1200吨小时卸船机海测立柱设计毕业论文
2021-05-25 11:05
摘 要
本文主要依据GB3811-2008标准对1200吨/小时卸船机的整体轮压及稳定性进行计算校核，手工绘制了整机的简图。参考同类型号起重机的技术参数，确定海侧立柱的各项参数，并进行验证。最后使用AUTO CAD软件绘制海侧立柱的施工简图。
本文主要依据GB3811-2008标准，以及《起重机械金属结构》上的内容进行计算。
本文部分结论以excel表格形式给出，方便观察比较。
关键词：卸船机，总体设计，海侧立柱，CAD
Abstract
This article, based on standard gb3811-2008, checking of 1200 tons / hours unloading ship machine the whole wheel pressure and stability of into, hand drawing the diagram of the machine.Refer to the technical parameters of the similar type of crane, determine the parameters of the sea side column, and verify the parameters of the crane.The construction of CAD and finally use the AUTO software to draw the sea side column.
In this paper, based on the GB3811-2008 standard, as well as the "crane metal structure" on the content of the calculation.
In this paper, some conclusions are given in the form of Excel table, which is convenient for observation and comparison.
Key Words：Ship unloading machine, overall design, sea side column, CAD
目录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 2
1.1 国内外港口发展现状分析 2
1.2 桥式抓斗卸船机技术发展过程 3
1.3本文主要内容 3
第2章 主要技术参数 3
第3章 稳定性和轮压计算 3
3.1符号说明 5
3.2金属结构部分重量及重心位置 5
3.2.1门框结构 5
3.2.2金属结构固定部分重量及重心位置 6
3.3整机固定部分重量及重心位置 6
3.4前大梁总成重量及重心位置 7
3.4.1大梁水平 7
3.4.2大梁仰起 8
3.5整机重量及重心 8
3.5.1前大梁水平 8
3.5.2前大梁仰起 8
3.6小车总成 9
3.6.1小车在最大前伸距 9
3.6.2小车在停机位置,大梁水平 9
3.6.3小车在停机位置，大梁仰起 10
3.6.4小车在最大后伸距 10
3.7额定起升载荷 11
3.7.1小车位于最大前伸距 11
3.7.2小车位于最大后伸距 11
3.7.3大梁仰起，小车仅带抓斗位于停机位置 11
3.8制动 11
3.8.1小车制动 11
3.8.2货物制动： 11
3.8.3小车满载运行产生水平侧向力 11
3.8.4非工作状态下，大梁仰起，大车制动惯性矩 11
3.9风载荷计算 12
3.9.1符号说明 12
3.9.2风垂直大车轨道 12
3.9.3风平行大车轨道 13
3.10轮压计算 15
3.11稳定性计算 15
第4章 海侧立柱结构计算 16
4.1 主要参数与设计标准 18
4.1.1主要参数 18
4.1.2设计标准 18
4.1.3许用应力 18
4.2.载荷与载荷组合 19
4.2.1载荷与载荷系数 19
4.2.2风载荷 20
4.2.3 载荷组合 22
4.2.4小车计算位置 22
4.3 应力分析 23
4.3.1截面面积计算 23
4.3.2截面型心计算 23
4.3.3截面对型心惯性矩计算 23
4.3.4截面抗弯模量计算 23
4.3.5截面静距计算 24
4.3.6弯曲正应力计算 24
4.3.7危险截面强度验算 40
4.3.8立柱刚度校核 42
4.3.9立柱稳定性校核 43
第5章 经济性分析 45
第6章 结论 46
第1章 绪论
1.1 国内外港口发展现状分析
随着世界经济的快速发展，世界全球化趋势越来越明显，港口作为一个国家的国际贸易门户，其地位也越来越重要。经过了08年的金融危机，如今经济虽然有了复苏回暖的迹象，不过全球港口发展形势依旧严峻，低速稳增成为港口发展新常态。上海国际航运研究中心在2015年发布的《2015年第三季度全球港口发展报告》中提到：[1]全球港口在第三季度的生产增速很低，主要大型港口的货物吞吐量同比增速未能达到2%，出现严重下滑，环比增速同样放缓，较上季度和去年同期分别下降0.56和1.35个百分点。从报告内容来看，全球集装箱海运量在15年三季度，环比增长仅有3.08%，同比增长也只有5.63%，单从数量上看，上涨幅度明显不如上一年。在我国，港口发展形势也不容乐观，增长低迷。自15年上半年开始，国内港口行业不景气已开始显现。国家发改委在1月26日发布的数据显示，2015年沿海规模及以上港口完成货物吞吐量78.4亿吨，同比增长1%，较上年同期相比增幅比回落4.6个百分点。其中，外贸完成32.5亿吨，增长0.7%，较上年同期相比增幅回落5.2个百分点。国内经济发展作为世界经济增长的主要动力，因此在我国内需不足，出口低迷的情形下，世界经济同样萎靡不振，进而影响我国的港口发展，生产情况越来越差，引发了港口行业整体减速，规模以上的港口货物吞吐量同比仅增长2%左右，远低于去年同期。
