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【摘 要】传统设计工作中，装填产品和装填设备中形成了平衡内力体系，其载荷与规模较小，运行时载荷影响不够明显。在装填设备规模以及载荷持续扩大的过程中，装填过程中载荷开始显著影响设备稳定性，所以，应该分析装填设备中载荷的影响因素。论文结合某装填设备在启动瞬间形成的意外蹿动问题，对装填设备运行过程，特别在启动瞬间过程中的载荷因素进行分析，对启动瞬间的惯性力来源进行全面揭示，构建装填设备平衡模型，为强化装填设备稳定性提供参考。
【Abstract】In the traditional design work， a balanced internal force system has been formed in the loading products and the loading equipment， whose load and scale are small， and the impact of the load in operation is not obvious. As the scale of the loading equipment and the load continue to expand， the load begins to significantly affect the stability of the equipment during the loading process. Therefore， the influencing factors of the load in the loading equipment should be analyzed. Combined with the unexpected jump problem of a loading equipment formed at the start moment， the paper analyzes the load factors during the operation of the loading equipment， especially during the start moment process， comprehensively reveals the source of inertia force at the start moment， and builds the balance model of the loading equipment to provide reference for strengthening the stability of the loading equipment.
【關键词】装填设备;载荷影响因素;动力学仿真
【Keywords】loading equipment; influencing factors of the load; dynamic simulation
【中图分类号】TP391.9;TH122 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）10-0176-03
1 引言
对于装填设备而言，主要是向储藏装置中推送水平放置的货物，装填设备一般是由支撑车架以及施力机构等构成。施力机构主要是把支撑车架上的货物向储藏装置中进行推送，即装填。施力机构从储藏装置中拉出货物的过程，即退出。
在填装和退出等环节，不同设备之间存在正压力与摩擦系数，材料是摩擦系数的主要影响因素，正压力和装填设备、储藏装置实际对中精度存在紧密关联。
装填产品借助包裹外圆面中4道弹性滑动支撑在贮存装置、装填装置内圆面中滑动完成装填以及退出等操作。滑动支撑的外摩擦表面是聚四氟乙烯，装填设备内表面是打磨钢板，对于贮存装置，内表面主要为玻璃布。
2 装填设备蹿动问题分析
在某装填设备开展产品退出工作时，发生了启动瞬间，装填设备意外蹿动的问题，另一套装填设备进行装填以及退出的启动瞬间也时而出现颤动问题，因为装填产品、装填设备尺寸等方面具有较大规模，可以达到数十吨以上，长度在数十米，此种颤动与蹿动问题严重影响设备安全性，所以，应该认真分析装填设备运行过程的荷载影响因素，进而防止发生颤动与蹿动问题[1]。
