65t56m集装箱装卸桥前大梁设计及三维建模毕业论文
2020-04-06 11:04
摘 要
随着集装箱运输船舶的大型化的发展，对岸边集装箱起重机提出了更新更高的要求，使得集装箱装卸桥所要求的工作负荷以及工作速度大大提高，并且要求的结构更加复杂。因此本文借助二维制图软件AutoCAD对65t/56m集装箱装卸桥的总体结构进行了二维图纸的绘制以及三维建模软件creo对集装箱装卸桥前大梁进行了三维建模，并同时进行了两部分的计算，第一部分是总体结构的计算，包括对各种工况下轮压的计算和稳定性的验算，另一部分是对前大梁的内力计算及刚度、强度、稳定性的校核。
研究结果表明65t/56m集装箱装卸桥都能够在各种工况下安全运行。
关键词： 前大梁，总体稳定性计算、轮压计算，强度、刚度、稳定性校核
Abstract
With the large-scale development of container ships, new and higher requirements have been put forward for quayside container cranes, which has led to a significant increase in the workload and working speed required for container loading and unloading bridges and a more complex structure. Therefore, the 2D drawing software AutoCAD is used to draw the 2D drawings of the overall structure of the 65t/56m container loading and unloading bridge and the 3D modeling software creo to model the front of the container loading and unloading bridge in three dimensions. The first part of the calculation is the calculation of the overall structure, including the calculation of the wheel pressure under various conditions and the check of the stability. The other part is the calculation of the internal force of the front girder and the check of its stiffness, strength and stability.
The results of the study showed that the 65t/56m container handling bridges can all operate safely under various conditions
Key Words：Front beam, overall stability calculation, wheel pressure calculation, strength, stiffness, stability check
目录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外起重机现状 2
第二章 总体设计计算 3
2.1基本计术参数 3
2.2重量和重心计算 3
2.2.1固定载荷 3
2.2.2前大梁计算 9
2.2.3.小车,吊具和吊具上架 10
2.2.4 LL--集装箱 13
2.3 惯性载荷 14
2.3.1大车惯性载荷 14
2.3.2小车惯性载荷 14
2.3.3堵转力距载荷 14
2.3.4 CBLS and CBRL 15
2.3.5小车碰撞载荷 16
2.3.6大车碰撞载荷 16
2.3.7 冲击载荷IMP 16
2.4 风载荷 17
2.4.1工作风载荷 17
2.4.2非工作风载荷 21
2.5 轮压汇总 23
2.6 载荷组合 25
2.6.1第I工况 25
2.6.2第II工况（小车位于外伸距） 26
2.6.3第III工况：小车位于外伸距，工作风载荷作用 26