1.2 桥式抓斗卸船机技术发展过程
我国桥式抓斗卸船机的技术发展可大致分为以下三个阶段：[4]1990 年以前可称为第一阶段，门机和小型卸船机为国产机型的主力军，大型卸船机则需要依赖进口，而卸船机的关键设备电气控制系统及其主要部件等均由国外公司提供，国内厂家仅负责制作和安装，制造设计水平远远落后；1990-2000 年期间可称为第二阶段，很多大型卸船机由我国自行研发设计制造、调试安装，国内卸船机技术水平有所提高，甚至在某些方面国产机型可以与进口设备竞争，一较高下；2000年之后就是第三阶段，大型卸船机技术在我国有了长足发展，在某些领域已经走在世界前列，性能可以充分满足用户需求。我国的振华集团已成为我国乃至世界岸桥设计制造行业的领军企业，有相当数量的卸船机畅销海外。如今，我国已经是桥式卸船机最大的生产国和使用国。在电气方面，随着变频技术的发展成熟，PLC与变频器开始在起重设备上大量应用。采用变频器和变频电动机来代替串联电阻，是实现调速的基本方法。为了达到节约电能、减少电气故障、优化速度控制等目的，提升自动化程度，可用PLC代替继电器＋接触器来实现逻辑控制。在硬件上使用绝对值编码器可以提高机械的智能性。而在算法上，使用浮动坐标可实现起重机抓斗在合闭后自动提升的沉抓功能.在未来二十年，卸船机的发展必然会更趋向自动化、智能化、环保化、专业化、人性化。
1.3本文主要内容
介绍该起重机的主要技术参数，根据这些参数及GB3811-2008标准，对起重机整体的轮压与稳定性进行验算，确定海侧立柱的各项参数，并进行验证。使用AUTO CAD软件绘制海侧立柱的施工图纸。
第2章 主要技术参数
起重量 25吨（额定生产率:1200吨/小时）
前伸距：27 后伸距：19.5m
起升速度：满载140m/min, 空载：180m/min
起升高度：轨面上：19m，轨面下：15m
大车行走速度：25m/min，小车行走速度：220m/min
俯仰时间： 0-80 度 〈 6min
大车轨距：16m，小车轨距：3m
大车基距：16m
第3章 稳定性和轮压计算
卸船机俯视图简图
图3-1
3.1符号说明
G(t)-重量（t） H(m)-重心高度（m）
Xw（m）-重心距海侧距离 Xl（m）-重心距路侧距离
轨距16m 基距16m 海侧轮数16个 陆侧轮数16个
3.2金属结构部分重量及重心位置
3.2.1门框结构
门框结构表 3.1
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 海侧梯形架 | 13 | 40.9 | 531.70 | 0 | 0.00 | 16.00 | 208.00 |
2 | 海侧上横梁 | 18.5 | 33.49 | 619.57 | 0 | 0.00 | 16.00 | 296.00 |
3 | 海侧立柱 | 36 | 18.13 | 652.68 | 0 | 0.00 | 16.00 | 576.00 |
4 | 海侧下横梁 | 12 | 3.38 | 40.56 | 0 | 0.00 | 16.00 | 192.00 |
5 | 陆侧立柱 | 36 | 18.13 | 652.68 | -16 | -576.00 | 0.00 | 0.00 |
6 | 门框斜撑 | 10.6 | 23 | 243.80 | -8 | -84.80 | 8.00 | 84.80 |
7 | 电机房撑梁 | 11 | 33.49 | 368.39 | -7 | -77.00 | 9.00 | 99.00 |
8 | 后拉杆 | 8.5 | 41.82 | 355.47 | -11.2 | -95.20 | 4.80 | 40.80 |
9 | 陆侧上横梁 | 18.5 | 33.49 | 619.57 | -16 | -296.00 | 0.00 | 0.00 |
10 | 陆侧下横梁 | 12 | 3.38 | 40.56 | -16 | -192.00 | 0.00 | 0.00 |
11 | 门框联系横梁A | 8 | 15.6 | 124.80 | -8 | -64.00 | 8.00 | 64.00 |
12 | 门框联系横梁B | 8 | 6.8 | 54.40 | -8 | -64.00 | 8.00 | 64.00 |
13 | 海侧门框联系横梁C | 4 | 15.6 | 62.40 | 0 | 0.00 | 16.00 | 64.00 |
14 | 门框小斜撑A | 1.256 | 11.31 | 14.21 | -3.51 | -4.41 | 12.49 | 15.69 |
15 | 门框小斜撑B | 1.244 | 12.31 | 14.07 | -8.81 | -10.96 | 7.19 | 8.94 |
16 | 门框小斜撑C | 1.166 | 13.31 | 13.19 | -13.54 | -15.79 | 2.46 | 2.87 |
17 | 陆侧门框联系横梁C | 3.53 | 13.58 | 47.94 | -16 | -56.48 | 0.00 | 0.00 |
18 | 右门框联系横梁 | 4 | 13.58 | 54.32 | -8 | -32.00 | 8.00 | 32.00 |
