机械毕业设计（论文）-40t轨道式集装箱门式起重机设计（全套图纸）

- 1 - 40t40t 轨道式集装箱门式起重机设计轨道式集装箱门式起重机设计 - 2 - 设计摘要设计摘要 摘要：轨道式集装箱龙门起重机（英文缩写 RMG）是集装箱堆场专用机械之一， 它利用市电，通过行走轮在轨道上的移动，配有 20，40可伸缩吊具（根据需 要亦可配双箱吊具） ，在集装箱堆场的规定范围内起吊、堆放集装箱。 RMG 与 RTG（轮胎式集装箱龙门起重机）相比，具有用市电驱动，无污染， 可加大起重量和起升速度，大车可吊货快速行走等优点。 本机由起升机构、小车运行机构、大车机构、减摇机构等组成。起升、大 车、小车机构多为交流变频控制。起升机构一般为单卷筒形式，亦可根据需要 设计成双卷筒开式。 关键字：轨道式，集装箱，门式，起重机，结构设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 - 3 - Abstract design AbstractAbstract: The track-type container gantry cranes (the initials RMG) is one of machinery specialized for Container Yard, which uses electricity to run round the track on the mobile, with 20 , 40 retractable spreader (also based on need Can double with me spreader), in the container yard of the provisions of the lifting and stacking of containers. RMG and the RTG (tire container gantry cranes) compared with using electricity- driven, non-polluting, can increase from the weight lifting and speed, large carts may be suspended cargo fast walking, etc. The plane from lifting, running car agencies, large carts, roll bodies composed. Lifting, large carts, car bodies for the exchange of multi-frequency control. Lifting bodies is generally single-reel form, or under the dual needs of open-reel. Keyword: Track Crane, containers, Gantry crane, structural design - 4 - 前前 言言 轨道式集装箱门式起重机是众多港口起重机械的一种，它以采用市电无污 染、能源充足等有点适用于固定场所的长期作业，是港口货物装卸运输的必备 设备。 针对世界贸易的全球发展，港口运输在世界经济贸易中占居越来越重要的 地位。港口货物的装卸运输的效率高低直接关系到经济效益的高低，因此港口 的起重运输设备的革新和改进就刻不容缓。传统的集装箱装卸运输方法和系统 已经不能满足日益增长的经济贸易的需求。 面对新时期的全球贸易的新挑战，我们不断的进行着技术、设备和管理方 法的革新来提高港口的装卸运输效率，加大港口货物的出入量。不断的顺应全 球化经济贸易的高速发展。 就集装箱装卸运输方面的革新，我们做出下面设想： 技术方面我们采用整船集装箱定位扫描系统，起重机吊具采取数控系统由 电脑操作自动寻取集装箱坐标并经行精确对接吊取，代替人工手动对准吊取。 能够大大提高工作效率和质量。 设备改进我们采取大吨位的高效率的起吊机械，改进集装箱的装载重上限。 或者采取双箱、三箱同时装卸来提高效率。 