摘 要

本次设计主要研究1500t/h桥式抓斗卸船机海，陆侧上横梁的相关内容，分析其整体（前大梁水平和仰起状态）在轨道运行方向以及在各种工况风载荷作用下的受力状况（风垂直于轨道和风平行于轨道两种情况），验算其轮压和稳定性是否符合规定的标准。对海，陆侧上横梁的各组成部分进行分析，在了解其结构的基础上选取合适的尺寸对其进行三维建模并组合成装配体，计算横梁截面特性，使用许用应力法对结构的强度，刚度及稳定性进行验算，为抓斗卸船机的设计提供理论参考。

关键词：抓斗卸船机；受力分析；三维建模；受力验算

Abstract

This design mainly studies the related contents of the sea and land side beams of 1500t/h bridge grab ship unloader，analyzeThe force acting on the whole (horizontal and elevation of the front girder) in the track direction and under various wind loads (wind perpendicular to track and wind parallel to track) ，Check whether its wheel pressure and stability meet the required standards.Analysing the components of the cross beam on the sea and land side，on the basis of understanding its structure, choose the appropriate size to build its three-dimensional model and assemble it into an assembly.The strength, stiffness and stability of the structure are checked by allowable stress method for the design of grab ship unloader.

Keywords：Grab ship unloader; Force analysis; Three-dimensional modeling, force checking.

