摘 要

随着我国经济的飞速发展，港口集装箱的吞吐量也在急剧增加，对港口机械设备的要求也逐渐提高。轮胎式集装箱门式起重机主要应用于集装箱堆场作业之中，属于一种大型专业化机械设备，最近几年由于港口集装箱吞吐量的日益提升，该设备已经无法更好的满足作业要求，为了妥善处理该问题、进一步提升堆场作业效率，借助现代化高新技术，对轮胎式集装箱门式起重机进行了改进与优化，使其趋向于更大型、更高效的方向。轮胎式集装箱门式起重机(RTG)又称场桥，在国内建设集装箱专业化码头的早期阶段，而西方诸多发达国家之中，轮胎式集装箱门式起重机开展堆场作业的模式正处于发展鼎盛期，正是在该方面的影响之下，中国大部分集装箱码头至今仍采取此种作业模式。

RTG一般由起升机构、门形支架、动力传动系统、大车运行机构、小车运行机构及伸缩式吊具等组成。配设有集装箱吊具的小车在外力驱动之下，按照主梁轨道做直线运动，从而实现集装箱装卸、堆码等一系列作业任务，轮胎式行走机构可以让起重机在货场上快速移动，并可以作90°直角转向，从而进行货场间的转移，使作业更加灵活。

本次毕业设计负责大车行走及转向机构的设计，大车运行机构共有四套，一般为四电机四角驱动，主要作用是水平调整起重机的工作位置。本次毕业设计的目的主要是设计出能够满足现实生产需要的结构紧凑、传动平稳、整体运行良好的大车运行机构。首先根据老师给出的设计参数要求进行设计计算，设计和计算方法通过查阅相关资料文献获取。然后根据设计计算，再通过Creo软件完成起重机大车运行机构及转向机构零部件的虚拟装配，以此来检验设计的合理性。最终本论文完成了大车运行机构的设计计算过程，传动方式采用常规的全驱链传动。

关键词：门式起重机、大车运行机构、Creo

abstract

With the rapid development of China's economy, the throughput of port containers is also increasing sharply, and the requirements for port machinery and equipment are also increasing gradually. Tyre-type container gantry crane is mainly used in container yard operation. It belongs to a large specialized mechanical equipment. In recent years, due to the increasing throughput of container in port, the equipment has been unable to better meet the operation requirements. In order to properly handle this problem and further improve the efficiency of yard operation, with the help of modern high-tech, the tyre-type container is treated with the help of modern high-tech. The gantry crane has been improved and optimized, so that it tends to be larger and more efficient. Tire-type container gantry crane (RTG), also known as yard bridge, is in the early stage of building specialized container terminals in China. Among many developed countries in the West, the mode of yard operation of tire-type container gantry crane is in the peak period of development. It is under the influence of this aspect that most container terminals in China still adopt this mode of operation.

RTG is generally composed of lifting mechanism, portal bracket, power transmission system, cart operation mechanism, trolley operation mechanism and telescopic hanger. The trolley equipped with container crane is driven by external force and moves in a straight line according to the main girder track, thus realizing a series of operation tasks such as container loading, unloading, stacking and so on. The tire-type walking mechanism enables the crane to move rapidly on the freight yard and make a 90 degree right angle steering, thus transferring between freight yards and making the operation more flexible.

This graduation project is responsible for the design of the traveling and steering mechanism of the cart. There are four sets of running mechanism of the cart, which are generally driven by four motors and four corners. The main function is to adjust the working position of the crane horizontally. The main purpose of this graduation project is to design a compact structure, smooth transmission and good overall operation of the cart running mechanism which can meet the actual production needs. Firstly, the design calculation is carried out according to the design parameters given by the teacher. The design and calculation methods are obtained by consulting relevant documents. Then, according to the design calculation, the virtual assembly of crane's running mechanism and steering mechanism parts is completed by Creo software, in order to verify the rationality of the design. Finally, this paper completes the design and calculation process of the running mechanism of the cart. The transmission mode adopts the conventional full drive chain transmission.

