摘 要

为完成2500吨/小时桥式抓斗卸船机主体结构及梯型架设计，本文完成了对桥式抓斗卸船机主体的CAD图纸表达，包括主题金属结构以及钢缆卷盘、司机室、抓斗、发动机、机器箱等在内的其他金属结构的CAD图纸表达。完成了梯型架部件的CAD工程图表达，以及梯型架结构的SOLIDWORKS三维建模表达，涉及到了包括角钢等标准件在内的数十种三维模型的建立。以及完成了对卸船机主体结构的轮压验算、梯型架部件结构的强度、刚度、稳定性验算。在此过程中，遇到并解决了涉及到许多CAD软件绘图、SOLIDWORKS软件三维建模、数据处理计算等方面的问题，收获了工程设计的宝贵经验，提升了工程软件的运用熟练度，为今后工作与学习方面打下了坚实的基础，让我们以起重机为媒介，对整个机械行业有了初步的窥探。

关键词：抓斗卸船机；梯型架；绘图；三维建模；数据处理

Abstract

In order to complete the design of main structure and ladder frame of 2500 tons/hour bridge grab ship unloader, this paper completes the CAD drawing expression of main body of bridge grab ship unloader, including the theme metal structure and other metal structures such as steel cable reel, driver's cab, grab, engine, machine box, etc. The expression of CAD engineering drawings of ladder frame components and SOLIDWORKS three-dimensional modeling of ladder frame structure are completed, involving dozens of three-dimensional models including standard parts such as angle steel. The checking calculation of the wheel pressure of the main structure of ship unloader, the strength, stiffness and stability of the ladder frame components are completed. In this process, we have encountered and solved many problems involving CAD software drawing, SOLIDWORKS software three-dimensional modeling, data processing and calculation, and gained valuable experience in engineering design, improved the application proficiency of Engineering software, laid a solid foundation for future work and learning, let us have a preliminary view of the whole machinery industry with crane as the medium. Explore.

Key Words: Grab ship unloader；Ladder frame；blueprint drawing;；3D modeling；data processing

目 录

第一章 绪论 6

第2章 整体轮压及稳定性计算 8

2.1 符号说明 8

2.2 设计条件 8

2.3 金属结构设计参数 8

2.3.1 门框结构整体设计参数 9

2.3.2金属结构固定部分设计参数 9

2.4 整机固定部分设计参数 10

2.5 前大梁总成设计参数 11

2.5.1 大梁水平状态下 11

2.5.2 大梁仰起状态下 11

2.6 整机重量及重心设计参数 12

2.6.1 前大梁水平状态下 12

2.6.2 前大梁仰起状态下 12

2.7 小车总成部分设计参数 13

2.7.1 小车在最大前伸距状态下 13

2.7.2 小车在停机位置状态下 13

2.7.3 小车在最大后伸距状态下 13

2.8 风载荷计算 14

2.8.1 风向垂直于大车轨道时 14

2.8.2 风平行于大车轨道时 16

2.8.3 风向与卸船机呈一定角度时 18

2.9 稳定性计算 19

2.9.1 静载情况下 19

2.9.2 动载情况下 20

2.9.3 小车在停机位置大梁仰起空载非工作风压 21

2.9.4 钢丝绳破断时的稳定性计算 22

2.10 轮压验算 23

2.10.1 工况1 23

2.10.2 工况2 24

2.10.3 工况3 24

2.10.4 工况4 25

2.10.5 工况5 25

2.10.6 工况6 26

2.10.7 工况7 26

第3章 抓斗卸船机强度、刚度、稳定性验算 28

3.1 设计任务及要求 28

3.2 计算简图 28

3.6 梯型架危险截面的强度验算 34

3.6.1 正应力计算 34

3.6.2 剪应力计算 34

3.7 梯型架的刚度验算 35

3.8 稳定性验算 35

第4章 梯型架三维建模 37

4.1 梯型架上横梁三维模型 37

4.2 梯型架支撑部分三维建模 39

4.3 滑轮组基座三维建模 40

第5章 经济环保性分析 43

5.1 经济性分析 43

5.2 环保性分析 43

第6章 结论 45

致 谢 45

参考文献 46

第一章 绪论

随着全球的经济增长，全球的运输产业逐年发展，随之而来的是对货物运输以及装卸产业的极大需求。对于货物的装卸环节，大型机械设备在港口装卸当中的应用越来越广泛，而在各种类型的大型装卸机械当中，抓斗卸船机作为最基本的装卸机械，发挥了不可替代的作用。目前，在我国桥式抓斗卸船机广泛应用于港口、电力、建材、冶金等行业，是一种成熟、安全、高效的卸船设备^[1]。桥式抓斗卸船机的主要工作原理是通过钢丝绳悬吊的抓斗将船舱内的散料货物抓取至料斗上方，然后通过控制抓斗开闭将货物卸入装料料斗内，重复上述动作以完成散料的装卸。近些年来，连续卸船机逐渐在港口发展，虽然相比于抓斗卸船机具有效率高，对环境污染小，整机自重小等优势，但抓斗卸船机的稳定性，低成本，操作简单适应性强等优势是连续卸船机无法取代的。对于桥式抓斗卸船机，它具有较高的物料装卸效率，由于它的简单结构，维修成本和维修难度较低，且在港口有数十年的使用历史与经验，同时，由于抓斗的封闭式结构，能够有效避免在散料运输过程当中对环境的污染，所以，抓斗卸船机在港口的使用十分可靠。因此，我国港口方面对桥式抓斗卸船机的需求逐年增长。

