摘 要

Abstract 2

第1章 绪论 1

1.1课题的目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3研究内容 2

1.4设计需求 2

第2章 锚定机构设计 4

2.1 设计分析 4

2.2 风压计算 4

2.3 吊具受风力大小 5

2.4 拟定锚定架 5

2.4.1 选材原因 6

2.4.2 钢结构选取焊接原因 6

2.5 计算锚定机构的受力 6

第3章 有限元法理论 8

3.1 有限元法简介 8

3.2 基本特点 8

3.3 建立有限元模型的准则 8

3.4 保证计算精度方法 9

3.5 控制模型规模 9

3.6 网格划分技巧 9

3.7 有限元软件简介 10

3.8 软件组成部分 10

3.9 模块详解 11

3.9.1 实体建模 11

3.9.2 网格划分 11

第4章 Ansys应力校核 12

4.1 建立实体模型 12

4.2 选择材料和单元类型 12

4.3 划分网格 13

4.4 施加约束和外力 13

4.5 添加要计算的结果、计算 14

4.6 风力校核 15

第5章 对接装置设计 16

5.1 选择对接产品 16

5.2 选择动力元件 17

5.2.1 液压传动的基本原理 17

5.2.2 液压传动的优缺点 17

5.2.3 气压传动的基本原理 17

5.2.4 气压传动优缺点 18

5.2.5 伺服电动缸原理和特点 18

5.3 选择直线运动元件 19

5.4 滑块上安装组件设计 21

第6章 箱体-对接装置设计 23

6.1 箱体和安装组件 23

6.1.1 材料选择 23

6.1.2 箱体设计 23

第7章 滑触线固定架设计 27

7.1 铝合金建筑型材 27

7.1.1 化学成分 27

7.1.2 铝合金建筑型材物理性能 28

7.2 固定架设计 29

7.3 绝缘子安装件设计 30

第8章 总结与展望 31

8.1 工作总结 31

8.2 工作展望 32

致 谢 33

摘 要

目前我国绝大部分装卸桥吊具的充电方法都是通过电缆的方式，实践表明，电缆充电方式对岸桥的起升高度有限制，而且对工作环境也有一定的要求。尽管目前有大量的研究对电缆的储缆框进行改造，也取得了不错的效果，但终究没解决电缆因长时间暴露在环境中工作，损坏而频繁更换，造成企业成本增加的问题。

本文针对上述问题，对装卸桥吊具进行无线充电装置的设计，不仅解决了电缆故障的问题，更重要的是节省了企业的成本开支，带来的是效率的提高。本设计主要是在吊具顶面安装发电机和蓄电池，在小车顶安装紧急充电接口。吊具的升降滑轮工作时切割磁感线对蓄电池充电，供吊具使用，同时紧急充电接口能够快速将蓄电池充电80%，以确保岸桥正常稳定工作。现场工作查看，达到了设计计划的目的。

关键词：无线充电、电缆故障、紧急充电装置

Abstract

At present, most of the charging methods used in China's loading and unloading bridge spreaders are through cables. Practice has shown that cable charging methods have limitations on the lifting height of loading and unloading bridges, and also have certain requirements on the working environment. Although a large amount of research has been done to rehabilitate the cable storage box of the cable, it has achieved good results. However, it has not solved the problem that the cable is frequently replaced due to long-term exposure to the environment and is damaged.

This paper aims at the above problems. The design of the wireless charging device for the loading and unloading bridge spreader not only solves the problem of cable fault, but also saves the cost of the enterprise and brings about the improvement of efficiency. The main design is to install the generator and battery on the top of the spreader, and install the emergency charging interface on the top of the trolley. When the lifting pulley of the spreader is working, the magnetic induction wire is cut to charge the battery for use by the spreader. At the same time, the emergency charging interface can quickly charge the battery by 80% to ensure the normal and stable operation of the shore bridge. Field work shows that the design goal has been .

Key words: wireless charging, cable fault, emergency charging device

第1章 绪论

1.1课题的目的和意义

传统吊具悬挂电缆控制的方式容易故障频发、使用寿命不久、安装维修比较困难以及更换花费高的弊端，作业生产存在一定的安全风险，影响设备利用率。本论文研究的目的在于取消吊具悬挂电缆，在装卸桥吊具上设计无线充电装置，通过在吊具上安装发电机和储电器，钢丝缆绳通过滑轮带动吊具上下运动而定过程中，实现发电机的发电，储存的电量供吊具使用。并设有紧急充电设计，防止发电机所供电量不足。既节省设备维护成本得到解决，又可以提高装卸桥工作效率，提高机械设备的可靠性。

