岸桥小车轨道排装系统设计与性能优化研究.pdf

2024 年第 1 期82中国高新科技科技探索|TECHNOLOGY EXPLORATION岸桥小车轨道排装系统设计与性能优化研究贺立东上海振华重工（集团）股份有限公司长兴分公司，上海 201913摘要：文章研究了岸桥小车轨道排装系统的设计与性能优化，旨在提高港口装卸效率。通过系统性能分析，优化运动控制算法和货物排列，实现高效运作。研究中建立了动力学模型，评估了系统的运行稳定性，探讨了智能化技术和设备升级的应用。然而，随着物流需求的多样化和智能化趋势，进一步研究系统的灵活性和环境可持续性，将是未来的关键方向。关键词：岸桥小车轨道排装系统；设计；性能优化；运行稳定性；效率；吞吐量文献标识码：A中图分类号：U491文章编号：2096-4137（2024）01-82-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.21Design and performance optimization of the track arrangement system for quay bridge trolleyHE LidongShanghai Zhenhua Heavy Industry(Group)Co.,Ltd.Changxing Branch,Shanghai 201913,ChinaAbstract:This paper studies the design and performance optimization of the quay crane trolley track loading system,aiming at improving the efficiency of port loading and unloading.Through system performance analysis,the motion control algorithm and cargo arrangement are optimized to achieve efficient operation.In the study,a dynamic model was established,the operating stability of the system was evaluated,and the application of intelligent technology and equipment upgrade was discussed.However,with the diversification and intelligentization of logistics needs,further research on the flexibility and environmental sustainability of the system will be a key direction in the future.Keywords:quay bridge trolley track layout system;design;performance optimization;operational stability;efficiency;throughput1研究背景和意义岸桥小车轨道排装系统的研究具有重要的背景和意义。随着全球贸易的快速发展，货物装卸需求日益增加，传统的人工操作已经无法满足高效、准确的装卸要求。岸桥小车轨道排装系统作为现代自动化装卸设备，具有提高装卸效率、减少人力成本、降低人为错误的优势，在港口和物流领域具有广阔的应用前景。通过自动化的运动控制、定位控制和安全控制，岸桥小车轨道排装系统能够实现货物的高效、准确装卸和排列，提高物流效率，加快货物周转速度，降低货物损坏和延误的风险。此外，岸桥小车轨道排装系统的研究对于推动物流设备的自动化和智能化发展、促进物流行业的创新和进步具有积极的影响。2岸桥小车轨道排装系统设计2.1设计原理和关键组成部分岸桥小车轨道排装系统的设计原理基于对装卸作业流程和要求的分析，旨在实现高效、准确和安全的货物装卸和排列。运动控制、定位控制和安全控制是该系统设计的核心原理。运动控制涉及小车在轨道上的加速、减速、定速和停车等操作，通过运动控制算法和策略实现精确定位、平稳运动和准确停靠。定位控制利用传感器和定位系统确定小车的位置和姿态，以实现货物的精确控制。安全控制涉及保护装置和措施的设计，确保系统的安全操作和人员安全。岸桥小车、轨道、运动传动装置、控制系统、传感器系统和人机界面是该系统的关键组成部分。岸桥小车负责货物搬运和轨道行驶，轨道提供导向和支撑，运动传动装置实现运动控制，控制系统接收和处理指令，传感器系统获取实时信息，人机界面提供与系统交互方式。通过合理设计原理和关键组成部分，岸桥小车轨道排装系统能够高效、准确、安全地完成货物装卸和排列任务。2.2岸桥小车轨道排装系统的布局设计对于装卸区域的布局，需要根据装卸作业需求和货物类型确定合适的面积。