1. 研究目的与意义（文献综述）

如今码头大型化，专业化的发展同时也对码头前沿的接卸设备提出了更多更高的要求，而且随着科学技术的不断进步和港口设备制造业设计，制造水平的不断提高，散货码头卸船设备也在不断的更新换代。目前大多的港口卸船设备为桥式抓斗卸船机和链斗式连续卸船机。 桥式抓斗卸船机与连续卸船机相比，虽然在环境保护，整机自重以及作业效率系数等方面处于劣势，但其在对物料和船舶的适应性，运营成本以及避免由波浪引起的船舶颠簸对卸船机的损伤等方面，却具有联系卸船机无法取代的优势。因此，桥式抓斗卸船机在成型卸船机市场中占有相当大的比重［2］。

1.1主要结构和工作原理
抓斗卸船机根据小车结构型式的不同分为自行小车式、钢丝绳主副小车式、机械差动四卷筒牵引式和电差动四卷筒牵引式等我们主要讨论技术先进、市场份额大、性能稳定可靠、应用广泛的机械差动四卷筒牵引式抓斗卸船机［6］。抓斗卸船机的主要机构有: 起升开闭及小车牵引机构、俯仰机构、大车行走机构，绕绳系统包括起升、开闭、小车牵引钢丝绳绕绳和臂架俯仰钢丝绳绕绳。起升、开闭钢丝绳及小车牵引(三合一) 钢丝绳分别经起升、开闭四个卷筒，经机房滑轮组、海侧陆侧改向滑轮组、主小车滑轮组后，在抓斗上固定。还有防止主钢丝绳下垂的托绳小车缠绕系统，以及含漏斗及给料设备在内的卸料系统及其他辅助机构和设备。
其工作原理是: 原煤或矿石经3.5-40万吨级散货远洋运输船舶运至码头，由卸船机小车上的抓斗从船舱抓取物料，然后由小车运至装在卸船机门架上的料斗上方，将物料卸入料斗。物料由料斗出口处的振动给料器槽口 (或带式给料机)排出，再经由可切换的分叉漏斗 (或移动小车)有选择地送到安装在码头上的两条或多条地面带式输送机中的其中一条上，再将物料输送到其他带式输送机，水平输送至堆场。卸船机的抓斗在向料斗卸料时，会产生大量粉尘，所以卸船机通常配有防尘装置，除尘技术主要有干式除尘和湿式除尘两大类，卸船机上普遍应用的是喷淋洒水除尘，通过料斗四周的防尘挡板以及喷水系统来完成除尘。

1.2抓斗卸船机的特点
抓斗卸船机的优点［5］:
1) 作业弹性佳，适应性广泛，更换抓斗可适应不同密度和颗粒的散装货。
2) 机型成熟，广泛用于海港散货卸船，其构造简单，可靠性强。
3) 取料抓斗构造简单，维护保养工作量小且简单。造价也较连续式卸船机低廉。
4) 卸有腐蚀性散货时有特殊的优越性。
5) 对散货颗粒大小适应性强，大于 300 ～800mm 也可以抓取。
6) 对散货船的各种舱口适应性好，不受潮位落差的影响。
抓斗卸船机的缺点［12］:
1) 抓斗及牵引抓斗移动的钢丝绳较易磨损。
2) 因为间歇式卸料，与连续式相比作业效率较低。
3) 作业时抓斗内物料易产生粉尘 (此为最主要缺点)。
4) 对于小型船的船舱，由于抓斗重，操作须小心，而对于大中型海轮则无此问题。
5) 相同生产率，自重大于连续式卸船机，对码头的承压有较高的要求。

1.3桥式抓斗卸船机的应用概况
尽管全球海上运输量不断增长 ,但散货运输量的增长速度要比集装箱缓慢得多，因此散货卸船设备的需求量远不及集装箱装卸机械。但是由于进口业务量的递增，据不完全统计，近十年桥式抓斗卸船机的需求量还是比前一个十年增加约 3. 5倍，一般每年在 60 至 100 台之间。表1为十年来桥式抓斗卸船机额定额定生产率分类统计表［8］，由表格可知，1000-2000t/h的抓斗卸船机应用最多，安装最多，综合适应性最好，我们设计的1500t/h的桥式抓斗卸船机便是属于这个范围［5］。

交机年份	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	合计
1000t/h以下	17	18	14	15	18	9	25	23	28	15	182
1000-2000t/h	24	36	16	32	32	43	21	21	53	29	321
2000t/h以上	11	10	7	9	17	6	18	22	10	30	140
合计	52	64	37	56	67	58	64	80	91	74	643

1.4桥式抓斗卸船机的新发展
1.4.1小车型式
主要为四卷筒牵引式小车，四卷筒牵引式小车方案最初由 Caillard公司提出，现在大致已经发展成熟。图1为四卷筒牵引式小车钢丝绳缠绕系统。图2为传动机构示意图。

