散货物料以水运最为经济便捷，近年来大宗散货煤炭、散粮、水泥等物料运输量的快速增长使得传统的多用途散货码头向各种专用码头发展。例如粮食专用码头针对粮食的物料特性与大宗散货运输转运要求与特点，建立专用装卸系统，相对传统多用途散货码头大大提高了装卸转运的效率、减少了货损、降低了物流费用，桥式抓斗卸船机作为散料货物装卸的主要设备，被广泛应用于我国各大港口码头［1］。由于全球海运散货量的增大，抓斗卸船机在港口的作用也越来越大。随着我国散货机械设备生产企业的快速发展，新时期港口大型散货机械设备市场得到了广阔的发展空间。科学技术的不断发展和散货种类及数量的增多使得未来港口货物装卸方面对桥式卸船机的性能及结构有了更高的要求，本文将对1500吨/小时抓斗卸船机海、陆侧上横梁等结构进行设计和优化，并使用三维建模加以分析，对抓斗卸船机结构设计的合理性有着重要的意义。

国内外发展现状

我国桥式抓斗卸船机的发展主要分为三个阶段，如下图所示

进入新时期，我国港口散货装卸机械在结构设计，设备制作安装，性能优化和售后服务等环节均有了较大程度的提高，我国当前的港口散货机械设备虽已发展到了一定层次，但是发展时间较短，机械设备的技术水平和功能还有待进一步创新，未来主要朝着大型化、节能环保、自动化方向发展。

1. 大型化 当前我国生产的抓斗卸船机最大装货能力达到 3500 t/h，最大卸货能力 4000 t/h。通过大量实践研究，国外的港口装卸系统水平不断提高，对于25万吨的散货运输船，在 24 小时内可以卸完。装船机的功能和效率不断提升，国产设备的装能力随之提升，可以达到 12 000 t/h 标准，20 000 t/h，相配套的设备生产能力逐渐朝着大型化方向发展。港口散货机械设备也逐渐朝着大型化方向发展，尤其以运输矿石等材料的运输船最为明显，经过港口中转，沿着河流向上，逐渐运输到内地港口。由于港口散货机械设备的大型化发展，矿产资源的专业设备卸载能力可以达到 1250 t/h 。散货机械设备能力的提升，对于机械设备的性能参数、几何参数和维护性能等提出了更高的要求。桥式抓斗卸船具有机动性强，维修作业工作量小，技术成熟可靠，工作时受波浪影响小的特点，逐渐成为了目前世界上应用最为广泛的散货卸船机械之一。

2.自动化 桥式抓斗卸船机有着不同的运行方式，通过对人工依赖程度的不同，可以将之分为手动、半自动、全自动三种。在当今智能化控制技术快速发展的情况下桥式抓斗卸船机也顺应时代发展的潮流，走上了自动化的道路。

目前阶段的抓斗卸船机以手动和半自动操作为主，具有进行路径控制，抓斗半自动路劲运行控制，防遥控制下动态甩斗卸料等功能。逐步减轻操作人员的劳动强度，提高卸船效率，并保证卸船机操作安全。相对于手动方式的卸船机操作半自动的卸船机操作过程则变得更加简单，对司机的技术要求不是很高，并且对于变频器的使用方面也发挥了一定的作用，这也是为何目前半自动桥式抓斗卸船机被众多港口作为对卸船机发展的方向之一的原因。但在实际的作业过程中半自动卸船系统的精准性与可靠性并不如预期的那么出众，在操作中其失误率也是很高的，这就需要司机能适应卸船机的系统，在关键衔接阶段进行操作，以达到用人工经验去补充系统不足之处的效果。

