摘 要

由于近年来我国国内集装箱港口运输领域的迅速发展，集装箱装卸桥吊具的运行速度和提升速度愈来愈高，这就对集装箱装卸桥吊具以及垂缆的要求愈来愈高。从小车顶垂缆、在吊具上架上安装电缆储缆筐的方式越来越难以满足需要，电缆的损坏频率也越来越高。但就目前的发展水平来看，还没有一种能够代替垂缆的装置，也没有一种更加耐久的材料可以替换。

吊具卷缆系统作为集装箱装卸桥的重要机构，其稳定性、可靠性直接关系到设备作业效率的高低，而近年来港口吞吐量迅速增长，导致电缆频频损坏，导致了作业效率的降低以及经济损失的增加。

本文从电缆的缺点着手，对需求进行了分析，从而提出了取消电缆转而使用无线充电的方案。对比市场上的多种蓄电池，选择了合适的型号。对吊具上的锚定机构进行了设计、校核、应力分析。然后设计了对接装置。最后进行了无线充电过程的仿真。仿真结果表明了该方案可行性，也达到了预期的效果。

关键词：装卸桥吊具；锚定机构；无线充电；仿真

Abstract

Because of the rapid development of container port transportation in China in recent years, the speed and speed of the container crane hoist have become more and more high, which is becoming more and more demanding for the container crane and the vertical cable. It is more and more difficult to meet the needs of installing cable storage basket on the roof of a small car and installing cable storage basket on the hanger. But as far as the current level of development is concerned, there is no device that can replace cable and no longer durable material can be replaced.

As an important mechanism of container loading and unloading bridge, the stability and reliability of the hoist cable system are directly related to the efficiency of the equipment operation. In recent years, the throughput of the port has increased rapidly, resulting in the frequent damage of the cable, resulting in the reduction of operation efficiency and the increase of economic loss.

Starting from the shortcomings of the cable, this paper analyzes the demand, and puts forward a plan to cancel the cable switching to wireless charging. Compare the various batteries in the market and choose the right type. The anchoring mechanism on the hanger is designed, checked and analyzed. Then the docking device was designed. Finally, the simulation of the wireless charging process is carried out. The simulation results show that the scheme is feasible and achieves the desired results.

Key Words：Crane bridge hanger；Anchoring mechanism；Wireless charging；simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 集装箱运输概况 1

1.1.1 集装箱运输的发展 1

1.1.2 集装箱运输的优势 2

1.2 吊具电缆概况 2

1.3 吊具电缆的改进 3

1.3.1 需求分析 3

1.3.2 基本方案 3

第2章 无线充电吊具总体方案 4

2.1 充电方式 4

2.1.1 蓄电池工作原理与作用 4

2.1.2 蓄电池的选择 5

2.2 锚定机构 5

2.3 对接装置 6

2.3.1 外力影响 6

2.3.2 天气因素影响 7

第3章 锚定机构的设计 8

3.1 锚定机构的作用 8

3.2 风力计算 8

3.3 锚定机构的受力 10

3.4 使用ANSYS进行校核 11

3.4.1 ANSYS软件介绍 11

3.4.2 校核过程 12

第4章 对接装置的设计 17

4.1 选择对接产品 17

4.1.1 滑触线 17

4.1.2 滑触线的选择 18

4.2 选择动力元件 18

4.3 选择直线运动元件 19

第5章 基于SolidWorks的过程仿真 20

5.1 过程仿真简介 20

5.1.1 过程仿真的特点 20

5.1.2 过程仿真的作用 20

5.2 SolidWorks软件简介 21

5.3 仿真过程 22

第6章 总结 27

致 谢 28

参考文献 29

第1章 绪论

1.1 集装箱运输概况

目前国内外的港口集装箱装卸桥吊具的工作方式是：吊具将集装箱抓起放到车上，吊具四个角有电动的小钩爪，吊具在找好集装箱位置之后，通过钩爪的旋转，将集装箱挂住，通过这样的方式来实现集装箱的升降。由于是电动的，所以需要供电，从而保持吊具可以持续工作。目前的技术是垂一根很长的电缆下来供电，需要跟随钓具升降、摆动，所以很容易损坏，且这样的电缆价格很高。对于需要长时间反复大量工作的港吊具而言，不仅大大的降低了工作效率，而且对于经济消耗也相当的大。

