岸边集装箱起重机总体设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 目录 前言 1 1 集装箱吊具 2 集装箱 2 集装箱吊具的构造和特点 2 2 岸桥的通用零部件 4 钢丝绳 4 钢丝绳卷绕系统 4 钢丝绳的选择 4 钢丝绳的寿命和维修 5 钢丝绳和滑轮或卷筒之间的压力 5 滑轮 6 滑轮的构造和材料 6 滑轮的尺寸 6 滑轮组的倍率 7 卷筒 8 卷筒的类型选择 8 卷筒的型式 8 卷筒主要几何尺寸计算 8 联轴器 9 岸桥常用的联轴器 9 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 2 联轴器使用特性 10 3 岸桥的驱动 11 岸桥的负载特点 11 驱动系统 11 起升电机的功率计算 12 小车运行电机功率的计算 14 4 减速器 17 减速器的基本型式 17 减速器的选择 17 5 岸桥中的制动器 19 制动器 19 起升制动器下降负荷 19 紧急停止 19 以电机全力矩制动 22 起升制动器起升负荷 24 紧急停止 24 以电机全力矩制动 27 6 轨道和车轮 29 轨道 29 计算起重机运行车轮的直径 30 7 结论 32 致谢 33 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 参考文献 34 附录 A 35 附录 B 43 前言 随着经济建设高潮的到来，应该伴随出现一个文化建设的高潮。在党的改革开放方针指导下，当今国内工业生产如火如荼，文化建设也是方兴未艾。遗憾的是，起重机方面的文化建设却沉寂已久。 岸边集装箱起重机 （ 简称 岸桥） 是集装箱码头的主力装卸设备和标志性建筑，其在我国各大港口中的地位和作用， 历来为人们所重视和关注。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。 随着我国经济的高速发展，越来越多的岸边集装箱起重机投入使用，同时也面临一些问题，由于岸边集装箱起重机价格昂贵，用户总是希望尽量延长其使用寿命， 制造时降低成本，提高集装箱装卸的工作效率。 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 4 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 6 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 1 集装箱吊具 集装箱 集装箱是一种具有足够承载强度和刚度，具有一定贮存容积，能重复使用，适用多种运输方式、便于货 物装卸和整体快速换装的运输设备。由于集装箱的规格繁多，为便于统计计算船舶的载运量、港口码头的吞吐量、库场的通过能力和机械设备的装卸效率等，国际上以 20m)集装箱作为当量箱（ 进行换算，将20m)集装箱称为标准箱。这里设计是针对 40集装箱（ 40 尺柜： ， 配货毛重一般为 22 吨 ， 体积为 54 立方米 ）。 集装箱吊具的构造和特点 集装箱吊具是一种起吊集装箱的专用机具，它具有与集装箱箱体相适应的结 构，通过位于四角的旋锁与箱体的顶角件连接进行起吊作业。集装箱吊具具有自动伸缩、自动开闭锁、自动对中集装箱等机构和多种连锁安全装置，作业辅助时间短，作业效率高。集装箱吊架如图 1 图 1装箱吊架 装箱吊具的额定起重量取决于相应的集装箱，其外形尺寸不应超过相应集装箱的最大外部尺寸（导向翼外）。我国集装箱吊具型号和尺寸标准（ 220. 查 起重机设计手册 表 3取集装箱吊具型号 表 1我国标准集装 箱吊具的型号、尺寸和规格 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 8 he of 号 旋锁中心距的尺寸和极限偏差 / B 对角旋锁中心距差值 /旋锁转角 a 吊具的额定起重量 /应的集装箱型号 1985 6 122295 16 30500 1 岸桥的通用零部件 钢丝绳、滑轮、卷筒、联轴器等虽是岸桥上的通用标准零部件，但必须进行设计，因买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 为岸桥的高速重载工作要求高可靠性。 钢丝绳 钢丝绳卷绕系统 钢丝绳是岸桥使用中的主要挠性构件，它具有承载能力大、挠性好、传动平稳可靠、高速运动时无噪音、极少突然断裂等优点，因而被广泛用于岸桥的起升机构、变幅机构、牵引机构上；其缺点是长距离的传动由于自重引起下挠，在起制动瞬时弹跳幅度大。因此，对跳槽的防护、松绳的防护都有较高的要求。 