摘 要

众所周知，随着全球经济一体化的到来，国与国之间必然会加大贸易的合作，而目前的货物进出口主要是通过港口。中国是一个海岸线较长的国家，对于海上贸易是一个得天独厚的优势。而卸船机作为港口起重机的一种，在货物的接卸方面起到巨大的作用，可以说港口码头货物的装卸效率在很大程度上影响着一个国家的进出口贸易额。因此，如何高效地装卸货物成为一个重要的问题。在货物的装卸过程中，散料装卸是一个着重需要改进的部分，本文主要研究2500吨/小时抓斗卸船机的金属结构稳定性以及轮压的计算问题，校验卸船机是否满足使用要求，同时着重验算海、陆侧下横梁的强度、刚度、整体和局部稳定性，这对于今后的卸船机的结构改进可起到重要参考作用。

关键词：散货装卸；物流；抓斗卸船机；金属结构；下横梁

Abstract

As is known to all, with the advent of global economic integration, trade between countries will inevitably increase trade cooperation, and the current import and export of goods is mainly through ports. China is a country with a long coastline and is a unique advantage for maritime trade. As a kind of port crane, the ship unloader plays a huge role in the cargo loading and unloading. It can be said that the loading and unloading efficiency of the port terminal goods greatly affects the import and export trade volume of a country. Therefore, how to efficiently load and unload goods becomes an important issue. In the loading and unloading process of bulk cargo, bulk loading and unloading is a part that needs to be improved. This paper mainly studies the metal structure stability and calculation of wheel pressure of 2500 ton / hour grab ship unloader, and verifies whether the ship unloader meets the requirements. At the same time, it is important to check the strength, stiffness, overall and local stability of the sea and land side beams, which can play an important reference role for the future structural improvement of the ship unloader.

Keywords: bulk cargo handling; Logistics; Grab ship unloader; Metal structure; The beam

