摘 要

初步了解卸船机相关的发展与现状后，利用平面绘图软件AutoCAD和三维建模软件SolidWorks来完成整个设计。首先通过计算和分析，进行总体方案的设计验算并绘制总体方案设计图，完成对卸船机整体的初步设计和总体设计说明书。其次进行抓斗卸船机陆侧立柱的设计计算和校核，并完善最终结构的设计方案。然后根据设计方案逐步建立陆侧立柱的三维模型并根据模型导出二维的平面施工图，最终完成设计目标并进行经济性和环保性的评估。

论文主要是介绍总体设计与机构设计的计算校核过程

设计结果表明：设计思路正确，基本设计可行。

本文的特色：主体为计算说明，因此数据，公式与计算过程较多。

关键词：抓斗卸船机；陆侧立柱；设计计算；三维建模

Abstract

After a preliminary understanding of the development and current situation of ship unloader, the design assignment should be finished by using the plane drawing software AutoCAD and 3D modeling software Solidworks. Firstly, through calculation and analysis, the design checking of the overall scheme and the drawing of the overall scheme design are carried out, and the preliminary design of the ship unloader as a whole and the overall design instructions are completed. Secondly, the design calculation and check of the landside column of grab ship unloader are carried out, and the design scheme of the final structure is completed gradually. Then, according to the design plan, the three-dimensional model of the land-side column is established step by step, and the two-dimensional plan construction drawing is derived from the model. Finally ,after finishing the design goals, the assessment of economy and environmental protection has also been gradually completed

This paper mainly introduces the calculation and verification process of general design and mechanism design.

The design results show that the design idea is correct and the basic design is feasible.

Characteristics of this paper : The main body of this paper is the calculation explanation, so there are many data, formulas and calculation processes.