发生蹿动问题时，通过观察装填设备，发现其呈现出如下工作状态：
为促使装填设备中主体结构的挠度变形问题进行充分抵消，保证填装产品和推进装置之间能够顺利连接，装填设备后排支腿顶起，锁紧行走轮的止动装置。
在退出工作中，最后的弹性滑动支撑退出长度达到自身长度1/2后，结束运行。之后针对退出进程展开重启处理，装填设备促使装填产品持续由左侧退出，而瞬间装填设备朝着右侧活动，另外，支腿朝着右侧倾斜。出现问题之后，立即进行停机断电动作，对退出工作进行中止处理，然而装填设备继续朝着右侧滑移660mm左右，支腿盘朝着同方向滑移440mm左右。
及时开展行走轮检查工作，在此期间发现止动设备已经发出紧锁动作，但是行走轮（带有止动设备）和止动设备表面出现摩擦问题，最终导致行走轮滚动。 借助千斤顶（2个）将主体结构撑起，对支腿展开重新支撑处理，即止推盘不再触地，未施加其他力进行顶升处理，再次启动退出程序，开始正常工作，退出任务完成。
3 荷载关系分析
结合上述现象能够发现，退出启动的瞬间，肯定产生扰动力使得填装设备朝着右侧滑移，对行走阻力进行有效克服，使得装填设备朝着右侧蹿动。将该填装设备作为研究的对象，构建产品退出力学关系的模型，如图1所示。
如果填装设备发生移动，其主要受到以下外力：G1（产品重力）、G2（自身重力）、f1（行走轮与地面之间的摩擦力）、P（摩擦力）、F（填装产品和填装设备之间的拉力）、N1（地面和行走轮之间的支撑力）、N2（地面和支腿之间的支撑力）。主要受到以下内力：f2（止动设备以及行走轮的实际止动摩擦力）以及行走轮阻力等，在轨道坡度形成的外力方面，可以进行忽略处理。装填设备中符号定义与参数如表1所示。
3.1 支腿荷载的影响分析
在整体受力方面，支腿支撑的影响程度也比较大，结合装填设备运行流程，在将装填设备运行范围内落放装填产品前，为了对装填设备后排挠度进行有效抵消，应该提前顶升后排双支腿，因为该设备支腿上下都是铰接形式，并且直腿的长度在2m左右。所以，顶升支腿过程中，支腿存在倾斜隐患，基于此会导致水平分力问题，开展计算工作，基于支腿垂直支撑力达到30kN情况下，如果支腿倾斜-3°～3°，那么相应水平分力就是：Q=-3059～3059N，方向会和？驻P（惯性力）的方向相同，还会和f0的方向相同。对于水平分力，会影响装填设备运行稳定性。
3.2 行走阻力的影响分析
因为支腿上下主要选择铰接形式，所以地面以及支腿之間产生的正压力无法转变成为装填设备的工作阻力，支腿以及行走轮均进行承载，因此应该科学分析二者承载分配情况，见下式：
科学分析支腿的具体特点，结合装填设备具体空载要求，对于后排支腿，进行向上顶紧过程中，能够充分消除装填设备中尾端挠度，结合手轮实际摇动力科学开展折算工作，支腿支撑力数值基本上在30N左右，在其他支腿触地之后会停止运行。产品放到装填设备后，所有支腿的承载力都有所提高，根据有限元分析情况，科学提取所有支腿实际反力情况，基于设备满载状况，支腿（8条）支撑力在270kN左右;在装填全部运输到贮藏系统时，可以判定支腿受力就是装填系统空载状态。对于后排支腿来讲，承载是60kN，就是开展装填活动时，则：N2=58860～264870N
相应为：N1=8.05×105～1.01×106N
f1=0.0072N1=5797～7273N
f0=f1+f2=8314～13573N
可以认为，随着产品在装填设备中的位置，行走阻力由左至右呈现递增趋势。
3.3 扰动力的影响分析
基于匀速运行状态下，F=P2，f1=f2=0，然而启动瞬间，产品会形成惯性力，相应反作用力向装填设备进行作用，如果该数值比f0大，那么装填设备会出现蹿动。因此，需要对惯性力数值情况、来源等信息展开分析处理[2]。
①分析驱动系统启动特性，涵盖联轴器、减速器以及电机等部件，运行速度最大值是1m/min，电机启动到运行速度最大值时需要3s时间，启动电机时，会形成启动惯性力，即：
相比于f0，该值存在较大差异，该力并不是造成装填设备出现蹿动的关键因素。