管理方面我们采取全面智能化系统管理，港口机械全面实现计算机系统操 控。减少人工干预，实现高效率作业。 本次设计就是本着提高港口机械的装卸效率的原则，设计的大吨位、大跨 度、大起升高度的轨道式集装箱门式起重机。起重量 40t 是现有最大的起重量， 大跨度和高起升高度大大扩大了起重机的工作区域。作业能力大大提高。 本机设计是基于现有产品模型自行设计出来的，设计过程中难免会有疏漏 和过失之处，在后期的设计当中作者会不断的更新改正。本设计仅仅设计金属 结构的设计，机构设计将后会继续完成。设计过程中，学校老师和导师为我们 提供了巨大的帮助，再次向我们的指导老师表示诚挚的感谢！ - 5 - 目目 录录 一轨道式集装箱门式起重机总概6 二总体设计8 1.设计参数 .8 2.主梁设计 .8 （1）基本尺寸设计.8 （2）主梁截面几何参数计算.9 3.端梁设计 .10 4.刚性支腿设计 .11 5.柔性支腿设计 .13 6.下端梁设计 .15 7.上马鞍设计 .16 三起重机整机稳定性计算17 1.空载起重机沿轨道方向起、制动时的载重稳定性安全系数验算 .17 2.起重机满载时垂直于大车运行轨道方向的载重稳定性安全系数验算 .20 四主桥架计算21 1.载荷计算 .21 （1）主梁自重载荷.23 （2）一根主梁上小车集中载荷.23 （3）端梁自重.23 （4）惯性载荷.23 （5）偏斜运行侧向力.23 （6）风载荷.24 （7）扭转载荷.24 2.主梁内力计算 .25 (1)主梁垂直平面所受的内力25 (2)主梁截面水平载荷产生的内力27 3. 强度计算27 4疲劳强度计算： 30 5.主梁稳定性计算 .32 五支腿计算34 - 6 - 1. 载荷计算34 2. 支腿内力计算36 3支腿强度计算 39 4. 支腿稳定性计算41 六下横梁的强度计算44 七 连接强度验算44 （1）计算法兰板上焊缝的强度 45 （2）刚性支腿下端与下横梁联合 46 （3）螺栓连接计算 47 八刚度计算48 （1）静刚度和位移 48 （2）桥架水平惯性位移 49 （3）起重机偏斜运行对主梁产生的水平位移 49 （4）垂直动刚度 49 九起重机拱度51 十参 考 文 献51 十一. NEW TECHNIQUE OF ZPMC52 - 7 - 一一轨道式集装箱门式起重机总概轨道式集装箱门式起重机总概 本起重机专供集装箱货场上作未来集装箱的装卸车及堆垛之用。在龙门起 重机的行走距离内可以进行吊一箱过三箱的作业，为扩大起重机的作业范围， 本机具有两侧 13 米的外伸距，加上龙门架跨度内的 60 米工作长度，形成 86 米长的小车作业线。起重机可以在门架跨度内堆存 21 排集装箱；在外伸距处作 车道的集装箱装卸车作业。同时，为了适应不同的集装箱堆放方向和集装箱拖 车行走方向。本机配备伸缩式集装箱索具（亦称吊具） ，索具的开闭锁动作和伸 缩可以由司机在操纵室操作。 本起重机在轨距 60 米的轨道上运行，轨道型号为 QU80，轨道安装质量必 须达到中华人民共和国交通部标准 JT5022-86港口起重机轨道安装技术条件 的规定，以保证起重机在额定载荷下安全使用。 操纵室悬挂在小车旋转架上，和旋转架、集装箱索具一起横移和旋转，保证司 机有良好的视线，以便准确对箱操作。 本起重机各机构均为工作性机构。即都能带载动作，完成 20 英尺或 40 英尺集 装箱的起升、下降、横移、旋转及整机沿堆场轨道运行。起重机的设计和校核 均按我国国家现行标准 GB3811-83起重机设计规范和 GB6070-85起重 机械安全规程的相应规定执行，以保证本起重机在集装箱装卸作业时正常工 作。 起重机总体性能表 起重量 起重能力 40 吨 吊（索）具下起重量 60 吨 起升高度 轨上 16.5 米 门架跨距 60 米 门架两侧外伸距 13 米 门架基距 16 米 工作速度 起 升 25 米/分 小车横行 62 米/分 大车运行 50 米/分 起重机最大工作轮压 32 吨/轮 大车使用钢轨 QU80 使用电源 种类 3 相 380 伏 50 赫 方式 电缆卷筒绕入/200 米 起重机总重量 520 吨 本机金属结构均是钢板焊接而成的箱型结构,门架与门腿成 型,门腿内设直梯， 主梁上设有人孔，以方便人员进如进行内部结构检查。