摘 要

随着抓斗卸船机往大型化、自动化、环保节能方向发展，对于抓斗卸船机的要求也在不断提高，因此抓斗卸船机的设计对于设计者也提出了更高的要求，在大型化、自动化、环保节能方面进行提高和改进。陆侧立柱作为卸船机重要的一个部分，对于陆侧立柱的设计也是设计者需要注意的方面。本文借助设计软件AutoCAD对2500吨/小时抓斗卸船机进行总体设计和总图绘制，借助机械设计软件SolidWorks对陆侧立柱进行三维建模，利用卸船机的数据进行轮压和稳定性的计算以及陆侧立柱的结构计算。

在进行轮压和稳定性计算时，要考虑到各种可能出现的情况，保证轮压和稳定性始终在可以承受的范围内。抓斗卸船机作为在港口运作的机械设备，风力是一个必须考虑的因素。

在设计过程中，很多问题不可避免，钢丝绳的磨损只能尽量控制，所以必须考虑钢丝绳破裂的情况，设计和实际有误差也不可避免，只能尽力减小。

关键词：抓斗卸船机；陆侧立柱；三维建模

Abstract

With the development of the grab ship unloader in the direction of large-scale, automation, environmental protection and energy conservation, the requirements for the grab ship unloader are also constantly improving. Therefore, the design of the grab ship unloader also puts higher demands on the designer. Improve and improve in large-scale, automation, environmental protection and energy conservation. The land side column is an important part of the ship unloader. The design of the land side column is also an aspect that the designer needs to pay attention to. In this paper, the design software AutoCAD is used to design the overall design and general drawing of the 2500 ton/hour grab ship unloader. The mechanical design software SolidWorks is used to carry out three-dimensional modeling of the land side column, and the data of the ship unloader is used for wheel pressure and stability. Calculation and structural calculation of the landside column.
In the calculation of wheel pressure and stability, it is necessary to take into account various possible situations, to ensure that the wheel pressure and stability are always within the acceptable range. Grab unloader as a mechanical device operating in the port, wind is a factor that must be considered.
In the design process, many problems are inevitable, the wear of the wire rope can only be controlled as much as possible, so the situation of the wire rope rupture must be considered, and the design and actual errors are also inevitable, and only try to reduce it.

