1500吨/小时抓斗卸船机海侧立柱设计及三维建模开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1桥式抓斗卸船机简介
桥式抓斗卸船机是完成散货船装卸作业的一种专用卸船设备。它的操作对象包括矿石、煤炭、粮食等各种散货,货物适应能力很强。相比于连续卸船机,桥式抓斗卸船机在环保、整机自重、以及效率方面处于劣势,但它可以避免船体颠簸而对卸船机造成的损伤[6]。此外桥式抓斗卸船机的运营成本较低。综合比较,桥式抓斗卸船机在散货装卸领域具有绝对优势。因此桥式抓斗卸船机在国内外被广泛使用。
桥式起重机主要部件有金属结构、抓斗、起升开闭及小车机构、臂架俯仰机构大车行走机构、卸料系统、俯仰缠绕系统、抓斗起升开闭及小车运行缠绕系统等[7]。
经过四十年的发展,桥式抓斗卸船机已经成为非常成熟的卸船设备。桥式卸船机整体结构很多年都没有出现大的技术革新。只在小车形式上,先后出现了主辅小车式、机械差动四卷筒式、电差动四卷筒式三种小车形式[4]。现在正在使用中的卸船机主要以主辅小车式和机械差动四卷筒式为主[5]。电差动四卷筒式小车因电控系统复杂尚未大规模应用。
近几年国内外研究的热点趋于一致,包括为减少劳动力投入而引发的自动化智能化趋势和为提高装卸效率而进行的结构大型化研究[6]。自动化智能化趋势是现代港口发展的需要,自动化智能化可减少港口从业人员。从人力成本日益提高的今天,智能化对可以提高港口的盈利。同时,工人对劳动条件要求越来越高的现实也要求港口走向完全自动化智能化。桥式抓斗卸船机因卸船作业而生,其发展趋势必然受到其装卸船只的影响。随着巴拿马级、超巴拿马级散货船的下水,现有卸船机已经不能满足此类超大型船只的卸船需要了。截至2015年,全球已有40艘此类大型船只。桥式抓斗卸船机被船只的大型化逼上大型化的道路。在大型化方面,我国上海振华港机厂已于2010年交付给青岛港董家口一台3500t/h的桥式抓斗卸船机[9]。目前,更大的卸船机也在设计中。
1.2三维建模软件solidwork和二维建模软件autoCAD的使用
随着计算机软件的发展,计算机辅助设计在工程设计领域发挥着越开越重要的作用。从机械绘图到工艺设计,从三位建模到立体仿真,从结构有限元分析到运动轨迹设计,都能看到计算机辅助设计的身影。
本次设计中,我们将使用到solidworks和CAD软件。
CAD机械制图发展较早,现在已经被广泛运用。CAD画图精准,制图规范,随着计算机的普及,已经成为工程领域最常用的软件。相对与三维建模软件,CAD只能以二维的形式表现,不太直观。但是,它人被广泛的运用在各个领域。三维建模软件solidworks是近几年才发展起来的,它依然被广泛使用得益于计算机计算性能的提高。三维建模形象直观,具有二维建模软件不可比拟的优势。而且它还可方便的导出二维图纸[16]。
这两种建模软件的使用将大大减少我们的设计工作量。同时,这对我们也是一个建模练习,对我们空间想象力的提高很有帮助。
1.3本次设计的意义
本次设计主要的主要内容是对其金属结构的设计,包括整体设计及海侧立柱的具体设计。金属结构作为整个机器的支撑,其设计的质量会对整机性能产生极大影响。良好的金属结构设计可以达到较小的整机自重,卸船机功耗随之降低。较小的整机自重也可获得较小的轮压,码头前沿地基的成本也可大大降底。此外合理的金属结构设计在自重较轻的前提下,可获得较好的稳定性能。对于在海边的大型设备来说稳定性意味着更高的抗风能力。本次设计要保证在规定使用寿命内,在允许的起重量下,起重机不发生失稳、强度破坏且刚度符合要求。
桥式卸船机是港口装卸作业的关键设备,保证其安全有效运行,对于保证港口生产能力至关重要。目前我国沿海有近百个大型港口,数千台桥式抓斗卸船机。保证它们的高效运行对中国的对外贸易起着不可忽视的作用。性能优良的桥式抓斗卸船机,生产率高,受力合理故障率小,节能高效。而设计出这样的高效起重机就是我们祖国发展做出的贡献。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计参数
设计的技术参数包括:
额定生产率:1500吨/小时
前伸距:38m,后伸距:15m
起升速度:满载140m/min,空载:175m/min
起升高度:轨上:24m,轨下:23m
大车行走速度:20m/min,小车行走速度:220m/min
俯仰时间:0-80度lt;6min
大车轨距:14m,小车轨距:4.6m
大车基距:18m
2.2设计的主要内容与技术路线
本次设计的主要内容主要分为两部分。第一部分是桥式抓斗卸船机的总体设计,第二部分是桥式抓斗卸船机海侧立柱的结构设计,同时完成其三维建模。
在总体设计过程中,首先完成各个总体方案布置。根据已经给出的设计参数确定卸船机金属结构的主要尺寸。参照已完成设计制造的同类机型,或者查阅《起重机设计规范》,确定其他构件在卸船机金属结构上的位置即其相应的结构尺寸。参照相同生产率的桥式卸船机的设计数据,估算金属结构及其上各个构件,如:司机室、小车、机房等的质量。
在结构尺寸及相应构件质量完全确定后,依据这些数据,进行总体计算。总体计算的内容包括整机稳定性校核,和大车轮压的计算[15]。相关标准可在《起重机设计规范中查阅》,若校验合格,则总体方案设计完成;校验不合格,则调整方案直至满足标准。最后编写总体设计计算说明书,绘制总体方案图。总体方案图使用autoCAD2018绘制。
海侧立柱的设计是建立在总体设计的基础之上,在总体设计过程中,海侧立柱的主要尺寸已经确定,包括立柱的高度和宽度。海侧立柱的设计主要为其各个截面尺寸的确定。按照《起重机设计规范》的要求,对设计好的海侧立柱进行静强度、疲劳强度、静刚度、动刚度和稳定性的校核[14]。
校核通过后,完成海侧立柱设计计算说明书。使用solidworks2018软件完成海侧立柱的三维建模,并在三维建模的基础上生成海侧立柱的二维施工图。