近年来，全自动化的桥式抓斗卸船机也是研究发展的热门方向之一，，全自动化指的是在整个卸船过程中都可以利用三维成像技术完全脱离人工操作实行全自动卸船。半自动运行方式已经解决了控制方面的技术难题，进一步自动化的研究对象将是散货物料落点选择算法问题。这个方面将智能传感、智能定位、图形与图像分析综合处理、智能控制和余料清理等技术融合在一起，随着科学技术的不断进步发展，这些技术已经基本能够满足自动化卸船机的需要，但是在实际应用中由于目前人工智能化的程度还没有能够达到可以脱离司机的判断，直接准确没有安全风险地完成抓料过程，这一原因使得全自动化抓斗卸船机处于一个研究阶段，留有许多亟待解决的问题，正因如此，国内某些港口开始尝试着将少量全自动化抓斗卸船机进行试用而无法大规模投入实际装卸过程。目前关于全自动化抓斗卸船机的技术难题仍留有很多，机械智能化和自动化的程度还没有达到可以投入大规模使用的要求，所以我国的全自动化抓斗卸船机的发展还有很长的一段路要走［10］。

3.节能环保化 在港口煤炭、矿石和水泥等散装物料运输中，会产生不同程度的尘而污染环境，节能环保是桥式抓斗卸船机未来的主要发展趋势。为了满足客户对环保要求的日益提高，卸船机降尘抑尘技术也需不断改进。各制造厂家和用户均极其关注料斗和出料系统的降尘和抑尘设施，想方设法利用各种技术减少抓斗卸料、料斗出料等过程中的粉尘飞散问题。目前多数设备是采用水雾降尘和合适的三面挡风板高度技术，有少量采用干雾降尘和合适的三面挡风板高度技术，在易扬起粉尘的物料中也有采用负压吸尘加布袋除尘系统降尘的技术。减少抓斗卸船过程中的粉尘溢出问题，越来越受到卸船机制造厂商以及各大港口的重视，也是未来重点攻克的技术难题。

桥式抓斗卸船机的结构以及电气控制系统

桥式抓斗卸船机整机主要由金属结构、起升机构/开闭机构、小车牵引机构俯仰机构、大车行走机构、中心料斗、臂架挂钩、电气与控制系统等构成。其中金属结构由前大梁后大梁、前拉杆、后拉杆、立柱、门形框架等部件组成。作业时抓斗从船舱内抓取物料提升,小车沿着铺设在前后大梁上的轨道行走至料斗上方,抓斗开启放料,物料经带式或振动给料器送至下方码头带式输送机系统;然后小车带着空抓斗向前大梁方向行走至船舱上方,进人下一个抓斗起升开闭工作循环［11］。

现代化的桥式抓斗卸船机均采用电气系统进行操控，桥式抓斗卸船机的电气控制系统主要由执行层、控制层、监控层和管理层四部分组成。在这四部分组成当中，执行层主要是电动机。检测元件以及传感器等部件构成。控制层主要是各类控制器构成，监控层主要是图形终端，监控层可以使用相关网络与控制层之间进行信息的交流，这样能够对桥式抓斗卸船机电气系统进行合理的控制。管理层主要是企业管理人员的计算机，这一层次主要是对采集到的信息进行处理，然后通过互联网进行远程的监控以及维护，保证桥式抓斗卸船机电气系统的正常运行［2］。

本次设计中使用的SOILDWORKS软件介绍

SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。

Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

在现有的资料基础上，选择合适的参数，绘制桥式抓斗卸船机总体结构的CAD设计图，选择合适的参数方法设计出桥式抓斗卸船机海、陆侧上横梁的基本结构，对海陆侧上横梁进行三维建模并得到二维设计图。此次设计要有详细的设计计算过程，同时还要加入自己的思考来优化结构。

