摘 要

本次毕业设计的主要目的是在满足设计参数要求的前提下，完成对桥式抓斗卸船机的轮压与稳定性的计算。在考虑风载的情况下，通过对机构的设计与支撑反力的计算，确定整机合适的轮子数量，再对不同工况下的机构的稳定性系数经行验算，确保设计出的抓斗式卸船机能安全稳定的工作。完成整机设计计算后再在CAD上做出卸船机的二维整体图，并运用SOLIDWORKS软件作出拉杆销轴部分的三维模型。同时还运用ANSYS有限元软件对已有模型的各个结合节点进行了应力分析，为同组成员提供设计计算数据，还将整机各个结构的三维模型在SOLIDWORKS上实现了装配。最终，是完成了2500顿/小时抓斗卸船机金属结构总体设计及三维建模。

关键字：轮压；稳定性；三维建模；CAD；SOLIDWORKS

Abstract

The main purpose of this graduation design is to complete the calculation of the wheel pressure and stability of the bridge grab unloading machine under the premise of satisfying the design parameters. Under the consideration of the air-borne mining, by calculating the design of the mechanism and the support reaction force, the appropriate number of wheels of the entire machine is determined, and the stability coefficient of the mechanism under different operating conditions is calculated and calculated to ensure that the design of the grab type unloading mechanism is safe and stable. work. After completing the design and calculation of the entire machine, a two-dimensional overall diagram of the unloading machine is made on CAD, and a three-dimensional model of the pin pin shaft part is made using SOLIDWORKS software. At the same time, ANSYS finite element software is used to analyze the stress of each binding node of the existing model, provide the design calculation data for the same group of members, and also assemble the three-dimensional model of each structure of the entire machine on SOLIDWORKS. In the end, the total design of the metal structure and three-dimensional modeling of the 2500 ton / hour grab unloading machine were completed.

