峰值电量约束下的场桥能耗最小化问题研究

随着化石能源的大量使用带来的环境污染问题日益严峻,关注能源使用效率的集装箱港口绿色化运营研究成为近年来的热点之一.本文以集装箱堆场中需要执行预倒箱作业的场桥为研究对象,考虑场桥不同运行状态下的单位时间电量需求不同以及峰值电量实时约束,建立了以总能耗最小化为目标的多场桥调度问题的混合整数规划数学模型.继而,将关键变量利用非连续贝和连续贝两种不同的方式进行编码,将次级变量利用启发式规则进行解码,并设计了相对应的遗传算法交叉与变异方法.数值实验表明,连续贝编码方法表现更为优异;通过与Cplex在小规模算例中的比较,与粒子群算法及人工蜂群算法在大规模算例中的比较,验证了所设计遗传算法的有效性.同时,通过与传统策略的对比,表明本模型可以同时实现能耗总需求与峰值需求两方面的优化,从而可以为港口管理人员在不影响既定日常运营工作的前提下降低能源成本提供科学有效的指导.     

基于闭环控制的过轨起重机设计

传统的过轨起重机多数采用开环系统控制其过轨过程,其对轨精度、过轨稳定性、过轨安全性等方面有很大的欠缺.研究采用起升小车实际位置为输入信号,轨道对准校核系统作为反馈信号,设计出基于闭环控制的对轨精度控制系统和采用电机驱动的曲柄摇杆机构的新型过轨锁紧装置,提高了过轨起重机的对轨精确度、过轨可靠性和运行的平稳性.     

可测量潜在故障模式的特种设备可靠寿命预测

由于失效样本少,传统的可靠性分析方法并不适用于特种设备的寿命预测.根据产品研制阶段的实验数据和同类产品的相关历史记录确定可靠性评估的验前信息.结合小样本现场试验数据,应用Bayes方法融合产品的验前信息和现场信息,得到产品寿命的验后分布,进而建立产品可靠寿命的预测模型.以桥式起重机为例,针对具有可测量退化量的潜在故障模式——主梁下挠超标,推导了主梁两阶段可靠寿命的退化规律,得出了在给定可信度下主梁从下挠值为0至发生潜在故障和发生潜在故障后继续使用至发生功能故障的工作时间,进而为主梁的检测和维修提供理论基础.该研究对于缺乏大样本试验数据的特种设备的可靠寿命预测与风险预防具有借鉴意义.     

考虑翻箱作业时出口箱堆场作业调度优化

基于出口箱的堆场操作实务,考虑堆场起重机取箱作业的现实约束,以作业过程中翻箱次数最少为目标,对堆场作业调度问题进行建模,提出了两阶段混合动态规划算法,将启发式规则嵌入动态规划算法中,以避免出现状态数"组合爆炸"增长的情况.通过仿真算例,并与实际调度规则及现有研究方法所得调度方案进行对比,验证了模型以及优化算法的有效性与实用性.结果表明,所提出的模型和算法可以在较短的求解时间内获得多组装船方案,且其翻箱次数显著降低.     

基于APDL的全地面起重机臂架分析

大吨位全地面起重机由于其吊载大、结构复杂,对臂架的结构强度稳定性有很高的要求,因此对臂架结构的计算成为设计的关键。一般的有限元计算方法将主臂简化为beam单元进行分析,这种方法计算简单,建模效率高,但只能对臂架整体应力分布进行分析。采用shell单元对主臂进行建模分析,分析精确,但建模复杂,分析效率低。利用APDL开发基于MATLAB的臂架各工况批量分析程序,可针对不同工况的臂架进行建模组装,提高了计算的效率。     

面向港口复杂装卸系统的动态机会维护策略

针对以不同衰退特征设备组成的港口复杂装卸系统,提出了设备层-系统层交互的动态机会维护策略,以支撑自动化码头的智能维护决策.引入维护效果和外部环境工况,提出了独立设备的综合衰退演化规则,并结合多目标价值理论和动态循环决策模式,建立设备层多目标预知维护规划模型.在此基础上,分析串联设备间的相互依赖性,利用设备停机的组合维护机会,建立了多设备维护优化调度的联合区间轴策略,对关联设备的预知维护作业采取有针对性的作业合并.数值实例结果证明,所提出的方法可显著降低系统整体维护成本,提供具有可行性、实时性、经济性的系统层维护优化方案.     

集装箱码头同贝同步装卸调度的多阶段混合流水线模型

针对同贝同步装卸的无等待、阻塞和批处理等特征,将其抽象为一类特殊的混合流水线问题,建立同贝同步装卸的优化调度模型,并进行模型的下界推导.为求解模型,设计基于禁忌搜索与启发式分配规则的求解算法.最后,通过算例验证模型与算法的有效性.结果表明:所建立的模型有利于实现装卸、以及各环节的同步调度;所设计的求解方法,可以保证调度方案的科学性和有效性.     

基于有限元分析与有效应力强度因子幅的起重机寿命预估

针对岸边集装起重机的寿命预估问题,提出了一种基于有限元分析与有效应力强度因子幅的起重机寿命预估方法。利用Ansys Workbench软件对起重机模型进行仿真计算,并获得起重机疲劳校核点的应力-时间历程,运用雨流计数法获得应力循环,以有效应力范围对其进行表征。在起重机寿命预估的过程中,有效应力强度因子幅能够反映载荷循环应力比的影响,相较于传统的Paris模型,基于有效应力因子幅的起重机寿命预估方法更为准确。     

多轴全地面起重机稳态转向特性分析

根据拉格朗日法建立了多轴全轮转向车辆的三自由度动力学模型和运动微分方程,采用零质心侧偏角控制策略,研究了车辆作稳态转向时,其转向中心位置、横摆角速度增益及侧倾角增益如何随车速而变化,并且给出了稳态圆周行驶的评价指标。在零质心侧偏角控制策略下,讨论了多轴全轮转向车辆的转向特性,分析了影响转向性能的因素。为多轴全地面起重机的转向设计提供了理论依据。     

起重机用打磨机器人结构设计

根据起重机无损探伤检测要求,对起重机用打磨机器人进行总体布局和结构设计,并结合其使用环境和工作要求选择了双履带、永磁吸附式的总体结构.打磨机器人传动机构选用链传动,其驱动方式按实际控制的需要选择步进电机驱动;打磨机构采用电机驱动,工作时打磨压力由压缩弹簧提供,并由电磁铁来控制工作状态.打磨机器人在起重机构件上的固定采用磁吸附式吊挂结构.