摘 要

轮胎式集装箱龙门起重机是港口码头堆场作业中的重要机械，随着经济全球化发展，轮胎吊的作用就更加突出。轮胎吊具有作业灵活、机动性好、不受轨道限制等优点。虚拟装配技术的发展对机械的设计也提供了很大的便利，虚拟装配在虚拟制造中起重要作用。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。

本文对轮胎式集装箱门式起重机的小车架及小车行走机构进行设计，并用绘图软件Creo进行虚拟装配与仿真。主要包括对小车行走机构的电机、减速器、联轴器、制动器的选型，小车架的主梁与端梁的结构设计，综合考虑起升机构与小车运行机构的关系并对小车的设计，一些辅助装置的设计与小车跑偏纠正问题的考虑。对轮胎吊的结构进行更加合理的考虑，使其更加适应于现代码头堆场的作业，优化结构使其更加合理，并减少成本的投入。

关键词：轮胎吊，小车机构，Creo，虚拟装配

Abstract

Rubber Tired Gantry Crane is an important machine in port yard operation. With the development of economic globalization, the function of Rubber Tired Gantry Crane is more prominent. The RTG has the advantages of flexible operation, good maneuverability and not limited by track. The development of virtual assembly technology for mechanical design provides a great convenience, also plays an important role in virtual assembly in virtual manufacturing, the use of virtual assembly can validate assembly design and operating correctly or not, in order to early find the problems in the assembly, to modify the model, and through the visual display assembly process.

In this paper, the trolley frame and trolley traveling mechanism of Rubber Tired Gantry Crane are designed, and the virtual assembly and simulation are carried out with the drawing software Creo. It mainly includes the selection of the motor, reducer, coupling and brake of the trolley traveling mechanism, the structural design of the main beam and end beam of the trolley frame, the comprehensive consideration of the relationship between the lifting mechanism and the trolley running mechanism, the design of the trolley, the design of some auxiliary devices and the consideration of the deviation correction of the trolley. The structure of RTG is considered more reasonably to make it more suitable for the operation of the modern dock yard, the structure is optimized to make it more reasonable, and the cost is reduced.

Keywords：RTG, car mechanism, Creo, virtual assembly

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1研究目的与意义 1

1.2 研究背景 2

1.3研究课题内容 2

1.4本章小结 3

第2章结构的设计 4

2.1 小车运行机构 4

2.1.1 运行静阻力计算 4

2.1.2小车运行电机 6

2.1.3减速器 10

2.1.4联轴器 11

2.1.5制动器 12

2.2 小车架 14

2.2.1小车架概述 14

2.2.2梁的主要参数 15

2.2.2 轨道 17

2.2.3 车轮的计算 18

2.3本章小结 19

第3章辅助装置 21

3.1司机室 21

3.2电缆拖令系统 22

3.3小车限位装置 22

3.4小车跑偏纠正 23

3.5本章小结 24

第4章三维建模 25

4.1Creo介绍 25

4.2 Creo绘制零件图 25

4.2.1小车运行机构 25

4.2.2小车架 26

4.2.3总图 26

4.3本章小结 27

第5章经济成本分析 28

第6章结论 29

参考文献 30

致谢 31

第1章绪论

1.1研究目的与意义

随着我国经济与科学技术的快速发展，人们的生活水平不断的提高，对物质的需求也越来越高，越来越严格所以物品流通速度加快，港口吞吐量急剧增加，所以港口的机械设备也应跟着发展，应该设计出更加满足要求的机械。机械设备的发展也应该有个较大的进步，作业应更加灵活，效率更高。轮胎式集装箱门式起重机作为集装箱堆场的大型专业化设备，它的发展受到更多的关注与讨论。轮胎式集装箱门式起重机（RTG）是一种专用机械，用于集装箱码头货场进行堆码作业。它能够在货场上自由行走，不受轨道的限制。与轨道式集装箱门式起重机相比，轮胎吊具有作业灵活、机动性好、不受轨道限制等优点。

