田潤(rùn)良，王 寧，王 泉，冒 云

(1.軍事交通學(xué)院 汽車(chē)指揮系，天津300161;2.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津300161;3.66069 部隊(duì)，河北 保定071000;4.94942 部隊(duì)，上海200434)

物資裝載適箱高度作為集裝箱滾裝托盤(pán)應(yīng)用的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)提高集裝化運(yùn)輸效率具有至關(guān)重要的作用。集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載量、裝卸時(shí)間都不同程度地受到物資裝載適箱高度的制約。按照合理的適箱高度裝載物資不僅能增大物資裝載量，還能縮短物資裝載時(shí)間，進(jìn)一步提高運(yùn)輸保障效率，使集裝化運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)得到更大程度的提高，為我軍未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)保障任務(wù)的完成注入新的活力。

1 集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載工具

1.1 集裝箱

1C 集裝箱作為我軍優(yōu)選集裝箱型，是我軍集裝化運(yùn)輸中使用最多的集裝箱之一。其尺寸如下［1］:最小外部尺寸為6 058 mm(L)×2 438 mm(H)×2 438 mm(W)，最小內(nèi)部尺寸為5 867 mm(L)×2 197 mm(H)×2 330 mm(W)，最小門(mén)框開(kāi)口尺寸為2 134 mm(H)×2 286 mm(W)。

1.2 整裝卸車(chē)

整裝卸車(chē)型號(hào)為MZX98-12。

1.2.1 技術(shù)要求

根據(jù)整裝卸車(chē)的設(shè)計(jì)要求，在裝載重物資時(shí)，裝載物資重心要盡量靠近滾裝托盤(pán)的中垂線(xiàn)上。如果裝載物資重心偏向車(chē)頭會(huì)引起轉(zhuǎn)向困難，偏向車(chē)尾會(huì)使前輪翹起，造成前輪抓地力不足，這些都會(huì)影響物資運(yùn)輸?shù)陌踩院涂焖傩?。因此，不論采用何種物資堆碼方式，都要求裝載物資重心靠近滾裝托盤(pán)中垂線(xiàn)。

1.2.2 技術(shù)參數(shù)

由整裝卸車(chē)參數(shù)可確定初始推入時(shí)刻推入角約為30°。吊鉤正好處于圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)，距地面4 229 mm，距集裝箱水平距離4 299 mm，吊鉤做圓周運(yùn)動(dòng)半徑為2 951 mm，圓心距地面1 278 mm，距集裝箱水平距離4 299 mm。等級(jí)公路裝載質(zhì)量為12 000 kg。吊鉤最大推力允許以0°角將最大額定載荷的滾裝托盤(pán)和物資推入集裝箱。一次性裝卸時(shí)間小于30 s［2］。

1.2.3 滾裝托盤(pán)

滾裝托盤(pán)自質(zhì)量小于2 000 kg，滿(mǎn)載總質(zhì)量小于14 000 kg，長(zhǎng)5 800 mm。掛鉤中心距底端垂直高度為1 570 mm，承載面高度為267 mm，掛鉤中心距托盤(pán)前端導(dǎo)輪中心6 008.7 mm，掛鉤中心和導(dǎo)輪中心的連線(xiàn)與托盤(pán)底之間的夾角為φ＇(如圖1 所示)［3］。

圖1 滾裝托盤(pán)幾何參數(shù)

2 集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載模型

由實(shí)際裝載過(guò)程可知，物資裝載可分為物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程即滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪未進(jìn)入集裝箱的裝載過(guò)程與物資箱內(nèi)裝載過(guò)程即滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪進(jìn)入集裝箱后的裝載過(guò)程。裝載準(zhǔn)備過(guò)程是箱內(nèi)裝載過(guò)程的基礎(chǔ)。物資裝載高度只有在滿(mǎn)足可使?jié)L裝托盤(pán)導(dǎo)輪進(jìn)入并接觸集裝箱底的前提條件下，才能使物資進(jìn)一步裝入集裝箱。根據(jù)裝載要求，裝載前整裝卸車(chē)停在與集裝箱固定距離的位置，并保證在裝載過(guò)程中位置不變，駕駛員操縱裝載系統(tǒng)，使?jié)L裝托盤(pán)按照固定軌跡一次性推入集裝箱內(nèi)。

2.1 物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程模型

物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程模擬裝載如圖2 所示。以集裝箱底入口為原點(diǎn)，以集裝箱底為X軸，建立直角坐標(biāo)系(如圖3 所示)。

