65t56m集装箱装卸桥海陆侧下横梁设计及三维建模毕业论文
2020-04-06 11:08:24
摘 要
随着世界贸易往来的日益频繁，尤其是国家开展一带一路战略以来，集装箱运输在国际贸易中的作用越来越大，港口对岸桥、装卸桥的作用要求越来越高，需求也越来越大。
货轮的发展日新月异，货轮的装载能力也变得越来越高，对岸桥作业效率的要求也不断提高。集装箱装卸桥正朝着专业化、系列化、大型化发展，装卸桥的大小和设计也应该不断改进，以满足社会的使用要求，使起重机变得更经济、安全、环保。未来的装卸桥，将成为港口追求的主流，发展也必定充满蓬勃生机。
关键词:起重机，集装箱，装卸桥，岸桥，下横梁
Abstract
With the ever-increasing frequency of trade in the world, especially as the country has implemented the One Belt One Road strategy, the role of container transport in international trade is increasing. The role of the port-to-shore bridge and the loading and unloading bridge is getting higher and higher, and the demand is getting more and more. Big.
The development of freighters is changing with each passing day, and the loading capacity of freighters has also become higher and higher, and the requirements for the efficiency of shore bridge operations have also been increasing. Container handling bridges are moving toward specialization, serialization, and large-scale development. The size and design of loading and unloading bridges should also be continuously improved to meet the requirements of the society and make cranes more economical, safe, and environmentally friendly. The future loading and unloading bridge will become the mainstream of the port's pursuit, and development will certainly be full of vitality.
Key words: Cranes, containers, loading and unloading bridges, shore bridges, lower beams
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1研究的意义 1
1.2装卸工艺 3
1.3国内外发展状况 5
1.4本文研究的内容 5
第二章 岸桥的总体计算 6
2.1基本技术参数 6
2.2.重量和重心计算 6
2.2.1.机器房自重的计算 6
2.2.2金属结构重量计算 8
2.2.3小车，吊具和吊具上架 13
2.3惯性载荷 17
a.大车惯性载荷 17
b.小车惯性载荷 17
c.堵转力距载荷 17
d.集装箱的重量及中心(LL) 18
第三章 风载荷 19
3.1 工作状态风，垂直轨道，前大梁水平 19
3.2工作状态风，平行轨道，前大梁水平 20
3.3工作状态风，平行大车轨道，前大梁仰起 21
3.4工作状态风，垂直大车轨道，前大梁仰起 23
第四章 根据标准轮压载荷组合计算的轮压 27
（1）第I工况 28
（2）第II工况（小车位于外伸距）： 29
（3）第III工况：小车位于外伸距，工作风载荷作用 29
（4）第IV工况：小车位于停车位，非工作风载荷作用 29
