摘 要

本次设计依据卸船机所需要达到的额定生产率、俯仰角度和时间、轨距和基距等要求，进行了2500t/h桥式抓斗卸船机的总体结构设计，并对卸船机的轮压和抗倾覆稳定性进行了分析计算和校核。通过进一步的计算，完成了俯仰缠绕系统的设计，进行了俯仰机构电动机、减速器、联轴器、制动器等主要零件的选型。最后，在设计计算的基础上，通过机械CAD完成了卸船机总体图和俯仰机构主要零件图的绘制，并用solidworks进行了俯仰机构主要零件的三维建模。

本次设计主要围绕着如何让2500t/h桥式抓斗卸船机的结构更加合理，让其更加稳定高效的进行工作进行设计计算。所得到的结果对于我国港口的货物装卸和同类型港口机械的设计具有参考意义。

本次设计的特色之处在于：由于在俯仰机构的工作过程中，工作阻力是变化的，所以是依据其在工作过程中的等效阻力而不是最大阻力进行电动机型号的选取，这样可以节约能源和卸船机的成本。

关键词：卸船机；轮压；稳定性；俯仰机构

Abstract

According to the requirements of rated productivity, pitch angle and time, gauge and base distance, the overall structure design of 2500t/h bridge grab ship unloader is carried out, and the wheel pressure and anti-overturning stability of ship unloader are analyzed, calculated and checked. Through further calculation, the design of pitch winding system is completed, and the selection of main parts such as motor, reducer, coupling and brake of pitch mechanism is carried out. Finally, on the basis of design and calculation, the general drawing of ship unloader and the drawing of main parts of pitching mechanism are completed by mechanical CAD, and the three-dimensional modeling of main parts of pitching mechanism is carried out by solidworks.

This design mainly focuses on how to make the structure of 2500t/h bridge grab ship unloader more reasonable and make it more stable and efficient for design and calculation. The results obtained can be used as reference for cargo handling in Chinese ports and the design of the same type of port machinery.

The feature of this design is that the working resistance of the pitching mechanism changes during the working process, so the selection of the motor type is based on its equivalent resistance rather than the maximum resistance in the working process, which can save energy and the cost of the ship unloader.

Key Words: ship unloader; wheel pressure; stability; pitching mechanism

目录

第1章 绪论 1

1.1国内外的研究现状分析 1

1.2本次设计的目的和意义 1

1.3设计的基本内容 2

第2章 卸船机产生的腿压的计算 3

2.1原理阐述 3

2.2金属结构部分产生腿压 4

2.3风载荷产生的腿压 11

2.4腿压计算总述 16

第3章 抗倾覆稳定性验算 18

3.1原理阐述 18

3.2静载工况稳定性验算 18

3.3动载工况稳定性验算 19

3.4钢丝绳断裂时的稳定性 22

3.5抗倾覆稳定性总述 23

第4章 带载轮压计算 24

4.1原理阐述 24

4.2工况1 24

4.3工况2 25

4.4工况3 26

4.5工况4 26

4.6工况5 27

4.7带载轮压验算总述 28

第5章 俯仰机构缠绕系统设计 29

5.1俯仰机构概述 29

5.2钢丝绳选型 29

5.3滑轮选型 32

5.4卷筒设计 33

第6章 俯仰机构用电机选型 36

6.1等效张力计算 36

6.3电动机功率计算 38

6.3初选电动机 39

6.4电动机检验 39

第7章 减速器选型 41

7.3减速器型号选择 41

7.4减速器校核 42

第8章 联轴器选型 43

8.1高速轴联轴器 43

8.2低速轴联轴器 44

第9章 制动器选型 45

9.1高速轴制动器 45

9.2低速轴制动器 45

第10章 三维建模总结 47

第11章 经济性和环保性分析 48

11.1经济性分析 48

11.2环保性分析 48

第12章 结论 49

致谢 50

参考文献 51

第1章 绪论

1.1国内外的研究现状分析

我国港口装卸设备技术不断发展并且越来越成熟，已经可以自主设计生产许多型号的桥式抓斗卸船机，并且我国生产的桥式抓斗卸船机在实际的工作运行中也是十分可靠的。但是在某些特定技术领域，我国和港口装卸设备技术发达的国家还有一些差距。我国大型散货装卸装备的工作效率与国外有较大差距，如铁矿石的装卸，在国外，50 万吨的铁矿石在48h 可以卸完，平均速度达到 2 万吨/h，而国内的速度只有 1.2 万吨/h，差距很大^【8】。用于海上运输的船越来越大，对卸船机的工作效率相应提出了更高的要求。因此，无论是国内还是国外，在卸船机领域的研究都应该是使卸船机向着大型化和全自动化的方向发展。

