摘 要

集装箱跨运车能够完成多种作业，有动作灵活，装卸效率高，堆场的利用率较高等特点。随着集装箱码头的建设，跨运车成为最为普遍的集装箱装卸设备之一。但是，目前使用的跨运车有机械结构复杂，司机室位置高、视野差，行走稳定性较差等缺点。针对这些缺点，本文设计了新型集装箱跨运车的液压驱动系统。

本文完成了新型集装箱跨运车行走，转向，顶升，吊具升降以及吊具液压系统的分析设计。行走系统采用闭式液压系统，采用DA控制变量泵和EP控制变量马达，满足调速和不同工况下转矩的要求。转向系统采用负载敏感泵和LUDV阀，满足转向轮之间的转角关系。顶升和吊具升降系统用机械同步的方式保证液压缸同步运动。吊具装置的功能和操控同标准伸缩式集装箱吊具一致。液压系统具有散热、过载保护、运行参数显示监控，车辆具有超载失速保护和行车及驻车制动，运行鸣示的功能。最后，使用AMESim对转向系统进行的动力学仿真，根据仿真得到的规律，设计了转向控制系统。

新型集装箱跨运车采用线控三轮独立转向，省略了传统跨运车转向系统所需的机械式连接装置，具有反应速度快、转向灵活，便于对位等优点；整车的动作均由液压驱动实现，功重比小，能够根据负载的变化自动调节系统的压力和流量，自适应性好；采用电液比例控制系统，系统响应速度快，抗污染强，工作可靠，价格较便宜。

关键词：新型集装箱跨运车 液压驱动 线控三轮独立转向 动力学仿真

Abstract

Straddle carrier which is designed to complete a variety of operation, is flexible, efficient and can make the best use of the storage yard. With the construction of container terminal, straddle carrier becomes one of the most popular container handling equipment. However, the straddle carrier has a complex mechanical structure, high driver's room location, poor vision, poor stability and so on. A new kind of straddle carrier is designed in this paper to overcome these shortcomings.

Walking, steering, lifting and lifting sling design and analysis of hydraulic system has been completed in this paper. The walking system adopts closed hydraulic system, using DA control variable pump and EP control variable motor to meet the requirements of speed and torque under different conditions. The steering system uses load sensing pump and LUDV valve to meet the rotation angle between the steering wheel. Mechanical synchronization is used to ensure the lifting cylinder synchronous motion. The function and control of spreader device is agreement with standard telescopic container spreader. The hydraulic system completes heat radiation, overload protection, monitoring parameters, driving and parking brake. Finally, the dynamic simulation of the steering system is carried out by AMESim, and the steering control system is designed according to the result of the simulation.

The new straddle carrier which use three independent steering by wire, omit the traditional mechanical connections, therefore it is quickly, flexible and easy alignment. The action of the whole vehicle is realized by hydraulic drive which can adjust the pressure and flow rate of the system automatically according to the load change. Using electro-hydraulic proportional control system, the system is fast response, strong anti-pollution, reliable work, and cheap.

Key Words: new straddle carrier, hydraulic drive, three wheels independent steering by wire, dynamics simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1背景 1

1.2国内外研究现状 3

1.3技术要求 4

1.4本章小结 5

第2章 液压系统分析设计 6

2.1总体方案拟定 6

2.2行走液压系统的设计 7

2.3转向液压系统的设计 10

2.4顶升和吊具升降液压系统 13

2.5吊具液压系统 13

2.6本章小结 14

第3章 液压元件的选型计算 15

3.1行走系统选型计算 15

3.2转向系统的选型计算 17

3.3顶升和吊具升降液压系统 19

3.3.1顶升系统 19

3.3.2吊具升降系统 20

3.3.3负载敏感泵的选型计算 20

3.4吊具液压系统选型计算 21

3.4.1吊具伸缩系统 21

3.4.2旋锁液压系统 22

3.4.3导板液压系统 22

3.5本章小结 23

第4章 液压辅件及系统性能验算 24

4.1液压辅件 24

4.1.1管道的计算 24

4.1.2油箱的设计计算 24

4.1.3集成块的设计 25

4.2系统性能验算 25

4.2.1系统压力损失的计算 25

4.2.2系统发热量的校核 26

4.3本章小结 26

第5章 转向系统仿真分析 27

5.1跨运车运动学分析 27

5.1.1固定轮和转向轮的运动学分析 27

5.1.2跨运车的运动学分析 29

5.2负载敏感泵的仿真分析 32

5.2.1负载敏感泵建模 32

5.2.2负载敏感泵模型验证 34

5.3 LUDV阀的仿真分析 35

5.4转向系统的仿真分析 37

5.4.1转向系统性能分析 37

5.4.2转向控制系统的设计 40

5.4.3车身轨迹 42

5.5本章小结 43

第6章 总结与展望 44

6.1本文总结 44

6.2系统展望 44

第7章 经济性分析 45

参考文献 46

附录 48

致谢 54

第1章 绪论

1.1背景

集装箱跨运车是集装箱码头装卸搬运集装箱的主力机型之一。跨运车工作时，它的车架跨在集装箱上，用液压驱动系统吊起集装箱，然后进行集装箱的搬运和堆码^[1]。集装箱跨运车的车体结构如图1.1所示：

图1.1集装箱跨运车

集装箱跨运车有如下特点：（1）它能够完成多种作业，如取货，水平搬运，堆码集装箱等，灵活性高，可以减少码头装卸搬运机械的类型和数量；（2）机动性强、对位快、效率高，跨运车可以自行将岸边装卸桥卸下的集装箱将集装箱抓取运走，不需装卸桥对位，可以充分发挥装卸桥的运作效率；（3）跨运车的动作灵活，既能水平搬运又能堆码集装箱，减少作业环节；（4）堆场的利用率较高，减小了堆场的场地面积^[2]。由于集装箱跨运车的这些优点，它在集装箱码头得到了普遍的应用。

但是，目前的集装箱跨运车也存在很大的缺点：（1）跨运车很多动作通过机械传动实现，机械结构很复杂；（2）跨运车的车体较大，司机室位置较高、视野差，对司机的操作水平要求较高，如果司机对位不准，容易出现安全事故；（3）跨运车的重心较高，行走稳定性较差等；（4）机械式转向，转向力较大，而且驾驶员的转向力受路面状况影响较大，舒适性差。