合计 | 207.3 | 21.76 | 4510.29 | -7.57 | -1568.64 | 8.43 | 1748.10 |
3.2.2金属结构固定部分
金属结构固定部分 表3.2
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 门框结构 | 207.3 | 21.76 | 4510.29 | -7.57 | -1568.64 | 8.43 | 1748.10 |
2 | 销轴及连接 | 1.543 | 28.9 | 44.59 | 2 | 3.09 | 18.00 | 27.77 |
3 | 后大梁小车轨道 | 3.24 | 30.7 | 99.47 | -10.5 | -34.02 | 5.50 | 17.82 |
4 | 机房底架 | 30 | 33.5 | 1005.00 | -8.5 | -255.00 | 7.50 | 225.00 |
5 | 后大梁 | 44 | 30.3 | 1333.20 | -15.1 | -664.40 | 0.90 | 39.60 |
6 | 后大梁司机室轨道 | 3.5 | 28.5 | 99.75 | -13.6 | -47.60 | 2.40 | 8.40 |
合计 | 289.58 | 24.49 | 7092.30 | -8.86 | -2566.60 | 7.14 | 2066.69 |
3.3整机固定部分重量及重心位置
整机固定部分 表3.3
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 金属固定部分 | 289.58 | 24.49 | 7092.30 | -8.86 | -2566.60 | 7.14 | 2066.69 |
2 | 机器房围棚 | 30 | 37 | 1110.00 | -10.5 | -315.00 | 5.50 | 165.00 |
3 | 起升开闭机构 | 60 | 36.1 | 2166.00 | -9.4 | -564.00 | 6.60 | 396.00 |
4 | 俯仰机构 | 20 | 36.4 | 728.00 | -4.6 | -92.00 | 11.40 | 228.00 |
5 | 室内维修起重机 | 7 | 38.7 | 270.90 | -7.4 | -51.80 | 8.60 | 60.20 |
6 | 电器柜等 | 8.8 | 36 | 316.80 | -7 | -61.60 | 9.00 | 79.20 |
7 | 大车行走机构 | 48 | 1.5 | 72.00 | -8 | -384.00 | 8.00 | 384.00 |
8 | 梯子平台（不包括前大梁） | 30 | 25 | 750.00 | -12 | -360.00 | 4.00 | 120.00 |
9 | 水箱装置 | 7.5 | 5.4 | 40.50 | -16 | -120.00 | 0.00 | 0.00 |
10 | 动力控制电缆卷取装置 | 3.39 | 16.7 | 56.60 | -7.6 | -25.76 | 8.40 | 28.48 |
11 | 安全钩 | 3.5 | 50.3 | 176.10 | 2.1 | 7.35 | 18.10 | 63.35 |
12 | 梯形架俯仰滑轮 | 1.68 | 51.45 | 86.40 | 0.05 | 0.08 | 16.05 | 26.96 |
13 | 张紧装置（包括液压站等） | 2.5 | 30.1 | 75.30 | -25.8 | -64.50 | -9.80 | -24.50 |
14 | 铭牌 | 0.326 | 13.6 | 4.40 | -9.9 | -3.23 | 6.10 | 1.99 |
15 | 俯仰操纵室 | 1.1 | 35.6 | 39.20 | 0.95 | 1.05 | 16.95 | 18.65 |
16 | 第二电器操作室 | 1.545 | 8.2 | 12.70 | -5.98 | -9.24 | 10.02 | 15.48 |
17 | 卸料系统 | 60 | 14.3 | 858.00 | -3.5 | -210.00 | 12.50 | 750.00 |
18 | 卸料皮带机 | 14.5 | 7.3 | 105.90 | -10 | -145.00 | 6.00 | 87.00 |
19 | 电梯 | 20 | 21 | 420.00 | -16 | -320.00 | 0.00 | 0.00 |
20 | 后大梁滑轮组 | 0.614 | 32.2 | 19.80 | -30 | -18.42 | -14.00 | -8.60 |
21 | 钢丝绳托架 | 1.641 | 31 | 50.90 | -20 | -32.82 | -4.00 | -6.56 |
22 | 户外维修行车 | 0.935 | 33 | 30.90 | -8 | -7.48 | 8.00 | 7.48 |
23 | 其他 | 3 | 20 | 60.00 | -15 | -45.00 | 1.00 | 3.00 |
合计 | 615.6 | 23.62 | 4542.50 | -8.75 | -5387.90 | 7.25 | 4461.82 |
3.4前大梁总成重量及重心位置
3.4.1大梁水平
大梁水平构件 表3.4
