摘 要
伴随着社会快速发展及众多研究成果的引用，集装箱运输方式的日趋完善，对促进全球经济发展起到至关重要的作用。其强大的生命力在促成一场运输革命，并对传统运输格局发起挑战。面对更加苛刻的岸边集装箱起重机设计和制造要求，本文通过对50t50m岸边集装箱起重机总体轮压和稳定性验算和起升机构的设计，详细介绍岸边集装箱起重机结构设计的过程。在本篇文章中，我们将通过详细的计算过程介绍新时代要求下大型岸边集装箱起重机的设计方法，验证起重机整体金属结构设计的合理性，并详细介绍起升机构各个组件的选型及零件稳定性的验证方法，最大限度的将结果精确化。以便在未来设计过程中，为本文的研究构想取得更好的支持。
关键词：集装箱起重机；起升机构；设计计算；选型
Abstract
With the rapid development of society and the citation of numerous research results, the increasingly perfection of container transportation methods plays a crucial role in promoting global economic development. Its powerful vitality is contributing to a revolution in transportation and challenges traditional transport patterns. In the face of more demanding design and manufacturing requirements for shoreside container cranes, this paper describes the process of structural design of the quayside container crane in detail by analyzing the overall wheel pressure and stability check and lifting mechanism design of the 50t50m quayside container crane. In this article, we will adopt a detailed calculation process to introduce the design method of a large-scale quayside container crane under the requirements of the new era, verify the rationality of the overall metal structure design of the crane, and detail the selection of components and components of the lifting mechanism. The stability verification method maximizes the results. In order to gain better support for the research concept of this article in the future design process.
Key words: container crane; hoisting mechanism; design calculation; selection
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究目的 1
第二章 50t50m岸边集装箱起重机总体设计 2
2.1 主要设计参数 2
2.2基本载荷计算 2
2.2.1固定载荷计算 2
2.2.1.1机器房自重计算 2
2.2.1.2 金属结构的重量计算 5
2.2.1.3 其他固定部分重量 6
2.2.2 前大梁引起载荷计算 7
2.2.2.1 大梁水平 7
2.2.2.2 大梁仰起（80°） 8
2.2.3 小车引起载荷计算（TL） 9
2.2.3.1 小车位于前伸臂 10
2.2.3.2 小车位于后伸臂 10
2.2.3.3 小车位于停机位置 11
2.2.4 吊具引起载荷计算（LS） 12
2.2.5 集装箱引起载荷计算（LL） 13
2.2.6 冲击载荷计算（IMP） 14
2.2.7 堵转力矩载荷计算 14
2.2.8 碰撞载荷计算 15
2.2.9 惯性载荷计算 16
2.2.9.1 大车惯性载荷计算（LATG） 16
2.2.9.2小车惯性载荷计算（LATT） 17