如今比较新颖的发展为Konecranes VLC Corp最近开发了一种新的四卷筒牵引式小车。使用四个变频调速电机分别驱动两个起升卷筒和两个开闭卷筒 ,通过电气系统的控制来实现起升卷筒和开闭卷筒的同步 ,避免了使用常规的四卷筒牵引式小车上的构造复杂的行星齿轮减速器。 这一改进降低了四卷筒牵引式小车的成本 ,获得了以交流电机取代直流电机的好处 ,同时也达到了实现单个卷筒的独立转动 ,方便快速地完成单个卷筒上钢丝绳的更换的目的［13］。

1.4.2 卸船机现代化自动化发展
随着交流变频调速技术取得突破性的进展，交流变频调速控制系统可以实现与直流调速控制系统一样的功能，可以有效控制电机的转矩和速度。因为交流电动机维护简单，造价低，交流变频调速控制系统在 2000 年之后逐步在卸船机电气控制获得广泛采用，尤其是采用 PWM 整流器(AFE) 多传动系统后，能实现能量回馈、电网无高次谐波污染和高功率因素特性，使大型卸船机具有了节能、电网无高次谐波污染、控制系统简单等特点［4］。
如今的卸船机控制系统结合了变频控制与 PLC控制器技术，采用现场总线或工业以太网以及无线通讯技术，通过人机界面 (如触摸屏) 设备及时反映卸船机的运行情况和故障报警，使其控制系统有网络化和智能化特点。卸船机监控诊断系统中带有 “黑匣子”，可以查到故障发生前后卸船机的工作状态。也有装备 4G 无线远程监控系统，远端采集 PLC 系统数据，远程监控和维护。逐步减轻了操作人员的劳动强度，提高卸船效率，并保证卸船机操作安全。
而卸船机的全自动运行操作控制技术也在发展中，上海罗泾港全自动化散货码头项目中有装有 ABB 激光扫描器的卸船机，成为全球第一台全自动卸船的卸船机。西门子公司 Simotion D 电气控制系统中同样也有卸船机全自动控制的技术。全自动操作控制技术仅在少量工程上尝试应用，受制于舱内粉尘、料堆不规则、检测技术等条件，该技术还在不断的发展和改进中。上海港基本已经建成全自动化集装箱码头，散货码头的全自动化也逐步实现［13］。
1.4.3卸船机的功能多样性、环保、高效需求
随着港口发展，接卸物料、客户需求的多样化，要求卸船机向多功能方向发展。2000 年以来出现了装卸船一体机，如前卸、前装，节约码头资源和不同物料，前卸、后装，节约转运能耗。出现了接卸散货和装卸件杂货、集装箱、废钢等功能合一的卸船机和将地面部分能移至卸船机上的带校验装置和计量系统的卸船机。这些具有多样化功能的卸船机的出现为客户提高码头利用率带来可能［10］。
为了满足客户对环保要求的日益提高，卸船机降尘抑尘技术也需不断改进。各制造厂家和用户均极其关注料斗和出料系统的降尘和抑尘设施，想方设法利用各种技术减少抓斗卸料、料斗出料过程的粉尘溢出。目前多数是采用水雾降尘和合适的三面挡风板高度技术，有少量采用干雾降尘和合适的三面挡风板高度技术，在易扬尘的物料中也有采用负压吸尘加布袋除尘系统降尘的技术。减少抓斗卸船过程中的粉尘溢出，越来越受到各方的重视，也是未来重点攻克的技术难题。高效、节能。

1.5 三维建模的优势和发展
三维建模给人以更强烈的视觉刺激，震撼程度远远高于二维画面。有了物体的三维数据，可以产生任意视图，视图间能保持正确的投影关系，这为生产工程图带来了方便。此外还能生成透视图和轴侧图，这在二维系统中是做不到的；构造模型的数据结构简单，节约计算机资源；学习简单，是人工绘图的自然延伸。随着先进的数字化仪器及设备不断投入实际应用, 计算机辅助下的三维建模技术已经从最初费时费力的基于几何的手动建模, 发展到包括三维扫描仪、基于图像的建模与绘制(IBMR)等多种方法在内的三维建模。 建模对象也从简单的几何体建模, 发展到比较复杂的人脸、肢体、发丝等建模 , 甚至是流体的模拟［16］。随着三维建模在各个领域研究与应用的不断扩大和深入，了解熟悉并掌握基础的三维建模是我们应有的技能和素质
三维建模以前多用于机器人导航和视觉检测, 现在则越来越多地应用于视觉模拟、虚拟现实、计算机游戏、艺术与电影等领域。 近年来, 三维建模技术的应用领域扩展到了建筑、历史文化遗产保护、零部件的设计与制造、生物医学工程等领域。三维建模技术在计算机软硬件、光学等技术与设备的不断发展与促进下, 已经得到快速的发展。 零部件的设计与分析、生物医学工程等领域的需求, 促使三维建模技术在精度上不断提高;历史文化保护、电影及艺术等领域,又对三维建模技术的真实感表现提出了更高的要求。 另外,在建模时也更趋向于使用简单的设备和过程, 来满足不同应用层次的需求。 三维建模技术研究, 应该由现在不断追求具有更高精度、看起来更加真实的静态模型, 发展向未来能够模拟现实世界各个对象间相互作用的动态模型, 进而更加有效地辅助人们探索事物发展规律的研究［1］。高效节能、低故障率是卸船机适应未来船运发展的方向。