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 前大梁 | 38 | 30.3 | 1151.40 | 18 | 684.00 | 34.00 | 1292.00 |
2 | 前大梁梯子 | 6 | 29.8 | 178.80 | 14.18 | 85.08 | 30.18 | 181.08 |
3 | 前大梁小车轨道 | 4.5 | 30.7 | 138.15 | 15 | 67.50 | 31.00 | 139.50 |
4 | 前拉杆1 | 7.09 | 55.5 | 393.50 | 19.4 | 137.55 | 35.40 | 250.99 |
5 | 前大梁俯仰滑轮 | 1.678 | 31.46 | 52.79 | 23.5 | 39.43 | 39.50 | 66.28 |
6 | 大梁滑轮组 | 0.898 | 32.9 | 29.54 | 33.3 | 29.90 | 49.30 | 44.27 |
7 | 托架 | 1.399 | 32.4 | 45.33 | 18.075 | 25.29 | 34.08 | 47.67 |
8 | 户外维修行车 | 0.502 | 31.2 | 15.66 | 34.3 | 17.22 | 50.30 | 25.25 |
9 | 其他 | 5 | 26 | 130.00 | 15 | 75.00 | 31.00 | 155.00 |
合计 | 65.07 | 32.81 | 2135.17 | 17.84 | 1160.97 | 33.84 | 2202.04 |
3.4.2大梁仰起
大梁仰起构件 表3.5
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 前大梁 | 38 | 48.02 | 1824.76 | 4.4 | 167.20 | 20.40 | 775.20 |
2 | 前大梁梯子 | 6 | 45.6 | 273.60 | 5.4 | 32.40 | 21.40 | 128.40 |
3 | 前大梁小车轨道 | 4.5 | 44.7 | 201.15 | 3.6 | 16.20 | 19.60 | 88.20 |
4 | 前拉杆1 | 7.09 | 47 | 333.23 | 3.18 | 22.55 | 19.18 | 135.99 |
5 | 前大梁俯仰滑轮 | 1.678 | 52.5 | 88.10 | 4.23 | 7.10 | 20.23 | 33.95 |
6 | 大梁滑轮组 | 0.898 | 62 | 55.68 | 5.01 | 4.50 | 21.01 | 18.87 |
7 | 托架 | 1.399 | 45.8 | q64.07 | 1.72 | 2.41 | 17.72 | 24.79 |
8 | 户外维修行车 | 0.502 | 62.5 | 31.38 | 5.01 | 2.52 | 21.01 | 10.55 |
9 | 其他 | 5 | 31 | 155.00 | 4 | 20.00 | 20.00 | 100.00 |
合计 | 65.07 | 46.52 | 3026.96 | 4.22 | 274.86 | 20.22 | 1315.94 |
3.5整机重量及重心
3.5.1前大梁水平
前大梁水平构件 表3.6
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 整机固定部分 | 615.6 | 23.62 | 14542.50 | -8.75 | -5387.90 | 7.25 | 4461.82 |
2 | 前大梁总成 | 65.07 | 32.81 | 2135.17 | 17.84 | 1160.97 | 33.84 | 2202.04 |
3 | 合计 | 680.7 | 24.5 | 16677.60 | -6.21 | -4227.00 | 9.79 | 6663.86 |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =132.1t | ||||
海侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =208.25t |
3.5.2前大梁仰起
前大梁仰起构件 表3.7
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 整机固定部分 | 615.6 | 23.62 | 14542.50 | -8.75 | -5387.90 | 7.25 | 4461.82 |
2 | 前大梁总成 | 65.07 | 46.52 | 3026.96 | 4.22 | 274.86 | 20.22 | 1315.94 |
3 | 合计 | 680.68 | 25.81 | 17569.42 | -7.51 | -5113.10 | 8.49 | 5777.76 |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =159.79t |
| |||
海侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =180.56t |
3.6小车总成
3.6.1小车在最大前伸距
小车在最大前伸距构件 表3.8
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 主小车 | 10 | 29.3 | 293.00 | 27 | 270.00 | 43.00 | 430.00 |