2.6.4第IV工况：小车位于停车位，非工作风载荷作用 27
2.7抗倾覆稳定性验算 27
2.7.1工况一：无风静载 28
2.7.2工况二：有风动载 29
2.7.3工况三：有风突然卸载 29
2.7.3工况四：非工作状态 30
第三章 前大梁的内力计算 31
3.1载荷分析 31
3.2前大梁简化 31
3.2.1机构简化 31
3.2.2杆件简化 31
3.2.3支座简化 31
3.2.4荷载简化 32
3.2.5结点简化 32
3.3前大梁结构内力分析 32
3.4前大梁内力计算 34
3.4.1 XY平面载荷作用下的前大梁内力 34
3.4.2 XZ平面内的前大梁内力 40
3.4.3轴力图、弯矩图和剪力图的合成 42
第四章 前大梁校核 45
4.1截面几何特性计算 45
4.1.1截面面积及型心计算 45
4.1.2截面对型心惯性矩计算 45
4.1.3截面抗弯模量计算 47
4.1.4截面静矩计算 47
4.2前大梁的强度验算 48
4.2.1正应力的计算 48
4.2.2剪应力的计算 51
4.2.3复合应力的计算 54
4.3前大梁的刚度计算 56
4.4前大梁的稳定性校核 56
4.4.1整体稳定性 56
4.4.2腹板及受压翼缘板的局部稳定性 57
第五章 CREO建模软件介绍 59
第六章 岸桥的经济性和环保性 60
第七章毕业设计总结 61
参考文献 62
致谢 63
第一章 绪论
1.1研究背景
从古至今，文明科技的发展和进步都是由人类的交往活动促使着，货物的流通促进科学技术和文明，集装箱作为现代货物流通的载体，在人类的发展进步中起着非常重要的作用。自进入二十世纪以来，集装箱运输以高效且便利的优点成为货物运输的主力军，在亚洲、欧洲、美洲乃至全世界范围都得到了普及和推广，尤其是在西方的高度发达的国家，该运输方式呈现飞跃式发展的趋势[1]。相比于国外的形势，在国家宏观调控政策的扶持下，我国的港口物流方面中的集装箱运输也表现出飞速发展的趋势,目前我国集装箱运输量约占世界集装箱运输总量的三分之一。
件杂货运输的集装箱化是物流行业发展过程中的必经之路，集装箱运输现在已经成了欧美等国最重要的物流运输方法之一，在整个运输系统中占有十分重要的地位。这些年来，集装箱运输在我国也取得了很好的发展，无论是在港口运输还是在铁路、公路等运输上，都越来越适应集装箱化的运输模式[3]。集装箱化的运输模式在地区经济贸易和物流发展中发挥了不可替代的作用。集装箱因为其自身具有运输量大、破损率低、节省包装材料、运输价格低廉、方便海陆联运等特性，在散装件杂货的运输中具有其他运输方式难以比拟的优越性，特别是在港口运输中，集装箱更因为其自身的优越特性而广受各大港口欢迎[4]。 集装箱运输的成功主要在其标准化的产品并且以此为基础而建立起的一整套的物流运输体系, 可以把一个重达数十吨的庞然大物实现标准化,并且能够在此基础上来逐步实现世界范围内的港口、船舶、路线、公路、铁路、桥梁、隧道、中转站等多式联运相配套的物流体系,这绝对可以说是我们人类在历史上创造的伟大奇迹之一。
集装箱运输相比与其他的传统的运输方式，具有非常显著的优点，它能够十分有效地降低运输期间的成本，并且对于货物处理方面提升了很高的效率，简化了货物交付时候的流程，有益于提高运输的合格率，高效、便捷、安全,以成为现代交通运输工具的重要组成部分[5]。集装箱运输通过大型装卸机械和大型车辆载体转载集装箱在流通领域内进行作业的一种新型、经济效益高和运输效率高的运输方式。集装箱化的运输方式对港口机械有了更高的要求：1）自动化和智能化。国外有些港口上的装卸机械能够根据程序控制自动进入装卸货物。2）大型化和高效化。随着在新型高效的集装箱起重机在港口上的使用，展示了大型化、高效化的港口发展方向，例如，上海振华港机厂生产的单台集装箱起重机每小时可达到97个自然箱的效率，该厂生产的新型机型和吊具，能同时起吊3个40英尺型的集装箱[15]。3）专业化和多用化。随着全球化的发展，国与国之间的交流日益增多，为了满足货物流向和船型的需要，各国港口需要建造更多的专业化码头，从而也需要与之相适应的专业化机械设备。4）环保化。随着时代的发展，“绿色”已经成为当今生活各个方面的潮流，港口也不例外，“绿色”也是重中之重。如比利时Vigan公司将较新的航空技术应用于其所生产的气力式卸船机上的涡轮式鼓风机之中，再加上降噪措施，其能源消耗小，噪声小。5)标准化。机械工业标准的完善程度是一个国家机械工业发展的一个显著的评价指标，机械行业要想迅速发展，必须有完善的机械工业标准[6]。
