摘 要

本文首先对综合集装箱吊具的上梁结构进行相关的分析，在对结构与受力剖析的情况下完成CAD草图的绘制，完成对各加工构件尺寸以及加工要求的说明，并借助3D建模软件PROE，对各部分零件进行一个细致的分析研究以及模型的建立，确定相关构件的位置与装配关系。在完成模型的建立后使用有限元应力分析软件ANSYS对结构的强度以及刚度进行进一步的校核验算，得出综合集装箱吊具的上梁结构。

论文主要研究了目前市场上综合集装箱吊具的上架结构。

研究表明：并列排列的滑轮形式以及型钢可以带来吊具质量上的优化以及结构上的简化。

本文特色：介绍了目前投入运营的综合集装箱吊具的上梁的结构以及结构分析。

关键词：综合集装箱吊具；上梁；结构设计

Abstract

This article first to top beam structure of container spreaders, related analysis on the structure and stress analysis under the condition of complete CAD drawing sketches, completion of each processing component size and the processing requirements of the specification, and with the aid of 3 d modeling software PROE, a detailed analysis of each parts research and the establishment of model, determine the position of the related components and assembly relation. After complete the establishment of the model using the finite element stress analysis software ANSYS for further checking and checking calculation of strength and stiffness of structure, it is concluded that integrated container spreaders top beam structure.

Thesis mainly studied the comprehensive on the market at present on structure of container spreaders.

Research shows that parallel arrangement form of the pulley and steel can bring sling quality optimization and simplified structure.

This paper introduces the current operational characteristics: the structure of the integrated container spreaders top beam and the analysis of the structure.

Key words: integrated container spreaders, top beam; The structure design

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景目的和意义 1

1.2国内外现状 1

1.3课题研究内容概述 1

第2章 结构的分析与计算 3

2.1吊具的结构分析 3

2.1.1吊具形式的分析 3

2.1.2吊具上梁结构的分析 3

2.2集装箱吊具上梁的设计选型 3

2.2.1集装箱吊具上梁的滑轮选型 3

2.2.1.1集装箱吊具上梁的滑轮种类选型 3

2.2.1.2集装箱吊具上梁滑轮的参数计算 4

2.2.1.3上梁结构滑轮轴承选型 4

2.2.2型钢的选型 4

第3章 集装箱吊具上梁的受力分析 6

3.1载荷系数计算 6

3.1.1运行冲击载荷计算 6

3.1.2起升动载荷计算 6

3.2结构载荷计算 7

3.2.1标准20英尺集装箱偏载 7

3.2.2标准40英尺集装箱偏载 8

第4章 集装箱吊具上梁三维建模 10

4.1使用软件介绍 10

4.2零件的建立 10

4.2.1非标准板的建立 10

4.2.2滑轮的创建 12

4.3装配体的建立 14

4.3.1装配体的约束 14

4.3.2集装箱吊具上梁结构装配 14

第5章 结构的强度与刚度分析 18

5.1有限元分析ANSYS简述 18

5.2有限元分析的网格划分 18

5.3有限元偏载情况下的校核计算 19

5.3.1标准20英尺集装箱偏载情况下核算 19

5.3.2标准40英尺集装箱偏载情况下核算 22

5.4经济性分析 25

第6章 结论与心得体会 26

6.1结论 26

6.2心得体会 26

参 考 文 献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1研究背景目的和意义

随着国际贸易的不断发展，日新月异的货运要求也衍生出了各式各样的货物运输方式。集装箱货运可以有效的提高杂货的装卸效率，保证货物在运输过程中的安全，防止货物被盗，大幅度减少货物的运输途中的损失，同时集装箱运输可以实现全天候作业，增加了工作时间，同时增加了货物流通总量，另外集装箱因其结构的规整，可使港口更加充分的利用货场面积和空间，并且集装箱可重复使用，缩短货物流通时间并降低货物运输成本。集装箱货物运输以其效率高，成本低，安全可靠的得天独厚的优势受到世界各国的青睐，国际贸易的95%是通过港口和海运业承担，因此集装箱运输吸引着世界各国的目光，同时也迎来了自己的高速发展期，与此同时，集装箱货运的相关配套设施也需要不断的完善以迎合国际发展的需求。

