65t56m岸边集装箱起重机起升机构设计毕业论文
2020-04-08 14:33:37
摘 要
在“一带一路”新政策的大环境下，港口的发展又迎来新的机遇以及挑战，随着时代的不断发展，港口的货物的装卸主要由港口起重机完成，为了适应不同的货物跟工作环境衍生出了许多种类的起重机，主要有两大类别：一类为臂架回转式起重机；一类为桥式起重机。本文所设计的起重机就是桥式起重机类别下的，岸边集装箱起重机。
岸边集装箱起重机是目前港口针对于集装箱作业的主力机型，本文主要针对于65t/56m岸边集装箱起重机的起升机构进行设计。论文首先根据实际工作环境，确定起重机的技术参数，包括起重机工作级别，总起升高度，满载起升速度等基本参数，然后进行起重机的整体计算，验算起重机轮压，以及整体稳定性，验算通过后，根据《起重机设计手册》进行钢丝绳、滑轮、卷筒、电机、减速器等零部件的选型计算以及验算，辅以AUTOCAD二维建模软件进行起升机构的结构布置，最终设计出合理，符合实际工况、经济实用的65t/56m岸边集装箱起重机的起升机构。
关键字：港口起重机；岸边集装箱起重机；起升机构
Abstract
Under the new environment of the “Belt and Road” new policy, the development of the port has ushered in new opportunities and challenges. With the continuous development of the times, the loading and unloading of cargo at the port is mainly accomplished by port cranes, in order to adapt to different goods and working environment. Derived many types of cranes, there are two main categories: one for the jib swing crane; one for the bridge crane. The crane designed in this paper is a quayside container crane under the bridge crane category.
The quayside container crane is currently the main model of the port for container operations. This article is mainly designed for the lifting mechanism of the 65t/56m quayside container crane.The paper first determines the technical parameters of the crane based on the actual working environment, including basic parameters such as crane working level, total lifting height, full load lifting speed, etc. Then the overall calculation of the crane is carried out to check the wheel pressure and the overall stability of the crane. According to the “Crane Design Manual”, steel ropes, pulleys, reels, motors, speed reducers, etc. The selection and calculation of components and calculations are complemented by AUTOCAD 2D modeling software for the structural arrangement of the hoisting mechanism. Finally, a hoisting mechanism for a 65t/56m quayside container crane that is reasonable and conforms to the actual working conditions and is economical and practical is designed.
Key words: port crane; quayside container crane; lifting mechanism
目录
绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 论文的研究内容和目标 2
1.3.1 研究内容 2
1.3.2 研究目标 3
岸边集装箱起重机总体计算 4
2.1 重量和重心计算 4
2.1.1 固定载荷—DL 4
2.1.2 前大梁计算 7
2.1.3 小车，吊具和吊具上架 7
2.2 惯性载荷 9
2.2.1 大车惯性载荷—LATG 9
2.2.2 小车惯性载荷—LATT 9
2.2.3 堵转力矩载荷 9
2.2.4 吊钩横梁下起重量CBLS和吊钩横梁提升系统重量CBRL 9
2.2.5 小车碰撞载荷 10
2.2.6 大车碰撞载荷 10
2.2.6 大车碰撞载荷 10
2.2.7 冲击载荷IMP 10
2.3 风载荷 11
2.3.1工作风载荷 11
2.3.1非工作风载荷 15
2.4 根据标准轮压载荷组合计算的轮压 17
2.4.1工作工况1（WOP1） 17
2.4.2工作工况2（WOP2） 17
2.4.3工作工况3（WOP3） 18
2.4.4非工作工况，大梁仰起（WS1） 19
2.5 稳定性计算 20
2.5.1 工作计算工况1（ST1D） 20
2.5.2 工作计算工况2（ST2D） 20
2.5.3 工作计算工况3（ST3D） 21
2.5.4 非工作计算工况1（ST1U） 22
2.5.4 非工作计算工况2（ST2U） 22
岸边集装箱起重机起升机构计算 23
3.1 技术参数 23
3.1.1 整机参数 23
3.1.2 重量参数 23
3.1.3 速度参数 23
3.1.4 机构效率 25
3.1.5 机构倍率 25
3.1.5 效率计算 25
3.2 钢丝绳选型 25
3.3 滑轮计算 26
3.4 卷筒计算 26
3.4.1 卷筒尺寸计算 26
3.4.2 卷筒强度计算 28
3.4.3 卷筒稳定性计算 28
3. 6电动机功率计算 29
3.6.1 初选相关参数 29
3.6.2 电机功率选择 29
3.6.3 电机校验 29
3. 7 减速机选择 30
3. 8 联轴器、制动器选型 31
3.8.1 高速联轴器选型 31
3.8.2 高速轴制动器选型 32
3.8.3 低速轴联轴器选择 32
3.8.4 低速轴制动器选择 33
第1章 环境影响及经济性分析 34
4.1 环境影响 34
4.2 经济性分析 34
第2章 全文总结 35
参考文献 36
- 绪论
1.1选题背景及意义
随着全球化的不断发展，各国之间互通有无，贸易联系不断加强，港口作为水上运输与陆地运输的连接点，已经成为交通运输大动脉的枢纽，是货物集散、仓储，转换运输方式的中心。集装箱运输凭借着环保高效等优点，已经成为目前主流的运输方式之一，针对于集装箱装卸，岸边集装箱起重机（简称岸桥）应运而生。
岸边集装箱起重机(以下简称岸桥) 是专门用于集装箱码头对集装箱船进行装卸作业的专业设备，岸桥的装卸能力和速度直接决定码头作业生产率，因此岸桥是港口集装箱装卸的主力设备。随着集装箱运输船舶的体积不断增大，岸边集装箱起重机不断向大型化、高速化发展，其整机尺寸显著增大，目前65t/56m的岸边集装箱起重机，属于比较实用的机型，通过更换吊具，它可以装卸多种尺寸的集装箱，作业效率高，因而得到越来越多的青睐。
岸边集装箱起重机具有一个直线型的承载结构，其取物装置悬挂在能沿桥架运行的起重小车上，它有能够使集装箱做升降运动的起升机构和使集装箱在水平内两个相互垂直方向作平移运动的运行机构。岸桥主要由工作机构、金属结构、动力装置和控制系统、安全辅助装置等部分组成，起升机构是岸桥三大工作机构(起升、起重小车运行和起重机大车运行)之一，是岸桥的基本工作机构。岸边集装箱起升机构主要由驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置组成。此外，还可装设各种辅助装置，如起升高度限位器，力矩限制器，三圈保护等安全装置，特别是在中、大吨位起重机上，力矩限制器越来越重要。起升机构作为其基本工作机构，也得到了许多优化和改进，为了提高起升机构的工作效率，不少专业的科研机构和生产厂家对起升机构的结构组成，设计算法进行优化，使其更加适应与当代岸桥的工作环境。
1.2 国内外研究现状
起升机构的合理设计是起重机设计环节上非常重要的一环，它是起重机的基本工作机构，起升机构的合理与否决定了起重机能否实现起重功能，但是由于起重机工作环境，工作级别的不同，起升机构的设计过程中要考虑到实际情况，不仅仅是起升载荷、启动制动过程的动载荷等常规载荷，还要考虑到风载荷、冰雪载荷等偶然载荷还有特殊载荷和其他载荷，只有把起重机的载荷组合了解清楚，在各个零部件的选型和参数设计过程中考虑周全，才能够设计出符合实际工况的，经济适用的起升机构。