2.2计划目标

（1）查阅并检索与抓斗卸船机金属结构，电气结构及其发展相关的资料文献，对相关英文文献进行阅读并翻译，完成开题报告。

（2）进行总体布置以及绘制总体结构的CAD图纸。

（3）对海、陆侧横梁进行结构设计计算以及三维建模，并由三维模型生成二维图纸。

2.3设计技术方案

（1）阅读《港口装卸工艺》《起重运输机械》等相关书籍，了解港口装卸以及装卸机械相关内容，总体把握设计流程。

（2）搜索有关卸船机的各种文献资料，对抓斗卸船机的金属结构以及电气控制系统有足够的认识，并对所选择的的资料文献进行分析和比较。

（3）根据自己的设计任务，绘制桥式抓斗卸船机的总体设计结构分布的CAD图纸。

（4）查阅《起重机设计手册》和《机械设计手册》等技术手册，确定设计海陆侧横梁所需要的设计参数，例如材料的屈服强度，弹性模量等。给定的部分参数如下：

额定生产率:1500吨/小时

前伸距：38m, 后伸距：15m

起升速度：满载140m/min, 空载：175m/min

起升高度：轨上：24m，轨下：23m

大车行走速度：20m/min，小车行走速度：220m/min俯仰时间： 0-80 度 〈 6min

大车轨距：14m，小车轨距：4.6m大车基距：18m

（5）使用查阅手册所选取的参数对海陆侧横梁分别进行结构设计计算，得出其各部分尺寸，并验算其强度，刚度，稳定性是否达到抓斗卸船机设计要求的标准。

（6）将前一步骤中设计出的海陆侧横梁的结构尺寸用SolidWorks软件以三维模型的形式表现出来，并对三维模型进行进一步分析

（7）在三维模型的基础上生成海陆侧上横梁的二维图纸。

（8）利用Autocad等软件结合得到的图纸对横梁以及总体结构进行优化并更正其中错误的地方。

（9）结合老师的指导，完成设计方案，完成设计论文。

［1］徐卫兵；港口散货机械设备的发展趋势及关键技术 设备管理与维修［J］.2018年12期

［2］覃宏锦；桥式抓斗卸船机电气控制系统的分析 科技视界［J］. 2017年11期

［4］周金德； 大型港机设备钢结构件的监造 [J ]. 港口装卸 .2003年06期
［5］王建；姚振强；包起帆等 抓斗卸船机性能评估新方法[J]. 交通运输工程学报 2008年05期
［6］方关有；薛振宇 桥式抓斗卸船机性能考核的分析[J].珠江水运 2018年13期
［7］赵海炎;桥式抓斗卸船机生产率分析[J].重工与起重技术2007年02期
［8］戚再强;桥式抓斗卸船机不同形式的比较[J].港口装卸2006 年05期
［9］徐格宁；机械装备金属结构设计［M］. 机械工业出版社，2009年第3版
［10］张勇;桥式抓斗卸船机接料系统改造[J]. 中国新技术新产品 2008年15期
［11］高晋晋；王 磊 桥式抓斗卸船机金属结构应力测试应用与分析 起重运输机械［M］ 2016年03版
［12］Shen,DP; Magnetotransport property of negative band gap HgCdTe bulk material
Acta Physica Sinica[J]. 2017.12
［13］Analysis: US military ships unload equipment at Turkish port All Things Considered［M］. NPR 2003.03
［14］Malaysian Ship Unloads Aid Destined to Rohingya Refugees Federal Government Documents and Publications［M］. 2017.02
［15］Ion Charge Dynamics in Ceria-Based Metal Insulator Metal Structure AMER CHEMICAL SOC［M］. 2017.10

散货物料以水运最为经济便捷，近年来大宗散货煤炭、散粮、水泥等物料运输量的快速增长使得传统的多用途散货码头向各种专用码头发展。例如粮食专用码头针对粮食的物料特性与大宗散货运输转运要求与特点，建立专用装卸系统，相对传统多用途散货码头大大提高了装卸转运的效率、减少了货损、降低了物流费用，桥式抓斗卸船机作为散料货物装卸的主要设备，被广泛应用于我国各大港口码头［1］。由于全球海运散货量的增大，抓斗卸船机在港口的作用也越来越大。随着我国散货机械设备生产企业的快速发展，新时期港口大型散货机械设备市场得到了广阔的发展空间。科学技术的不断发展和散货种类及数量的增多使得未来港口货物装卸方面对桥式卸船机的性能及结构有了更高的要求，本文将对1500吨/小时抓斗卸船机海、陆侧上横梁等结构进行设计和优化，并使用三维建模加以分析，对抓斗卸船机结构设计的合理性有着重要的意义。

国内外发展现状

我国桥式抓斗卸船机的发展主要分为三个阶段，如下图所示