2 | 司机室总成 | 4 | 26.1 | 104.40 | 21 | 84.00 | 37.00 | 148.00 |
3 | 电缆悬挂装置 | 1 | 27.1 | 27.10 | 9.5 | 9.50 | 25.50 | 25.50 |
4 | 辅小车 | 2.3 | 29.3 | 67.39 | 31.57 | 72.60 | 47.57 | 109.40 |
合计 | 17.3 | 28.43 | 491.89 | 25.21 | 436.10 | 41.21 | 712.90 | |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =-13.63t | ||||
海侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =22.28t |
3.6.2小车在停机位置,大梁水平
大梁水平停机位置构件 表3.9
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 主小车 | 10 | 29.3 | 293.00 | -2.90 | -29.00 | 13.10 | 131.00 |
2 | 司机室总成 | 4 | 26.1 | 104.40 | -14.00 | -56.00 | 2.00 | 8.00 |
3 | 电缆悬挂装置 | 1 | 27.1 | 27.10 | -20.00 | -20.00 | -4.00 | -4.00 |
4 | 辅小车 | 2.3 | 29.3 | 67.39 | 16.12 | 37.08 | 32.12 | 73.88 |
合计 | 17.3 | 28.43 | 491.89 | -3.93 | -67.92 | 12.07 | 208.88 | |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =2.13t | ||||
海侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =6.53t |
3.6.3小车在停机位置，大梁仰起
大梁仰起停机位置构件表3.10
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 主小车 | 10 | 29.3 | 293.00 | -2.90 | -29.00 | 13.10 | 131.00 |
2 | 司机室总成 | 4 | 26.1 | 104.40 | -14.00 | -56.00 | 2.00 | 8.00 |
3 | 电缆悬挂装置 | 1 | 27.1 | 27.10 | -20.00 | -20.00 | -4.00 | -4.00 |
4 | 辅小车 | 2.3 | 42.5 | 97.75 | 3.34 | 7.68 | 19.34 | 44.48 |
合计 | 17.3 | 30.19 | 522.25 | -5.63 | -97.32 | 10.37 | 179.48 | |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =3.04t | ||||
陆侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =5.61t |
3.6.4小车在最大后伸距
小车在最大伸距处构件 3.11
NO. | 名称 | G(t) | H(m) | G*H(t.m) | Xw（m） | G*Xw(t.m) | Xl（m） | G*Xl(t.m) |
1 | 主小车 | 10 | 29.3 | 293.00 | -13.00 | -130.00 | 3.00 | 30.00 |
2 | 司机室总成 | 4 | 26.1 | 104.40 | -14.00 | -56.00 | 2.00 | 8.00 |
3 | 电缆悬挂装置 | 1 | 27.1 | 27.10 | -20.00 | -20.00 | -4.00 | -4.00 |
4 | 辅小车 | 2.3 | 29.3 | 67.39 | 11.05 | 25.42 | 27.05 | 62.22 |
合计 | 17.3 | 28.43 | 491.89 | -10.44 | -180.59 | 5.56 | 96.22 | |
产生腿压 | 陆侧 | Pa=Pd= | (G*Xw)/32 | =5.65t | ||||
海侧 | Pb=Pc= | (G*Xl)/32 | =3.01t |
3.7额定起升载荷
3.7.1小车位于最大前伸距
产生腿压 陆侧 Pa=Pd=(Q*Xw)/32=-19.7t
海侧 Pb=Pc=(Q*Xl)/32=32.2t
3.7.2小车位于最大后伸距
产生腿压 陆侧 Pa=Pd=(Q*Xw)/32=8.16t
海侧 Pb=Pc=(Q*Xl)/32=4.34t
3.7.3大梁仰起，小车仅带抓斗位于停机位置
产生腿压 陆侧 Pa=Pd=(Q*Xw)/32=1.85t
海侧 Pb=Pc=(Q*Xl)/32=3.41t
3.8制动
小车运行速度V=220m/min=3.67m/s a=0.48m/s2 Pz小=1.5ma
3.8.1小车制动
产生腿压：Pb=Pc=1.11t Pa=Pd=-1.11t
3.8.2货物制动：
m货=25t
产生腿压：Pb=Pc= 1.07t Pa=Pd=-1.07t
3.8.3小车满载运行产生水平侧向力
Ps=1/4（Pz小 Pz货）
