基于solidworks的RTG40小车行走机构设计及虚拟装配开题报告
2020-03-31 12:03
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着全球化的不断推进，港口物流业的不断提升能够促进贸易的顺利进行，对完成港口作为运输枢纽的快速运转，实现经济的快速发展具有重要的促进作用。提高港口装卸能力、作业效率是港口发展的必然趋势，因此大型化、高速化、自动化是港口起重机的设计研发方向 。在这其中，轮胎式集装箱门式起重机（rtg）起着非常重要的作用。
轮胎式集装箱门式起重机（rtg）是集装箱货物进行堆码作业的专用机械，它不仅适用于集装箱码头的堆场，同样也适用于集装箱专用堆场。它由门形支架、动力传动系统、起升机构、大车运行机构、小车运行机构及伸缩式吊具及安全保护部分等组成。装有集装箱吊具的行走小车沿主梁轨道行走，通过钢丝绳的升降进行集装箱装卸和堆码作业。起重机在货场上行走通过大车行走机构实现，通过轮胎的转向，可以实现跨货场作业，作业灵活。
伴随着科学技术的迅猛发展，也为了适应现代化码头堆场集装箱装卸作业要求，轮胎式集装箱门式起重机在性能和结构等多个方面得到改进。在国内，程红星等利用模糊层次分析法（ahp）分析rtg半自动化改造的风险，并对现场使用过程中存在的问题进行及时整改。张建荣等以桥式起重机小车运行机构故障为研究对象，应用概率风险评估方法，对某转载大厅50/20吨桥式起重机进行了安全分析。胡小来等对集装箱起重机小车运行机构进行选型并配置缓冲器。王庆乐等分析了轮胎式集装箱起重机的工作特性，采用krasta有限元软件对其结构进行强度、静刚度以及疲劳强度分析。郑晓沪等介绍了一种能够将轮胎式集装箱门式起重机电缆卷筒上的电缆插头与插座固定电箱自动插拔的一种技术。吕建钢等对轮胎式集装箱门式起重机在使用过程中的啃轨现象从制作、安装、调试等方面进行探究并提出解决方法。在国外， odnokopylov等采用矢量控制方法对异步电机进行单独控制，可以实现起重机支架的移动速度同步，并实现电机之间的平衡，还描述了各种控制系统的仿真结果，且给出了关于系统进一步应用的建议。此外，m. antonelli从意大利港口运行的rtg起重机的实验测量开始。在评估实际功率和能量流量之后，选择了基于这些存储系统利用率的适当动力总体结构，并且选择适当尺寸的组件以提高整体系统效率，还使用modelica语言实现的仿真模型，以便研究提出的不同的解决方案的成本效益。 hans hellendoorn等提出混合式起重机使用超级电容器来储存在降低容器或制动期间再生的能量，并且重新利用该能量来辅助发动机，此想法提高节省燃油量，增加营运利润。p. a.ospina-henao提出了一种替代形式，用于模拟现实生活中使用欧拉经典力学和拉格朗日形式主义的龙门起重机类型的机械系统的动态建模，该模型可以找到我们模型描述的运动方程。
2. 研究的基本内容与方案
针对轮胎式集装箱门式起重机（RTG），本次旨在设计出其小车行走机构。首先，明确所需要设计的小车行走机构的组成部分，主要包括小车轨道、小车车轮和小车驱动机构三大部分；其次，考虑小车的驱动方式。运行小车的驱动方式分为自行式和钢丝绳牵引式两种。自行式小车的工作原理是电动机通过减速器连接到小车车轮端，直接带动小车作水平往复运动。绳索牵引式小车的工作原理是电动机经减速器驱动卷筒，再经过小车钢丝绳缠绕系统，由卷筒来牵引小车沿着大梁轨道作水平往复运动；接着，就是对小车行走机构具体部分进行设计：
1.综合考虑轮胎式集装箱门式起重机各个机构布置形式和小车特点，选择了小车的驱动方式之后，明确该种方式下的小车驱动机构的构成；若是绳索牵引式小车，其驱动机构需要考虑卷筒、钢丝绳等；
2.确定小车驱动机构各个部件的选型和计算，如电动机、制动器、减速器、联轴器等的选型及强度验算。还有小车车轮和小车轨道的选型设计；
3.确定小车驱动机构的布置形式。若是自行式小车，需考虑其车轮是采用集中驱动、分别驱动还是特殊形式；
4.根据小车行走机构的构成和已经完成选型的部件绘制出小车行走机构及零部件的CAD图；
5.利用SolidWorks软件构建小车行走机构的模型。
最后，根据小组各个成员设计的RTG机构，完成其虚拟装配工作。
对于所要设计的轮胎式集装箱门式起重机，给定基本参数如下表：
| 参数名称 | 数 值 | 备 注 | |
| 额定起重量t | 吊具下 | 40 |
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| 含吊具及上架 | 51 |
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| 小车总重t | 30 |
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| 起升速度m/min | 额定载荷 | 20 |
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| 空载 | 40 |
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| 起升加速时间s | 额定载荷 | 20 |
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| 空载 | 4 |
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| 起升减速时间s | 额定载荷 | 2 |
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| 空载 | 4 |
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| 小车运行速度m/min | 70 |
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| 小车加速时间s | 4 |
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| 小车减速时间s | 4 |
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| 大车运行速度m/min | 额定载荷 | 25 |
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| 空载 | 100 |
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| 大车加速时间s | 额定载荷 | 2 |
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| 空载 | 8 |
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| 大车减速时间s | 额定载荷 | 2 |
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| 空载 | 8 |
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| 风速m/s | 工作时最大风速 | 20 |
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| 非工作时最大风速 | 55 |
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| 锚定时最大风速 | 55 |
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| 跨距m | 23.47 | 堆六列，集卡边置 | |
| 起升高度m | 15.24 | 吊具下，堆四过五 | |
| 小车轨距m | 6.4 |
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| 小车行程m | 18.8 |
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| 基距m | 6.4 |
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| 车轮中心距m | 2.5 |
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| 柴油机电动驱动 |
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| 整机工作级别 | A7 |
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| 轮压t≤ | 32 |
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在最终环节，完成基本的设计后，利用SolidWorks软件构建小车行走机构的三维模型，并和其他同学完成的大车行走机构设计、起升机构设计等部分组合起来，形成一个完整的轮胎式集装箱门式起重机模型，在进行基本的参数设定后，运用动画功能模拟整个起重机正常工作的情况。
3. 研究计划与安排
| 时间进度 | 任务安排 |
| 2月28日至3月18日 | 查阅文献，明确所要设计机构的组成和研究现状，并撰写开题报告 |
| l 3月19日至4月9日 | 对小车行走机构件进行选型和验算，并学习SolidWorks建模软件 |
| l 4月10日至5月5日 | 绘制小车行走机构CAD图纸，并构建小车行走机构3D模型，开始撰写毕业设计论文 |
| l 5月6日至5月15日 | 完成轮胎式集装箱门式起重机的虚拟装配工作，并进行仿真运行 |
| l 5月16日至5月30日 | 准备毕业设计论文答辩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]张建荣，董富治. 航天发射场桥式起重机小车运行机构安全分析方法[j].计算机与数字工程，2016：1595.
[2]王庆乐，王志虎. 基于krasta的轮胎式集装箱门式起重机计算[j].机械工程师，2015：203
[3]胡小来，王磊. 集装箱起重机小车运行机构缓冲器选型与计算[j].中国机械