②分析传动系统情况，在本文的装填设备中，传统装置主要通过大跨距传动链将驱动力传输到推进设备中，该设备为结构件，借助相关测试显示，由启动电机至链条张紧，同时可以拉动产品时，需要4～12s的时间，比启动电机的时间（3s）大，因此，传动系统能够缓冲电机加速过程，同时不会将惯性力传递给推进设备以及产品。
主体选择装填产品展开分析，主要受到摩擦力、F以及G1，在进行具体工作前，和装填系统的摩擦力以静摩擦为主，则在工作的瞬间能够形成摩擦力，基于2种摩擦力的转变瞬间，并未使链条的张紧度出现变化，即推进系统以及产品的互相作用力固定不变，则反作用力同样固定不变，因此，启动时产品主要手动静摩擦力和动摩擦力之间合理作用，促使装填产品形成加速度，合力的反作用力就是货物运动瞬间装填设备的惯性力。
对试验数据进行反复提取，对启动运行0～40s的时间段电机扭矩进行装填力折算。通过绘制相应数据折线图能够发现，各个折线都含有显著最高点，在此点之前是链条的张紧环节，电机转速达到最大值，然而装填货物没有出现运动迹象，在此点之后进入正常运行阶段，该点就是静摩擦和动摩擦之间的突变点。装填环节中，链条拉紧的时间在10s左右，退出环节拉紧时间在5s左右。
借助静摩擦和动摩擦的因数差？驻？滋=？滋1+？滋2表示摩擦力，对试验结果进行统计，能够发现，装填设备和弹性滑动摩擦的动静摩擦因素为：？驻？滋=0.01～0.03。该值能够为荷载影响分析提供良好依据。
基于？驻？滋=0.01～0.03条件，惯性力？驻P=P1-P2=？驻？滋G1=5650～16950N。与f0=f1+f2=8314～13573N进行对比，能够发现二者区间存在重叠现象。基于？驻P<f0情况下，装填系统工作过程中可靠性良好，并未形成蹿动问题，惯性力有效克服工作阻力，但是带载环节中发生蹿动问题，对设备稳定性产生严重影响[3]。
4 动力学模型
摩擦材料会影响？驻？滋，含有相应变动范围，在各个装置设备中均属于已知量，在任一装填设备中G1是已知量，能够借助有限元计算对N1与N2进行提取，同时可以借助手摇力进行估算，进而对装填设备平衡情况进行判定。
要想从根本角度对装填设备蹿动风险进行有效消除，可以将纸轮器设置于行走轮下方，避免其出现滚动行走隐患，因为地面轨道和行走轮之间滑动摩擦力远远高于滚动摩擦的阻力系数，所以基于惯性力作用，能够保持稳定的平衡状态[4]。
开展装填作业活动时，货物和圆筒中心之间横向偏差达到0.3mm情况下，实际状态与仿真载荷选线和装填距离关系如图2所示。
通过图2与表2能够发现，实际荷载高出理论值10%左右，主要原因在于，进行仿真模拟过程中，并未对结构变形以及其他因素进行充分考虑。
5 结语
在装填设备不断朝着重载化与大型化发展的过程中，在装填作业实践中，外部载荷与内部载荷影响，特别在启动瞬间载荷方面，对于装载设备的影响程度日益增加，还会对装载设备安全性以及稳定性等方面造成严重威胁。大型装填设备在运行过程中，因为存在链条张紧特性、静摩擦与动摩擦因素差等，在装填以及退出的启动瞬间会形成较大惯性力，会对装填设备平衡状态造成破坏，使其克服了行走阻力进而形成蹿动问题，造成安全事故。所以，开展装填设备设计工作过程中，应该充分分析装填设备外部载荷与内部载荷等方面影响因素，对相关参数进行科学设定，必要时应该采用止轮器以及其他辅助手段，对装填设备运行过程中保持平衡的条件进行充分验证，进而充分为强化装填系统安全性与稳定性提供保障。另外，开展装填作业时，还应该对对中精度加以重视，在对中偏差不断增加的过程中，装填载荷也会随之增加。在位置平差较大的情况下，会导致装填载荷超出装填设备额定承受范围，所以可以通过强化结构刚度与对中精度减小装填载荷。
【参考文献】
【1】刘梅华，刘雪东，徐晓东，等.固定床反应器催化剂密相装填过程床层料面监测系统构建与研究[J].化工进展，2021，40（07）：3617-3625.
【2】陆耀波，崔杰，欧阳志勇，等.沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究[J].地震工程与工程振动，2020，40（02）：125-134.