门架与主梁用法兰方式 联结；主梁分成三段，用高强度螺栓联结；以方便运输和安装。在运输过程中， 注意枕木的搁置点应放在箱体的横隔板部位，以免产生凹陷变形。 本机的起升机构、小车机构、旋转机构和大车机构均有终点开关保护。开关位 - 8 - 置在总装试车前按设计图要求定位。 起升卷筒轴承座设重量传感器。 大车行走机构上的顶轨器和防台锚定销和小车锚定销上均有行程或联锁开关， 亦须在现场作定位调整。 大车机构的附属安全设备较多，有行程终点开关；门腿一侧位置设有锚 定联锁开关；在另一侧位置设有大风防爬装置；装在四条门腿上的大车行走声 光报警器以及电缆放出完毕停车开关。 这里需说明一下：当操纵大车运行手柄欲令大车行走时，首先行走声光报警器 发出红色闪光，且笛声大作，警告轨道附近人员避让，同时，防爬器电动机启 动提防爬靴。当防爬靴提起高度碰及行程开关时它一面接通行走控制电路，一 面点亮松轨指示灯，行走电动机正向（或反向）接触器动作，起重机启动运行。 停车时，操纵杆手柄扳回“0”位，行走电动机失电，此时行走制动器不立即刹车， 起重机可以籍惯行滑行一段距离。经过一段延时，然后制动器才失电抱闸停车， 同时防爬电机失电，防爬靴下落至路轨上，碰动行程开关，切断大车控制回路， 顶轨指示灯亮。 吊具系统: 吊具开闭锁只有在着箱开关全部动作后，才能动作。开闭锁动作完成后才 能进行起升动作。 超载保护系统： 测重传感器安装在一台起升卷筒的轴承座内重量传感器，这里的钢丝绳是没 有收放的，利用钢绳的张力测量吊重。讯号传至司机室内的微电脑载荷限制器， 它显示所吊物品的重量。当载荷达到 90%额定值时蜂鸣器发出断续声响，同时 报警灯闪烁，是为了预报警。当达到 105%额定起重量时，蜂鸣器发出连续声 响，报警灯长亮，约经 0.5 秒延时后，若荷重仍没减小，继电器即行动作，切 断起升电机上升控制回路。此时，重物只能下降不能上升。载荷限制器的调试 详细情况请见“载荷限制器使用说明书”，并应定期进行检查标定。 - 9 - 二总体设计二总体设计 1.设计参数设计参数 起重量 Q=40t 小车自重 Gx=60t 小车轨距 b=14410mm 起升速度 V起=25m/min 大车运行速度 V大=50m/min 起升高度 H0=16.5m 跨度 L=60m 有效悬臂长度 L0 刚=13m L0 柔=13m 悬臂全长 L0刚=18m L0柔=18m 沿海 工作风压 q=250pa 非工作风压 q=800pa 材料 A3 钢 工作级别 M6 2.主梁设计主梁设计 （1）基本尺寸设计）基本尺寸设计 取主梁高度 H1=（1/14-1/17）L=5.66.8m 根据设计的实际要求和结构的要求取 H1=4040mm 选用主梁为偏轨式箱形主梁 主梁宽度 B1=（0.60.8）H1=1.82.4m 初选 B1=1.59m 变截面长度 初选为 3m 主梁上、下翼缘板厚 0 =20mm 主腹板 1=12mm 副主板 2=8mm 箱形梁承轨部分采用宽翼缘 T 字钢拼合，型号为 600 T 字钢上翼缘厚 20、腹板厚 12 - 10 - 主桥架总图 （2）主梁截面几何参数计算）主梁截面几何参数计算 截面积 A0=(1774X20+1650X20+4000X12+4000X8)mm2 =148520mm4 求重心坐标： - 11 - 1 1 (1774 888 20 1624 4000 128 34 4000 1650 20 825) 148520 921.3 xmm mm 1 1 (1774 20 403020 4000 2020 1650 20 10) 148520 2053.9 ymm mm 求惯性矩： 3333 222 114 1111 1774 201650 2012 40008 4000 12121212 1776 20 1976.11650 20 2043.94000 20 33.9 3.785 10 (mm ) X I 3333 2222 104 1111 20 177420 16504000 124000 8 12121212 1776 20 33.31650 20 96.34000 20 702.74000 8 887.3 6.57 10 (mm ) y I 3.