钢 丝绳由一定数量的钢丝绳和绳芯经过捻制而成。首先将钢丝捻成股，然后将若干股围绕着绳芯制成绳。钢丝是钢丝绳的基本强度单元。起重机用钢丝绳的 强度一般为14001850间。绳芯是被绳股所缠绕的挠性芯棒，起到支撑和固定绳股的作用，并可以储存润滑油，增加钢丝绳的挠性。 钢丝绳的卷绕系统，对不同类型的起重机是不同的，在集装箱起重机中，钢丝绳防破断的安全系数如表 2示 表 2钢丝绳安全系数 he of 构 载荷组合 系数 主起升机构 考虑纵向方向） 仰机构 俯仰循环中最大的线拉力 最大线拉力，包括一套绳故障引起的冲击 车运行机构 S+紧装置的影响 钢丝绳的选择 钢丝绳的主要是在普通捻或称逆向捻（交捻）钢丝绳和顺向捻钢丝绳之间进行选择。两种类型最好都用钢丝绳芯，应当采用镀锌钢丝和始终全部润滑或加油脂润滑，抗拉强度应大约是 1770N/安全系数，即最小破断力对正常工作载荷的比必须根据国家标准。 钢丝绳工作时所受的最 大拉力 安全系数 S=6 钢丝绳破断拉力换算系数 钢丝绳标准中给出的钢丝破断拉力的总和 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 10 2 查 起重机设计手册 表 3用 6表 2丝绳主要性能 he of 丝绳直径 钢丝总截面积/ 2参考自重00m 钢丝破断拉力总和 /N（不小于） 钢丝绳 /丝 /19000 钢丝绳的寿命和维修 影响钢丝绳寿命、磨损的主要因数是：绳的卷绕系统，钢丝绳系统的类型，卷筒和滑轮的直径，反向弯曲的影响，滑轮之 间的距离，钢丝绳通过滑轮时的速度，钢丝绳正常工作载荷和最大载荷之间的比例，安全系数，即破断力对正工作载荷之比值，滑轮绳槽硬度的选择，钢丝绳和滑轮之间、钢丝绳和卷筒之间的偏角，钢丝绳的加油或润滑、及加油或润滑的周期，钢丝绳可能通过的赃物，磨料等的情况，内部和外部的锈蚀。 偶然地，钢丝绳的寿命特别短是因为碰到船的箱格导向或舱口围板而发生机械的损坏。俯仰钢丝绳一般是每 5 年一换 1 次，有时甚至每 10 年换 1 次。因此，应定期检验钢丝绳和钢丝绳滑轮，加油脂是十分重要的。钢丝绳在制造时已在其内部和外部加过油脂，如果内部油脂不 是很正确地加好，则钢丝绳的寿命会大大地缩短。 钢丝绳和滑轮或卷筒之间的压力 虽然机械的损坏经常是造成钢丝绳要更换的原因，但拉力载荷和弯曲载荷是疲劳的主要原因。 如果假设，钢丝绳运转在配合很好的绳槽中，则钢丝绳和绳槽之间的压力由下式给出。 p 2/（ 2 式中 p 钢丝绳槽中的压力 ,N/ F 钢丝绳力， N； D/2 滑轮或卷筒的半径， d 钢丝绳直径， 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 最大允许的压力 2m / )N 在钢 ，约 在锰钢或合金钢上，约 。 滑轮 滑轮的构造和材料 滑轮用以支撑钢丝绳，并能改变钢丝绳的走向，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组，达到省力或增速的目的。 承受负载不大的滑轮，结构尺寸较小，通常作为实体结构 ，用强度不低于铸铁 受大载荷的滑轮，为了减轻重量，多做成筋板带孔的结构，用强度不低于铸铁 铁 铸钢 材料制造而成。 滑轮的尺寸 滑轮主要尺寸是滑轮直径 D。起重机常用铸造滑轮，其结构尺寸已标准化 （ 滑轮结果尺寸可按钢丝绳直径进行选定。 工作滑轮的直径0(D)2 式中 0D 按钢丝绳中心计算的滑轮直径（ d 钢丝绳直径（ e 滑轮直径比例系数，与机构工作级别和钢丝绳结构有关 (表 2表 2绳直径比系数 e he of e 机构工作级别 e 6 8 0 7 25 8 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 12 这里选取 M4 e=18 D 3360 查 起重机械 安装使用维修检验手册（上）表 2360 的滑轮。 表 2轮参数 丝绳直径 d 基本尺寸 参考尺寸 R H 1B 1E C 1R 2R 3R 4R M N S 尺寸 偏差 18 19 6 41 8 15 2 0 12 滑轮组的倍率 若不考虑滑轮中的摩擦和钢丝绳的僵性阻力，则单联滑轮组钢丝绳自由端的拉力为： （ 2 式中 Q 被提升的物体质量（ S 钢丝绳自由端拉力（ N）； m 滑轮倍数率； g 重力加速度 2/8.9 。 滑轮组倍率 是增速滑轮组的增速倍数。 （ 2 式中 L 钢丝绳自由端移动距离； H 物品提升距离； 0v 钢丝绳线速度； v 物品的提升速度。 单联 滑轮组的倍率等于吊起物品钢丝绳的分支数。