目前国内大部分的岸桥起升机构主要由电机进行驱动，起升电机通过联轴器经减速器空心轴驱动卷筒旋转，从而使绕在卷筒上的钢丝绳/缆线带动吊钩装置上升或下降。针对不同的起升高度可能需要配置对应的联轴器及支持架。在起升机构方面，现有双起升，甚至三起升等结构，在理论上可提高岸边集装箱起重机的作业效率，但是要通过该结构实现作业效率的提高，对于码头管理水平的要求还比较高，不然多起升结构的优势也难以得到发挥。
随着运载集装箱的船舶体积不断增大，尤其是近年来超巴拿马船的出现和发展，岸边集装箱起重机也往大型化，高速化等方向进行发展，这对起升机构也提出了新的要求，额定起升重量的增大，提升高度的提高，工作速度的加快，都促使着起升机构的电机选型，钢丝绳材料，结构布置都要做出相应的变化，针对于65t/56m岸边集装箱起重机起升机构设计，目前国内外已有设计方法，但是仍然需要进行优化设计，有较大的提升空间。
1.3 论文的研究内容和目标
1.3.1 研究内容
本论文所研究的基本内容包括：
（1）65t/56m岸边集装箱起重机整机的总体参数计算，具体有岸桥的重量和重心计算，包括固定载荷，前大梁、小车以及吊具等部分的计算；惯性载荷的计算；风载荷的计算，随后根据各载荷的计算，根据各个工况轮压的载荷组合计算的轮压，并得和许用轮压进行校核，最后利用虚拟载荷进行稳定性计算。
（2）利用AUTOCAD软件绘制岸边集装箱起重机的整体布置图，设计集装箱吊具驱动装置的布置形式和传动装置的布置方案，确定合理的钢丝绳滑轮组卷绕系统。
（3）对65t/56m岸边集装箱起重机整机的起升机构进行选型计算，根据《起重机设计手册》选取合适的钢丝绳、滑轮、卷筒、电机、减速器等零部件。
（4）利用AUTOCAD软件绘制起升机构的装配图和卷筒的零件图。
（5） 分析了所设计的起升机构的环境影响和经济性分析。
1.3.2 研究目标
本设计旨在通过对岸桥的轮压、稳定性进行验算以及对起升机构的合理分析，选型，设计出满足65t/56m岸边集装箱起重机设计参数和实际工况，经济环保，安全可靠的岸桥起升机构，并且设计出起升机构各个结构布置形式和装配方案，以及非标准件的制造要求。
- 岸边集装箱起重机总体计算
2.1 重量和重心计算
2.1.1 固定载荷—DL
2.1.1.1机器房自重的计算
海侧 
Y
机器房
序号 | 名称 | G(t) | XG1(m) | YG1(m) | ZG1(m) |
1 | 机房底盘 | 58.84 | 0.00 | 0.00 | -0.30 |
2 | 机房围墙 | 35.00 | 0.00 | 0.00 | 3.10 |
3 | 电阻箱 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
4 | 电气房围墙 | 3.12 | -7.80 | 0.50 | 2.80 |
5 | 高压柜 | 3.00 | 4.50 | -6.60 | 1.80 |
6 | 变压器 | 8.05 | 0.00 | -6.60 | 1.05 |
7 | 电气控制台 | 13.50 | -8.00 | 1.50 | 1.05 |
8 | 起升机构电机,制动器,联轴节 | 9.70 | -2.740 | 0.00 | 1.00 |
9 | 起升机构卷筒,联轴节 | 12.20 | -4.40 | 0.00 | 1.00 |
10 | 起升机构减速箱,底架,制动器 | 15.30 | -4.00 | 0.00 | 1.00 |
11 | 起升机构其他部分 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
12 | 起升应急机构 | 1.10 | -2.70 | 3.90 | 1.00 |
13 | 俯仰机构电机,制动器,联轴节 | 1.80 | 2.89 | 5.50 | 1.00 |
14 | 俯仰机构卷筒,联轴节 | 10.00 | 4.45 | 0.05 | 1.00 |
15 | 俯仰机构减速器,底架 | 8.90 | 4.20 | 4.20 | 1.00 |
16 | 俯仰机构卷筒制动器,制动盘 | 3.10 | 4.70 | -3.20 | 0.60 |
17 | 俯仰机构应急机构 | 1.00 | 2.89 | 3.00 | 1.00 |
18 | 俯仰机构其他部分 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
19 | 维修行车 | 8.40 | 0.00 | 6.00 | 4.50 |
20 | 空压机系统 | 0.60 | 5.04 | -9.10 | 0.40 |
21 | 工作台和工具箱 | 1.20 | 1.90 | -9.15 | 1.00 |
22 | 换绳装置 | 3.50 | -4.40 | 0.00 | 2.45 |
23 | 小车牵引系统 | 14.20 | 0.23 | -1.00 | -0.26 |
24 | 托架小车牵引系统 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