端梁设计端梁设计 端梁高度 H2=1/2H1=2020mm 宽度 B2=1m 端梁上、下翼缘板厚 0=10mm 腹板 =8mm 主梁和端梁采用法兰盘螺栓链接 - 12 - 4.刚性支腿设计刚性支腿设计 根据跨度 60m，采用一刚性支腿和一柔性支腿的设计方法，柔性支腿铰接。 在门架平面计算按静定简图，在计算支腿平面内力时，采用超静定简图。 由于设计起重机为工作级别为 M6，最大轮压为 20.3t，查手册选取车轮的车 轮直径为 800，轨道型号为 QU80。 由于起升高度 H0=16.5m，极限起升高度距主梁下翼缘高度 h0=2.5m， 支腿与质量连接支座高度 hz=0.3m 。 6 轮台车高度 h台=3.415m 台车与下端梁连接支座 H支下=185mm 下端梁高度 H下端=600mm 得出支腿的高度为：H 支=H0+h0-hz-h 台-H 支下-H 下端 =（16.5+2.5-0.3-3.415-0.185-0.6）m =14.5m=14500mm 门架平面 刚性支腿上端宽度：b刚上=1.2h主=4.8m 为满足弯矩和扭力的强度要求，取 b刚上=5m 下端宽度 b 刚下1.59/3=0.53m 考虑车轮和支腿支撑的构造，取 b刚下=1000mm 为节省材料又能符合力学的要求，将刚性支腿的构造设计为如下图形式： 刚性支腿上截面： - 13 - 刚性支腿下截面： 刚性支腿 1-1 截面计算： 22 2 (640 14 2 1576 10 2) 249440 2 98880 Ammmm mm - 14 - 整个截面是由两个截面组成，一个截面 32104 1 210 15762 14 640 7951.682 10mm 12 x I 半 （） 3294 y 1 214 6402 10 1576 2953.45 10mm 12 I 半 （） 整个截面的惯性矩： 104 23.364 10 mm xx II 半 2124 yy 2223501.095 10 mmIIA 半 计算刚性支腿中间截面的尺寸属性： 2 98880mmAA 刚中上 104 3.64 10mm xx II 刚中上 （） 2114 yy 2211752.73 10mmIIA 刚中半 （） 刚性支腿下端截面计算： 22 (1040 14 2 1576 10 2)60640Ammmm 32104 1 210 15762 14 1040 7952.492 10mm 12 x I （） 3294 y 1 214 10402 10 1576 4959.347 10mm 12 I （） 5.柔性支腿设计柔性支腿设计 柔性支腿下端宽度设计于刚性支腿相同：b柔下=1040mm 根据 bb 0.7 b 柔下柔上 柔上 取 b柔上=1640mm - 15 - 60 支腿上截面： 柔性支腿下端截面和刚性支腿下端截面各尺寸一样： - 16 - 柔性支腿下端截面 柔性支腿上截面： 22 (1640 14 2 1576 10 2)77440Ammmm 32104 1 210 15762 14 1640 7953.56 10mm 12 x I （） 32104 y 1 214 16402 10 1576 7953.015 10mm 12 I （） 柔性支腿中间截面： 22 (1340 14 2 1576 10 2)69040Ammmm 32104 1 210 15762 14 1340 7953.02 10mm 12 x I （） 32104 y 1 214 13402 10 1576 6451.87 10mm 12 I （） 柔性支腿下截面和刚性支腿下截面各尺寸一样，截面性质一样在此不再做 计算。 6.下端梁设计下端梁设计 下端梁的两端截面计算： - 17 - 22 (1040 16 2600 10 2)45280Ammmm 3294 1 210 6002 16 1040 3083.51 10mm 12 x I （） 3294 y 1 216 10402 10 600 4965.95 10mm 12 I （） 7.