1.1.研究背景

岸边集装箱起重机（简称岸桥）是在岸边工作，专门装卸集装箱的专用起重机，其主要服务对象是运输集装箱的船舶，故侧面形状像一个悬臂梁。

岸边集装箱起重机由起升机构、俯仰机构、运行小车系统、大车行走机构、应急机构等组成。起升机构是岸桥三大系统之一，实现集装箱或吊钩横梁升降运动，是岸桥最主要的工作机构，包含起升绞车、联轴器、制动器、减速器等部件。俯仰机构是岸桥三大系统之二，实现前大梁绕大梁绞点作俯仰运动。电动机通过联轴器、减速器等传动机构驱动钢丝绳卷筒实现前大梁俯仰。运行小车系统是岸桥三大系统之三，实现集装箱或吊具和上架作水平往复运动，包含运行小车总成、运行小车驱动机构，小车钢丝绳卷绕和安全保护装置等。大车行走机构可以实现整机沿着码头前沿轨道作水平运动。大车行走机构由4组行走台车组成，行走台车通过中间平衡梁、大平衡梁再与门框的下横梁铰接。应急机构的作用主要是当码头高压断电，或电控系统出现故障时，利用码头备用交流电源，通过手动的联接方法，将应急机构联接到原有的驱动机构上，使岸桥脱离作业位置，回到停机安全位置。此外，岸桥起重机上还有安全钩装置、托绳装置、机器房和附属设备等。

岸边集装箱起重机由于外伸距的不同，分为小巴拿马型、标准巴拿马型，超巴拿马型和特大超巴拿马型岸边集装箱起重机。巴拿马运河最窄处32.7米，航运界习惯上称船宽32米左右，能通过巴拿马运河限宽的船为巴拿马型船舶。而超过此值的船舶，成为超巴拿马型船舶。能对超巴拿马型船舶进行装卸的岸桥，就称为超巴拿马型岸桥。因此，外伸距大于40米的岸桥习惯上就称为超巴拿马型岸边集装箱起重机，而外伸距大于65的岸桥则称为特大超巴拿马型岸边集装箱起重机。

集装箱运输船舶的大型化，特别是超巴拿马船型的发展，对岸边集装箱起重机提出了更新更高的要求：一是提高起重机的技术参数，起重机速度参数高速化，外伸距、起升高度增大，吊具下额定起重量提高；二是开发设计高效率的岸边集装箱装卸系统，以满足船舶大型化对起重机生产率的要求。个别码头还利用岸桥的大跨距和大后伸距直接进行堆场作业。

岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代，科技含量越来越高，正朝着大型化、高速化、自动化、智能化、高可靠性、长寿命、低能耗、环保型的方向发展：

(1)高参数和大型化

首先，额定起重量成倍增长。吊具下的额定起重量逐步从30.5t增大到65t；其次，外伸距越来越大。随着集装箱船的不断大型化，船宽已从第3代巴拿马集装箱船的13排增大到现在超巴拿马船的14～24排箱。集装箱船舶的大型化，使其宽度由载箱量600～1000箱时的26～28m增大到现在载货6000～8000箱的45m，几乎增大一倍。岸桥的外伸距也由32m逐渐增大到了现在的65m，将来会增加到70 m，以适应24排的所谓马六甲型船的需要；并且，轨上的起升高度越来越高。巴拿马岸桥的轨上起升高度通常为27m以下，超巴拿马岸桥在27m～36m之间，而现在则要求达到40m。起升高度的大幅增大，将导致岸桥金属结构强度、刚度、疲劳等方面出现的一系列新问题，尤其是司机视线的恶化和因自重加大要求码头承载能力的大幅提高。因此，因岸桥安装在码头前沿，对抗风载必须有特殊考虑；最后，自重越来越大。岸桥的自重，已从常规巴拿马型的600～800t，增大到现在超巴拿马型的1200～2000t。