圖2 物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程模擬裝載

圖3 物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程建模坐標(biāo)

設(shè)集裝箱限制高度為H，長(zhǎng)為L(zhǎng)1，滾裝托盤(pán)長(zhǎng)為L(zhǎng)2;A點(diǎn)為吊臂驅(qū)動(dòng)源，B、C為吊臂端點(diǎn)，D為吊鉤，E為滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪;集裝箱頂Q點(diǎn)與車(chē)尾P點(diǎn)構(gòu)成直線(xiàn)PQ，PQ與滾裝托盤(pán)夾角為α，PQ與輔助線(xiàn)夾角為α1;吊鉤D點(diǎn)與車(chē)尾P點(diǎn)構(gòu)成直線(xiàn)PD，PD與滾裝托盤(pán)夾角為α3，與輔助線(xiàn)夾角為α4;滾裝托盤(pán)與輔助線(xiàn)夾角為α2。

由物資裝載初始條件，整體自裝卸車(chē)、集裝箱及滾裝托盤(pán)等參數(shù)可確定:A點(diǎn)坐標(biāo)為(4 229，1 278)、P點(diǎn)坐標(biāo)為(2 458，1 278)、Q點(diǎn)坐標(biāo)為(0，2 134)、AD長(zhǎng)2 951 mm、PQ長(zhǎng)2 603 mm，DC為掛鉤中心距托盤(pán)的長(zhǎng)度，DC長(zhǎng)1 570 mm(固定不變)。D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以A為圓心，AD為半徑的圓弧。

設(shè)任意時(shí)刻D點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1)，則

吊鉤D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

吊鉤D點(diǎn)與車(chē)尾P點(diǎn)距離為集裝箱頂Q點(diǎn)與車(chē)尾P點(diǎn)距離為

PQ與輔助線(xiàn)夾角為

滾裝托盤(pán)與輔助線(xiàn)夾角為

PD與滾裝托盤(pán)夾角為PD與輔助線(xiàn)夾角為PQ與滾裝托盤(pán)夾角為

聯(lián)立式(1)—(8)，代入物資可裝載高度h=PQsin α，則

以上方程成立條件為PG+PF≤GE=L2，即

2.2 物資箱內(nèi)裝載過(guò)程模型

物資箱內(nèi)裝載過(guò)程模擬裝載如圖4 所示。以集裝箱底入口為原點(diǎn)，以集裝箱底為X軸，建立直角坐標(biāo)系(如圖5 所示)。

由整體自裝卸車(chē)，集裝箱以及滾裝托盤(pán)的參數(shù)可確定:A點(diǎn)坐標(biāo)、AD長(zhǎng)為2 951 mm、DE長(zhǎng)為6 008.7 mm;吊鉤D點(diǎn)與滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪E點(diǎn)構(gòu)成直線(xiàn)DE和滾裝托盤(pán)承載面的夾角φ'=15.146°，且固定不變;D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是以A點(diǎn)為圓心，AD為半徑的圓弧，后做平行運(yùn)動(dòng)。

設(shè):任意時(shí)刻D點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1)，E點(diǎn)坐標(biāo)(x2，120.5)，滾裝托盤(pán)與集裝箱底夾角為θ，DE與集裝箱底夾角為φ。

2.2.1 吊鉤做圓周運(yùn)動(dòng)

D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

由圖5 中的幾何關(guān)系可得

聯(lián)立式(11)—(14)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

式中:y0為初始時(shí)刻D點(diǎn)縱坐標(biāo);yt為圓周運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)D點(diǎn)縱坐標(biāo)。

2.2.2 吊鉤做平行運(yùn)動(dòng)

D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

E點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為

且θ=θt=0°，聯(lián)立式(16)—(17)，代入h=Hcos θ-x2sin θ，得

綜上，物資箱內(nèi)裝載過(guò)程中滾裝托盤(pán)可裝載物資高度曲線(xiàn)方程為

綜合集裝箱物資裝載準(zhǔn)備過(guò)程以及物資箱內(nèi) 裝載過(guò)程得集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載模型為

將文中的已知數(shù)值代入式(19)，并由Matlab繪制標(biāo)準(zhǔn)1C 集裝箱物資可裝載高度曲線(xiàn)(如圖6所示)。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)1C 集裝箱物資可裝載高度曲線(xiàn)

圖中細(xì)實(shí)線(xiàn)為集裝箱內(nèi)部輪廓，右側(cè)為集裝箱開(kāi)門(mén)側(cè)，虛線(xiàn)為滾裝托盤(pán)可裝載高度曲線(xiàn)。綜上，滾裝托盤(pán)可裝載物資高度曲線(xiàn)即為圖中集裝箱輪廓線(xiàn)以?xún)?nèi)的虛曲線(xiàn)。