Key words: gantry crane, cart running mechanism, Creo

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2起重机的组成及其工作原理 1

1.2.1 工作机构 1

1.2.2取物装置 2

1.2.3金属结构 2

1.2.4动力装置 2

1.2.5控制系统 3

1.3 集装箱装卸机械 3

1.3.1 轨道式集装箱门式起重机 3

1.3.2 轮胎式集装箱门式起重机 4

1.3.3集装箱正面吊 4

1.4 国内外RTG研究现状 4

1.5课题研究目的及意义 5

第2章 大车运行机构方案确定 6

2.1 主要设计参数 6

2.2 传动方案的确定 6

2.3 轮胎的选型 7

第3章 大车运行机构计算 9

3.1 大车运行阻力的计算 9

3.2 电动机的选择 10

3.3制动器的选择 12

3.4联轴器的选择 13

3.5减速器的选择 13

3.7链传动 14

3.8 转向装置 15

第4章 CREO虚拟装配 16

4.1零件 16

4.2装配 18

第5章 经济性分析 21

第6章 总结 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1引言

起重机作为一种非标准大型机械设备,通常是按订单生产的，不同的环境对设备要求也不一样。厂家首先根据用户对设备提出的性能参数、外形尺寸、质量、价格等方面的要求进行设计，然后开始生产。CAD技术的普及为起重机的设计提供了强有力工具。最近几年，在经济飞速发展的推动与保障作用下，再加上工业生产需求不断趋向于多样化，工程机械得到了蓬勃发展，新材料、新工艺、新思维等如同井喷式相继“诞生”，并融于工程机械产业之中，在此发展大背景之下，工程技术人员也迎来了新的挑战和考验。

我国的制造业和物流业近年来发展迅猛，港口、码头、货场对门式起重机的需求也在逐年增长。目前，我国门式起重机产业的规模已经十分庞大，市场环境日益激烈，工程机械企业所面临的压力也与日俱增。中国起重机产业在实践发展过程之中仍具有一系列难以解决的矛盾问题，如可靠性低、安全性无法保障、技术水平落后等^[1]。

对于大车运行机构而言，在水平方向上对起重机的具体工作位进行快速、高效调整是其主要作用，起重机工作效率以及安全性等均同大车运行机构稳固性存在密切关联。从不同层面、不同视角对门式起重机大车行走机构的整体结构进行深入剖析，然后根据具体应用过程中所存在的问题进行合理化设计，对其外形尺寸进行重新定义，具有十分重要的现实意义与实际价值^[2]。该项设计工作主要是为了提高结构的紧凑性与合理性、确保大车行走机构的稳固性，从而更好的满足港口码头日益多元化的基本生产需求。

1.2起重机的组成及其工作原理

一般情况下，起重机械主要有五大部分构成，分别为金属结构、取物装置、工作机构、动力装置、控制系统。其中驱动装置主要是对控制系统进行直接控制，对动力能量进行转换，使其成为一种机械能，然后再通过特定方式传输于取物装置。取物装置的作用如同一座桥梁，把起重机、物品进行连接，借助工作机构进行单独运动或者组合运动，并实现物品搬运的最终目的。可移动金属结构可把不同部分连接为一体，起重机的自重、吊重，均是由其承受。

1.2.1 工作机构

起重机的工作机构主要是由四大部分所构成，具体为：

1. 起升机构，主要是在垂直方向上实现物料运输，是起重机工作的重要基础，因而是每个起重机必不可少的组成部分。
2. 运行机构，主要是指借助起重小车或者起重机在水平方向上的运动，对物料进行搬运，其可以细化为两种类型，分别为有轨运行、无轨运行。与此同时，将驱动方式作为具体标准，其还可以细化为牵引式、自行式。
3. 变幅机构，该机构比较特殊，仅存在于臂架起重机之上，在具体运行过程之中，主要通过两种方式对作业幅度进行调整，其一是控制臂架仰角；其二是控制臂架长度。
4. 旋转机构，其可以实现环形空间范围内的物料搬运，将起重机垂直轴线作为中心，然后使臂架绕此做回转运动。在具体工作过程之中，主要是借助某机构的多机构运动或者单独运动，实现物料搬运功能。