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究的背景 1

1.2研究的意义 1

第2章 总体轮压和稳定性计算 3

2.1计算示意图 3

2.2金属结构部分 3

2.2.1门框结构 3

2.2.2金属结构固定部分 5

2.3整机固定部分 5

2.4前大梁总成 6

2.4.1大梁水平 6

2.4.2大梁仰起 7

2.5整机重量及重心 7

2.5.1前大梁水平 8

2.5.2前大梁仰起 8

2.6小车总成 9

2.6.1小车在最大前伸距 9

2.6.2小车在停机位置 9

2.6.3小车在最大后伸距 10

2.7风载荷计算 10

2.7.1风垂直大车轨道 11

2.7.1.1 前大梁放平 11

2.7.1.2 前大梁仰起 12

2.7.2 风平行大车轨道 12

2.7.2.1 前大梁放平 12

2.7.2.2 大梁仰起 14

2.7.3 角度风 14

2.7.3.1 前大梁放平 14

2.7.3.2前大梁仰起 15

2.8稳定性计算 15

2.8.1 静载情况 15

2.8.1.1 小车在最大前伸距 15

2.8.1.2 小车在最大后伸距 15

2.8.2 动载工况 16

2.8.2.1工况1 16

2.8.2.2工况2 16

2.8.2.3工况3 17

2.8.3 风力影响 17

2.8.3.1 风由陆向海侧吹 17

2.8.3.2 风由海向陆侧吹 17

2.8.3.3 风平行轨道吹 18

2.8.4 钢丝绳破断时的稳定性 18

2.8.4.1 工况1 18

2.8.4.2 工况2 18

2.9轮压计算 18

2.9.1 工况1 19

2.9.2 工况2 19

2.9.3 工况3 20

2.9.4 工况4 20

2.9.5 工况5 20

2.9.6 工况6 21

2.9.7 工况7 21

第3章 海、陆侧下横梁金属结构设计计算 23

3.1梁的主要尺寸 24

3.2截面几何特性的计算 25

3.2.1梁的两端截面 25

3.2.1.1截面面积的计算 25

3.2.1.3截面对形心的惯性矩的计算 26

3.2.1.4截面抗弯模量的计算 26

3.2.1.5截面静矩的计算 26

3.2.2梁的中间截面 26

3.2.2.1截面面积的计算 26

3.2.2.2截面形心的计算 26

3.2.2.3截面对形心的惯性矩的计算 26

3.2.2.4截面抗弯模量的计算 26

3.2.2.5截面静矩的计算 27

3.3由ansys分析得出的节点力 28

3.3.1小车在最大前伸距时 28

3.3.2小车在海侧上横梁下时 29

3.3.3小车在陆侧上横梁下时 29

3.4各种工况的内力计算 29

3.4.1对于海侧下横梁 30

3.4.1.1当小车位于最大前伸距时 30

3.4.1.2当小车位于海侧上横梁下时 33

3.4.1.3当小车位于陆侧上横梁下时 35

3.4.2对于陆侧下横梁 38

3.4.2.1当小车位于最大前伸距时 38

3.4.2.2当小车位于海侧上横梁下时 41

3.4.2.3当小车位于陆侧上横梁下时 43

3.5海、陆侧下横梁受扭计算 45

3.5.1对于海侧下横梁 45

3.5.1.1当小车位于最大前伸距时 45

3.5.1.2当小车位于海侧上横梁下时 46

3.5.1.3当小车位于陆侧上横梁下时 46

3.5.2对于陆侧下横梁 46

3.5.2.1当小车位于最大前伸距时 46

3.5.2.2当小车位于海侧上横梁下时 46

3.5.2.3当小车位于陆侧上横梁下时 46

3.6海、陆侧下横梁危险截面的强度验算 47

3.6.1对于梁的两端的截面 47

3.6.1.1弯曲正应力的计算 47

3.6.1.2剪应力计算 47

3.6.1.3由扭矩引起的剪应力 48

3.6.1.4剪应力的叠加 48

3.6.1.5危险点强度验算 48

3.6.2对于梁的中间截面 48

3.6.2.1弯曲正应力的计算 48

3.6.2.2由扭矩引起的剪应力 49

3.7下横梁的刚度计算 49

3.8下横梁的稳定性验算 50

第4章 海、陆侧三维建模 52

第5章 经济性与环保性分析 55

5.1经济性分析 55

5.2环保性分析 55

第6章 结论 57

中外文参考文献： 58

致谢 60

第1章 绪论

1.1研究的背景

近年来，随着全球贸易的飞速发展，我国物流行业得以迅猛发展，而作为进出口贸易的主要集散场所、海运和陆运的交接点，我国的港口建设也在飞速发展。抓斗卸船机作为港口主要的散料装卸设备之一，在散料接卸中发挥着重要的作用，主要用于煤炭、矿石、粮食、沙等大宗货物的进出口及国内各港口之间运输的装卸。

随着船舶大型化和日益增长的散装物料运输量的需求，码头配置的卸船机机型也趋向大型化。自2000年以来，我国自主研发生产的大型卸船机的技术不断进步与提高，使用能力不断加强，目前已经与国外的卸船机技术比肩甚至超越他们，满足国内港口的需求并且向国外出口的卸船机数量也在逐年增长，已发展成为卸船机最大生产国和使用国。

抓斗卸船的生产率是全世界最高的，而抓斗卸船机的小车结构形式对于抓斗卸船机的整体性能是十分重要的。目前主要采用的是牵引式的小车，牵引式小车通过将抓斗的起升机构、开闭机构与小车运行机构合并在一起，实现抓斗的起升和开闭。牵引式小车具有很多优点，但也存在很多问题：比如抓取物料时容易偏载、行星差动齿轮减速器的价格较为昂贵、钢丝绳的直径较大、滑轮不好布置等。