轮胎式集装箱门式起重机（RTG）是在装卸重大件货物的龙门起重机的基础上发展起来的，并按照装卸和堆码集装箱的要求对其逐步加以改进和完善，在实际的操作应用中发现问题并进行一次次的改进。堆码高度已从堆2过3（堆两层集装箱、过3层集装箱）发展到堆7过8。最新研制的机型已能够进行半自动化甚至全自动化操作。目前RTG正向重量轻、成本低、维护费用少、减摇效果好、标准化程度高、可集装箱发运、智能化和自动化的方向发展。

轮胎式集装箱门式起重机的机构组成部分主要有四个：大车运行机构、小车运行机构、起升机构和动力装置，以及吊具系统。小车运行机构采用交流变频控制，驾驶室设在小车架下,司机在驾驶室里操纵整台起重机运行，小车通常采用四轮全驱动方式，因此运行过程中车轮不会打滑且起制动平稳，定位精确,对箱方便。

轮胎式集装箱门式起重机的小车运行机构是整个小车运行的驱动部分，它由直流或交流电动机、齿轮联轴器、块式或盘式制动器、中硬齿面减速器、低速齿轮连轴器和车轮及车轮支承组成。常见的小车驱动形式有传动轴形式、齿轮齿条形式和三合一形式。小车架拥有足够的刚度、强度和稳定性，小车驱动机构、起升机构、吊具回转合理地布置在小车架上，便于检查和维修。另外，还设有防止小车脱轨的保护装置和小车限位装置。小车机构中还包括与小车相连的司机室和电缆拖令（拖链）系统的设计。

小车行走机构主要是要考虑运行阻力计算、牵引绳的选择、卷筒的选择、电动机的选择、减速器的选择、联轴器的选择、制动器的选择、小车车轮强度计算。还要考虑与起升机构的配合，承受吊具的重量及其安放位置，做到使整体更加经济。

本论文工作旨在对轮胎式集装箱门式起重机设计中存在的不足之处进行改进与优化，并用Creo3.0完成起重机小车运行机构零部件的虚拟装配、Creo3.0完成轮胎式集装箱门式起重机RTG40总体及小车运行机构的设计和绘制及动画的整体演示。

1.2 研究背景

近年来港口机械设备迅猛发展，对于轮胎式集装箱龙门起重机的要求也越来越高。随着人们与国家资源保护与节约意识的加强，节能已经成为大趋势，所以对轮胎吊的设计也追求成本经济化。随着科学技术的不断发展与更新，新能源与材料逐渐被发现与研制、制造技术的不断进步和计算机技术的发展，轮胎吊的发展迎来了一个良好的发展局面。起重机的性能更加优越，更能灵活的适应于作业活动，其设计和制造的周期也大大的缩减。更能满足市场的需求，也更智能化。

交通运输部水运科学研究院研发并改进了轻型RTG产品，它具有能够满足不同业主的实际需求，它采用柴电机组和市电作为动力源，可以选配柴电机组供电，或选择由堆场配电箱供电的特点。对轮胎式集装箱门式起重机的发展有很大的推动作用，为轮胎吊以后的发展方向提供了新的可能。追求更加轻便的质量，降低成本。

深圳市特种设备安全检验研究院曾进行过轮胎式集装箱门式起重机半自动化改造研究与安全性评价，推动了轮胎吊的智能化发展进程。现在大多提倡大数据、智能化、无人化的发展，所以在起重机这个方面也需要不断探索，实现其更高层面的控制与发展。

相较于欧美国家起重机的发展，我们还有一定的差距，我们在核心零部件的设计与生产方面需要改进，产品的制造技术也需要有更深层次的发展。但近年来我国的技术也有很大的提升，上海振华就已有很大的影响力。我们需要更加努力，不断创新，使起重机的发展有一个大的飞跃。

