摘 要

抓斗卸船机作为港口卸船的主要设备，对港口的工作系统有着极其重要的作用，所以各大港口均按港口的最大泊位，为了让系统打到最大生产率，选用最高效，最安全的卸船机。目前，我国的散货码头的卸船机基本上都采用抓斗卸船机。随着我国的经济发展，港口的吞吐量的增加，2500t/h的桥式抓斗卸船机的需求越来越大。

整个2500t/h卸船机的设计分为结构：前后大梁、海侧立柱，陆侧立柱、门框斜撑、联系横梁、海陆侧上横梁等;机构：小车运行、大车运行、俯仰机构等。本次设计主要为2500t/h桥式抓斗卸船机的门框斜撑与联系横梁。

首先对卸船机的总体结构计算，确定卸船机的基本结构数据，通过基本载荷计算，考虑卸船机的不同工作状态、小车所在位置，以及不同工作状态下的不同风载荷对卸船机的影响。之后进行在上述几种工况下进行稳定性的计算，最后结合上述因素求得各侧轮压。

门框斜撑与联系横梁的三维模型建立是整个设计的重要部分，完成模型建立后可以导出门框斜撑与联系横梁的二维工程图纸和零件图。然后将各个模型进行装配，完成整机的建模

最后将整机的建模导入ansys进行有限元分析，利用Ansys的分析数据对这两者进行部分的结构计算确定最后的设计数据。

关键词：桥式抓斗卸船机；门框斜撑；联系横梁；结构计算；SolidWorks；

Abstract

As the main equipment for port unloading, the grab ship unloader plays an extremely important role in the working system of the port. Therefore, the major ports are based on the largest berth of the port. In order to maximize the productivity of the system, the most efficient and safest ones are selected. Ship unloader. At present, the ship unloaders of bulk cargo terminals in China basically use grab ship unloaders. With the development of China's economy and the increase in port throughput, the demand for 2500t/h bridge grab ship unloaders is growing.

The design of the entire 2500t/h ship unloader is divided into structure: front and rear girders, sea side columns, land side columns, door frame struts, associated beams, sea and land side upper beams, etc.; mechanism: trolley operation, cart running, pitching mechanism, etc. This design is mainly for the door frame diagonal bracing and the contact beam of the 2500t/h bridge grab ship unloader.

Firstly, calculate the overall structure of the ship unloader, determine the basic structure data of the ship unloader, and consider the different working states of the ship unloader, the position of the car, and the different wind loads under different working conditions. Impact. Then, the calculation of the stability under the above several conditions is carried out, and finally the side wheel pressures are obtained in combination with the above factors.

The establishment of the three-dimensional model of the door frame diagonal bracing and the associated beam is an important part of the whole design. After the model is established, the two-dimensional engineering drawings and part drawings of the door frame diagonal bracing and the associated beam can be derived. Then assemble each model to complete the modeling of the whole machine.

Finally, the modeling of the whole machine is imported into ansys for finite element analysis, and the final design data is determined by partial structural calculation of the two using Ansys analysis data

Key words: bridge grab ship unloader; door frame diagonal bracing; contact beam; structural calculation; SolidWorks;