1.2国内外研究现状

现在衡量港口先进的标志,不在是货物吞吐量为标准随着科学技术的进步，集装箱装卸桥等系列设备的发展也朝着更加大型化、自动化、系统化的发展，国际上衡量一个港口的的先进水平的关键，主要是看该港口能不能吸引全球船舶的停靠，看有多少承运人选择该港口做为货物的装卸点，能不能成为全世界船舶的停靠，货物卸载的中心。总所周知，船舶在海上航行时间和船舶在港停泊的时间比,是决定大型船舶的经济效益规模重要参数，所以吸引全世界承运人船舶的挂靠最好措施是提高集装箱的装卸效率。随着海上运输的集装箱化，加上海运是国际贸易货物的主要运输手段，港口的很多生产设备机械，也越来越发挥着更重要的作用，其中装卸桥担负着主要的作用，因为它的工作效率，会直接影响到货物的流通速度，效率底下，会直接影响到贸易的速度，所以集装箱装卸桥成了所有人研究的重点。港口组多设备也随之发展，包括现场管理，工作人员操作水平，控制系统等等也越来越自动化、大型化、信息化、到将来的智能化。国外有的装卸桥工作负荷量已经达到了70T，包括装卸桥外伸距离达到了五十多米。一般港口的货堆码已经达到了6层，三十多米的起吊高度。我国有些港口的集装箱装卸桥设备已基本能达到国际先进水平，但是要指出的是，我国的集装箱装卸效率和发达国家存在较大的差距，如国际班轮在新加坡、香港等港口的作业时间是12小时，但在我国沿海港口的作业时间为18小时，这反映了我国港口管理和人员操作的技术能力和国外存在较大差距^[1]。

这些年随着我国港口相关装备的快速发展，集装箱装卸桥的相关技术也在不断更新进步，其系统由原来的直流驱动升级为现在的交流变频驱动，通讯采用PRUF 1 BUS，相关自动化技术也得到升级，如操作的人机界面、远程控制技术等等。吊具的充电电缆也在经过不断改造，发展和进步。吊具电缆的作用发展到现在包括实现对吊具的各种功能控制，各种指令通过电缆传送到吊具的PLC控制系统，实现对吊具一系列机械动作的控制。还可以把吊具在不同工作情况的数据、转换成信号传送给操作人员或者主PLC控制系统，实现对吊桥的各种控制和连锁。目前装卸桥的工作效率和可靠性受吊具电缆的影响很大，现有的装卸桥起升高度已经达到了45米，自然的吊具电缆长度更是达到了80多米，过去的电缆系统采用电缆框、电缆卷筒到现在采用电缆电机、吊缆缓冲器、交流变频控制的更新，信息传输从过去采用点对点到现在采用双线通讯甚至无线通讯技术的更新。

图1-1 吊具电缆

高强度的钢是装卸桥吊具常用的材料，一个钢制框架的结构，四角配有钮锁和导向装置，上部配有钢索，大部分驱动以为液压驱动为主，长期的实践操作经验发现，港口设备在怎么先进，装卸效率都取决于吊具的工作效率，通常吊具出了故障，会导致几百万、甚至上千万的集装箱装卸桥设备陷入瘫痪，码头出现拥堵无法作业的现象^[2]。

总上所述，作为第一贸易大国的我们，要高我国港口集装箱货物的装卸效率，就必须找到关键点，大力发展港口设备建设和提高现场管理能力，作为突破口来研究^[3]。

1.3研究内容

设计一种能够为吊具的伸缩和旋锁运动供电的装置，取代垂缆充电 方式，装置要安全可靠，不受恶劣天气影响，尤其要扛得住大风，电路对接部分要不受雨水影响，供电装置要求长时间稳定工作，成本可控。在熟悉了解集装箱装卸桥结构和工作原理的基础上，设计开发集装箱装卸桥吊具的无线充电装置，通过这个项目开发的锻炼，了解掌握机械产品的设计过程与方法。最终完成吊具锚定机构、充电装置以及充电固定机构的设计开发。

1.4设计需求

1置蓄电池（直流）于吊具上，为吊具各种运动供电，当电量不足时，使用一种充电装置充电。

2设计一锚定机构，安装在小车顶下方，在需要充电时吊具升起，机构将吊具固定住，以便对接装置连通电路。吊具很大很沉（20t），锚定要安全可靠 ，可固定吊具承受较大风力。锚定机构的锚定成功率要高，锚定爪和锚定槽需要间隙，也需要导向槽帮助锚定，

3设计一对接装置，在吊具固定后连通电路，由于锚定爪和锚定槽留有间隙，吊具可以微微晃动，对接装置要能够始终保持电路连通，要安全可靠，不受雨水影响。

第2章 锚定机构设计

2.1 设计分析

1吊具很大很重，锚定机构锚定住吊具时，在一定风力大小情况下，能固定住吊具的横向运动。

2吊具和锚定爪接触时，不可避免会使吊具对锚定机构作用向上的力，和轻微的撞击，要求锚定机构达到其受力要求。

3在吊具上升到目标位置时，锚定机构要锚定成功。

4在复杂的天气环境，如在一定风力，雨天和烈日下长时间工作，要求锚定机构在一定程度上防锈蚀，达到长时间稳定工作的目的。

2.2 风压计算

一般来说，海上的平均风速是要大于陆地风速的，经研究表明，我们知道在离海岸10km左右的海上风速要比岸风速高25%以上，而港口大多都在海岸边，其海风情况及其复杂恶劣。所谓风压，就是由于物体对风阻挡，会导致物体周围的空气受到阻力，使得周围动压下降，静压升高,物体的侧面和背面会产生局部的涡流，导致该处静压下降，动压升高,和远处未受干扰的气流相比，这种静压的升高和降低统一规定称为风压,通俗理解风压就是垂直于气流方向的平面，受到的风的压力^[4]。

根据伯努利方程得到风－压关系,风的动压为

wp=0.5×ρ×v² (2-1)

其中wp代表风压[kN/m²],ρ代表空气密度[kg/m³]，v代表风速[m/s]。空气密度(ρ)和重度(r)的关系为 r= ρ •g,导出ρ =r/g。

在(2-1)中使用这一关系,得到