第五章 稳定性计算 31
5.1工况一：无风静载 31
5.2工况二：有风动载 32
5.3工况三：有风突然卸载 33
5.4工况四：非工作状态 34
第六章 下横梁的设计计算 35
6.1下横梁载荷分析 35
6.2 下横梁的简化 35
6.3陆侧下横梁内力计算 35
6.3.1载荷情况分析： 35
6.3.2 YZ面下横梁内力分析计算 36
6.3.3 XZ平面载荷作用下下横梁内力计算 37
6.4 陆侧下横梁校核计算 38
6.4.1截面数据分析与计算 38
6.4.2截面面积和质心的计算 39
6.4.3 截面抗弯模量的计算 39
6.4.4静矩 40
6.4.5下横梁的强度验算 40
6.4.6陆侧下横梁的刚度计算 42
6.4.7陆侧下横梁的稳定性校核 44
6.5海侧下横梁内力计算 46
6.5.1 载荷分析 46
6.5.2 下横梁在YZ平面的内力计算 47
6.5.3 下横梁在XZ平面内力计算 48
6.6海侧下横梁校核 49
6.6.1截面几何特性计算 49
6.6.2截面惯性矩的计算 49
6.6.3 截面抗弯模量 50
6.6.4截面静矩 50
6.4.5下横梁的强度验算 51
6.4.6海侧下横梁的刚度计算 52
6.6.7海侧下横梁的稳定性校核 54
第七章 经济性与环保性分析 57
第八章 结论 58
第一章 绪论
1.1研究的意义
进入21世纪以来，世界各国的经济不断发展，经济全球化的趋势势不可挡，各国之间尤其是沿海国家的贸易往来越来越频繁，世界正变得越来越小，海上贸易却做得越来越大。我国响应经济全球化的号召，发起一带一路战略，建立海上丝绸之路，也帮助其他国家修建码头，不断壮大经济实力，为国家的繁荣富强打下深厚的基础。与此同时，沿海港口的发展的不断壮大，航运公司蓬勃发展，货物在码头的吞吐量也是在逐年提高，最明显的是我国多个港口在世界上越来越起到举足轻重的作用。在港口迅速发展的机遇下，也充满了各种挑战。码头新的集装箱装卸桥的设计和改进充满了挑战，岸桥的装卸能力也不断充满了质疑和考验。现在每个国家的港口负责人都在运用目前最为先进的技术和产品，不断改进集装箱装卸桥，货物的装载效率能够得以不断提高，经济效率也是越来越高。
目前来说，我们国家对对外贸易的重视程度正在逐年提高，而航运在这么多年的经验下也是被认为最经济最方便的运输方式，得益于此，港口运输业的发展也呈现出欣欣向荣的景象。所以，运输船的数量变得越来越多，运输船的尺寸变得越来越大，投入使用的比例也在持续升高。为了提高这些运输船的承载能力，运输船的宽度被设计的很大，使得好几排集装箱能够放在船的同一层，因此，甲板上的集装箱才能被外形比较细长的集装箱装卸桥，更加方便的接触到。因此，外伸距在集装箱起重机上被设计的越来越大，也需要将起升重量的值设计的较大。设计值的加大也会带来一些隐患，起重机的 下横梁的强度，刚度，稳定性，安全性，可靠性的要求也越来越高。
在新中国成立初期，我国的港口比较少，泊位主要分布在东部地区，沿海城市的航运发展的比较好，建立起的泊位基本上是通用型的港口泊位，专业性和自动化水平较低，质量不是很高，港口的装卸设备运用不是很成熟，专业性不高，主要是由人工完成对港口货物的搬运及装卸。随着国家的日益富强 ，进入70年代到 80年代 的过渡时期，我国的建设速度变得越来越快，发展也是一天一个台阶，起重机，集装箱，港口也得到了比较明显的发展。随着经济的进一步发展，随着工业化的发展，改革开放的深入，跨国公司合资企业不断涌入，贸易交流变得频繁，使得生产产品的交易在世界变得密切，世界各国经常采用海上运输的方式来进行贸易往来，港口无疑在物流平台的作用举足轻重。经历了半个多世纪的探索、规划及建设，尤其是经历了改革开放，我国沿海地区经历了了大范围的开发扩展，我国港口的开发建设变得规模庞大，到今天进入21世纪，长三角地区、珠三角地区、渤海湾地区及西南、东南沿海等五大地区最终形成了以规模化、自动化为特色发展的沿海港口密集发展区域 。
随着集装箱运输业的不断发展，目前急需解决的问题关键在于如何提高集装箱码头的自动化程度和装卸效率。接卸设备的设计问题关键在于如何提高其效率。随着货物数量越来越多，货物体积越来越大，对船只的大型化程度的要求也是越来越高。设计出吨位更大，载货效率更高的集装箱装卸桥是目前研究主要的方向标。虽然科技在不断进步，但是目前最有效的装卸设备还应该是集装箱装卸桥，研究人员可以在优秀设计方案的基础上，对之前设计出的产品进行结构、材料、甚至智能型的改造，使之更切近生活，最大程度的提高生产效率，提高经济性、环保性。