Key Words：Grab ship unloader；Land side column；Three-dimensional modeli

目 录

第1章 绪论 1

1.1桥式抓斗卸船机的研究意义与背景 1

1.2国内外研究动态 1

1.3卸船机与三维建模 2

第2章 总体计算 5

2.1卸船机轮压计算 5

2.1.1金属结构部分 5

2.1.2整机固定部分 7

2.1.3前大梁总成 8

2.1.4整机重量及重心 10

2.1.5小车总成 11

2.1.6风载荷计算 12

2.2卸船机稳定性计算 17

2.2.1静载情况 17

2.2.2动载工况 18

2.2.3非工况风载荷作用时 20

2.2.4钢丝绳破断时的稳定性 21

2.3轮压计算 22

2.3.1工况一 23

2.3.2工况二 23

2.3.3工况三 24

2.3.4工况四 24

2.3.5工况五 25

2.3.6工况六 25

2.3.7工况七 26

第3章 陆侧立柱金属结构计算 27

3.1计算简图 27

3.2内力计算 28

3.2.1小车在最大前伸距时 28

3.3陆侧立柱危险截面的强度计算 30

3.3.1截面几何特性计算 30

3.3.2弯曲正应力计算 31

3.3.3剪应力计算 31

3.3.4危险截面的强度验算 32

3.4陆侧立柱的刚度计算 32

3.5陆侧立柱的稳定性验算 33

3.5.1整体稳定性 33

3.5.2两种薄板的局部稳定性 33

3.6加劲肋尺寸的确定 34

3.6.1横隔板尺寸的确定 34

3.6.2横隔板厚度 34

3.6.3纵向加劲肋 34

3.6.4翼板纵向加劲肋 34

第4章 三维建模 35

4.1SolidWorks简介 35

4.2三维建模 35

第5章 经济性与环保性分析 39

5.1经济性分析 39

5.2环保性分析 39

参考文献 40

致谢 42

第1章 绪论

1.1桥式抓斗卸船机的研究意义与背景

经济在改革开放之后呈现一片欣欣向荣之景，用来运输各种物料的专业化码头的地位也越发重要，港口规模也是越建越大，航运市场随着经济发展订单络绎不绝，散货海运量依然保持着速度放缓的增长。桥式抓斗卸船机作为散货码头的重要卸货运输设备，一直是值得信赖的港口机械设备。桥式卸船机一直以适用范围广和运营成本低等优点得以在港口散货码头广泛应用。整个国际航运市场都会大量使用桥式卸船机，足以看出桥式卸船机的巨大优势。

国际散货航运市场是货主和运输企业通过海运这一途径所形成的商贸关系，也是国际贸易产生的派生性的需求。国际散货航运市场是航运市场的重要组成部分，也是世界范围内商业贸易过程中重要的一环。国际散货航运市场的发展离不开世界范围内的商业贸易的发展。从生活必需品，到工业原料，再到小宗散货，散货航运运输各种和人类生活息息相关的货物。其中，矿产资源和粮食海运的需求量的变化也是造成散货航运市场价格起伏波动的主要因素。散货运输市场是一个符合市场规律的交易市场，可以进行竞争，自行选择自己需要的船舶和自己满意的运价，运输交易的完成通过运输合同保证。

1.2国内外研究动态

在港口吞吐量日益增长的情况下，装卸货物的机械已经满足不了港口的需求，这推动着散货运输相关的机械设备的更新换代。港口以及企业经过这些年的壮大发展，机械设备的生产工艺和售后服务质量有明显的进步，但是港口的基础设施建设的水平还比较低，散货机械设备的技术有进一步提高空间。所以，还需要不断地努力钻研，对散货机械设备进行创新和升级。在矿石不断开采和原材料价格一路上涨的背景下，物流运输费用也随之不断上涨，世界所有的运输企业为了更高的利润都在大力建设大型运输设备来进行运输，卸船机也越造越大，满足港口卸货的需要，即大型化发展。

发达国家的自动化作业港口和国内人工成本的提高刺激了国内港口的自动化建设，包括卸船机自动化和堆场设备自动化以及系统自动化。卸船机自动化发展过程中，在港口工作的司机基本实行3班制，司机在作业期间精神必须高度集中，这对于司机的身体和心理素质有较高的要求。因此，卸船机往降低司机劳动强度和进行高效率生产的方向发展。由于自动化技术在发展的过程中受到很多因素影响，比如船型辨识和卸载仓选取以及舱内货物堆积状况，对于新时期的卸船机的自动化作业有更高的要求。堆场设备全自动化在国外港口有较快的发展速度，国内则由于起步晚以及基础差，再加上堆场上存储的物料受到种类和数量以及输入输出变化量的影响等原因，发展速度较慢。在使用专门的设备输送物料的情况下，再借助扫描设备和传感设备进行数据的传输，使用数据分析系统处理分析信息之后，可以基本实现卸船机的自动化运行。系统自动化是指港口对于物料输送系统进行自动化升级改造，可以提高港口物料的运输效率。

国内群众和大小企业的环保意识日益觉醒，政府和企业加大对保护环境这一国策的重视成都，以前噪音污染和粉尘污染比较严重的散货机械会被逐渐淘汰，新的污染较小的功能更加强大的散货机械设备会出现的越来越多，也就意味着，港口机械一定会往环保节能的方向发展。