Key Words：Wheel pressure stability Three-dimensional modeling CAD SOLIDWORKS

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及国内外现状 1

1.2 研究目的及意义 2

第2章 整体轮压计算 3

2.1 主要参数以及符号说明 3

2.2 金属结构部分 4

2.2.1 门框结构 4

2.2.2 金属结构固定部分 6

2.3 整体固定部分 7

2.4 前大梁总成 8

2.4.1 大梁水平 8

2.4.2 大梁仰起 8

2.5 整机重量及重心 9

2.5.1 前大梁水平 9

2.5.2 前大梁仰起 10

2.6 小车总成 11

2.6.1 小车在最大前伸距 11

2.6.2 小车在停机位置 11

2.6.3 小车在最大后伸距 12

2.7 风载荷计算 13

2.7.1 风垂直大车轨道 14

2.7.2 风平行大车轨道 16

2.7.3 角度风 19

第3章 稳定性计算 21

3.1 静载工况 21

3.1.1 小车在最大前伸距 21

3.1.2 小车在最大后伸距 22

3.2 动载工况 22

3.2.1 动载工况1 23

3.2.2 动载工况2 23

3.2.3 动载工况3 23

3.3 小车在停机位置，大梁仰起，带空抓斗，非工作风M*1.1 24

3.3.1 风由陆向海吹 24

3.3.2 风由海向陆吹 24

3.3.3 风平行于轨道吹 24

3.4 钢丝绳断裂时的稳定性 25

3.4.1 断裂工况1 25

3.4.2 断裂工况2 25

第4章 轮压计算 26

4.1 轮压计算工况1 26

4.2 轮压计算工况2 27

4.3 轮压计算工况3 27

4.4 轮压计算工况4 27

4.5 轮压计算工况5 28

4.6 轮压计算工况6 28

4.7 轮压计算工况6 29

第5章 整体金属结构有限元分析 30

5.1 设计的主要参数 30

5.2 设计计算标准 31

5.3 许用应力 31

5.4 载荷与载荷系数 31

5.5 风载荷 32

5.6 自重载荷 33

5.7 载荷组合 33

5.8 有限元计算程序 34

5.9 单元类型 34

5.10 边界条件 35

5.11 小车计算位置 36

5.12 应力分析结果 37

5.12.1 工况OP1应力计算结果 37

5.12.2 工况OP2应力计算结果 38

5.12.3 工况OW1应力计算结果 38

5.12.4 工况OW2应力计算结果 39

5.12.5 工况S1(大梁仰起80°时)应力计算结果 40

5.12.6 工况EL应力计算结果 40

5.12.7 工况COLL应力计算结果 41

第6章 三维建模 42

6.1 建模思路 42

6.2 零件组合 42

第7章 经济性与环保性分析 44

7.1 经济性分析 44

7.2环保性分析 44

第8章 结论 45

参考文献 46

致谢 47

第1章 绪论

1.1 研究背景及国内外现状

本次毕业设计是在已有的桥式抓斗卸船机基础上以及港口散料运输现状上进行了2500吨/小时的桥式抓斗卸船机的设计计算。

“在我国许多大型港口上，包括一些内河港口，一些散货专业化码头中都会用到卸船机械^[1]”。其中，抓斗卸船机的运用更为广泛。桥式抓斗卸船机的工作方式是通过起升机构与开闭机构，然后是小车运行机构的单独/联合动作，从目标地点抓取出散装物料，再通过小车下的漏斗向码头上的输送系统供应物料，完成码头前沿的卸船工作，最后通过大车的运行机构完成对船仓的覆盖性工作。抓斗式卸船机的主要设计参数包括额定生产率、前伸距与后伸距、满载和空载的起升速度、轨上与轨下的起升高度、大车与小车的行走速度、俯仰时间，以及轨距和基距。额定生产率是400t/h-5000t/h,具体可以根据《桥式抓斗卸船机》（GB/T 26475-2011）优先选取的数值来设计，而外伸距则可以根据海侧到码头前沿的距离、到港最大设计船型的型宽和橡胶护栏的厚度等因素进行综合的考虑。

目前，桥式抓斗卸船机世界上最主要的大宗干散货卸船设备，尤其是在煤炭和矿石卸船码头，因为它适用的船型广泛，卸船效率高，我国的大连港、青岛港等港口近年来使用桥式抓斗卸船机接卸了40万吨级矿石船。和斗轮式卸船机，链斗式卸船机等连续式卸船机械相比而言，桥式抓斗卸船机装卸散货的效率高、速度快，对船舶和物料拥有很强的适应能力，而且它的制造工艺和技术更为成熟，可靠性比较高，使用与维修也较为方便。而同时它也拥有着抓斗及牵引钢丝绳等较易磨损，工作时抓斗取、卸料容易产生粉尘，散货清舱量大于连续式设备，相同的卸船效率自重大于连续式卸船机，轮压比较大，对码头结构的承压有较高的要求等缺点。但因为抓斗卸船机的营运成本不高，大多数公司都能够承受，所以近些年在各大港口码头发展的过程中，桥式抓斗卸船机未来在我国的使用前景是非常大的。

在散料运输方面，我国作为生产用的码头超过了3.1万个，散料货物的吞吐量连续9年位居世界第一，这也使我国成为了世界港口大国。根据我国资源结构特点和工业结构特征，散货运输占总运输量比较大比重，而且增长速度较快。统计显示，2011年全国的货物吞吐量达58.3%，同比增长了13.6%。但是，受到国际经融危机的影响，我国干散货吞吐量出现明显下滑，散货码头原本疯狂的扩张发展方式使得港口间经济竞争急剧加大。因此，加快散货码头运输效率与智能化建设，是增加码头运营收益、提高港口抵御经济竞争风险能力的有效途径。

1.2 研究目的及意义

本次研究设计的目的是在满足设计参数要求的前提下，能完成对桥式抓斗卸船机的总体设计、计算以及总体图的绘制。其意义在于，首先，在整个毕业设计过程中，能让我熟悉桥式抓斗卸船机的整体构造以及其各部件的安装位置与作用；其次，锻炼了我CAD二维作图和SOLIDWORKS三维作图的能力；再者，在这个过程中，培养了我的自学能力，让我能在短时间内对一个机械构件从入门到熟

悉；毕业设计是对我们专业知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程，能为未来稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

第2章 整体轮压计算

轮压是抓斗卸船机大车运行机构上的单个车轮作用在轨道或者地面上的垂直载荷，为了满足抓斗式卸船机的工作需求，在各个工况下，每个车轮实际所承受的轮压要小于其所能承受的最大轮压，以及轨道的基础承载能力，并且还要保证车轮不打滑、不离地。实际设计计算过程中，是通过计算出每个支撑点的总支撑反力，然后除以该支撑点下轮压均衡装置中车轮的数量，得出来的就是轮压，最后再通过增减轮压数量来达到设计要求。

2.1 主要参数以及符号说明

以下是轮压计算所要用到的主要参数以及计算符号：

G(t)---------------------------重量(t)

H(m)---------------------------重心高度（m）

G*H(t.m)-----------------------重量乘以重心高(t.m）

Xw(m)--------------------------重心距离海侧距离

Xl(m)--------------------------重心距离陆侧距离

L(m)---------------------------轨距26m

N------------------------------每侧车轮数（假定）24个

I(m)---------------------------基距18m

图2.1 整机图（正视）

基距

轨距

图2.2 整机图（侧视）

2.2 金属结构部分

2.2.1 门框结构

下表是门框结构中各部件的的重量、重心高度与其重量分别在海侧、陆侧所形成的力矩。

表2.1 门框结构

合计重量为各部件重量之和，即：

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