在过去的20年中，桥式抓斗卸船机的主要形式是牵引小车，牵引小车分为差动小车和补偿小车，差动小车又有机械差动式与电差动式两种。海运的船越来越大，2500~3000t/h，甚至3500t/h的大型卸船机，在沿海一些主要转运矿石的码头也正在获得普遍应用^【11】。

1.2本次设计的目的和意义

随着我国经济的快速上升，港口在经济的发展中起着非常重要的作用。港口机械的发展模式也在发生变化，港口装卸设备正在向大型化、全自动化、环保化以及智能化方向转型，因此设计更加环保、更加智能、自动化程度更高的散货装卸设备迫在眉睫。桥式抓斗卸船机是一种十分可靠的卸船设备，设计和制造的技术也很成熟。与其他卸船设备相比较，它在减少海浪带来的损伤、减少营运成本以及物料和船舶相适应等方面具有很大的优势^【14】。

本次设计主要是对2500t/h桥式抓斗卸船机的总体结构以及它的俯仰机构进行设计计算和说明。对于总体结构，应使卸船机满足所要达到的技术参数要求以及港口对卸船机的使用要求。俯仰机构主要是在卸船机工作与不工作时，卸船机移动时，或者卸船机在脱离操作的位置时，为了防止臂架和货船碰撞，又或者遇到台风时，防止卸船机翻到，必须收起臂架。所以，对俯仰机构的合理设计，可以提高装卸过程的效率，同时让装卸工作更加安全的进行。

1.3设计的基本内容

本次设计拟分整机设计和俯仰机构及相关零件设计两部分进行。设计所要达到的技术参数如下：

1.额定生产率:2500吨/小时

2.前伸距：48m，  后伸距：24m

3.起升速度：满载160m/min, 空载：200m/min 

4.起升高度：轨上：29m，轨下：33m

5.大车行走速度：45m/min，小车行走速度：240m/min

6.俯仰时间： 0-80 度 〈 7min

7.大车轨距：26m，小车轨距：4.5m

8.大车基距：18m

同时，应依据港口的实际情况，验算卸船机在不同工况下能否实现稳定工作；计算设计出卸船机各零部件的具体尺寸；对卸船机进行整体稳定性的校核，同时验算其局部稳定性是不是符合要求；根据港口以及设备的情况确定许用轮压；进行风压的计算和抗倾覆稳定性的检验；提出一个适用于此卸船机的俯仰机构的设计方案。

卸船机产生的腿压的计算

2.1原理阐述

在计算起重机每个车轮所受的压力时，应该先确定在不同工作状态和非工作状态时，起重机的各个部分重量对四条支腿所产生的腿压。由于桥式抓斗卸船机的工作地点是沿海的各大码头，应该考虑风压对各个支腿腿压分布所产生的影响。利用已知数据和各种假设工况计算出每条支腿的腿压，经过比较，确定其最大腿压，然后除以许用轮压［］=80t（许用轮压根据港口实际情况确定），就可以确定每条支腿车轮数目。

由于起重机的零部件数目很多，一次性计算其所有重量对各条支腿产生的腿压是不现实的。所以，我们把桥式抓斗卸船机拆分成几个大的部分，在把几个大的部分拆分成各个部件，根据重量重心的分布规律计算其对陆侧和海侧支腿中心线的距离，规定：各构件的重心所在位置向右指向支腿中心线为正，向左指向支腿中心线为负。计算公式如下：

（2.1）

式中：—各部分的重量；

—各部分重量重心距离海侧或陆侧支腿中心线的距离；

—构件距离海侧或陆侧支腿中心线的平均距离。

依据该公式，分别以海侧支腿和陆侧支腿中心线作为参照，各部分重心距离海侧支腿的距离记为,各部分重心距离陆侧支腿的距离记为，单位均为m。

用最大腿压除以许用轮压后，取整数（应大于计算所得的数值）并选定合适的平衡台车设计方案以确定每条支腿的车轮数目Z_轮，然后再用最大腿压除以车轮数目以确定每个车轮所承受的轮压。

数据及符号如下：

—重量 —中心高度 重量×重心高

—重心距海侧距离 轨距—=26.0m

—重心距陆侧距离 基距—=18.0m

2.2金属结构部分产生腿压

2.2.1门框结构

表2.1 门框结构

表2.1中，列出了门框结构的各组件的重量及其重心对海侧和陆侧支腿中心线的距离，将各组件重量相加得到门框结构的总重量，通过公式（2.1）计算门框结构重心对海侧和陆侧支腿中心线的平均距离，具体如下：

-473.4×13.1=-6208.8t·m