由滾裝托盤(pán)物可裝載物資高度曲線(xiàn)得出:只要物資實(shí)際裝載高度處于可裝載物資高度曲線(xiàn)以下就可把物資推入集裝箱;為了提高集裝箱空間利用率，裝載物資的堆碼形狀要接近集裝箱與可裝載高度曲線(xiàn)組成的輪廓形狀。

3 集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載實(shí)例應(yīng)用

研究集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載適箱高度的目的就是要得到集裝箱滾裝托盤(pán)裝載物資高度的特點(diǎn)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)選取合適的物資堆碼方式和合理的物資裝載適箱高度，增大物資裝載量，縮短物資裝載時(shí)間，進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，使集裝化運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)在實(shí)戰(zhàn)中得到更大限度地發(fā)揮。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)1C 集裝箱輕物資裝載應(yīng)用

輕物資指每立方米質(zhì)量不足333 kg 的物資［4］，這類(lèi)物資密度小，裝載時(shí)主要受體積限制，且可以混裝而不對(duì)整裝卸車(chē)裝載物資重心技術(shù)要求產(chǎn)生影響。軍用物資集裝化運(yùn)輸、貯存和供應(yīng)的運(yùn)輸包裝采用直方體包裝，為了適應(yīng)滾裝托盤(pán)物資裝載高度曲線(xiàn)必須分段裝載。

以軍用物資直方體包裝尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)［4］為依據(jù)，選取長(zhǎng)度最長(zhǎng)但適應(yīng)性最強(qiáng)的1 200 mm 作為分段基準(zhǔn)。滾裝托盤(pán)長(zhǎng)度限制為5 800 mm，最終將滾裝托盤(pán)裝載物資分為5 段，其中4 段長(zhǎng)1 200 mm，1段長(zhǎng)600 mm，共計(jì)5 400 mm，其余400 mm 為A 型架和裝載空隙預(yù)留。

由于物資裝載分段為5 段，則共有5 種排列方式，根據(jù)物資可裝載高度曲線(xiàn)，得到最優(yōu)裝載方式結(jié)果見(jiàn)表1(段數(shù)按照由滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪端到A 型架所在端的順序，高度選取低于物資可裝載高度曲線(xiàn)100 mm 為安全距離)。

表1 物資最優(yōu)裝載方式

由以上結(jié)果得物資最優(yōu)裝載方式即滾裝托盤(pán)導(dǎo)輪端到A 型架所在端的順序，裝載物資長(zhǎng)度為1 200、1 200、1 200、1 200、600 mm 的方式裝載量最大，可裝載物資總體積為15.35 m3。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)1C 集裝箱彈藥類(lèi)重資裝載應(yīng)用

彈藥類(lèi)重物資具有密度大、在集裝箱滾裝托盤(pán)上的裝載一定是同類(lèi)彈藥按照軍用物資堆碼方式堆放成勻質(zhì)長(zhǎng)方體形狀的特點(diǎn)。這符合整裝卸車(chē)對(duì)裝載物資的技術(shù)要求，但其堆放形狀與滾裝托盤(pán)裝載曲線(xiàn)的差別決定了其空間利用率不會(huì)很高。對(duì)于這類(lèi)物資裝載時(shí)的要求載貨量最大為在滿(mǎn)足相關(guān)裝載限制的前提下裝載質(zhì)量最大。由于其裝載為均質(zhì)長(zhǎng)方體，裝載時(shí)不必分段，最需滿(mǎn)足裝載高度在裝載高度曲線(xiàn)的最低點(diǎn)以下，以物資可裝載曲線(xiàn)以下100 mm為安全距離，則裝載高度為990 mm。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文首次對(duì)集裝箱滾裝托盤(pán)物資裝載適箱高度問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究，對(duì)提高滾裝托盤(pán)物資裝載能力具有重要意義。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)集裝箱滾裝托盤(pán)適箱高度進(jìn)行定量研究。在模型基礎(chǔ)上，結(jié)合軍用物資直方體包裝標(biāo)準(zhǔn)，給出具體的物資裝載方法和高度限制，為實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。在實(shí)際裝載過(guò)程建立模型，普適性強(qiáng)，可根據(jù)實(shí)際情況改變模型參數(shù)，適應(yīng)更加復(fù)雜條件下的裝載情況。

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