【3】王晶晶，马维丰，张力学.重荷载水上光伏平台结构分析[J].武汉大学学报（工学版），2018，51（01）：63-67.
【4】刘杰.液压整体迈步式吊盘地面试验架结构受力分析[J].煤矿机械，2017，38（07）：1-2.
【Abstract】In the traditional design work， a balanced internal force system has been formed in the loading products and the loading equipment， whose load and scale are small， and the impact of the load in operation is not obvious. As the scale of the loading equipment and the load continue to expand， the load begins to significantly affect the stability of the equipment during the loading process. Therefore， the influencing factors of the load in the loading equipment should be analyzed. Combined with the unexpected jump problem of a loading equipment formed at the start moment， the paper analyzes the load factors during the operation of the loading equipment， especially during the start moment process， comprehensively reveals the source of inertia force at the start moment， and builds the balance model of the loading equipment to provide reference for strengthening the stability of the loading equipment.
【關键词】装填设备;载荷影响因素;动力学仿真
【Keywords】loading equipment; influencing factors of the load; dynamic simulation
【中图分类号】TP391.9;TH122 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）10-0176-03
1 引言
对于装填设备而言，主要是向储藏装置中推送水平放置的货物，装填设备一般是由支撑车架以及施力机构等构成。施力机构主要是把支撑车架上的货物向储藏装置中进行推送，即装填。施力机构从储藏装置中拉出货物的过程，即退出。
在填装和退出等环节，不同设备之间存在正压力与摩擦系数，材料是摩擦系数的主要影响因素，正压力和装填设备、储藏装置实际对中精度存在紧密关联。
装填产品借助包裹外圆面中4道弹性滑动支撑在贮存装置、装填装置内圆面中滑动完成装填以及退出等操作。滑动支撑的外摩擦表面是聚四氟乙烯，装填设备内表面是打磨钢板，对于贮存装置，内表面主要为玻璃布。
2 装填设备蹿动问题分析
在某装填设备开展产品退出工作时，发生了启动瞬间，装填设备意外蹿动的问题，另一套装填设备进行装填以及退出的启动瞬间也时而出现颤动问题，因为装填产品、装填设备尺寸等方面具有较大规模，可以达到数十吨以上，长度在数十米，此种颤动与蹿动问题严重影响设备安全性，所以，应该认真分析装填设备运行过程的荷载影响因素，进而防止发生颤动与蹿动问题[1]。
发生蹿动问题时，通过观察装填设备，发现其呈现出如下工作状态：