双联滑轮组可以看成是两个倍率相同，各起吊2此双联滑轮组的倍率等于吊起物买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 品钢丝绳分支数的21。 滑轮组倍率的选定，对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，钢丝绳直径、滑轮和卷筒直径也都减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转数，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积重量增大，同时也会降低效率，加速钢丝绳的磨损。 起重量小时 ，选用小的倍率，随着起我重量增大，倍率相应提高，倍率增大，起升速度相应减小。 桥式起重机常用的双联滑轮组倍率数见表 3 这里所设计的是针对 4040 尺柜： 内容积为 ， 配货毛重一般为 22 吨 ， 体积为 54 立方米 ），因此选取滑轮组倍率 4m 。 表 2桥式起重机常用双联滑轮组倍率 he of 定起重量Q/t 3 5 8 6 20 32 50 80 100 m 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 卷筒 卷筒的类型选择 卷筒是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件。其作用是卷绕储存和卷放钢丝绳并施于钢丝绳一定的拉力和速度。常用卷筒组类型有齿轮联接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式。 我们选用齿轮联接盘式卷筒，是目前桥式起重机卷筒的典型结构。齿轮联接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩；缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。在绳索牵引机构中，钢丝绳的两端都在卷筒上固 定。钢丝绳绕进或绕出卷筒时，钢丝绳偏离螺旋槽两恻的角度不大于 我们取 3o 。 卷筒的型式 卷筒由铸造或焊接经机加工后制成。铸造卷筒一般采用不低于 灰铸铁，重要的卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁。采用铸钢时，应不低于 焊接卷筒多陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 14 采用 量轻，适宜于大尺寸卷筒。 卷筒主要几何尺寸计算 几乎每一个国家都有其自己的关于钢丝绳滑轮或卷筒直 径（ D）对钢丝绳直径 （ d）的关系的标准。 卷筒名义直径 D 1( （ 2 式中 D 卷筒名义直径（卷筒槽底直径）； d 钢丝绳直径； e 筒绳直径比，由表 4 这里选取 e=25。 卷筒名义直径 25( 卷筒计算直径（由钢丝绳中心算起的卷筒直径） 84440 表 2 绳直径比 e he of 构工作级别 e 4 6 8 0 8 25 卷筒上和滑轮内的都有绳槽，卷筒上的绳槽必须够深，以便正确地导向钢丝绳。绳槽计算简图见图 4 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 图 2 起重机设计手册 表 3 2 卷筒绳槽尺寸 he of 丝绳直径 d 绳槽 半径 标准槽形 加深槽形 R 极限偏 差 1p 1h 1R 2p 2h 2R 1819 5 卷筒的安全技术检验及报废标准 卷筒上钢丝绳尾端的固定装置，应有防松或自紧 的性能。对钢丝绳尾端的固定情况，应每月检验一次。 缠绕的卷筒，端部应有凸缘。凸缘应高出量，应比最外层高出 2 倍钢丝绳直径或链条的宽度。 用于起升机构和变幅机构的卷筒，简体内无贯通支承轴的结构时，宜采用钢材制造。 卷筒上的钢丝绳工作时放出最多量时，卷筒的余留部分固定绳尾的圈数，至少还应缠绕 2 3圈，以避免绳尾压板或楔套、楔块受力。 卷筒出现裂纹或卷筒壁磨损达原壁厚的 20%时，应报废。 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 16 联轴器 岸桥常用的联轴器 联轴器主要用来在两轴这间传递扭矩，补偿小量的角度与径向偏移，同时还能改 善传动装置的动态特性。岸桥常用的联轴器有齿式联轴器、梅花弹性联轴器、万向联轴器、蛇型弹簧联轴器。 起升、俯仰机构，大、小车运行机构电机与减速器之间使用的联轴器全为高速型，卷筒与减速器之间采用的联轴器则为低速型。 岸桥各机构高速轴上使用的联轴器，必须锻钢制造、能润滑，并经过与其最高转数相匹配的动平衡。在人员通过的地方，联轴器装有可拆式防护罩。