重点研究对象，对机械结构中容易出现故障问题的结构进行优化设计，并针对设备运行的实际情况，对设备的力学性能以及抗腐蚀性能进行改善，进一步提高港口工程质量水平。

参考文献：

[1]姜萍，朱振民.港口机械结构稳定性设计[J].工业设计，2016（2）：

91-92.