考虑货物的数量、尺寸和装卸过程中所需的操作空间，确定装卸区域的大小，以确保足够的操作空间和货物堆放区域。轨道数量和布置的设计是布局设计的重要组成部分。根据装卸区域的尺寸和货物流量，确定所需的轨道数量。轨道的布置应考虑到装卸点的分布、货物流向和操作效率。合理的轨道布置可以减少小车的行驶距离和时间，提高系统的装卸效率。在行驶路径规划方面，需要考虑小车的行驶路径和避让规则。通过使用路径规划算法，如最短路径算法或遗传算法，确定小车的最优行驶路径，以最小化行驶距离和时间。此外，需要定义避让规则，确保小车之间的安全距离和避让动作，以防止碰撞和交通堵塞。货物堆放区域的划分也是布局设计的关键任务。根据货物属性和装卸顺序，将货物堆放区域划分为不同的区域或垛位。合理的货物堆放区域划分可以提高货物的可访问性和操作效率，减少小车的行驶距离和时间。布局设计还应考虑到设备的布置和工作流程的优化。例如，岸桥的位置和朝向应与装卸区域相匹配，以便实现高效的装卸作业。同时，可以将设备、传感器和控制系统布置在合适的位置，以便提供良好的操作性能和可维护性。2024 年第 1 期83中国高新科技TECHNOLOGY EXPLORATION|科技探索布局设计应遵循安全规范和标准。合理设置紧急停车装置、防护设备和警示标识，确保系统操作的安全性和可靠性。布局设计还应考虑人员工作区域的安排，以保证操作人员的安全性和舒适性。表 1 是岸桥小车轨道排装系统布局设计中的一些重要参数和指标。表1小车轨道排装系统布局设计参数和指标参数/指标描述装卸区域面积定义装卸作业的工作区域面积，需满足货物存储和操作的要求轨道数量及布置确定需要设置的轨道数量和布置方式，以满足货物流动和小车操作的需求小车行驶路径规划根据装卸工艺和操作要求，规划小车的行驶路径，确保行驶顺畅和装卸准确堆放区域划分根据货物属性和尺寸，划分合理的货物堆放区域，方便小车的装卸操作和货物的管理安全设施设置设置安全设施，如防撞装置、紧急停止按钮等，确保作业过程中的人员和设备安全这些参数和指标是根据具体的装卸作业需求和实际情况确定的，在设计过程中需要综合考虑系统性能、安全性和作业效率等方面的要求，以达到最佳的布局设计。3岸桥小车轨道排装系统性能分析与改进3.1系统性能分析方法岸桥小车轨道排装系统是一种用于港口和物流场所的装卸设备系统，旨在实现高效、准确和安全地进行货物的装卸和排列操作。该系统由岸桥小车、轨道、运动传动装置、控制系统、传感器系统和人机界面等关键组成部分构成。岸桥小车作为系统的核心组件，具有搬运和移动货物的功能，通过电动驱动在轨道上行驶，并可执行货物抓取、提升、悬挂和放置等操作。轨道作为系统的基础设施，提供岸桥小车行驶的导向和支撑。运动传动装置负责实现岸桥小车的运动控制和动力传递，包括电动驱动装置、减速器和传动链条等。控制系统接收和处理指令，实现对岸桥小车的运动和动作控制，通常包括电气控制柜、PLC 和运动控制器等。传感器系统用于获取实时的位置、速度、载荷和环境参数等信息，以支持系统的定位、运动控制和安全保护。人机界面提供与系统交互的方式，使操作人员能够监控和控制系统的运行。3.2系统运行稳定性分析为了分析系统的运行稳定性，需要建立岸桥小车轨道排装系统的动力学模型。该模型考虑了小车的质量、惯性、摩擦和惯量等因素。通过使用动力学方程和运动学关系，可以描述小车在轨道上的运动特性。可以通过数值计算或仿真模拟分析系统的动态响应。通过对模型施加不同的输入指令（激励信号），可以观察和分析系统的响应情况。包括小车的加速度、速度、位移和力的变化，以及系统的振动频率、振幅和稳定性等。在进行运行稳定性分析时，还需要考虑小车的振动特性。通过对小车的振动频率和振幅进行分析，可以评估系统是否存在共振问题或不稳定振动现象。这有助于确定可能引起振动的因素，并采取相应的措施改善系统的稳定性，如增加阻尼、调整控制参数或改进结构设计等。此外，为了更准确地评估系统的稳定性，可以进行频域分析和模态分析。频域分析可以将系统的动态响应转化为频率域，揭示系统的频率特性和频率响应。模态分析可以确定系统的固有频率和振动模态，从而帮助理解系统的振动行为和潜在的稳定性问题。通过使用数值方法和优化技术，可以对系统的稳定性进行改进。例如，通过调整控制算法、改变控制策略或增加反馈环节，可以提高系统的稳定性。结构设计的优化、减振器的应用及控制系统的鲁棒性分析也是提高系统稳定性的重要措施。系统运行稳定性分析数据见表 2。表2系统运行稳定性分析数据参数测量值参考范围或要求运动误差0.5mm1mm加速度波动0.02m/s0.05m/s定位精度1cm2cm载荷偏差5%10%停车精度2cm5cm系统稳定性95%90%3.3系统效率与吞吐量的优化通过优化运动控制算法，可以提高系统的效率。针对小车的路径规划、速度控制和加减速策略等方面进行优化，减少不必要的行驶时间和能量消耗。先进的控制算法，如模型预测控制（MPC）或最优控制算法，可以更精确地控制小车的运动轨迹和动作，从而提高系统效率。通过货物排列的优化，可以提升系统的吞吐量。采用智能算法或优化算法，如遗传算法或模拟退火算法，对货物进行优化排列，以最大化装卸区域的利用率和最小化小车的移动距离。