Key Words：grab ship unloader；landside column；design calculation；3D modeling

目录

第1章 绪论 1

1.1主要结构和工作原理 1

1.2抓斗卸船机的特点 1

1.3桥式抓斗卸船机的应用概况与新发展 2

1.3.1 应用概况 2

1.3.2 新发展与新要求 2

第2章 总体设计计算说明 4

2.1 基本参数计算 4

2.1.1 符号说明 4

2.1.2 金属结构部分 4

2.1.3 整机固定部分 7

2.1.4 前大梁总成 8

2.1.5 整机重量及重心 9

2.1.6 小车总成 11

2.2 风载荷计算 13

2.2.1风垂直大车轨道 14

2.2.2 风平行大车轨道 17

2.3 稳定性验算 20

2.3.1 静载工况 21

2.3.2 动载工况 21

2.3.3 停机位置 22

2.3.4 钢丝绳破断时的稳定性 23

2.4轮压计算 24

2.4.1 工作状态 24

2.4.2 非工作状态 25

第3章 陆侧立柱机构计算及说明 27

3.1 设计任务 27

3.2 结构设计参数 27

3.3 陆侧立柱的几何尺寸和截面几何特性 27

3.3.1陆侧立柱的几何尺寸的初步设计 27

3.3.2陆侧立柱的截面几何特性 28

3.4 载荷的确定 31

3.4.1 自重载荷 31

3.4.2 起升载荷 32

3.4.3 相关系数 32

3.5计算载荷的确定 33

3.5.1 垂直载荷 33

3.5.2水平载荷 33

3.5.2弯矩 33

3.6 陆侧立柱的强度刚度稳定性验算 34

3.6.1 陆侧立柱的强度验算 34

3.6.2 陆侧立柱的强度验算 42

3.6.3 陆侧立柱的刚度验算 44

3.6.4 陆侧立柱的稳定性 45

第4章 三维建模及图纸绘制 49

4.1 三维建模的过程思路 49

4.2 图纸的绘制 49

4.2.1：总体方案图纸的绘制 49

4.2.2：结构平面施工图的绘制 49

第5章 经济性与环保性分析 50

5.1 经济性分析 50

5.1.1 项目总体计划及特点 50

5.1.2 项目成本分析 50

5.1.3 项目利润分析 50

5.2 环保性分析 51

结论 52

参考文献 53

致谢 54

第1章 绪论

码头自动化，专业化的发展同时也对码头前沿的接卸设备产生了更多更高的要求。伴随着科学技术的不断和新兴领域的突破进展，港口设备的设计制造水平以及功能也在不断的提高和突破。散货码头的卸船设备也在不停地更新换代，但是基本的结构和作用方式并未发生较大变化。大多海港的卸船设备仍然为链斗式连续卸船机和桥式抓斗卸船机。且两者相比较，桥式抓斗卸船机对物料和船舶具有更好的适应性和包容性，能降低的维修运营成本并能更好的防止波浪引起的船舶振动对两者的损伤。而连续卸船机的自重较轻，同种情况下工作效率更高，噪音粉尘小且对码头前沿的规格要求低。但前者的一些特殊作用和优势无法被替代，桥式抓斗卸船机在卸船设备依旧占据非常重要的地位^［6］。

1.1主要结构和工作原理

根据小车结构型和控制方式的不同，抓斗卸船机大致分为四类，分别为钢丝绳主副小车型、自行小车式、机械差动和电差动的四卷筒牵引式小车。四种类型的抓斗卸船机其他机构大致相同，但具有各自独特功能的便是其绕绳系统和工作控制的不同^［7］。以当今抓斗卸船机常规采用的机械差动四卷筒牵引式为例。其绕绳系统通常包括起升开闭钢丝绕绳绳、小车牵引钢丝绳绕绳以及俯仰机构上的钢丝绳绕绳。钢丝绳固定在抓斗的特定功能的滑轮组上，分别控制开闭，起落和速度等功能。滑轮组包括四个机械式的差动卷筒，卷筒的不同的速度力矩能对应不同的工况和要求^［11］。因为该类型的卸船机，应用的技术已经较为成熟，且较为先进，性能也稳定可靠，相对成本也较低，因此在市场中占有率最大，运用最广泛。

抓斗卸船机大致的工作流程及原理:散货运输船舶将大宗散货如原煤或矿石运至指定散货码头后，大车先运行到船舶指定的停靠位置，然后带抓斗的小车运动到卸料船舱上方。货舱打开后小车上的物料抓斗逐渐落下，从船舱抓取物料。抓斗提起物料后，经由小车运至安装门架上的料斗上方，抓斗松开将物料卸入料斗。在料斗的出口，采用振动给料槽口或直接利用连续输送机如皮带机排出物料。物料排出后，一是通过其他的运输设备如火车等直接输送到指定的目标，不必储存到堆场，二是经由可分叉的漏斗导流改变方向或直接放入货场小车，然后有选择性地将物料输送到安装在码头上的目标带式输送机上，最后水平地输送至目标堆场。

1.2抓斗卸船机的特点

抓斗卸船机的优势点^［10］:

1) 大部分机型基本成熟，广泛应用于海河港散货码头，且构造简单，可靠性强。

2) 作业对象范围大适应性广，不同密度和颗粒的物料通过简单的更换抓斗便可完成。

3) 取料抓斗的构造简单，成本较低，维护更换保养的工作也简单快捷。

4) 在装卸和处理腐蚀性的散货时具有不可替代的优势。

5) 能适应不同粒径的物料，同样抓斗可以抓取300-800mm颗粒大小的物料。

6) 适应性和包容性较好，舱口和潮位的变化产生的影响极小。

抓斗卸船机的不足点:

1) 抓斗及牵引钢丝绳磨损较大，因此维护和更换的频率高，影响工作效率。

2) 作业为间歇式且需要人工，与连续式卸船机相比同等状况下作业效率较低也较危险。

3) 抓斗作业时，内部物料容易产生大量烟尘造成污染或危险。

4) 抓斗的重量和体积相对于小型船的船舱较大，操作必须小心和谨慎。

5) 若保持相同的生产率，抓斗式的自重要大许多，因此对码头的承压要求会更高。

6) 物料的清舱率不高，需要堆料小车或者其他的装卸设备辅助才能彻底清舱

1.3桥式抓斗卸船机的概况与新发展

1.3.1 应用概况

近十年海上运输量依旧在不断的增长 ,但相对于集装箱运输量的飞快增长，散货运输量的增长速度要低迷得多。但是总体进口业务量的递增，也使装卸设备的总体数据逐步增加。而且，相对而言，1000-2000t/h的抓斗卸船机应用领域最广，安装最多，综合适应性最好，且已广泛运用于大中型散货码头。设计任务的1500t/h的桥式抓斗卸船机，属于使用较多的卸船机机型。