为促使装填设备中主体结构的挠度变形问题进行充分抵消，保证填装产品和推进装置之间能够顺利连接，装填设备后排支腿顶起，锁紧行走轮的止动装置。
在退出工作中，最后的弹性滑动支撑退出长度达到自身长度1/2后，结束运行。之后针对退出进程展开重启处理，装填设备促使装填产品持续由左侧退出，而瞬间装填设备朝着右侧活动，另外，支腿朝着右侧倾斜。出现问题之后，立即进行停机断电动作，对退出工作进行中止处理，然而装填设备继续朝着右侧滑移660mm左右，支腿盘朝着同方向滑移440mm左右。
及时开展行走轮检查工作，在此期间发现止动设备已经发出紧锁动作，但是行走轮（带有止动设备）和止动设备表面出现摩擦问题，最终导致行走轮滚动。 借助千斤顶（2个）将主体结构撑起，对支腿展开重新支撑处理，即止推盘不再触地，未施加其他力进行顶升处理，再次启动退出程序，开始正常工作，退出任务完成。
3 荷载关系分析
结合上述现象能够发现，退出启动的瞬间，肯定产生扰动力使得填装设备朝着右侧滑移，对行走阻力进行有效克服，使得装填设备朝着右侧蹿动。将该填装设备作为研究的对象，构建产品退出力学关系的模型，如图1所示。
如果填装设备发生移动，其主要受到以下外力：G1（产品重力）、G2（自身重力）、f1（行走轮与地面之间的摩擦力）、P（摩擦力）、F（填装产品和填装设备之间的拉力）、N1（地面和行走轮之间的支撑力）、N2（地面和支腿之间的支撑力）。主要受到以下内力：f2（止动设备以及行走轮的实际止动摩擦力）以及行走轮阻力等，在轨道坡度形成的外力方面，可以进行忽略处理。装填设备中符号定义与参数如表1所示。
3.1 支腿荷载的影响分析
在整体受力方面，支腿支撑的影响程度也比较大，结合装填设备运行流程，在将装填设备运行范围内落放装填产品前，为了对装填设备后排挠度进行有效抵消，应该提前顶升后排双支腿，因为该设备支腿上下都是铰接形式，并且直腿的长度在2m左右。所以，顶升支腿过程中，支腿存在倾斜隐患，基于此会导致水平分力问题，开展计算工作，基于支腿垂直支撑力达到30kN情况下，如果支腿倾斜-3°～3°，那么相应水平分力就是：Q=-3059～3059N，方向会和？驻P（惯性力）的方向相同，还会和f0的方向相同。对于水平分力，会影响装填设备运行稳定性。
3.2 行走阻力的影响分析
因为支腿上下主要选择铰接形式，所以地面以及支腿之間产生的正压力无法转变成为装填设备的工作阻力，支腿以及行走轮均进行承载，因此应该科学分析二者承载分配情况，见下式：
科学分析支腿的具体特点，结合装填设备具体空载要求，对于后排支腿，进行向上顶紧过程中，能够充分消除装填设备中尾端挠度，结合手轮实际摇动力科学开展折算工作，支腿支撑力数值基本上在30N左右，在其他支腿触地之后会停止运行。产品放到装填设备后，所有支腿的承载力都有所提高，根据有限元分析情况，科学提取所有支腿实际反力情况，基于设备满载状况，支腿（8条）支撑力在270kN左右;在装填全部运输到贮藏系统时，可以判定支腿受力就是装填系统空载状态。对于后排支腿来讲，承载是60kN，就是开展装填活动时，则：N2=58860～264870N
相应为：N1=8.05×105～1.01×106N
f1=0.0072N1=5797～7273N
f0=f1+f2=8314～13573N
可以认为，随着产品在装填设备中的位置，行走阻力由左至右呈现递增趋势。
3.3 扰动力的影响分析
基于匀速运行状态下，F=P2，f1=f2=0，然而启动瞬间，产品会形成惯性力，相应反作用力向装填设备进行作用，如果该数值比f0大，那么装填设备会出现蹿动。因此，需要对惯性力数值情况、来源等信息展开分析处理[2]。
①分析驱动系统启动特性，涵盖联轴器、减速器以及电机等部件，运行速度最大值是1m/min，电机启动到运行速度最大值时需要3s时间，启动电机时，会形成启动惯性力，即：
相比于f0，该值存在较大差异，该力并不是造成装填设备出现蹿动的关键因素。
②分析传动系统情况，在本文的装填设备中，传统装置主要通过大跨距传动链将驱动力传输到推进设备中，该设备为结构件，借助相关测试显示，由启动电机至链条张紧，同时可以拉动产品时，需要4～12s的时间，比启动电机的时间（3s）大，因此，传动系统能够缓冲电机加速过程，同时不会将惯性力传递给推进设备以及产品。