2.3 风载荷计算 18
2.3.1 工作风载荷 18
2.3.1.1 风垂直于大车轨道，大梁放平时工作风载计算 18
2.3.1.2 风平行于大车轨道，大梁放平时工作风载计算 19
2.3.1.3 角度风引起轮压计算 21
2.3.2 非工作风载荷 22
2.3.2.1 风垂直于大车轨道，大梁仰起80°时风载荷计算 23
2.3.2.2 风平行于大车轨道，大梁仰起80°时风载荷计算 24
2.3.2.3 角度风引起轮压计算 26
2.4 根据载荷组合计算轮压 27
2.4.1 工作状态轮压计算 27
2.4.2 非工作状态轮压计算 31
2.5 稳定性校核计算 32
2.5.1 基本稳定性 32
2.5.2 动态稳定性（垂直于大车轨道方向） 33
2.5.3 动态稳定性（平行于大车轨道方向） 33
2.5.4 垂直于大车轨道方向，非工作最大风载荷时的稳定性 34
2.5.5平行于大车轨道方向，非工作最大风载荷时的稳定性 35
第三章 50t50m岸边集装箱起重机起升机构设计计算 36
3.1起升机构传动方案选择 36
3.2 钢丝绳选型计算 36
3.3 电动机选型计算 37
3.3.1 初选电动机 37
3.3.2 电动机校核计算 37
3.3.2.1 电动机外载加速功率计算 37
3.3.2.2 回转体加速所需功率 38
3.3.2.3 总功率计算 38
3.3.2.4 最大加速功率校验 38
3.3.2.5 电动机发热校验 38
3.3.2.6 电机过载校验 39
3.4 卷筒设计 40
3.4.1 主要几何尺寸的确定 40
3.4.1.1 卷筒直径的计算 40
3.4.1.2 卷筒长度的计算 40
3.4.1.3 卷筒壁厚 41
3.4.2 卷筒的验算 41
3.4.2.1卷筒强度验算 41
3.4.2.2. 稳定性验算 42
3.5滑轮选型计算 42
3.5.1滑轮的主要几何尺寸 42
3.5.2. 滑轮验算 42
3.6 减速器选型计算 43
3.6.1 计算传动比 43
3.6.2 减速器验算 43
3.6.2.1 验算扭矩 43
3.6.2.1 径向载荷校验 44
3.7 制动器的选型计算 45
3.7.1 高速轴制动器 45
3.7.2 低速轴制动器 45
3.8 联轴器选型计算 46
3.8.1 高速轴联轴器 46
3.8.2 低速轴联轴器 47
3.9 机构启、制动时间校验 48
3.9.1 启动时间校验 48
3.9.2 制动时间校验 48
第四章 全文总结与展望 50
4.1 全文总结 50
4.2 全文展望 50
4.3 经济性与环保性分析 51
参考文献 52
致 谢 54
第一章 绪 论
1.1 课题背景
随着贸易的高速发展和全球济一体化的进行，经过众多仁人志士的努力，集装箱运输方式取得了令人瞩目的发展成果。它正以其强大的生命力促成一场运输革命，改变着世界港口、船舶、航道和装卸设备及装卸工艺的传统格局，使国际贸易往来取得极大发展，为促进全球经济一体化提供了重要条件
[1]。随着集装箱船日益大型化以及其所带来的巨大利益，岸边集装箱起重机这种专门对集装箱船进行装卸作业的设备也随之迅速发展。尤其是超巴拿马型船的出现和逐步发展，对岸边集装箱起重机的设计和制造提出了更高更新的要求，如：外伸距、起升高度、轨距增大以及吊具下的起重量、起升速度、小车运行速度等都有较大的提高。总的来说岸边集装箱起重机的设计要求在向着吊装过程高速化、装运大型化、绿色节能、控制系统智能化以及装卸的自动化等方向发展
[11]。
1.2 国内外研究现状
随着集装箱船的大型化发展，如何提高港口的装卸效率成为其重点关注的问题。而为了提高生产率，各种措施也被不断运用到起重机上。有双小车系统，两台起重小车接力式进行集装箱装卸作业；发展双箱作业；优化起升机构控制方案，提高空载时的起升速度，改善起升机构速度调节系统，提高装卸效率。
在新时代要求下，岸边集装箱起重机在其金属结构的构成上也取得不少成就，单箱形梁型式的岸边集装箱起重机体现出其受力明确的优势，在大梁长度增加时，只需要通过增加板厚或梁高即可达到刚度要求
[12]。也有研究人员通过采用新的起重机结构布置方式，有效缩短了起升钢丝绳和小车牵引绳的长度，实现了降低设备维护成本的目的
[16]。
起升机构实现了集装箱或吊具、吊梁升降运动，是岸桥最主要的工作机构。随着集装箱大型化的发展，岸边锦集装箱起重机的额定起重量也由最初的30.5t发展到60t、65t。随着起重量的不断增大，起升机构除了需要正常起吊集装箱作业外，在港口也会用来起吊重件，于是便产生了双速式起升机构，适用于不同负载时不改变起升电机功率，而改变速度以满足需要
[5]。除了传统的牵引式岸桥起升小车外，载重小车式起升机构也随之产生。
1.3 课题研究目的