1.3.2 新发展与新要求

新发展主要是结构上新的设计和功能上更加符合现代工作和环保等要求的变化。即向节能环保，多功能化和自动化智能化的方向发展。

结构方面的新发展主要是小车形式的发展，且主要为电差动四卷筒驱动式的进展，随着交流变频调速技术的不断发展，与直流调速控制系统相比，交流调速成本更低，实现的功能更加完整和有效。能实现单个卷筒的独立转动 ,能够更加快捷容易地进行某个单卷筒上的钢丝绳替换。这也为新的小车牵引形式提供了可能性。如由芬兰科尼起重机公司开发研究的新型四卷筒牵引式小车，它能够同时使用四个变频调速电机分别驱动两个起升卷筒和两个开闭卷筒，实现了起升卷筒和开闭卷筒的同步。而且避免了使用以往四卷筒牵引式小车上的构造较为复杂和易损伤的行星齿轮减速器，降低成本且增加了稳定性，还可以藉由控制电机的转矩和速度来实现更多样化的功能^［12］。

港口自动化的发展和客户需求的接卸物料多样化，要求卸船机向多功能，自动化智能化的方向发展。在多功能方向上，装卸船一体机应运而生，如前卸前装能节约码头资源，前卸后装节约转运能耗，出现了能够接卸散货和装卸件杂货、集装箱和钢材等的多功能卸船机。自动化主要是卸船机控制系统的发展方向。结合了变频控制与 PLC控制器技术后，利用现场总线或工业以太网搭配无线通讯等技术，能够通过人机交互设备及时反映卸船机的运行情况且自动进行故障报警，控制系统越来越具有网络化和自动化智能化特点^［13］。伴随电力半导体技术的突破完善，促使 PWM 整流器多传动技术逐渐成熟，卸船机使用后能形成能量部分循环回馈、消除电网高次谐波污染并同时实现卸船的高功率性^［8］。卸船机这些多样化功能和自动化智能化的逐渐实现，带来了进一步提高码头利用率的可能，减轻了人工成本的同时也降低了劳动强度，提高了卸船效率和安全性。

同样，随着节能减噪以及资源环境友好性的要求逐步提高。卸船机的降尘抑尘技术也在不断的发展创新。尤其是关于抓斗料斗对接和出料系统的降尘和抑尘，即减少抓斗卸料、料斗出料过程的粉尘溢出。目前多数采用湿式除尘即抓斗和料斗处水雾降尘并在料斗处加装合适的周围挡板，有少量的采用干式除尘，在处理易扬尘的物料时还需加入负压吸尘系统和布袋除尘降尘系统。减少抓斗卸船过程中的粉尘溢出即防止粉尘污染和危险，越来越受到各方的重视，也是起重机设计的一个重大课题。

第2章 总体设计计算说明

总体的设计计算总要校验轮压及总体稳定性。

2.1 基本参数计算

2.1.1 符号说明

（2.1）

（2.2）

G（t）：重量（t） H（m）：重心高度（m） G*H（t.m）：重量X重心高度

Xw（m）：重心距海测距离 Xl（m）：重心距陆侧距离

P：陆侧轮压 Q：海侧轮压

轨距Ga：14米 海测轮数Ws：24个 陆侧轮数Ls：24个

海侧基距：18米 陆侧基距：18米

图2.1 计算示意图

计算所建立的坐标系以大车运行方向为Z轴，小车运行方向为x轴，竖直方向为y轴，原点在海侧上横梁中心点的正下方水平地面。主要弯矩分三个方向:Mx,My,Mz。但起重机关于y平面对称，不必计算弯矩。即在XOY平面内采用力矩法求出不同工作状况下的轮压，与许用轮压进行比较，验算总体设计。

2.1.2 金属结构部分

本部分求出各金属结构在不同的工作情况时，各机构及其中的机构的重力对原点产生的弯矩。

2.1.2.1 门框机构

表2.1 门框机构参数及计算结果表

2.1.2.2 金属结构固定部分

表2.2 金属固定结构参数及计算结果表

2.1.3 整机固定部分

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