1.2国内外起重机现状
从1950年起我国港口运输中就已经开始发展集装箱式运输，虽然开始发展的年限相比于其他发达国家晚,但是发展趋势是最迅猛的[14]。自1973年天津港口装卸了第一个国际集装箱,集装箱运输已经进入黄金发展时期,引发了全球航运行业的密切关注。至今为止,我国已经成功地建立了一只具有最先进特点的集装箱船队,并且建造了一系列专门适用于集装箱运输的泊位。目前,我国上海港、宁波舟山港、青岛港等港口都处于世界吞吐量最多的集装箱港口中的前列[7]。
岸边集装箱桥式起重机简称岸桥是集装箱船与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备。个别码头还利用岸桥的大跨距和大后伸距直接进行堆场作业。岸桥的装卸能力和速度直接决定码头作业生产率,因此岸桥是港口集装箱装卸的主力设备[8]。岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代,科技含量越来越高,正朝着大型化、高速化、自动化和智能化,以及高可靠性、长寿命、低能耗、环保型方向发展[13]。
在经过了数十年的不断发展与进步后，中国的起重机行业已经发展到了一个相当大的的规模，与此同时，这个市场内的竞争也越发激烈。面对着竞争对手和市场情况的不断变化和巨大挑战，在刚刚过去的一两年中，我国各个起重机制造商在产能的增加上投入了大量资金成本。部分的企业取得了显著成效，在市场中的产品占有率进一步提高。虽然我国门座式起重机的科技含量与产品质量正不断进步，不断提高，但距离国际高水平企业生产出的产品仍然具有一定的距离。我国企业应当在扩大生产规模、提高产量的同时，做到技术水平与科技含量的提升，只有这样，才能不断增强我国起重机行业在国际中的的市场竞争力。
具有很大的发展潜力和良好的发展前景是我国起重机行业的显著优势，但与优势同时存在的，是中国的起重机行业中存在的几个突出问题。首先，我国起重机制造业生产的产品的种类规格少，性能、可靠性等指标均低于发达国际同类产品，这主要是因为我国起重机制造业整体技术生产水平与科学技术含量偏低。第二，只有少数品牌能够进入国际市场，并享有一定的声誉[10]。最后，我国起重机制造企业的合理利益难以得到保证，同时企业的生产技术的提高与持续发展也难以实现，这主要是因为国际市场低价竞争较为严重。
国外一些大厂为了提高生产率,降低生产成本,把起重机、运输机械有机的结合在一起,构成先进的机械化运输系统[9].
作为港口码头泊位起到核心作用的装卸机构和地标性建筑，岸桥一直体现着它的优点，与其他类型的起重机相比，岸桥可谓一直是在全国范围内各个港口码头占据着无可替代的席位，并且有越来越多的人把目光投向岸桥[11]。岸边集装箱起重机作为港口码头重要的技术物质基础,它体现了港口的生产力水平。在岸边集装箱起重机中,结构件的费用要占整机的很大部分。整机的使用寿命往往取决于结构件的使用寿命。自从改革开放以来，我国的经济犹如火箭般飞速发展，越来越来的港口购买了大量的岸桥来应付日益增长的货物吞吐量[12]。但是在使用过程中，也遭遇了一些令人困扰的难题，主要原因还是岸桥的价格在国内市场一直居高不下，然而顾客仍然要求能够尽可能地扩大岸桥的使用寿命，这就需要在设计岸桥结构时候严格按照疲劳强度来对结构的可靠性进行评估。
第二章 总体设计计算
2.1基本计术参数
起重量:65t
前伸距：56m，后伸距：15m
起升速度：满载速度75m/min, 空载速度：150m/min
起升高度：轨上高度：40m，轨下高度：20m
大车行走速度：45m/min，小车行走速度：240m/min
俯仰速度： 0-80 度 〈 5min
大车轨距：30m，小车轨距：6.55m
门框净宽度：〉18m
联系横梁下净空高 〉16.5 m
2.2重量和重心计算
2.2.1固定载荷
2.2.1.1机器房自重的计算
65t吊桥轮压和稳定性算
图2.1 机器房
XG1 , YG1 , ZG1 的原点在机器房中心 G(t)=58.04 35.00 0 3.12 3 8.05 13.5 9.7 12.2 15.3 0 1.1 1.8 10 8.9 3.1 1 0 8.4 0.6 1.2 3.5 14.2 0 1 10=223.51
XG1(m)
223.51=58.04*0 35*0 0*0 3.12*(-7.8) 3*4.5 8.05*0 13.5*(-8) 9.7*-2.74 12.2*-4.4 15.3*-4 0*0 1.1*-2.7 1.8*2.89 10*4.45 8.9*4.2 3.1*4.7 1*2.89 0*0 8.4*0 0.6*5.04 1.2*1.9 3.5*-4.4 14.2*0.23 0*0 1*0 10*0