目录

第1章 绪 论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施 3

第2章 泊位2500t/h桥式抓斗卸船机轮压及整机稳定性计算 5

2.1基本载荷计算 5

2.1.1基础数据： 5

2.1.2金属结构部分 5

2.1.3 整体固定部分 8

2.1.4前大梁总成 9

2.1.5整机重量及重心 10

2.1.6小车总成 12

2.2风载荷计算 14

2.2.1风垂直大车轨道 15

2.2.1.2大梁仰起 17

2.2.2风平行大车轨道 18

2.2.2.1前大梁放平 18

2.2.3 角度风 20

2.2.3.1 前大梁放平 20

2.3稳定性计算 21

2.3.1无风静载工况 21

2.3.2 有风动载工况 22

2.3.3 小车在停机位置 23

2.3.4.突然卸载时的稳定性（即钢丝绳破断时的稳定性） 24

2.4轮压计算 25

2.4.1风垂直于轨道时的轮压 25

2.4.2风平行轨道时的轮压 25

2.2.3风由陆侧向海侧吹,风与轨道55.3度夹角时的轮压 25

2.4.4风平行轨道时的轮压 26

2.4.5小车处停机位置时的轮压 26

2.4.6风与轨道45度夹角，小车处停机位置时的轮压 26

2.4.7小车处停机位置时的轮压 27

第3章 门框斜撑与联系横梁设计计算 28

3.1门框斜撑设计计算 28

3.1.1门框斜撑截面几何性质计算 28

3.1.2门框斜撑的受力分析 29

3.1.3 门框正应力计算 30

3.1.4门框斜撑剪力计算 31

3.2联系横梁设计计算 32

3.2.1联系横梁截面几何性质计算 32

3.2.2联系横梁的受力分析 33

3.2.3 门框正应力计算 34

3.2.4联系横梁剪力计算 35

第4章 SolidWorks建模 37

4.1 门框斜撑 37

4.2 横梁 38

第5章 经济性与环保性分析 42

结 论 44

参考文献 45

致 谢 47

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

随着我国各项事业的快速，我国许多领域得到了大幅度突破，获得了很多历史性成就。海洋船舶运输也随着我国的发展迅速发展着，抓斗卸船机作为港口运作的重要组成部分，其问题的解决对港口生产力的发展有着越来越重要的影响。可以看到抓斗卸船机装卸设备在以后的很长时间都具有良好的发展前景，并且对于人们的生活，经济的发展，国家的进步有很大的帮助，抓斗卸船机的在推动港口效率方面有着极其重要的地位。

近几年，随着计算机技术的飞快发展，计算机辅助设计软件的广泛应用正在迅速的改变着工程涉及人员的的设计方法和效率。“三维建模、三维设计”成为了设计行业的主流，对比传统的设计方法，三维建模的方便，简单，效率等优点已经是无可厚非的了。港口抓斗卸船机的设计通过三维建模的方法也容易许多。

1.2国内外研究现状

2012年岑志波等人利用Solidworks和Ansys建立门座起重机的刚-柔耦合模型,导入到Adams中进行装配,添加约束后建立虚拟样机系统进行仿真分析。利用实验室现有物理样机上的数据与虚拟样机仿真得到的数据进行比较,实现对虚拟样机的检查和验证^[1]

2015年Suiran Yu等人建立立了卸船机的有限元模型，提出了一种基于正交试验法和参数化建模方法的结构优化方法，并依靠这两种方法开发了模拟软件。研究内容包括：基于正交试验法的卸船机结构优化新方法;船舶卸船机的有限元模型和参数化建模方法;和卸船机的参数化建模和结构优化软件。该软件提供两个功能：一个是参数化建模功能，人们可以通过界面上的输入参数实现卸船机的建模。另一种是结构优化功能，可以通过基于正交试验方法的结构优化方法实现卸船机的减重目标。^[2]

Feng-Yi Lu等人在2016年 为了提高桥式起重机设计、计算和绘图的集成度，基于Visual Studio 2012开发了基于c#和Solidworks api的桥式起重机快速设计系统。分别研究了尺寸驱动法和模型驱动法，实现了桥式起重机零件的参数化建模和装配，最终生成了二维图纸。基于广义模块理论，将整个桥梁划分为多个模块，构建了快速设计系统。随着这个系统的诞生，新产品的开发周期大大缩短，设计、计算和绘图的效率得到了根本的提高。^[3]

徐竹铭等人以800t/h桥式抓斗卸船机为分析对象,运用有限元软件ANSYS11.0对整机金属结构建模,在不同工况下分析结构的强度和刚度,了解其在各种载荷作用下的承载能力,为设计提供理论参考。^[4]

2017年，Kim等人在伦敦对抓斗卸船机的驱动系统（对长重型滚子链传动系统）进行分析，采用机械系统自动动态分析的几何建模模拟了滚子链在工作过程中的动态响应。^[5] 研究完全夹紧梁受刚性质量承受冲击载荷的动态响应。 使用商业软件包ABAQUS对数值模拟进行验证和比较，并且表明所提出的弹塑性理论模型能够提供对冲击下梁的整体动态行为的良好预测。^[6]

Yu Li利用虚拟样机技术建立了抓斗卸船机的动态仿真模型。该模型还使用ADAMS / Cable模块模拟抓绳长度的变化，并进一步模拟抓斗的打开和关闭条件。然后，在已建立的抓斗卸船机虚拟样机模型中对常用的输入整形控制方法进行了仿真分析。结果表明，本文建立的虚拟样机模型能够适当地模拟抓斗卸船机的整个工作过程，能够验证不同摆动控制策略的摆动控制效果。^[7]]