为了更好地深入了解处于科技前沿的装卸工艺，对多个国内外的港口进行了分析研究。比如，上海，青岛等正在向着自动化码头过渡。在新型起重机以及起重机上新型结构设计的方面，改进过的岸边集装箱起重机能够极大程度的减少船上集装箱和吊具之间的对位次数，能够有效减少工作时间，提高生产效率。为了减少钢丝绳吊具经常带来的晃动以及偏斜等问题，可以采用双梁结构，提高起重机在运输过程中的稳定性。经过在计算机上的模拟分析，改进过的装卸桥的效率相较于之前的起重机有了很大的提高。
作为目前火热的一项技术，数学模型的高度运用对起重机的设计计算起到了很大的帮助。很多载荷情况都能在计算机上模拟出来。数学解析模型的兴起无疑给交通运输业带来了第二春。除了起重机，它的应用还非常广泛。得益于先进的算法和新型模型，起重机械的生产效率稳定性方面也有了长足的进步。不过数学解析模型在使用时也存在一些局限性，当存在一些比较繁琐的设计条件时，处理数据就变得比较困难；一些关键环节的判定存在一些困惑，比较难抓住设计过程中的关键点，尤其是对一些参数存在不确定性，数学解析模型显然对这些方面不是很适用，使用前，必须对存在的问题进行略微的简化，解出的结果与实际的结果会出现一些偏差。对起重机也能进行三维建模，能够更直观得观察出起重机的外型，在此基础上对起重机进行分析，可以对设计起到很大的帮助，目前三维建模的软件也是比较多，比如SolidWorks，Creo等，教学也是比较方便。当然，一切以此为基础的研究，都是对港口知识有着充分的了解，对于一些复杂问题，还需将实际情况考虑进去，能够更好地为起重机以及其他机械的设计，做出更大的贡献。
经过几代研究人员的努力，起重机已经经过了几代的更新换代，集装箱运输正在慢慢变得标准化。起重机运输业在新时代迎来了很多机遇，多个新型港口的兴起与建立与新型港口设备相辅相成，不断影响着全球码头和交通运输业的发展，全球经济得益于此，也得到快速发展，经济化程度越来越高，对外开放程度不断提高。以下是振华设计的集装箱装卸桥实体图。
图
1.1 集装箱装卸桥实体图
1.2装卸工艺
市场上集装箱船舶越来越大型化，如何改进港口机械的装卸工艺是目前研究的主要方向，很多港口都在尽自己的努力提高装卸能力和装卸效率，很多港口都在采取措施使得港口效率达到300TEU/h以满足港口的日均吞吐量的要求。而目前港口的现状是一些比较小吨位的集装箱起重机，例如40t和25t的集装箱装卸桥只有50TEU/h左右。如果想要满足港口的装卸效率，达到300TEU/h，一方面，需要使用高效率的集装箱装卸桥，另一方面，应该每隔一定的距离配备集装箱装卸桥。这样可以减少集装箱装卸桥的配备的数量，也能减少因为起重机之间因为间隔过密造成的影响。8000TEU的大型货轮在进行装卸作业过程中，工作效率不是很高。港口发展的首要任务是提高集装箱装卸桥的效率问题。随着科技的进步，港口一些传统的技术正面临着淘汰，多用途门机场桥方式以及岸桥-跨运车方式在起重机的发展历程中正在逐渐淡出人们的视野。现在以及未来，集装箱装卸桥的技术还会持续得到发展。
目前港口上主要应用两种比较普遍的集装箱装卸桥类型：
1、大梁升降式岸边集装箱装卸桥
大梁升降式岸边集装箱装卸桥是这次毕业设计的主要形式。传统靠机械使得起重机减少摇动的系统在超巴拿马型集装箱起重机上的效果不是十分显著，另一方面，电子防摇系统因为加速度产生的冲击，使起重车司机感到十分不适。通过大梁的升降可以使得司机的视野更加开阔，心情也能更加愉悦，效率自然提高。大梁升降式岸边集装箱起重机的主要工作原理是，根据装卸时所需条件进行升降，装卸处于高箱位时，主梁上升；装卸位置处于小船或者低箱位时，主梁也能够相应下降，直至达到合适位置，提高生产率。
2．双小车岸边集装箱装卸桥
另一种集装箱装卸桥形式是双小车岸边集装箱装卸桥，如图1.2所示，起重机的生产率能够得到大大提高，他的主要特点以及工作原理是：
（1）首先集装箱通过装卸桥的前小车从货轮上起升，然后卸在海侧的平台上，周而复始，接着去装其他的集装箱。与此同时，卸载下来的集装箱上的转销被工作人员卸下来，然后装卸桥上的后小车直接起升这个集装箱，然后安放在集装箱卡车上。整个过程一气呵成，效率很高，操作方式也比较方便，不过自动化程度不高。这台机器的比较耗费人力，从而使得中间环节的时间和人工的费用增加，生产成本比较高。