XG1(m)=-0.74
YG1(m)*223.51=58.04*0 35*0 0*0 3.12*0.5 3*-6.6 8.05*-6.6 13.5*1.5 0*0 1.1*3.9 1.8*5.5 10*0.05 8.9*4.2 3.1*-3.2 1*3 0*0 8.4*6 0.6*-9.1 1.2*-9.15 3.5*0 14.2*-1 0*0 1*-3.8 10*0
YG1(m)=0.04
ZG1(m)*223.51=58.04*-0.3 35*3.1 0*0 3.12*2.8 3*1.8 8.05*1.05 13.5*1.05 9.7*1 12.2*1 15.3*1 0*0 1.1*1 1.8*1 10*1 8.9*1 3.1*0.6 1*1 0*0 8.4*4.5 0.6*0.4 1.2*1 3.5*2.45 14.2*-0.26 0*0 1*0.8 10*1
ZG1(m)=1.09
那么机器房总重223.51，其重心坐标为（-0.74，0.04，1.09）
表2.1 机器房表
序号 | 名称 | G(t) | XG1(m) | YG1(m) | ZG1(m) |
1 | 机房底盘 | 58.84 | 0.00 | 0.00 | -0.30 |
2 | 机房围墙 | 35.00 | 0.00 | 0.00 | 3.10 |
3 | 电阻箱 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
4 | 电气房围墙 | 3.12 | -7.80 | 0.50 | 2.80 |
5 | 高压柜 | 3.00 | 4.50 | -6.60 | 1.80 |
6 | 变压器 | 8.05 | 0.00 | -6.60 | 1.05 |
7 | 电气控制台 | 13.50 | -8.00 | 1.50 | 1.05 |
8 | 起升机构电机,制动器,联轴节 | 9.70 | -2.740 | 0.00 | 1.00 |
9 | 起升机构卷筒,联轴节 | 12.20 | -4.40 | 0.00 | 1.00 |
10 | 起升机构减速箱,底架,制动器 | 15.30 | -4.00 | 0.00 | 1.00 |
11 | 起升机构其他部分 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
12 | 起升应急机构 | 1.10 | -2.70 | 3.90 | 1.00 |
13 | 俯仰机构电机,制动器,联轴节 | 1.80 | 2.89 | 5.50 | 1.00 |
14 | 俯仰机构卷筒,联轴节 | 10.00 | 4.45 | 0.05 | 1.00 |
15 | 俯仰机构减速器,底架 | 8.90 | 4.20 | 4.20 | 1.00 |
16 | 俯仰机构卷筒制动器,制动盘 | 3.10 | 4.70 | -3.20 | 0.60 |
17 | 俯仰机构应急机构 | 1.00 | 2.89 | 3.00 | 1.00 |
18 | 俯仰机构其他部分 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
19 | 维修行车 | 8.40 | 0.00 | 6.00 | 4.50 |
20 | 空压机系统 | 0.60 | 5.04 | -9.10 | 0.40 |
21 | 工作台和工具箱 | 1.20 | 1.90 | -9.15 | 1.00 |
22 | 换绳装置 | 3.50 | -4.40 | 0.00 | 2.45 |
23 | 小车牵引系统 | 14.20 | 0.23 | -1.00 | -0.26 |
24 | 托架小车牵引系统 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
25 | 液压系统 | 1.00 | 0.00 | -3.80 | 0.80 |
26 | 其他 | 10.00 | 0.00 | 0.00 | 1.00 |
机器房合计 | 223.51 | -0.74 | 0.04 | 1.09 |
图2.2岸桥示意图
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