主起升、俯仰及小车的驱动联轴器应在不拆下各自的电机和减速器就在以分离。要防止润滑油因联轴器的旋转而飞溅到高速轴的制动盘上。加油必须适量。近年来，大量推广不需润滑的梅花弹性 联轴器。 联轴器使用特性 联轴器主要用来联接同轴线布置或基本平行的转轴，传递扭矩同时补偿少许角度和径向偏移，还能改善传递装置的动态特性 ,半联轴器有时可以兼作制动轮。起重机常用齿轮联轴器。 表 2轴器使用特性 he of 轴器名称 使用范围 允许使用偏差 特点及应用 许用转矩 /N m 轴径 /高转速r/向 /角 齿轮 联轴器 700 1000000 18 560 3003780 * 30 承载能力高，工作可靠。重量较大，成本较高，对机器的安装精度要求不高，需良好的润滑。可用于正反多变、起动频繁的场合，起升、运行、回转和变幅机构均可使用 联轴器的性能参数 表 2轮联轴器参数 文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 型号 许用转矩 /N m 许用转速 r/孔直径 孔长度 L A B D 600 2000 50 55 70 112 142 125 200 250 1D 2D C 1C 2C e 转动惯量2/kg m 质量 /75 110 7 28 36 18 岸桥的驱动 岸桥的负载特点 岸桥在选择一个驱动方案时，首先要考虑的是该驱动对象的负载特点。岸桥的负载有以下特点： （ 1）起升机构的负载是一个位能 性负载，当箱重一定时，在任何转速下负载转矩总是保持恒定，而且负载转矩的方向也不随电机转速方向的改变而改变。 （ 2）集装箱岸桥的载荷有效率是 50，即经常有一半时间是空吊具运行的。即使是在带箱的时候，也不都是满箱起吊额定负荷。为了提高生产效率，希望在轻载时能提高速度。负载转短与转速成反比，即形成恒功率控制。负载的恒功率性质是就一定的速度范围而言的，当负载很低时，受机械强度和电气系统特殊性的限制，转速不可能无限增大，一般恒功率调速范围为额定速度的 2 。 （ 3）起升机构和小车行走机构都是间隔短时重复连续工 作制，即对箱、吊箱、运行、对箱，周期性的起停或加减速，间隔很短。它要求具有良好的调速性能，除了要求有足够的热功率和起制动转矩外，还要考虑过载能力的迅速反应和电动机的良好通风散热。 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 18 （ 4）起升机构负载下降的过程是一个能量转换的过程，此时的电动机处于发电状态。如何吸收这部分位能，是岸边集装箱岸桥控制必须解决的问题。 驱动系统 近年来，随着微处理器和半导体技术的发展，交流变频调速理论不断发展，大功率变频器的性能和可靠性的不断提高，岸桥控制上越来越多地使用了交流变频技术。各大电气剥造商相继推出了自己的交流 控制系统，使这项控制技术日趋成熟。实践证明这种交流控制系统具有许多优点： (1)交流电机无需整流子和调换电刷，减少了维护工作量、防护等级高，节省了大量维修费用和维护时间。 (2)变频器加装直流电抗器以后，整体装置的功率因素高于 采用正弦波滤波器，功率因素接近于 1。 (3)考虑到维护的费用，交流系统有一定的价格优势，且随大容量主电路元件的开发运用，变频驱动的价格尚有较大的下降空间。 驱动系统的组成部分如图所示， 可不用）。 图 3驱动系统示图 里选用 起升电机的功率计算 为了计算起升电机功率，必须考虑以下各项： （ a）正常起升时的阻力； （ b）加速旋转是质量的惯性阻力； （ c）加速线形运动的质量的惯性阻力。 负荷的质量 Q=220荷的最大速度 v=60m/m/s 所有齿轮传动和钢丝绳滑轮组的效率 =文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 电机转速 n=1000r/机轴上的电机、滑轮、齿轮箱转动惯量 : （ 3 2151410 k ro t 加速时间 2荷的加速度 1 0 2a m s（ 3 1. 正常起升（满载最高速度）的阻力： 12201 （ 3 55011 3301000 95502441 （ 3 2加速旋转的质量的惯性阻力矩： 602 d /（ 3 2852 （ 3 9550 22 29 5 5 0 7 8 51 0 0 02 （ 3 3. 加速线形运动质量的阻力： 3 12203 （ 3 33（ 3 55033 1510009550123 （ 3 相加： 常）起升 3301 441 852 22 153 23 总计 230 38 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 20 在加速期间，电机能在有限的时间内传递更大的力矩，这样可以从约 140%变化到 250%这样多。 