（2）不过这台机器也有很多可取之处，设计师巧妙地利用了起重机的高度差，在卸载过程中，集装箱能够较为轻松地从货轮上起升，又能将集装箱更方便的地安放在集装箱卡车上，在作业过程中，稳定性程度很高，小车在吊装过程中也不会出现不稳定现象。一方面，集装箱卡车装卸集装箱，另一方面，集装箱卡车处于作业平台边，从门框的拐角处绕开，在装卸过程中，因为两个小车不同步而导致的拐弯处瓶颈问题也得以巧妙的解决。
图1.2 双小车桥吊
1.3国内外发展状况
1、国外发展概况：
经济全球化程度在不断提高，全球一体化的进程持续发展，海上丝绸之路计划的展开，世界各国的贸易往来越来越频繁，交易量越来越大。航运技术也得到了发展，大型集装箱船的数量急剧增加，尺寸也是越来越大。对港口的装卸效率的要求也是需要提高。巴拿马公司在近几年新增了数百台集装箱装卸桥，其中有近半数已经投入使用，另有一半在近期也会到货。由于港口的大型化程度在不断提高，事实上，外伸距在60米以下的起重机变得较少，起重机的尺寸在变大。
2、国内发展概况：
随着生产力的提高以及国家对港口的重视，新建了很多自动化码头，港口得到了很多发展。吞吐能力也在提高，集装箱起重机的工作效率越来越高，对人们的生活水品起到了很大的提升作用。全国各个港口在世界上的地位越来越高，世界前10的港口中，中国占据了多个。上海港已经建立了世界前列的自动化码头，振华公司在港口起重机设备制造上世界闻名，是港口的进步，更是中国人的自豪，中华名族的自豪
总而言之，集装箱装卸桥正在朝着大型化、专业化发展。
1.4本文研究的内容
本次毕业设计任务是对一台65t/56m集装箱装卸桥按照任务书的要求进行结构计算，首先是阅读相关文献和资料，完成外文翻译，对65t/56m集装箱装卸桥进行总体计算，主要包括对重量重心、惯性载荷、风载荷、轮压、稳定性的计算，然后进行海侧下横梁和陆侧下横梁的强度，刚度以及稳定性的验算等内容。然后利用CAD软件进行起重机总图的二维图纸的绘制，在Creo软件中完成海陆两侧下横梁三维模型的建模过程，并导出二维图纸，完成计算说明书的过程。
第二章 岸桥的总体计算
2.1基本技术参数
起重量:65t
前伸距：56m，后伸距：15m
起升速度：满载75m/min, 空载：150m/min
起升高度：轨上：40m，轨下：20m
大车行走速度：45m/min，小车行走速度：240m/min
俯仰速度： 0-80 度 〈 5min
大车轨距：30m，小车轨距：6.55m
门框净宽度：〉18m
联系横梁下净空高 〉16.5 m
2.2.重量和重心计算
DL--固定载荷
2.2.1.机器房自重的计算
图2.1参考方向
图2.2机器房参数
表2.1机器房
序号 | 名称 | G(t) | Xg_ | Ygi_ | 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 |
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 |
机器房合计：
2.2.2金属结构重量计算
表2.2 门框机构
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 | 海侧支柱 | 105.00 | 29.00 | 28.00 |
4 | 海测斜拉杆1 | 22.00 | 13.50 | 39.88 |
5 | 海测斜拉杆2 | 7.70 | 7.50 | 24.78 |
6 | 海侧斜拉杆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 | 陆侧立柱 | 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 |
总计 | 486.63 | 13.66 | 28.82 | |
表2.3 金属结构固定部分
No. | Name | G (t) | XG (m) | ZG (m) |
1 | 门框 | 486.63 | 13.66 | 28.82 |
2 | 海侧梯形架 | 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 | 36.00 |
11 | 其他 | 15.00 | 13.50 | 36.00 |
总计 | 757.73 | 10.95 | 37.27 | |
2.2.3固定部分重量DL
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