摘要：港口机械结构的稳定性对于作业的安全性、运载能够有着直接的影响，同时它的稳定性又受作业环境、维护管理、制造质量、操作水平等众多复杂性因素的影响。为了保证港口的正常运行和较高的吞吐量，必须要加强港口结构稳定性设计。本文主要分析了影响港口结构稳定性的因素，介绍了港口机械结构稳定性设计研究，最后对于优化港口机械结构稳定性设计提出了一些策略。
关键词：港口机械；结构稳定性；设计；建模分析
引言：
港口是水上运输的重要枢纽，随着港口现代化建设的发展，港口机械设备逐渐的向自动化和智能化的方向发展，作业运载能力提升的同时结构系统也越来越复杂，这对港口接卸结构稳定性管理提出了更高的要求。现代化的港口机械设备体积高达、结构复杂、功能多样化，因此施工作业中所有的影响因素更多，一些恶劣的自然灾害，如强台风、雷电等都会对港口机械结构造成巨大的损坏，另外人为操控管理技术方面的问题也会影响结构稳定性。由于现代港口作业密集化，港口机械数量较多，排列密集，特别是一些大型港口，一旦发生某一机械设备的稳定性失衡，可能对其他机械设备造成不利影响，既影响了整个港口作业的安全性，有导致管理成本的增加。因此，研究港口机械结构稳定性对于现代大型港口的繁荣发展有着重要的意义。
一、影响港口结构稳定性的因素
（一）工况因素
工况因素主要指对港口机械工作效率造成不利影响的因素，其因素构成较为复杂，且存在普遍性特征。例如港口机械设备老龄化、化学品腐蚀、作业时间较长、作业量负荷、外在机械作用力、电磁干扰、作业稳定性降低、离心率增加等。特别是港口机械在长期作业且不维护的状态下，部分结构的润滑性、灵活性降低，可能出现卡顿现象，造成部分结构振动，对整体结构产生结构不均衡性的冲击下振荡。此外，港口机械在运输化肥、铝钒土等化学成分复杂的物料时，腐蚀性物质对结构本身造成的腐蚀直接影响结构的稳定性。
（二）气候因素
港口机械设备的作业环境位于海边，临海近，常受恶劣天气、大气环境、气候环境等影响较为严重。如狂风暴雨、风吹日晒、海盐粒子侵蚀等，这些因素会直接或间接的影响港口机械设备结构的稳定性。港口机械设备结构大部分材料为钢材，还有其他很多材料很容易受空气湿度、温度、盐度等影响加剧损坏或老化的程度。此外，部分港口环境污染较为严重，方扣机械设备结构中会粘附大量的污染物，长期作用于结构会影响结构元件的灵敏度。港口机械设备自动化、智能化程度越高，其结构稳定性受气候因素干扰越大。
（三）管理因素
港口机械维修成本高，且维修时间不定，对于作业效率而言负面影响较多。如果港口机械设备在日常管理中缺乏维护和安全检测，又长时间处于超负荷或高负荷运载作业转态，这种问题不仅会加剧港口机械设备的老化程度，并且还会导致结构之间损坏发生联动性。当一些小的结构部件安全隐患为及时排除，会牵涉到其他结构元件的协调运作，加速其他结构部件的磨损情况。此外，管理港口机械设备的技术人员缺乏操作和应对特殊情况的经验，由于失误性操作会加剧结构的荷载，影响结构的稳定性。
二、港口机械结构稳定性设计研究
（一）通过建模分析优化设计
构建数学模型分析港口机械结构的设计变量，是优化结构设计的重要方式之一。设计变量是利用目标函数和约束条件数学分析的方法来使结构稳定性向目标靠近的。港口机械结构的稳定性主要取决于金属结构的主梁架，采用数学模型分析金属梁架架构，再通过遗传算法对结构的稳定性、安全性进行分析，了解结构稳定性需求，再根据分析的结果设计结构分布情况。利用数学建模分析结构稳定性，可以更加精确的了解不同结构之间的盈利和自重，最后根据目标函数极端出自重的最小值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分析出结构后需要对优化的结构进行验证，在移动荷载及其他复杂工况条件下结构是否能够满足稳定性要求，符合则表明结构优化有效。