图1.1 集装箱装卸桥运输

1.1.1 集装箱运输的发展

集装箱运输起源于英国。在20世纪早期，人们开始使用集装箱来运输货物。在1900年的英国第一次对集装箱运输做了试验，不过是在铁路上进行的，然后扩展到美国，德国，法国和其他欧美国家。在1966年之前集装箱运输还处于早期。但其优越性已被展示在人们眼前，这也为之后集装箱运输的全球化发展打下了优良的基础。自1996年至1984年，随着集装箱运输在全世界大量的普及，人们愈来愈认可集装箱运输的优越性。随着世界各国的物质交流越来越多，由于空中运输的昂贵价格，致使海上运输愈来愈迅速。对于集装箱运输来说，这是一个全球进入集装箱运输的关键时期。1984年以后，随着世界的运输市场摆脱了石油危机带来的影响，集装箱运输开始慢慢升温，重新走上了稳定的发展道路。据调查报告统计，发达国家的集装箱运输占比达到了惊人的80%。

1.1.2 集装箱运输的优势

集装箱运输的优势有以下几个方面：

1）运输质量的提高

由于集装箱是一个坚固的密封箱体，运输途中不需要拆箱倒栽，箱内货物可减少被盗、潮湿、污损等引起的货损，提高了货运质量。

2）工作效率的提高

传统的运输方式对于人力要求高，劳动强度大，并且装卸环节繁多，装卸效率低下等缺点。而集装箱运输使用标准化的货品尺寸、高速发展的运输工具完全改变了这种状况。

3）全天候作业

传统的散货码头为了减少货运损失，每当遇到恶劣天气都会关闭舱口，停止作业，这样以来就影响了作业的效率。然而集装箱有良好的水密性，彻底的解决了这一问题。使得港口可以全天候作业。

4）集装箱可以反复利用

集装箱为金属材质，可以多次反复利用，且不需要拆装，没有材料的损耗。这样以来产品的包装成本将会大幅度的降低。

1.2 吊具电缆概况

装卸桥吊具所使用的电缆一般为黑色，材质为聚氨酯，护套为特殊PUR混合料，其中填充物为高强度黄麻绳或复合纤维绳。作用为电源供给，并且实现了司机与吊具间的沟通。 然而，悬吊电缆经常会在使用过程中使电缆从篮筐中脱出。电缆脱出后容易被吊具钩住，然后可能被钢丝绳折断，这会使吊具产生故障。因为在海边作业，会受到风的影响，电缆容易在风速为20m/s时被吹出蓄缆筐。

电缆本身应力也有影响。吊具在作业时，一直在做上升下降的运动。由于在特殊的工作场合工作，吊具电缆的外表面会涂有润滑脂。在这种情况下，电缆保护层容易受到化学侵蚀或者电解侵蚀。被侵蚀后的结果就是吊具的保护层失效，绝缘性能下降，这些不良现象的产生会使电缆失效。吊具电缆线路中，电缆接头使最为薄弱的环节。被侵蚀后的电缆，它的接头也会发生故障。在制作电缆接头的过程中，可能会存在接头接不紧，或者制作过程过热的情况。这些情况都可能会导致电缆接头绝缘性能降低，然后会引发线路被烧，导致损坏。除此之外，随着使用年数的增加，吊具电缆也会出现开裂和老化等不良现象。

图1.2 吊具电缆

1.3 吊具电缆的改进

根据以上所提到电缆的现状，传统的吊具电缆在使用中会出现很多故障，并且使用的寿命不长，需要频繁的更换。在安装维护的过程中，需要注意的事项繁多，造成一定困难和很高的成本。运行中存在一定的安全隐患，影响设备的使用。

1.3.1 需求分析

由于港口集装箱吞吐量越来越大，对于装置以及设备的需求越来越高。吊具电缆越来越频繁的使用，电缆损坏的频率也越来越高，这样以来的下场就是工作效率的降低和经济的损耗。我们需要设计一种能够为吊具的伸缩和旋锁运动供电的装置，取代垂缆，装置要安全可靠，不受恶劣天气影响，尤其要扛得住大风，电路对接部分要不受雨水影响。

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