(2) 高速化

首先，起升速度大幅增加；其次，小车速度大幅增加；并且，双箱吊具作业。双箱作业新型吊具的应用，使每次能同时装卸2个20 '的集装箱，效率平均提高25%以上；最后，双小车双箱吊具作业。双小车系统是在现代高技术基础上的双小车系统。该系统采用前后两个小车。前一个小车有司机操作，承担船与转接平台之间的集装箱搬运；后小车无司机，完全自动地实现集装箱在转接平台与AGV系统(自动拖运架)之间的搬运，转接平台设在岸桥上距船最近的海侧下横梁上。因此，效率大为提高，理论上可达55至60个循环，折合80～100 TEU/h。

1.2.研究目的及意义

目前，岸桥是全球各大港口用于装卸集装箱的主要机械设备，在港口作业中起到至关重要的作用。随着经济的发展和起重机设计能力的提升，保证岸桥工作的安全和连续已经是各大港口关注的重点问题。岸桥在作业过程中发生故障，不仅会威胁到港口工作人员的生命安全，也会造成企业巨大的的经济损失。岸桥结构设计在整个岸桥设计过程中占很大比重，其结构的承载能力是岸桥的主要性能参数。金属结构是大型岸桥最主要的部分，对岸桥的成本和性能都有很大的影响。

岸桥的结构可视为空间杆梁混合结构，结构复杂，计算工况多，设计时变量也多，例如不同的构件及各构件的不同部分有不同的梁高、梁宽、板厚等。在结构设计中，始终贯穿着三维建模。目前在国内外使用三维建模的目的有很多：

(1)用ANSYS软件为工具，对岸桥金属结构进行参数化建模及有限元分析，并在此基础上参数化提取计算结果，利用ANSYS提供的优化方法对岸桥结构进行优化设计，以求得到具有良好性价比的岸桥金属结构尺寸模型。

(2)对岸桥起重机结构进行有限元建模，对模型进行简化和约束处理，在此基础上就岸桥起重机系统进行模态和动态响应分析，对避免岸桥起重机在工作频率范围上产生共振现象及限制岸桥起重机在动载时产生过大动变形有实际意义。

(3)应用ADAMS提供的建模工具，充分利用其参数化建模功能，建立岸边集装箱起重机的参数化几何模型，并对其进行虚拟样机仿真试验分析。这样只需修改相关参数便可对一系列相同类型的岸桥进行动力学分析，优化设计参数，大大提高设计效率。

(4)建立由Pro/E人机交互软件系统与岸桥起重机三维模型样机组成的岸桥起重机快速建模仿真系统。该系统可以实现人机交互式操作，利用人机交互对话框显示模型各特征尺寸值，通过修改尺寸值，快速生成新的门式起重机三维模型图。

(5)应用有限元分析、Visual Basic语言、参数化二次开发技术等现代设计理论与方法，对岸桥结构进行了系统性研究，编制实用的参数化有限元分析软件，可解决效率低下、缩减研发周期的问题，对大型岸桥结构设计具有非常强的实用性。

(6)利用编制的参数化有限元分析软件,对岸桥进行结构静强度、刚度和稳定性分析,在分析疲劳破坏特征的基础上,论述抗疲劳设计准则与抗疲劳设计方法，进行结构疲劳校核。

(7)应用虚拟现实技术模拟大型起重机及其钢结构的虚拟物理模型并有效应用于教学当中，使学生产生身临其镜的感觉。构建岸桥结构的虚拟起重机模型，最终实其在起重机钢结构设计与制造课程教学中的实践应用，保证在该课程教学中学生身临其境的沉浸感。

第一～二周：文献检索、阅读、外文资料翻译；

第三周：撰写开题报告；

第四～七周：总体设计计算及总图绘制；

第八～十三周：结构设计、三维建模及绘制施工图纸；

第十四周：整理、提交设计资料；

第十五周：毕业答辩。