本课题研究目的在于：
（1）确定50t50m岸边集装箱起重机的主要金属结构形式，并对整机强度、刚度和稳定性进行验算。
（2）确定起重机所采用的起升机构驱动装置布置及结构形式，并进行组件选型计算。
第二章 50t50m岸边集装箱起重机总体设计
2.1 主要设计参数
起重量： 50吨
前伸距： 50m，后伸距：11m
起升速度： 满载90m/min, 空载：180m/min
起升高度： 轨上：38m，轨下：18m
大车行走速度： 45m/min，小车行走速度：210m/min
俯仰速度： 0-80 度 lt; 6min
大车轨距： 25m，小车轨距：6m
门框净宽度： gt;17m
起重机总重： 1139t
机器房与陆侧轨道间的距离 -6.9 m
机器房基座上表面与地面间距离 45.8m
主梁高度 15.15m
海、陆腿高差 -0.25m
基距 15.2m
2.2基本载荷计算
2.2.1固定载荷计算
2.2.1.1机器房自重计算
图2.1 机器房坐标示意图
表2.1 机器房构件重心位置
| 序号 |
名称 |
重量(t) |
XG1(m) |
YG1(m) |
高度ZG1(m) |
| 1 |
机房底盘 |
44.50 |
0.00 |
0.00 |
-0.18 |
| 2 |
机房围墙 |
27.00 |
0.00 |
0.00 |
3.70 |
| 3 |
电气房底座 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
| 4 |
电气房围墙 |
2.40 |
0.00 |
-7.45 |
1.80 |
| 5 |
高压柜 |
6.00 |
0.00 |
-7.45 |
1.80 |
| 6 |
变压器 |
2.00 |
0.00 |
8.00 |
2.05 |
| 7 |
电气控制台 |
2.50 |
0.00 |
-7.45 |
2.35 |
| 8 |
起升机构电机,制动器,联轴节 |
8.00 |
-3.44 |
0.00 |
0.90 |
| 9 |
起升机构卷筒,联轴节 |
8.00 |
-4.30 |
0.00 |
0.90 |
| 10 |
起升机构减速箱,底架 |
9.00 |
-4.10 |
0.00 |
0.70 |
| 11 |
起升应急机构 |
1.37 |
-3.00 |
0.00 |
0.90 |
| 12 |
起升机构其他部分 |
3.00 |
-4.30 |
0.00 |
0.60 |
| 13 |
俯仰机构电机,制动器,联轴节 |
2.50 |
2.80 |
4.70 |
0.90 |
| 14 |
俯仰机构卷筒,联轴节 |
7.20 |
4.10 |
0.00 |
0.90 |
| 15 |
俯仰机构减速器,底架 |
5.50 |
4.40 |
4.10 |
0.70 |
| 16 |
俯仰机构卷筒制动器,制动盘 |
0.69 |
3.80 |
-3.00 |
0.70 |
| 17 |
俯仰机构应急机构 |
1.00 |
2.50 |
2.40 |
0.80 |
| 18 |
俯仰机构其他部分 |
1.50 |
4.70 |
-1.50 |
0.60 |
| 19 |
维修行车 |
8.38 |
2.00 |
6.00 |
3.66 |
| 20 |
换绳装置 |
3.77 |
0.00 |
0.00 |
2.50 |
| 21 |
空压机系统 |
0.60 |
5.00 |
4.70 |
0.50 |
| 22 |
工作台 |
0.50 |
5.35 |
8.25 |
0.50 |
| 23 |
工具箱 |
0.80 |
0.00 |
-5.20 |
1.20 |
| 24 |
小车驱动系统 |
6.28 |
0.50 |
-1.50 |
-0.20 |
| 25 |
托架小车驱动系统 |
3.23 |
0.30 |
0.00 |
-0.94 |
| 26 |
其他 |
2.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
| 27 |
液压系统 |
1.00 |
4.00 |
0.00 |
1.20 |
续表
| 序号 |
名称 |
重量(t) |
XG1(m) |
YG1(m) |
高度ZG1(m) |
| 28 |
电气房空调 |
1.00 |
0.00 |
-8.00 |
0.50 |
| |
机器房总计 |
159.72 |
-0.08 |
0.02 |
1.22 |
|
|
重量(t) |
XG(m) |
YG(m) |
高度ZG(m) |
| |
converse to crane system |
159.72 |
-6.98 |
0.02 |
47.02 |
Note： 的原点在机器房中心。