主体选择装填产品展开分析，主要受到摩擦力、F以及G1，在进行具体工作前，和装填系统的摩擦力以静摩擦为主，则在工作的瞬间能够形成摩擦力，基于2种摩擦力的转变瞬间，并未使链条的张紧度出现变化，即推进系统以及产品的互相作用力固定不变，则反作用力同样固定不变，因此，启动时产品主要手动静摩擦力和动摩擦力之间合理作用，促使装填产品形成加速度，合力的反作用力就是货物运动瞬间装填设备的惯性力。
对试验数据进行反复提取，对启动运行0～40s的时间段电机扭矩进行装填力折算。通过绘制相应数据折线图能够发现，各个折线都含有显著最高点，在此点之前是链条的张紧环节，电机转速达到最大值，然而装填货物没有出现运动迹象，在此点之后进入正常运行阶段，该点就是静摩擦和动摩擦之间的突变点。装填环节中，链条拉紧的时间在10s左右，退出环节拉紧时间在5s左右。
借助静摩擦和动摩擦的因数差？驻？滋=？滋1+？滋2表示摩擦力，对试验结果进行统计，能够发现，装填设备和弹性滑动摩擦的动静摩擦因素为：？驻？滋=0.01～0.03。该值能够为荷载影响分析提供良好依据。
基于？驻？滋=0.01～0.03条件，惯性力？驻P=P1-P2=？驻？滋G1=5650～16950N。与f0=f1+f2=8314～13573N进行对比，能够发现二者区间存在重叠现象。基于？驻P<f0情况下，装填系统工作过程中可靠性良好，并未形成蹿动问题，惯性力有效克服工作阻力，但是带载环节中发生蹿动问题，对设备稳定性产生严重影响[3]。
4 动力学模型
摩擦材料会影响？驻？滋，含有相应变动范围，在各个装置设备中均属于已知量，在任一装填设备中G1是已知量，能够借助有限元计算对N1与N2进行提取，同时可以借助手摇力进行估算，进而对装填设备平衡情况进行判定。
要想从根本角度对装填设备蹿动风险进行有效消除，可以将纸轮器设置于行走轮下方，避免其出现滚动行走隐患，因为地面轨道和行走轮之间滑动摩擦力远远高于滚动摩擦的阻力系数，所以基于惯性力作用，能够保持稳定的平衡状态[4]。
开展装填作业活动时，货物和圆筒中心之间横向偏差达到0.3mm情况下，实际状态与仿真载荷选线和装填距离关系如图2所示。
通过图2与表2能够发现，实际荷载高出理论值10%左右，主要原因在于，进行仿真模拟过程中，并未对结构变形以及其他因素进行充分考虑。
5 结语
在装填设备不断朝着重载化与大型化发展的过程中，在装填作业实践中，外部载荷与内部载荷影响，特别在启动瞬间载荷方面，对于装载设备的影响程度日益增加，还会对装载设备安全性以及稳定性等方面造成严重威胁。大型装填设备在运行过程中，因为存在链条张紧特性、静摩擦与动摩擦因素差等，在装填以及退出的启动瞬间会形成较大惯性力，会对装填设备平衡状态造成破坏，使其克服了行走阻力进而形成蹿动问题，造成安全事故。所以，开展装填设备设计工作过程中，应该充分分析装填设备外部载荷与内部载荷等方面影响因素，对相关参数进行科学设定，必要时应该采用止轮器以及其他辅助手段，对装填设备运行过程中保持平衡的条件进行充分验证，进而充分为强化装填系统安全性与稳定性提供保障。另外，开展装填作业时，还应该对对中精度加以重视，在对中偏差不断增加的过程中，装填载荷也会随之增加。在位置平差较大的情况下，会导致装填载荷超出装填设备额定承受范围，所以可以通过强化结构刚度与对中精度减小装填载荷。
【参考文献】
【1】刘梅华，刘雪东，徐晓东，等.固定床反应器催化剂密相装填过程床层料面监测系统构建与研究[J].化工进展，2021，40（07）：3617-3625.
【2】陆耀波，崔杰，欧阳志勇，等.沉管隧道穿越纵向非均匀场地振动台试验研究[J].地震工程与工程振动，2020，40（02）：125-134.
【3】王晶晶，马维丰，张力学.重荷载水上光伏平台结构分析[J].武汉大学学报（工学版），2018，51（01）：63-67.
【4】刘杰.液压整体迈步式吊盘地面试验架结构受力分析[J].煤矿机械，2017，38（07）：1-2.