1.2国内外现状

现代岸边集装箱起重机平均每小时作业30-40TED（标箱），每个标箱按11t计，即每小时装卸350-400t。一般集装箱的堆场可以达到4、5个箱体高，也就是4、5个集装箱标箱叠放一起，在少数国家与地区甚至达到7个箱高（国际集装箱的设计规定每箱承压为9个箱高）。目前从上海到美国西岸每个标箱的运费大约为1000美元，标箱按照11t计算，每千克的货物越洋费用仅为0.1美元。低的运费成本也是集装箱海运的优势之一。现代集装箱船的航行速度高达24-28kn，大大缩短了运输时间。90年代以来，全球经济和贸易的快速发展之下，集装箱吞吐量也是保持着快速的增长，1999年世界集装箱吞吐量为20134.8万TED，2000年为21000万TED以上，至2015年，我国最大的自动化港口，上海港的吞吐量已达到2740万标箱，成为全球吞吐量最大的港口，于此同时，深圳港口，宁波-舟山港口，广州港等6个跻身全球十大港口，集装箱海运保持着上升的活力与势头。于此同时，吊具也得到了相应的发展。由2015年国内集装箱吊具市场供需关系来看，目前国内市场中，每年集装箱吊具的需求量大致在900-1000台，在2015年中，ZPMC吊具生产场共生产600台集装箱吊具，大约占全国市场总额的60%-70%，其中400台专供上海振华。

1.3课题研究内容概述

本文的研究对象是综合集装箱吊具上架, 吊具上架一般由结构件、滑轮组、储缆框和销锁机构组成。起升钢丝绳通过小车上的滑轮与吊具上架上的4个滑轮相连。该4个滑轮上装有滑轮罩以防钢丝绳出槽。上架上的储缆框用于吊具电缆的收放与存储，储缆框内装有一个玻璃钢制锥形导向体，它使吊具电缆按单一方向有规则的盘绕。旋锁机构进行锁死，锁销机构上安装有限位开关，用来保护机构，吊具上架采用工字钢形梁，使整个上架结构具有足够的强度和刚度。集装箱吊具一般采用一个吊具上架与吊具相连接的方式，使用插销连接，锁销的使用寿命大约为20万标箱，即每20万标箱的工作量后更换一次，实现吊具的快速更换以及前后倾斜运动来适应不同的工作要求。本研究的工作难点是完成综合集装箱吊具上架的结构优化，在保障结构的强度和刚度的情况下优化综合集装箱吊具上架的自重，此外还需完成起重机松绳保护装置的优化，以达到使综合集装箱吊具上架便于使用，灵巧又便于保存和运输的目的。

第2章 结构的分析与计算

2.1吊具的结构分析

2.1.1吊具形式的分析

就目前应用的综合集装箱吊具而言，集装箱吊具按其结构特点，可分为4种形式。1、固定式吊具，也称整体式吊具，它无动力装置，通过钢丝绳的升降来控制旋锁转动，只能用来装卸一种规格的集装箱。2、主从式吊具，也称组合式吊具，这种吊具由上下两个吊具组合而成，据起吊规格不同选择上下吊具。3、子母式吊具，也称转换式吊具，安装专用吊梁，在不同需求时选择不同吊具。4、伸缩式吊具，使吊具自动伸缩来适应不同起吊规格的要求。固定式吊具使用受限制，主从式吊具自重使得效率和能源利用率较低，子母式吊具更换吊具耗时因此影响整体效率。另外吊具形变也会带来相关的困难。同集装箱形变一样，吊具由于使用不当等原因也会发生平面和立面几何位置位移，产生形变。不过它的位移量相对于集装箱形变而言变化量较小，而且浮动旋锁的结构本身有一定补偿能力，不易被肉眼察觉。但当箱体形变与吊具形变偶合在一起而且几何位置位移相反时，就有严重扣合不上的可能。因此，对集装箱吊具强度和刚度的要求也是十分的严格。

2.1.2吊具上梁结构的分析

为了方便吊具的维修以及保养，集装箱岸桥一般采用一个吊具上梁与吊具相联接的方式工作，集装箱吊具的上梁一般由受力的结构件，滑轮组，储缆框以及锁销机构等组成，受力的结构件主要承载向下的重力以及出现偏载时的力，滑轮组与钢丝绳联接，起拉升作用，储缆框主要方便电气缆绳的收放，使得吊具在使用时不至于打结纠缠，锁销机构为手动开闭锁，主要确保吊具的安全使用，以及规避不能开锁但意外开锁的情况。

2.2集装箱吊具上梁的设计选型

2.2.1集装箱吊具上梁的滑轮选型

2.2.1.1集装箱吊具上梁的滑轮种类选型

岸边集装箱起重机作业时间久，大负荷负重作业频繁，因此选用热轧滑轮，热轧滑轮是焊接滑轮的一种特殊形式，材料以Q235、16Mn、为主，采用特殊工艺在辐板外缘直接轧出滑轮的绳槽，再将辐板与轮毂焊为一体。热轧滑轮具有质量轻，工艺先进，生产周期短，便于多种规格批量生产等优点，现在广泛应用于各类起重机中，符合岸边集装箱起重机的使用要求。

2.2.1.2集装箱吊具上梁滑轮的参数计算

根据集装箱标箱的尺寸要求，可确定集装箱吊具横向转销间距离为950，因此参考同类产品设计尺寸，粗选滑轮直径D=900。