同时，考虑货物属性、尺寸和装卸顺序等因素，使装卸过程更加高效和顺畅。此外，并行作业与协调调度也是提高系统吞吐量和效率的重要策略。通过合理规划装卸任务和分配资源，如多台小车的并行作业、货物堆场的合理划分和装卸点的优化布置，可以减少等待时间和空闲时间，最大限度地利用资源，提高系统的整体吞吐量。另外，应用自动化与智能化技术还能够提升系统的效率和吞吐量。通过机器（下转第86页）2024 年第 1 期86中国高新科技科技探索|TECHNOLOGY EXPLORATION坩埚内覆盖五氧化二钒，通过滴加甲酸方法处理试样，特殊情况下也可选择制备无烟煤标准样品。2.2.4控制冰乙酸加入量冰乙酸加入量是库伦滴定实验的一项重要影响因素，冰乙酸用量合理与否，直接影响三氧化硫检测精度，严重时还会导致实验中断。对此，检测人员需要提前准备多组水泥标准试样、碘化钾与溴化钾试剂，重复开展库伦滴定实验，各次实验的冰乙酸投加量略有不同，最终根据测定结果平均值偏差程度来确定最佳用量。例如，在碘化钾与溴化钾单份用量为 6g、蒸馏水用量为 300mL 时，冰乙酸投加量需要控制在 10 30mL，如果用量超过 30mL，则无法顺利进行电解反应，也无法始终维持电位平衡状态，致使电解液作废。2.3推广快速测定方法根据实际检测情况来看，硫酸钡重量法、库伦滴定法等常规检测技术都存在操作流程烦琐、实验条件要求严格的局限性，不具备现场快速测定条件。对此，为迅速完成三氧化硫含量检测任务，检测人员需要应用到新推出的 ICPAES法，全称为电感耦合等离子体原子发射光谱法，可以显著改善溶样酸与仪器装置工作条件，确定分析谱线后迅速测定三氧化硫含量。在 ICPAES 实验期间，重点掌握溶解酸选择、分析谱线选择、曲线校准三方面的实验操作要点。（1）溶解酸选择。如果水泥试样成分较为复杂，常规溶解酸面临无法完全溶解样品的问题，需要选用高氯酸或氢氟酸作为溶解酸。（2）分析谱线选择。为减小检测误差，消除基体对检测结果与标准曲线造成的干扰，检测人员优先挑选灵敏度较高、线性范围较宽及不受外部因素明显干扰的分析频谱，正常情况下，选用 S182.0nm 分析谱线即可。（3）曲线校准。提前绘制校准曲线与准备多组水泥试样，按照操作准则重复多次开展空白溶液测定实验，根据测定结果来更新校准曲线，确定相关系数、检出值与测定下限值，最终配制和基体高度相似的水泥标准试样及标准溶液。3结语综上所述，三氧化硫含量检测是大规模生产高质量水泥材料、为工程建设质量提供有力保障的关键，同时也是水泥生产流程中的一道重要工序。检测人员应提高对三氧化硫含量检测工作的重视程度，深入了解各项检测技术的工作原理，结合实际情况选择恰当技术种类，严格把控实验操作过程，并通过推广快速测定方法，推进水泥三氧化硫含量检测技术体系转型升级。作者简介：郭佳洪（1990-），男，福建泉州人，福建省交建集团工程检测有限公司工程师，研究方向：工程检测。参考文献1 胡子舜水泥中三氧化硫含量的技术检测与实验操作要点分析 J广东建材，2021，37（5）：23-24，332 李壮库仑滴定法测定水泥中硫酸盐三氧化硫含量的研究 J建材技术与应用，2021，224（6）：14-163 叶兆飞水泥硫酸盐三氧化硫的测定 硫酸钡重量法影响因素探讨 J福建建材，2020，228（4）：26-284 张丹丹，张苯，关冬冬，等矿渣硅酸盐水泥中三氧化硫含量的快速测定方法 J水泥工程，2017，180（6）：74-75（责任编辑：张志明）视觉、传感器网络和人工智能等技术，实现系统的自动化操作和智能决策，可以加快装卸流程、实时采集和分析数据，并进行智能调度和决策支持，从而提高系统的效率和吞吐量。设备的升级和优化也是提高系统性能的重要手段。对关键设备进行升级和优化，如提升机构、传感器系统和控制系统等，可以改善系统的运行性能和响应速度。采用先进的传感器技术，如激光测距、红外线感应等，可以提高定位精度和反馈准确性，进而提高系统的效率和吞吐量。4结语本文系统地研究了岸桥小车轨道排装系统的设计与性能优化。通过分析运行稳定性、优化运动控制、智能化技术应用等手段，提升了系统效率和吞吐量。未来，随着物流需求的不断变化和智能化趋势的加强，应进一步关注系统的多样化适应能力，满足环境可持续发展要求。采用先进技术如机器学习、自主导航等，将推动岸桥小车轨道排装系统朝着更高效、更智能和更环保的方向发展。作者简介：贺立东（1998-），男，江苏沭阳人，上海振华重工（集团）股份有限公司长兴分公司中级工程师，研究方向：大型港口岸桥总装、排装、发运检验。参考文献1 陈磊，徐军基于智能优化算法的岸桥小车轨道排装系统性能优化研究 J港航，2020（11）：71-742 张红，李明基于仿真与优化的岸桥小车轨道排装系统性能分析 J机械设计与制造，2020，49（6）：128-1323 李海，周建岸桥小车轨道排装系统运行稳定性分析与改进研究 J物流技术，2019，38（10）：66-704 郭峰，冯军，李涛基于自适应控制的岸桥小车轨道排装系统效率优化研究 J物流工程与管理，2018，40（2）：97-101（责任编辑：张志明）（上接第83页）