1.3卸船机与三维建模

卸船机有很多种类型，包括以下6种类型：1.波纹挡边带卸船机2.螺旋式卸船机3.夹带式卸船机4.气力式卸船机5.埋刮板卸船机6.老式的第一代螺旋卸船机。老式螺旋卸船机取料、输送物料均通过螺旋机。沙特、荷兰、美国以及比利时等很多国家均有这种机械。主要被用来进行煤炭和矿石的卸船，有时也被用来进行粮食卸船。螺旋卸船机由很多部分组成，主要包括：1.垂直臂2.水平臂3.旋转塔4.末端螺旋输送机5.门架。其中，水平输送机以及箱型的臂架组成水平臂。而具有垂直提升物料功能的内螺旋和具有松散物料功能的机壳外螺旋组成了垂直螺旋输送机。第一代螺旋卸船机在卸船时，先降下喂料装置，物料被喂料装置和取料螺旋式输送机推出去，再通过反向螺旋输送到螺旋提升管，接着被螺旋输送管的内螺旋提升高度，最后被水平方向的输送机送到目的地。第一代螺旋卸船机（老式）具有的优点如下：1.机构轻巧2.密封良好3.性能强大4.噪音和粉尘污染较小5.操作相对简单。但是这种卸船机运作时能耗高，平时维护保养也麻烦，输送时对物料损伤大。

螺旋卸船机的主要部分有：1.转台2.门架3.行走小车4.水平伸臂、水平和垂直以及门架螺旋式输送机5.竖直臂6.取料装置。其中，门架和行走小车沿顺岸方向的轨道移动，门架支承着转台，转台可以绕自身的中心旋转。固接着水平螺旋输送机的水平伸臂在变幅油缸驱动下可以进行俯仰运动。固接着垂直螺旋输送机的竖直臂在摆动油缸的驱动下可以绕水平伸臂的端部前后摆动，而取料装置安装在垂直螺旋的下端，门架螺旋机位于旋转塔架的下方。水平方向的螺旋输送机进行物料输送时，物料会在重力作用下与料槽的内表面紧贴，当螺旋输送机的螺旋轴进行旋转时，摩擦力驱使物料一同旋转。垂直方向的螺旋式输送机进行物料输送时，螺旋轴会进行高速旋转，水平螺旋轴会进行低速转动，物料会随着垂直螺旋轴旋转的方向进行低速旋转。自重产生的侧压力和旋转产生的惯性离心力会挤压物料，物料会和管壁内表面发生摩擦，物料会因为产生的摩擦力不能与螺旋轴一起同步旋转，由于不同步旋转产生的相对运动会使物料在竖直方向上运动。这种卸船机具有广泛的适用范围、简单的结构、较高的填充系数、较少的环境污染，因为维修简单，所以运营成本也很低。

气力式卸船机通常被用来进行散粮的卸船作业，所以也常被称为吸粮机。在国外，气力式卸船机成为散粮码头主要的散粮卸船机械。我国也有不少港口使用这种卸船机，但是产量都比较小。由于使用风力运输物料，需要采用质量较高的风机。吸粮机作业时，吸咀将会降下到接近粮食表层的位置。风机启动，产生速度很大的气流，气流会让进入吸咀的粮食克服自身受到的摩擦力和重力。在这种情况下，粮食就可以在输送管道中进行悬浮运动，再通过分离器和卸料器，最后由输送机输送到预定的目的地。吸粮机有很多优点，包括结构紧凑简单、性能可靠、适应能力强、维护和维修也很方便等，作业时清仓效果好，不损伤船底，也没有扬尘。但是噪音大，能耗高，而且对于易碎和不耐冲击的物料损伤很大。