3. 研究计划与安排

(1)第一~二周:文献检索、阅读、外文资料翻译;
(2)第三周:撰写开题报告;
(3)第四~七周:总体设计计算及总图绘制;
(4)第八~十三周:结构设计、三维建模及绘制施工图纸;
(5)第十四周:整理、提交设计资料;
(7)第十五周:毕业答辩

4. 参考文献(12篇以上)

[1]郭东,谷惠勇.差动式八绳抓斗卸船机[J].起重运输机械,2005,(8): 30-31
[2]沈涛,胡肇炜.大型桥式抓斗卸船机结构强度分析[J].中国重型装备,2009,(4): 17-19,32
[3]李普阳,王悦民.根据前大梁的挠度来判断桥式抓斗卸船机的稳定性[J].中国重型装备,2011,(3): 34-36
[4]胡延年.桥式抓斗卸船机3种主要形式的比较[J].起重运输机械,2011,(6): 51-54
[5]刘耀杰.桥式抓斗卸船机差动减速机工作原理分析[J].港口装卸,2017,(4): 22-24
[6]彭传圣,范翠玉.桥式抓斗卸船机的新发展[J].港口装卸,1999,(3): 3-7
[7]林继钦,苏超.桥式抓斗卸船机典型结构与结构优化的对比分析[J].起重运输机械,2014,(6): 54-59
[8]何成忠,刘汉东.桥式抓斗卸船机应力测试技术应用[J].起重运输机械,2012,(8): 100-103
[9]钟海峰,胡媛,胡志宇.青岛港董家口3500t/h桥式抓斗卸船机简介[J].港口科技,2012,(3): 29-31,37
[10]李智勇.桥式抓斗卸船机的发展与现状分析[J].环球市场,2018,(16): 365
[11]龚海明,胡志宇,朱勇.4 000 t/h特大型桥式抓斗卸船机的研制[J].起重运输机械,2018,(6): 100-103
[12]付玉婷.桥式抓斗卸船机整机金属结构有限元分析[J].科技视界,2018,(10): 66-67,76
[13]王鑫,张家滨,孙同峰.桥式抓斗卸船机的差动减速机工作原理阐述[J].科技创新与应用,2018,(36): 56-57
[14]《起重机设计手册》编写组,《起重机设计手册》,机械工业出版社,1995。
[15]陈玮璋等编,《起重机金属结构》人民交通出版社,1985。
[16]赵罘、杨晓晋等编,《SolidWorks2016机械设计入门到精通》人民邮电出版社,2016
[17] S. Wu et al, "Structure-Aware Data Consolidation," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 40, (10), pp. 2529-2537, 2018.
[18] J. Cheng and Z. Li, "Markov random field-based image inpainting with direction structure distribution analysis for maintaining structure coherence," Signal Processing, vol. 154, pp. 182-197, 2019
[19] E. Solingen, J. W. Wingerden and T. Oomen, "Frequency‐domain optimization of fixed‐structure controllers," International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol. 28, (12), pp. 3784-3805, 2018

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