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外发展现状 1

1.3 抓斗卸船机的组成及工作过程 2

第2章 轮压及整机稳定性计算 3

2.1基本参数计算 3

2.1.1 符号说明 3

2.2金属结构部分 3

2.2.1门框 3

2.2.2金属结构固定部分 4

2.3整体固定部分 5

2.4前大梁总成 7

2.4.1大梁水平 7

2.4.2前大梁仰起 7

2.5整机重量及重心 8

2.5.1前大梁水平 8

2.5.2前大梁仰起 9

2.6小车总成 10

2.6.1小车在最大前伸距 10

2.6.2小车在停机位置 10

2.6.3小车在后大梁最大后伸距处 11

2.7风载荷计算 12

2.7.1风垂直大车轨道 12

2.7.2风平行大车轨道 15

2.8稳定性验算 18

2.8.1静载工况 18

2.8.2 动载工况 18

2.8.3在停机位置，大梁仰起，带空抓斗 19

2.8.4钢丝绳破断时的稳定性 20

2.9轮压验算 20

2.9.1 工作状态，工况1 20

2.9.2工作状态，工况2 20

2.9.3非工作状态，工况1 21

2.9.4非工作状态，工况2 21

第3章陆侧上横梁设计计算 22

3.1箱型梁截面主要尺寸的确 22

3.1.1.横梁高度 22

3.1.2腹板厚度 22

3.1.3横梁宽度 23

3.1.4翼缘板厚度 23

3.2载荷计算 23

3.2.1自重载荷PG 23

3.2.2.起升载荷PQ 23

3.2.3起升冲击系数φ1 23

3.2.4.起升载荷动载系数φ2 24

3.2.5运行冲击系数φ4 24

3.3陆侧上横梁截面几何性质的计算 24

3.3.1截面面积A 24

3.3.2截面形心计算 24

3.3.3截面形心惯性矩计算 25

3.3.4截面抗弯模量计算 25

3.3.5截面静矩计算 25

3.4.横梁受力简图 26

3.5.横梁强度，刚度及稳定性的验算 26

3.5.1陆侧上横梁弯矩图/剪力图 27

3.6陆侧上横梁强度计算 30

3.6.1基本许用应力的计算 30

3.6.2主梁危险截面正应力验算 30

3.7陆侧上横梁剪应力计算 31

3.7.1许用剪应力计算 31

3.7.2陆侧上横梁危险截面剪应力验算 32

3.8 陆侧上横梁刚度计算 33

3.8.1 许用挠度计算 33

3.8.2 陆侧上横梁静度计算 33

3.9陆侧上横梁稳定性计算 34

第4章海侧上横梁的设计计算 36

4.1截面几何性质的计算 36

4.1.1截面形心计算 36

4.1.2截面形心惯性矩计算 36

4.1.3截面抗弯模量计算 37

4.1.4截面静矩计算 37

4.2横梁受力简图 37

4.3海侧上横梁弯矩图/剪力图 38

4.3.1小车位于海侧前伸距时 38

4.3.2小车位于海侧上横梁正下方时 39

4.3.3小车位于陆侧上横梁正下方时 40

4.3.4小车位于陆侧后伸距时 41

4.4海侧上横梁强度计算 42

4.4.1基本许用应力的计算 42

4.4.2主梁危险截面正应力验算 42

4.5陆侧上横梁剪应力计算 43

4.5.1许用剪应力计算 43

4.5.2陆侧上横梁危险截面剪应力验算 43

4.6 陆侧上横梁刚度计算 45

4.6.1 许用挠度计算 45

4.6.2 陆侧上横梁静刚度计算 45

4.7 陆侧上横梁稳定性计算 46

第5章 海陆侧上横梁三维建模及工程图绘制 47

5.1二维图纸的绘制 47

5.2三维建模的建立 47

5.3 海陆侧上横梁建模过程 47

第6章 抓斗卸船机的经济性和环保性分析 48

6.1 经济性 48

6.2 环保性 48

参考文献 49

总结 50

致谢 50

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

近年来，各行业对散货物料的需求量日益增大，在常规的运输方式中（公路，铁路，水路，航运，管道等），水路运输的速度和效率位居前列，这就使得众多的港口码头改变了自身的发展方向，将传统的多用途码头转变为向各种专用码头的方向发展^［1］。例如红土镍矿装卸的专业码头考虑到红土镍矿的物料特性（易扬尘）以及散货物料装卸过程中的需求和特性，建立了一套完善的针对红土镍矿装卸及转运的系统，通过各环节协调配合，减少装卸过程中洒落物料造成的损失，降低了其在物流运输方面的花销^［10］。在此背景之下，作为主要用于装卸散货物料的桥式抓斗卸船机自然成为了各港口码头关注的焦点。

1.2国内外发展现状

我国桥式抓斗卸船机的发展主要分为三个阶段^［3］，

20世纪90年代之前，我国的卸船机主要以小型化为主，限制于当时的科学技术水平，大型卸船机依赖于从国外公司进口。

20世纪90年代，随着我国港口运输技术的发展，国产化大型港口卸船机开始逐渐大规模投入使用，逐步摆脱依赖进口的局面，和国外的大型桥式卸船机形成竞争之势。

21世纪至今，我国的港口桥式卸船机技术和国外先进卸船机技术之间的差距越来越小，其性能能够满足各类客户的需求，能够安全高效地完成各类装卸任务，与此同时，国产的桥式卸船机也开始向其他国家出口，开启海外市场。

进入21世纪以来，我国自主研发的港口散货装卸机械在金属结构设计制造，设备的制作及安装，性能优化和售后服务等环节都有了较为显著的提高，我国现阶段的港口散货装卸运输设备虽然取得了一定的进步，发展到了一个新的层次，但是由于发展时间相对较短，机械设备的技术水平，结构优化措施，功能技术测试等众多方面还未能完善，与世界上的顶尖技术存在一定差距，有较大的提升空间。在今后的十数年内，港口抓斗卸船机将会继续朝着，整机大型化，操作自动化和设计环保化的方向发展^［7］。

整机大型化 指卸船机的每小时装货或卸货吨数达到现代货物流通的指标，国外对于25万吨级的散货物料运输船，要求卸船机要在24小时内将其卸完，对卸船机卸货能力要求的提高不仅仅局限于卸船机自身，港口码头相应的配套设施也需要进行相应的“大型化”，例如负责后期输送及堆货的运输车等机械，其应具备的装料能力都会有相应的提高。同时由于卸船机的大型化趋势，在内河航运和海运中使用的散料运输船的规模也相应的需要提升。

操作自动化 抓斗卸船机根据其工作时对人工依赖程度可划分为三种类型：手动，半自动和全自动三种^［4］。现阶段最常见的类型为半自动卸船机，抓斗半自动开闭，电机系统操作总动作，操作人员进行细节操作及危险情况处理。全自动卸船机则是通过计算机模拟系统模拟抓料卸料的全过程，再通过计算机发送指令，由机构部分执行命令完成规定步骤，但是因为卸船机的自动化程度目前达不到完全脱离人工操作的程度，全自动卸船机投入应用还有很长一段路要走^［8］。

设计环保化 为符合当前社会发展及环境保护要求，桥式抓斗卸船机在设计过程中就需要着重考虑环保问题，抓斗卸船机在工作中最容易发生的环境问题即是装卸过程中的扬尘问题。目前较为常见得的方式主要为湿式除尘，在抓斗上加装喷雾器，料斗四周则喷淋加水和采用合适的周围挡板（三面挡风板）来降尘防尘。

1.3 抓斗卸船机的组成及工作过程

桥式抓斗卸船机作为一种常见的散料装卸设施，在我国的各类大小港口均有着广泛的应用。桥式抓斗卸船机主要有金属结构部分，起升/开闭机构，大车行走机构，小车牵引机构，俯仰机构，料斗，悬臂挂钩，电气控制系统等组成^［2］。卸船机工作时，抓斗下降，从货船船舱内抓取需要运输的物料，之后小车沿着大梁上的轨道行走到料斗正上方，开启抓斗，物料落到料斗中，经由带式或者振动给料器输送给下方码头的带式运输机。之后小车带着卸空物料的空抓斗沿着前大梁方向运行至船舱正上方进行下一个工作循环。

第2章 轮压及整机稳定性计算

2.1基本参数计算

2.1.1 符号说明

本章所使用的部分符号及其表示的意义

G- 重量

H-重心距地面的高度

Xw-重心距海侧的距离

Xl-重心距陆侧的距离

轨距

Ws-海侧轮数

Ls-陆侧轮数

WS-海侧基距

LS-陆侧基距

2.2金属结构部分

2.2.1门框

表2.1 门框部分

陆侧重力矩=结构或机构自重*重心距陆侧的距离

G*Xl = G * Xl (2.1)

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