目前，起重机的发展的趋势有减轻自重，简化设备结构，降低生产成本，再设计零部件，提高整理性能，设备大型化。随着计算机技术发展，采用计算机辅助设计，模块化设计，有限元设计及动态仿真设计进行虚拟装配仿真可以方便地达到起重机的改进与优化。

1.3研究课题内容

本次设计题目为基于Creo的RTG40小车架及小车运行机构设计及虚拟装配。在大量专业背景知识基础上，完成物流领域典型起重类装备集装箱门式起重机的基本设计计算及虚拟装配方法及过程制造。主要内容包括：完成额定起重量为40.5t（吊具下）轮胎式集装箱门式起重机小车架及小车运行机构设计、计算、虚拟装配；学习掌握并利用AutoCAD完成轮胎式集装箱门式起重机RTG40小车运行机构的设计、绘制；学习Creo3.0并完成起重机小车架及小车运行机构零部件的虚拟装配。最终确定RTG的小车架及小车运行机构形式和几何尺寸，并对尺寸的合理性进行校核基础上，进行设计计算，并进行经济型论证；完成RTG小车架结构的设计、小车运行机构设计及三维建模和虚拟装配。

轮胎式集装箱门式起重机的基本技术参数有起重量、堆垛集装箱层数、通过集装箱层数、起升高度、跨距和基距、轮压、工作速度以及工作类型等。起重量：轮胎式集装箱门式起重机的额定起重量包括吊具下起重量和吊钩下起重量。本设计轮胎式集装箱门式起重机的小车的总重量是30t，含吊具及上架起重量是51t。跨距和伸距：目前门式起重机的跨距最小为15m，最大超过60m，大多的起重机在25～35m之间；起重机的工作伸距一般不超过10m。本设计轮胎式集装箱门式起重机的跨距为23.47m，要求可以堆六列，集装箱卡车边置两端悬臂均长5.5m。

1.4本章小结

本章主要介绍了轮胎式集装箱起重机的概念，现在国内外发展的状况，国内外研究的状况，轮胎吊的研究目的和意义，及本次课题设计的内容与意义。港口发展越来越快，所以对港口内机械的要求也越来越严格。作为码头堆场工作的重要机械，轮胎吊的发展与技术改进就变得尤为重要。本章简单的对轮胎吊进行介绍，为后面的设计提供了很大的便利。

第2章结构的设计

2.1 小车运行机构

轮胎吊的小车运行机构也是很重要的运动机构，其各部分零件的安装与配合，质量的大小，结构的合理性都关系到整台起重机的工作效率与工作成本。本次设计中起重小车选用卷扬机构牵引式起重小车，四轮全驱方式，2台电机驱动。主要参数如下表2-1。

表2-1小车运行机构设计的主要参数

2.1.1 运行静阻力计算

（1）最大摩擦阻力：

小车满载运行时的最大摩擦阻力为：

(2.1)

其中―额定起重量于吊具组重量之和，=51000kg

―小车总重量，=30000kg；

―车轮沿轨道的滚动摩擦力臂，取f =0.5mm；

―轴承摩擦系数，取=0.015；

D―车轮直径，=500mm；

―轴承内径，=110mm；

c―偏斜运行的侧向附加阻力系数，c=1.2~1.8，取c=1.2；

=515.16kg

最小摩擦阻力：

=260.76kg

1. 满载运行时坡道阻力：

(2.2)

式―坡道角，取sin==0.01。

=810kg

=410kg

1. 满载运行时的最大风阻力：风载荷分为两种，一种是工作状态风载荷，另一种是非工作状态下的风载荷，分别为起重机在工作和非工作状态下能承受的最大风力。

(2.3)

式中―风压高度变化系数，实际应用中取为1；

―风载体形系数，对于小车和物品取=1.1；

―计算电动机功率时用的第Ⅰ类载荷的风压值，=25kg/；

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