1.2.2取物装置

取物装置主要是指借助托、抓、吊等各种形式，把物料、起重机进行深度连接，从而实现物料快速移动的一种机械装置。按照被搬运物料的类型、体积、尺寸等参数，选取具体的取物装置。对于一些形状比较规则的物品，一般运用吊环与吊钩等；对于一些呈散状的物品，通常选取料斗等；对于液体物品，通常选用料罐等。另外，对于一些性质比较特殊的物料，应当选取特种吊具，例如对一些外观尺寸比较长的物料，一般选用起重横梁；对于一些存在磁性的物料进行搬运时，通常选取电磁吸盘等，同时还有斗轮卸料、螺旋卸料等一些比较特殊的吊具。在具体作业的过程之中，根据物料选取合理的取物装置可以使工作效率得到提升，避免产生吊物散落事故，确保工作人员的安全性以及搬运物品的完整性，防止产生一些不必要的安全事故。

1.2.3金属结构

金属结构是起重机的整体框架，将基于金属材料的钢板以及型钢作为基础构件，通过螺栓连接、焊接等多种方式，根据相关规则而构成的一种特殊钢结构，主要作用是承担起重机自重以及物料重量。该部分的重量较大，是整个起重机中重量最大的一部分，占比约在40%-70%范围之内，而对于一些重型起重机，该部分重量更高，占比甚至可以达到90%。由于该部分的重量较高，因而成本也比较大，约为总成本的30%左右。这些基本受力构件有柱、梁和臂架，通过这些构件，然后利用完全不同的组合形式，从而组装呈功能各异的起重机。对于起重机而言，其在具体工作过程之中，受力状况十分繁琐复杂，而且自身重量大，消耗材料多，工作时需要整机进行移动，因此，必须要确保金属结构的综合性能满足各方面要求。基于其工作性质与特点，金属结构不仅是起重机至关重要的构成单元，同时也是起重机的主要骨架，发挥“桥梁”的重要作用，即把电气设备、机械设备等进行高效连接，使各部分进行良好配合，进而形成一个有机整体，实现起重机的搬运功能。金属结构设计的合理性直接影响整机的安全性，垮塌破坏会给起重机带来极其严重甚至灾难性的后果。

1.2.4动力装置

动力装置就是用来为整个起重机的运行提供动力的，主要工作是驱动工作机构。常见的驱动装置有两种，电力驱动和内燃机驱动。其中电力驱动因为其清洁、经济的优点而成为了现代起重机的主要驱动型式，但是电力驱动也有其局限性，因为要铺设大量电线，所以起重机的运动范围受到限制，因此在有限范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等宜采用电力驱动。而内燃机驱动则相当于自带移动电源，对于需要远距离移动的流动式起重机多采用内燃机驱动。

1.2.5控制系统

起重机的各种操作需要在控制系统的操控与调节之下实现，通常情况下，比较常用的控制系统包括两种，即液压控制、电气控制。在大部分情况之下，均是利用两者并行的方式对起重机各部分以及整机进行操控，进而实现起重机的各项功能。控制系统是确保人机良好对话的关键与基础，主要是由多个部分构成，如线路、显示器、操纵器等。该系统的状态也是对起重机作业的质量、效率和安全起着至关重要的作用。起重机整机体积庞大，组成结构十分繁多，并且在具体作业时需各部分协调配合，由于起重机具有间歇式工作的基本特性，因而起重机在具体运行过程中存在起重载荷不均匀的特点，而各机构的运动循环也因此变得不一致、不协调，所以一个好的控制系统必须能够克服起重机的作业复杂性，并且对突发事件能够及时应对。

1.3 集装箱装卸机械

1970年，中国集装箱运输产业正式开始进入蓬勃发展阶段，截止到目前为止，经过了四十多年的发展，世界各国的贸易量与日俱增，集装箱运输产业也因此逐步扩大，为了满足集装箱运输产业在具体工作过程之中的各方面多元化需求，越来越多的新型机械设备、装卸工艺、管理模式等开始涌现，并应用于具体实践之中。通过研究分析可知，集装箱机械的发展可以细化为三个不同阶段，其一是初级阶段，主要是指上世纪六十年代期间，桥吊是应用最广泛的一种机械设备。其二是发展阶段，主要是指上世纪七十年代，该期间中国为了提高工作效率，开始引进国外一些先进技术与机械设备，并在此基础之上开始自主设计与研发集装箱半挂车与跨运车等。其三是指上世纪九十年代，在该阶段之内，集装箱装卸技术得到了蓬勃发展，并且机械设备也开始逐步向智能化、信息化等方向快速发展。