序号 | 名称 | G(t) | XG1(m) | YG1(m) | ZG1(m) |
25 | 液压系统 | 1.00 | 0.00 | -3.80 | 0.80 |
26 | 其他 | 10.00 | 0.00 | 0.00 | 1.00 |
机器房合计 | 223.51 | -0.74 | 0.04 | 1.09 | |
231.01 | -8.19 | 0.04 | 51.63 |
2.1.1.2金属结构重量计算
（1）门框结构重量计算
序号 | 名称 | G(t) | XG(m) | ZG(m) |
1 | 海侧上横梁 | 40.20 | 27.00 | 51.05 |
2 | 海侧下横梁 | 35.00 | 30.00 | 5.50 |
3 | 海侧腿 | 105.00 | 29.00 | 28.00 |
4 | 斜撑杆 1 | 22.00 | 13.50 | 39.88 |
5 | 斜撑杆 2 | 7.70 | 7.50 | 24.78 |
6 | 斜撑杆 3 | 8.00 | 21.87 | 24.78 |
7 | 水平撑杆 1 | 12.20 | 13.50 | 51.05 |
8 | 水平撑杆 2 | 7.95 | 14.37 | 30.90 |
9 | 联系横梁 | 41.20 | 15.00 | 17.90 |
10 | 陆侧上横梁 | 38.35 | 0.00 | 51.25 |
11 | 陆侧下横梁 | 38.00 | 0.00 | 5.50 |
12 | 陆侧腿 | 100.00 | 0.00 | 28.00 |
13 | 门框水平撑 | 6.53 | 13.50 | 50.75 |
14 | 梯子平台 | 24.50 | -1.90 | 27.00 |
合计 | 486.63 | 13.66 | 28.82 | |
（2）金属结构固定部分
序号 | 名称 | G(t) | XG(m) | ZG(m) |
1 | 门框结构 | 486.63 | 13.66 | 28.82 |
2 | 梯形架 | 45.00 | 27.00 | 66.00 |
3 | 后大梁 | 147.00 | -1.10 | 48.20 |
4 | 铰点 | 4.20 | 29.00 | 49.30 |
5 | 后拉杆 | 20.00 | -1.45 | 61.50 |
6 | 上部斜撑 | 23.00 | 13.80 | 60.10 |
7 | 小车轨道 | 6.90 | 0.00 | 48.00 |
8 | 电缆拖链支撑 | 2.00 | 0.00 | 48.70 |
9 | 司机室清洗平台 | 4.00 | -18.80 | 43.50 |
10 | 门框检修平台 | 4.00 | 13.50 | 49.00 |
11 | 其他 | 15.00 | 13.50 | 36.00 |
合计 | 757.73 | 10.95 | 37.27 |
2.1.1.3固定部分重量—DL
序号 | 名称 | G(t) | XG(m) | YG(m) |
1 | 金属结构固定部分 | 757.73 | 10.95 | 0.00 |
2 | 机器房 | 231.01 | -8.19 | 0.04 |
3 | 大车 | 160.00 | 15.00 | 0.00 |
4 | 防风系统 | 1.60 | 15.00 | 0.00 |
5 | 锚定装置 | 5.00 | 9.00 | 0.00 |
6 | 电梯 | 9.30 | 0.00 | -12.90 |
7 | 电缆卷筒 | 12.00 | 24.00 | -11.40 |
8 | 小车缠绕系统张紧 | 2.00 | -29.50 | 0.00 |
9 | 安全钩 | 1.50 | 30.00 | 0.00 |
10 | 俯仰缠绕系统 | 6.00 | 27.20 | 0.00 |
11 | 托架缠绕张紧 | 0.90 | -29.00 | 0.00 |
12 | 尾部室外维修行车 | 4.00 | -26.00 | 0.00 |
13 | 限位系统 | 0.50 | 3.00 | 0.00 |
14 | 铭牌 | 1.50 | 15.00 | 0.00 |
15 | 润滑系统 | 1.00 | 15.00 | 0.00 |
16 | 电气 | 10.00 | -2.80 | -3.60 |
17 | 挂舱保护装置 | 13.50 | -31.50 | 0.00 |
18 | 俯仰操作室 | 1.20 | 28.20 | 6.45 |
19 | 理货室 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
20 | 其他 | 20.00 | 15.00 | 0.00 |
合计 | 1238.74 | 7.34 | -0.22 |
大车轮数: 8
总轮数：32
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