2013肖滨等人采用物理建模和机构建模方法,对抓斗运动、动态挖掘、绳索松弛、多通道立体视景、音效、操作控制接口等一系列技术问题进行了研究,实现了沉浸式的桥式抓斗卸船机训练模拟器. ^[8] 采用有限元软件ANSYS建立了卸船机前悬臂的动态分析模型并进行了模态分析^[9]

2012年Zeng Q D等对门座起重机的参数化建模与仿真分析进行了研究，建立了相应的参数化模型，并进行了动态分析。^[10] 叶永伟等针对桥式抓斗卸船机在地震作用下的动态响应和抗震性能问题,对卸船机结构在地震作用下的结构强度、应变特性、轮压稳定性以及损伤模式等方面进行了研究,提出了基于ANSYS的结构抗震分析方法。^[11] 魏卓等以SolidWorks和VRML为平台实现了箱型门式起重机的三维虚拟装配和运动过程模拟。研究了虚拟动态仿真的两种方法,将这两种方法结合起来,既达到仿真效果而且减少了工作量。^[12]  高炯在分析现有起重机设计与管理的基础上,提出了起重机快速定制设计系统,研究了系统实现方法学与开发工具、系统功能模型与系统框架。^[13]

姚艳萍等人在2012年应用三维软件SolidWorks建立了双梁桥式起重机侧挂小车车架结构的实体模型,确定了其在最不利工况下所受载荷的类型和计算方法。^[14]  时公贺等人为合理设计某大型全回转架梁大起重力矩起重机的金属结构,利用SolidWorks对其整机各个部分进行三维建模并导入ANSYS软件中,对其整机结构进行有限元分析.该方法充分利用SolidWorks快速准确建模的特长,很好地解决ANSYS建模能力不足的问题^[15]

1.3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

在检索、阅读文献的基础上提交开题报告一份；

总体设计计算及绘图：
(1)进行总体布置，完成总体计算
(2)绘制总体方案图一张(A1)；
(3)完成总体设计计算说明书。

联系横梁及门框斜撑设计及三维建模：
(1)完成联系横梁及门框斜撑设计计算。
(2)利用SolidWorks建立联系横梁及门框斜撑的三维模型。
(3)在三维模型的基础上生成联系横梁及门框斜撑二维施工图纸。
注：总设计图纸量必须达到3xA1，设计计算说明书不少于1.5万字。外文翻译为5000汉字；本专业文献资料检索15篇，其中外文原文资料3篇，每篇摘要为200汉字（需提交外文原文和译稿）；每篇摘要为200-300汉字。

CAD绘制总体方案图，根据所给数据与查阅资料、手册完成总体设计计算说明书、联系横梁及门框斜撑设计计算

使用SolidWorks根据CAD零件图建立零件三维模型并进行装配，完成后根据SolidWorks装配图生成联系横梁及门框斜撑二维施工图纸。

第2章 泊位2500t/h桥式抓斗卸船机轮压及整机稳定性计算

2.1基本载荷计算

2.1.1基础数据：

T_H为重量与重心高度乘积，其计算公式如下：

（2-1）

式中 G—重量（t）；

H—重心高度（m）。

T_W为重量与重心距海侧支撑距离乘积，其计算公式如下：

（2-2）

式中 X_W—重心距海侧支撑距离（m）。

T_L为重量与重心距陆侧支撑距离乘积，其计算公式如下：

(2-3)

式中 X_L—重心距陆侧支撑距离（m）。

其他数据：基距：X_b=18 m

轨距：X_r=26 m

每侧支撑车轮数：N=24个

2.1.2金属结构部分

结构总重量计算公式：

(2-4)

式中 G_i—表中相应序号结构各部分重量（t）；

结构合成重心高度计算公式：

(2-5)

(2-6)

式中 T_Hi—表中相应序号结构各部分重心高度（m）；

结构合成重心距海侧支撑距离计算公式：

(2-7)

(2-8)

式中 T_Wi—表中相应序号结构各部分重量与重心距海侧支撑距离乘积（t*m）；

结构合成重心距陆侧支撑距离计算公式：

(2-9)

(2-10)

式中 T_Li—表中相应序号结构各部分重量与重心距海侧支撑距离乘积（t*m）。

2.1.2.1门框结构

表2.1 门框结构数据

G_M—门框结构总重量由公式（2-4）得：

G_m=473.36t

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