1.6 结论和意义
综上所述，随着船舶大型化和日益增长的散装物料运输量的需求，新建码头、配置机型也趋向大型化，也促使桥式抓斗卸船机的技术不断进步与提高，其适用能力不断得以加强。运用先进，安全可靠的技术，根据要求和具体的使用，初步体验和学习桥式抓斗卸船机的设计，更好的掌握本专业所学的基本知识，锻炼自主设计能力，丰富见识，增长对专业相关知识的认知。同样，了解和熟悉发展迅速的三维设计内容也尤为重要，三维与平面设计的转换，设计的多种模式。既是一名当代大学生应具有的基本素质，也是机械专业拥有的基本技能，熟练掌握便显得尤为重要。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 设计的基本内容
本设计是以1500t/h的抓斗卸船机为主体，进行其陆侧的立柱设计，并进行三维建模。
课题的主要设计工作为
（1）查阅资料，了解桥式卸船机的发展状况和三维建模设计的意义等
（2）根据设计要求和给出的数据，查阅论文和设计书，提出整体的设计方向和大致结构构造，进行总体布 置，完成总体计算
（3）记录整合数据，根据给出的要求的数据，进行设计计算，确定各个结构的具体使用和准确计算数据， 绘制总体方案图和完成总体设计计算 说明书
（4）完成陆侧立柱的设计计算和建立其三维模型
（5）三维模型的基础上生成陆侧立柱的二维施工图
2.2 设计的目标
设计的目标是通过查阅资料，计算和绘制设计图。完成总体布局的二维平面图，根据设计要求和数据完成对1500t/h的抓斗卸船机的陆侧立柱设计和三维建模，并将其转化为二维施工图。完成设计说明书并进行答辩。
2.3 技术方案及措施
本设计主要为理论分析设计，运用设计模拟软件进行总体机构的模拟分析最后生成二维施工图
技术方案：
（1）文献查阅和理论分析。运用学校所购买的资源和图书馆进行查阅
（2）学习熟悉AUTOCAD和SolidWorks 等软件
（3）进行总体的设计计算，参考机械设计手册，起重机设计手册和下发的模板
（4）完成总体布局CAD图。运用AutoCAD软件进行绘制
（5）进行陆侧立柱的三维建模和实验分析。采用SolidWorks软件。
（6）结果分析和完成二维施工图。同样使用solidworks软件。
（7）完成设计说明书。主要采用word文档的形式
AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）：Autodesk（欧特克）公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。
SolidWorks：SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。广泛应用于航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等领域。

3. 研究计划与安排

完成任务的时间节点：
（1）第一~二周：文献检索，阅读，外文资料翻译;
（2）第三周：撰写和审阅开题报告
（3）第四~七周：总体设计计算及总图绘制；
（4）第八~十三周：机构设计，三维建模及绘制施工图纸;
（5）第十四周:整理，提交设计资料；
（6）第十五周：毕业答辩

4. 参考文献（12篇以上）

［1］ 栾悉道.三维建模技术研究发展［C］． 计算机科学，2008（35）．
［2］ 林星铭 . 港口散货卸船机选型分析［D］． 上海: 上海交通大学，2007．
［3］ 张建国 . 2 500 t/h 桥式抓斗卸船机［C］． 上海机械工程学会物料搬运学会论文，1999．
［4］ 周铁梁 . 电气差动卸船机电气控制系统同步功能研究［J］． 港口装卸，2010 (1)．
［5］ 马文舒,林金栋，张建国.桥式抓斗卸船机的发展与现状分析. 起重运输机械，2014（11）.
［6］彭传圣，范翠玉. 桥式抓斗卸船机的新发展. 港口装卸，1999（3）.
［7］丁涛，张志鹏.散货码头装卸作业线机械设备配置优化研究［J］.物流技术，2016.35（5）.
［8］郝俊辉.港口散货机械设备的发展趋势及关键技术［J］.山东工业技术，2018，17（13）.
［9］魏恒州.我国散粮码头装卸工艺研究.港工技术，2001,12（4）
［10］邹胜，高飞.卸料装卸船机的发展.起重运输机械，2005（8）
［11］吴山.散货码头装卸作业线机械设备配置优化研究［J］.化工设计通讯，2017，43.
［12］杜涛祖.两种卸船机的特点及布置方案对比.港口装卸，2011（3）。
［13］Grab Unloaders Shape Up for the Future , World CargoNews ( Feb. 1997)
［14］Congdon, William J . Marine Corps Gazette . The LAN and the MPF ship offload. Quantico Vol. 78, Iss. 9, (Sep 1994): 68-69
［15］Asia Pacific Dominates Mineral Bulk Unloader Demand,International Bulk Journal. Vol. 16 No. 7 (1996)
［16］Castellani U, Fusiello A , Murino V , Papaleo L , Puppo E, Pit-tore M .A complete system for on-line 3D modelling from acousticimages.Signal Processing :Image Communication, 2005, 20:832～ 852