抓斗卸船机的一个重要的优点便是抓斗对物料有较强的适应性，从而经济性较好、效率较高。而且在维护保养方面，由于抓斗的重要部件都是暴露在外的，因此对于工作人员的维修和保养较为方便，维护的工作量也比较小。

1.2研究的意义

抓斗卸船机采用传统的抓斗开闭和升降，对物料和船舶有很强的适应性，而且运营成本较低、避免了因波浪引起的船舶的上下颠簸对卸船机的损伤，并且抓斗卸船机将抓斗和开闭装置置于小车上，而小车运行机构置于机器房中，这样可以使得起升机构和开闭机构的钢丝绳的磨损大大的减小，这是其得到广泛的应用的主要原因。近十几年来，虽然连续装卸船技术得到迅速发展，但还是不能完全替代抓斗卸船机。桥式抓斗卸船机以牵引小车为主要形式，牵引小车分为补偿小车和差动小车，差动小车分为机械差动和电差动，因为机械差动的绕绳系统比较简单、小车自重较轻、绳耗较低、整机结构受力较小等特点，在市场上得到广泛使用。

卸船机的整体结构和局部结构都比较复杂，而且在日益趋向大型化的过程中，卸船机的各部分的应力情况也更加复杂，因此需要对其整体及局部的应力进行详细的计算，才能保证其使用要求和安全可靠。在卸船机的设计过程中，金属结构设计和制造对整机稳定性十分重要，必须要满足强度、刚度和稳定性以及疲劳强度等多方面的要求。海、陆侧下横梁对卸船机的整体主要起到联系作用，对整机的稳定性有很大的影响，因此需要比较详细的设计和计算。本文着重对2500t/h抓斗卸船机的整体稳定性及轮压进行计算，同时验算海、陆侧下横梁的强度、刚度、整体和局部稳定性。

其中，卸船机的整体稳定性需要考虑工作状态和非工作状态、有风或无风、风载荷的方向、小车是否带载、小车的位置等多种工况下的稳定力矩和倾覆力矩是否满足要求；而卸船机的轮压计算则需要考虑工作或非工作状态因不同大小和方向的风载荷作用下、不同的小车位置下的抓斗和载重所产生的轮压，同时还需计算轨道的侧向水平力。

验算海、陆侧下横梁的强度、刚度、整体和局部稳定性时，由于梁的两端和梁的中间的截面面积不一致，因此需要分开考虑。同时，校验强度时需要分两个平面计算应力大小，然后将两个平面的应力合成，看是否满足要求，校验剪力时，需要把扭矩产生的剪应力和剪力产生的剪应力进行合成，检验是否满足要求。

在卸船机的设计过程中，不仅需要考虑满足使用安全以及稳定性，还需要考虑经济性和环保性。显而易见，在卸船机的工作过程中会产生很大的扬尘，而如果为卸船机配备比较完善的环保装置则会很大程度地提高成本，因此抓斗卸船机的工作环境一般要求风速较低。

第2章 总体轮压和稳定性计算

2.1计算示意图

图2.1

2.2金属结构部分

金属结构部分是指金属结构固定部分。金属结构固定部分包括门框结构、海侧梯形架、大梁、缆轨道、漏斗、机房底架、销轴及联接、海侧梯形后拉杆、锚定装置、后大梁小车轨道；其中门框结构包括陆侧上横梁、海陆侧下横梁、海侧立柱、陆侧立柱、海侧上横梁、门框斜撑、门框水平撑杆、海陆侧联系横梁、分叉漏斗梁、料斗后梁、海陆侧斜杆及料斗前梁、H型梁 、门框梯子。

以下表格引用的符号说明：

G(t)--重量(t)

H(m)--重心高度(m)

G*H(t.m)--重量x重心高

Xw(m)--重心距海侧距离

XI (m)--重心距陆侧距离

2.2.1门框结构

表2.1

表中的最后一项合计中的H，Xw，Xl分别由以下三个公式求得：

(2.1)

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