上马鞍设计上马鞍设计 上马鞍设计与主梁直接相连，截面比较细小，起到加强桥架稳定性、水平 刚度、抗弯、抗扭能力。因为上马鞍不在支腿平面与支腿直接刚性连接，所以 所受作用力相对较小。为了简化模型在此我们不对其做考虑，把其当作进一步 加强作用。 支腿平面示意图 - 18 - 三起重机整机稳定性计算三起重机整机稳定性计算 带悬臂的龙门起重机，除验算沿大车运行方 向空载起、制动时的稳定性，还须验算垂直 于轨道方向的稳定性，由于集装箱的迎风面 积不大，运行速度较低，故满载时的稳定性 可不计算。 1.空载起重机沿轨道方向起、制动时的载重空载起重机沿轨道方向起、制动时的载重 稳定性安全系数验算稳定性安全系数验算 1 f134 0.5() 1.4 GGB K PhP hP h 小桥 小桥 式中 G桥桥架重量 2G 刚腿柔腿静总马鞍台车下横梁桥 （G+G+G+G+G+G） 1185.4 104.6138tGGGG 梁静总轨栏杆电 G G 梁一根主梁的自重 G 梁=118t G 轨一根主梁上的小车轨道自重 G 轨=5.4t G 栏杆一根主梁一侧的平台栏杆的自重 G 栏杆=10t G 电位于平台上的电气设备的重量 G 电=4.6t G 刚腿刚性支腿的自重 G 刚腿=18t G 柔腿柔性支腿的自重 G 柔腿=12t G 马鞍马鞍自重 G 马鞍=10t G 台车大车运行台车总自重 G 台车=40t G 下横梁下横梁自重 G 下横梁=15t - 19 - 2ttG 桥 （138+18+12+10+40+15）=466 Pf作用在桥架和小车上的工作状态最大风力。 计算风力时，前面一排的主梁，马鞍、支腿、下横梁及大车 轮组遮挡后面一排主梁、马鞍、支腿、下横梁及大车轮组。故后面一排 受风面积应减小，减小程度用折算系数 表示。 风力计算公式分别为： fn Pck q A 前 fn Pck qA 后 f n Pck qA 后 f n Pck qA 后 式中 p作用在桥架与小车上的非工作状态的最大风力； C风力系数 c=1.6 Kh风压高度变化系数 Kh=1 计算非工作风压时，Kh=1.13 q第类载荷的风压值 q=250Pa q第类载荷的风压值 q=250Pa 折算系数，根据 a/h 值查 a/h=1.4/4=3.25 10 取 h=120 厚度 取 3 4 l 8 - 44 - - 45 - 六下横梁的强度计算六下横梁的强度计算 经分析下端梁 5 点为危险点，5 点受双向载荷 5 点的应力为： 5 2 1.062 10 y MMNm 6 2122 1.425 10 x MMMNm 在截面内位于支腿腹板正对下侧添加 2 横向大隔板截面面积为： 2 1640 1021000 10252800Amm 5 5 5 6353 99 1 8.535.39510 2 52800 1.425 10316 101.062 10520 10 3.51 105.95 10 26.37 128.39.28163.97 y x xx NP M x M y AII Mpa （） 七连接强度验算七连接强度验算 支腿上端与主梁通过法兰盘用螺栓连接，下端与下端梁焊接 - 46 - （1）计算法兰板上焊缝的强度）计算法兰板上焊缝的强度 支腿与法兰采用焊接连接，采用周边贴角焊缝连接，焊缝高度。8 f hmm 刚性支腿上法兰平面和焊缝在 X 方向的作用力为： 所受的弯矩为： 6 1234 8.75 10 cccc MMMMMNm 水平惯性力 F 为： 4 w 8.736 10 H FFFN 大车大车 计算焊缝的惯性矩: 焊缝截面性质： 2 2 (640 2 1576 2) 0.749638.4 ff Ahmm 32 104 1 (0.71576640 0.7805 ) 4 12 1.659 10 ff Ixhh mm - 47 - 32 1011104 1 (0.7640640 0.72200 ) 4 12 2 6.984 101.732 101.659 10 yff ff Ihh hh mm 322 1 【1576（0. 7 ）2+1576 0. 7（2497 +1892）】 12 经过分析焊缝端点 6 点为应力最大点，6 点的应力为： 4 8.736 10 1.76 49638.4 F