（二）通过有限元模型优化设计
有限元模型是分析港口机械结构在动态、静态不同状态下稳定性的主要分析方式。有限元模型应用静态分析港口机械结构的稳定性，应用动态分析港口机械动态荷载下的结构的稳定性。在有限元模型分析中，主要凭借静力学强度和扰度两个指标分析结构金钩的稳定性。动态模型分析要排除结构共振的干扰因素，了解了金属结构的动力荷载的反映，对于分析结构控制的重要参数有着重要的作用。
（三）通过仿真法分析综合结构的稳定性
仿真分析是借助人工神经网络实现的，在设计港口机械结构时通过仿真法为结构增加荷载，从理论是上了解荷载对于港口机械结构寿命的影响。仿真法一般与实测法相结合，应用仿真法能够减少实测中造成的成本损失，并且仿真法能够提升结构测试的效率，节约设计周期。如果说理论与实际存在误差较大，那仿真法切法弥补了理论设计的缺陷，极大的保证了港口机械结构设计的精准性。
（四）通过反求工程优化设计
港口机械结构设计中需要保证结构长、宽、高、厚等参数的精确度，并对这些参数进行分析，不断调整这些测量参数，以保证结构的稳定性。反求工程对港口机械结构的长、宽、高、厚这四项独立变量进行反复求算，作为做大的目标函数不断优化，将这些变量控制在结构限定的范围与比例下，在分析可靠度和截面积，能够极大的改善港口机械结构腐蚀性能、力学性能、稳定性等方面存在的问题，更加全面的保证了港口机械结构的稳定性和可靠信。
（五）通过设备维护管理与升级改造优化结构稳定性
港口机械作业的实践表明，港口机械结构的稳定性与维护保养有着紧密的联系。加强结构港口机械结构的维护可以保证结构元件性能处于良好状态，延长港口机械结构的寿命。维护保养工作可以说是维持港口机械结构稳定性的必要条件。这种维护要体现在合理的目标管理与计划中，定期维护，做好记录，并且维护记录可以通过大数据分析，从而了解不同港口机械设备在结构稳定性方面存在的缺陷。
三、优化港口机械结构稳定性设计的策略
优化港口机械结构稳定性设计需要从多因素、所角度考虑，一方面是设备结构本身在设计方面的优化，另一方面还有通过自动监控技术来加强对于港口机械结构稳定性的监控与信息分析，不断的了解结构稳定性中存在的问题。在设计方面，港口机械结构设计较为复杂，因此建议采用模块化的设计，多结构稳定性进行优化时，可以根据日常监测分析到的结构问题和维护管理中的记录对影响结构稳定性的参数和标准进行优化。港口机械结构稳定性设计优化要通过不断优化、不断升级来实现，最终保留准确性较高、稳定性较好的设计模块遇到设计组合中。
结语：
港口是发展我国海上运输，促进对外贸易发展的水上交通站，而港口机械设备是保证水上交通站高效作业与发展的基础条件。为了保证港口贸易能够顺利有序、高质高效、安全可靠的实施，港口机械设备制造企业应该结合实际情况对港口机械结构的稳定性设计进行分析研究，结合影响港口机械结构稳定性的因素，对港口机械的结构设计进行调整，对自动化操作系统进行升级和优化。在结构上增加截面积与可靠的，简化操作系统，减少可控性因素对于港口机械结构稳定性的影响。
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[4]姜萍，朱振民.港口机械结构稳定性设计[J].工业设计，2016（02）：91-92.
论文作者:陈礼强,钱亚明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
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