集装箱装卸机械有很多种类型,按功能分主要三种类型：其一是堆场机械；其二是水运运输机械；其三是车船装卸机械。现阶段，在集装箱堆场装卸作业时，具有多种机械设备可选，如集装箱正面吊、其二是轨道式集装箱起重机等。其中RTG、RMG应用最为广泛，对于其它几种机械设备，由于成本较高，进而应用频率较低。

1.3.1 轨道式集装箱门式起重机

通常情况下，RMG主要是通过电网系统来提供动电力，进而实现相关功能，其具备绿色无污染、安全稳定等一些基本特征。选用钢制车轮，并且在堆场上铺设由与之相配套的钢制轨道，因大车在进行行走过程之中，其轨道固定不动，并且不会发生任何偏移，因而实现自动化的难度较低。通常情况下，轨道长度比较长，并且大车在运行工作过程中速度非常高，堆场面积的应用率同其它类型的机械相比也比较高。在造价方面，RMG在前期建设阶段需要投入大量的资金，但是由于RMG具备十分优良的机械特性，并且动作比较单一，故障率非常低、日常保养与维护十分便捷，因而后期应用成本比较低。但是RMG也存在许多无法避免的缺陷，例如无法进行转场调场工作、机动性比较差、故障时影响范围大等。基于RMG的上述一系列特点，其主要应用于后方堆场非常大、吞吐量较高的码头。

1.3.2 轮胎式集装箱门式起重机

传统的轮胎式集装箱门式起重机（RTG）一般采用8只橡胶轮胎组成大车运行机构，采用柴油机驱动，可在集装箱堆场内自由移动。RTG能够在90°范围之内顺利实现转场作业以及直角转向作业，不但拥有RMG所具备的工作效率高的基本特征，同时其机动性也非常强，可以在大堆场之内实现自由转动，空间利用率较高。一般情况下，RTG主要是在一些吞吐量较高的集装箱码头广泛运用，在国外西方发达国家之中，该机械设备的应用频率非常高。但传统RTG仍存在诸多难以避免的缺陷，例如工作过程中存在较大污染、轮胎磨损量严重、后期维护成本较高等。

1.3.3集装箱正面吊

对于正面吊运机而言，其通常也是将柴油发动机作为驱动源，然后借助橡胶充气式轮胎进行移动，不仅机动性非常灵活便捷，而且具备十分优良的流动性。一般情况下，一些短途水平运输作业均是通过正面吊完成，尽管其投资成本非常低，但是在后期日常维护过程中，其成本均比较高。所以正面吊通常应用与规模小、吞吐量小的码头之中。

1.4 国内外RTG研究现状

针对传统RTG在具体实践应用过程中存在的诸多不足，国内外诸多专家均开始引入现代化先进技术对其进行改进与优化。新型RTG的特点主要可以总结为下列四点，具体如下：

1. 电动RTG:在动力方面，运用电缆卷筒取代柴油机，同时还增添了小功率柴电机组，用于实现转场功能，如此一来，RTG所产生的污染将大大减少，环保性得到了提升。同时也减少了RTG的制作成本以及后期的维护费用^[3]。

(2)四卷筒轻型RTG:使用一套驱动机构同时驱动起升机构和小车运行机构，通过卷筒的联动，吊起重物和运行小车。采用这种方式降低了对基础设施的要求，减少了前期的投资，因为小车的自重和轮压有了很大程度的降低，实现了RTG的轻型化。

(3)节能环保RTG:节能环保是起重机发展的必要环节，近年来，在节能环保方面的创新也有了一些新的突破，主要体现为电力平衡系统、超级电容的具体应用。与此同时，节能控制系统可以实现短时间范围内能量的快速释放与存储，因而与RTG间歇式工作模式相匹配，该项技术可以使燃油成本大大降低，并且污染气体排量量也会因此变少^[3]。

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