随着科技的不断发展，全球对装卸量的需求大幅上升，于是，港口对大型装卸起重机的装卸吨位有了更高的要求，各种大型机械应运而生，其中，作为最基本的起重机械，桥式抓斗卸船机也在逐渐大型化，重型化。目前，已经投入运营的有额定卸船能力为3500吨/小时的大型桥式抓斗卸船机，另外，近些年由上海振华重工企业研发的额定卸货能力为3800吨/小时的连续链斗卸船机也投入运营。在起重机械研发制造方面，我国由上海振华重工领导，已经超越了国际上所有起重机制造厂商，成功取代进口起重机，同时还出口到世界上多个国家与地区。而作为其中适应性最强的桥式抓斗卸船机，它在适应各种港口环境的同时，它的规格在不断的发展与完善，从500吨/小时到3500吨/小时不等，能够很好的适应大多数船型的卸货需求。

随着抓斗卸船机对各种机型需求的增大，对其进行金属结构的基本设计显得尤为必要，本文将对2500吨/小时的桥式抓斗卸船机进行总体结构的CAD图纸表达，总体轮压的设计验算，梯型架结构的三维建模以及梯型架结构的强度刚度稳定性验算。

在对2500吨/小时桥式抓斗卸船机进行CAD图纸绘制时，本文将以正视图、陆侧视图进行结构表达。除绘制整体基本金属结构的CAD图纸外，还将对桥式起重机包含抓斗、机器房、司机室、卷筒、电动机、大车车轮、钢缆卷盘等在内的其他基本结构的CAD图纸绘制。

在对卸船机进行SOLIDWORKS三维建模时，本文将只对卸船机的梯型架结构进行细节上的表达。梯型架结构模型主要三部分构成：梯型架横梁结构、支撑结构、上部滑轮组基座结构。对这三部分进行分别建模时，将涉及到包含角钢等标准件在内的各种类型的零件数十种。将梯型架结构三维模型建立完成后，能够更加细节、立体的表达该结构的特征，进而加强对卸船机整体的认知。

在对卸船机整体结构进行轮压验算时，将计算各种工况数十种结构的重量、对海侧立柱与陆侧立柱的弯矩，进而将其所有结构造成的轮压进行整合验算，与安全轮压60t进行比较，若低于60t轮压将不必进行预设数据修改，若高于60t将对预设值进行重设，进而进行新的轮压验算。下一步将对整体结构进行风压验算，在风压验算时，同样将从各种工况对整体卸船机海陆侧轮压以及大车轨道水平侧向力进行数据验算。之后，将以梯型架为代表，对金属结构进行强度、刚度、稳定性验算，以确保卸船机金属结构部分的可靠性。

第2章 整体轮压及稳定性计算

卸船机轮压指的是卸船机大车车轮施加在大车轨道面上的垂直压力，在卸船机的设计、制造流程当中，卸船机运行机构以及金属结构等零部件的强度计算都是基于卸船机轮压之上的。同时，轮压的验算也为大车轮数和大车轨道的设计提供了依据。所以，轮压的大小验算对于卸船机来说有着重要的意义。

2.1 符号说明

下图以梯型架结构为例，说明本次计算所涉及的符号及含义：

图 2.1

G（t）——部件重量（t） H（m）——部件重心高度（m） X_w（m）——部件重心距海侧距离（m）

X_l（m）——部件重心距陆侧距离（m） 轨距L₁——26（m） 每侧轮数K——24（个）

基距L₂（m）——18（m）

2.2 设计条件

本次卸船机设计整机轮压及稳定性计算将在如下条件下进行：

前伸距L_q——48m 后伸距L_h——24m 起升速度——满载160m/min，空载200m/min

起升高度——轨上29m，轨下33m

大车行走速度——45m/min 小车行走速度——240m/min

俯仰时间——0-80度lt;7min 大车轨距——26m 小车轨距——4.5m

大车基距——18m

2.3 金属结构设计参数

在对桥式抓斗卸船机进行整体轮压计算时，其主要轮压来源为起重机金属结构部分，此部分占据了卸船机整体相对较多重量。所以在进行轮压验算之前，对卸船机金属结构部分进行设计参数的计算显得尤为必要。

卸船机金属结构各部件重心相对大车轨道平面力矩计算公式如下：

M_H=G*H （2.1）

卸船机金属结构各部件重心相对海侧立柱力矩计算公式如下：

M_W=G*X_w （2.2）

卸船机金属结构各部件重心相对陆侧立柱力矩计算公式如下：

M_L=G*X_l （2.3）

其中符号含义为：M_H——部件重心对大车轨道平面力矩

M_W——部件重心对海测立柱力矩 M_L——部件重心距陆侧立柱力矩

2.3.1 门框结构整体设计参数

表2.1 门框结构整体设计参数

2.3.2金属结构固定部分设计参数

表2.2 金属结构固定部分设计参数

2.4 整机固定部分设计参数

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