夹带式卸船机首先由英国的一家公司首先研制出，由于具有两条胶带，所以也被称为双带式卸船机。在1976年，被以色列的一家海港投入使用。我国的大连港在1984年首次引进并投入使用。夹带式卸船机主要由水平伸臂、喂料器、垂直吊臂、驱动机构等部分组成。其中，喂料器基本有三种形式，第一种是旋转喂料装置，第二种是双叶轮喂料装置，第三种是刮板输送机喂料装置。夹带式卸船机作业时，先将垂直吊臂降低到进入物料堆中的位置，再启动电机，让两条胶带同步运行，同时在两条胶带两侧均匀加压。喂料装置将物料送到胶带中间，胶带再将物料输送到预定接料处。夹带式卸船机优点明显：能耗比较低，噪音和粉尘污染小，对于输送的物料的损伤也小。但是流动性和散落性都比较差的物料和边角尖锐的物料都不适合用这种卸船机卸船。

埋刮板式输送机有许多组成部分，主要包括：1.水平伸臂2.喂料器3.垂直吊臂4.驱动机构5.旋转塔。埋刮板式卸船机作业时，将垂直吊臂降低并进入船舱，在物料堆中埋入垂直吊臂上的喂料器。物料被喂料器输送并在刮板上的链条的推动下会随着刮板一起向上运动。物料从吊臂顶部进入水平输送机，再被水平输送机输送到预定的接料处。这种卸船机优点如下：1.机构坚固紧凑2.密封好3.安全可靠4.噪音和粉尘污染小。但是该机械的牵引链条磨损快，而且更换链条很麻烦。

波纹挡边带卸船机主要组成部分包括：1.水平臂2.喂料器3.垂直臂4.旋转塔。波纹挡边带卸船机作业时，需要先将双螺旋叶片喂料器埋进物料堆中，物料通常先通过喂料器，被输送到中间叶轮，在离心力的作用下，被输送到波纹挡边带上，物料最后被波纹挡边带输送到预定的接料处。波纹挡边带卸船机具有的优点如下：1.消耗的能耗低2.结构简单紧凑3.运量大4.自重轻。而且该机械造成的噪音污染小，但是对于输送大块和潮湿的物料无能为力。

港口机械发展的如此迅速，现代化的设计方法是主要的原因之一，对于机械设计师而言，三维建模技术是一种简单高效的建模方法，大大缩短了机械设计的时间成本。可以说机械设计在三维建模技术加入之后如虎添翼，机械设计技术飞速发展。现阶段，三维建模技术在各个领域都得到了广泛应用，基本所有的大学都专门开设了关于三维建模的课程，实现了机械设计这一领域的创新式发展。上世纪80年代，逐渐成熟的CAD技术成为人类从事设计工作时的主要辅助工具，促进机械制造产业的优化升级。再到现在的三维建模技术能提供更加完美的产品集成信息模型服务，对于进行实现产品设计的规范化、程序化和标准化功不可没，对于提升设计质量和设计效率很明显的效果。

第2章 总体计算

卸船机在设计之初，就要先进行卸船机的总体计算，以免到时候卸船机整体产生的轮压过大或是稳定性不够。卸船机总体计算分为卸船机轮压计算和稳定性计算，首先进行卸船机轮压计算。卸船机整体是由很多个部分组成，要想计算整机产生的轮压，首先要知道各个部分的重量和重心位置。

2.1卸船机轮压计算

卸船机由进行轮压轮压计算时，分为几个部分不同情况分别计算，先计算一下整机重量和一些相关的数据。整机重量分为整机固定部分和前大梁总成部分。

2.1.1金属结构部分

金属结构固定部分是整机固定部分中最重要的部分，金属结构固定部分中的门框结构是金属结构中包含很多零件的部分，复杂而又重要，所以，第一步是进行门框结构部分数据的计算。

门框结构部分是金属结构固定部分的重要组成部分，由陆侧上横梁、海陆测下横梁、海侧立柱、陆侧立柱、海侧上横梁、门框斜撑、门框水平撑杆、海陆侧联系横梁、分叉漏斗梁、料斗后梁、海陆侧斜杆及料斗前梁、H型梁、门框梯子等十三个零件组成。表2.1给出了门框结构部分的相关数据。

表2.1门框结构部分相关数据

表中：G(t)—重量；

H(m)—重心高度；

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