1 6 0 % 1 电机必须能提供 441 相应地 1 （ 3 8 (小于1N，于是可用 441 ) 选取电机满足： 44 ； 1000 ； 定工作制。 选用 2个提升电机，则需要 2个为 122 查 机械设计手册 表 16用 个。 表 3重电动机参数 he 号 标准 功率 /定电流 /A 额定转矩/N m 额定转速r/ 大 转 矩额 定 转 矩转动惯量/m 质量 /25 205 000 3 025 小车运行电机功率的计算 我们选用直接驱动小车，对于由电机直接驱动的小车，在恶劣的天气条件下 ，必须考虑驱动车轮和轨道之间打滑的可能性。 要考虑的因素主要是： 1)正常运行的阻力； 2)供电或拖令系统的阻力； 3) 风对小车负荷的作用的阻力； 4)加速旋转的质量的惯性的阻力； 5)加速线形运动的质量阻力。 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 主要性能 小车运行速度（ m/ v=150 m/ m/s） v=s 小车质量（ t） 01 总负荷质量（ t） 22 总质量（ t） 2小车车轮阻力（ kN/t） f=5kg/t=t 齿轮传动效率t（包括钢丝绳滑轮） 起升绞车在小车的直接驱动小车的起重机t ,t 风的作用： q=150N/m ,v=s 18WF 加速时间 速度 22 . 5 / 6 0 . 4 1 /a m s 电机转速 000 车轮直径 电机和车轮之间减速比 v m 0 0 0 i（ 3 转部分转动惯性之和（ 26tJ 由于供电施令系统的阻力，取 3正常运行的阻力： 1521 （ 3 11 （ 3 拖令系统的阻力： 2F 2 3F （ 3 22 （ 3 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 22 风的阻力： 383 （ 3 33（ 3 加速旋转的质量的惯性阻力： 602 d /10560 00 （ 3 405610564 （ 3 4()F （保留在驱动内部） 955044 19550 10001054 （ 3 5加速线形运动质量的阻力： 5（ 3 55 （ 3 相加：（直接驱动小车）车轮上驱动力（ 需要电机功率 ( F N 32 F N q=150N/m 3F=183N=50正 常运行 +风载，总计 F N 相加：（加速期间） 车轮上驱动力（ 需要电机功率 ( F N 32 F N q=150N/m 3F=183N=6N 加速线性运动质量 6s 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 加速期间，总计 F N 为控制轨道和车轮之间的打滑，现在需要的电机功率必须大于 和aa 。应大于 2。所以 N 必须大于 必须大于 a 取 6 。 4个车轮都是驱动车论，则直接驱动的小车，需要 4个为 查 机械设计手册 表 16选用 个 表 3车电动机参数 -2 号 标准 功率 /定电流 /A 额定转矩/N m 额定转速r/ 大 转 矩额 定 转 矩转动惯量/m 质量 /2 45 210 1000 00 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 24 4 减速器 减速器的基本型式 减速器是起重机上的重要传动部件。它的作用是把电机的高转速，降低到各机构所需要的工作转速。由于封闭齿轮转动结构形式的减速器，齿轮都装在密封的外壳内，灰尘进不去，润滑良好，维修方便使用耐久，所以在起重机上绝大多数都采用封闭式减速器。 起升机构的传 统布置方式要求采用中心高度小、重量轻的卧式平行轴减速器。减速器的输入轴和输出轴在箱体的同一侧，为了保证电动机和卷筒这间有一定的间距，减速器的中心距不能太小。由于卷筒的一端直接支承在减速器输出轴轴端上，要求输出轴端能承受较大的径向力。桥式起重机运行机构较多采用立式安装的减速器。 速器的箱体为焊接结构，外行美观，自重轻，单位重量传递的扭矩较大，立式和卧式减速器统一于一种结构型式，从而减少了产品的种类，有利于组织生产。 1)5m/s； 2)500r/ 3)25 +45C； 4) 5) 买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资 料 减速器的选择 公称传动比：起重电机我们选用公称传动比为 10的两级 表 4速器中心距 速级中心距180 680 低速级中心距 1a 为名义中心距 高速轴采用圆柱轴伸，平键联结。低速轴为 键联结 。 表 4速轴参数 of 义中心距1a /速轴伸 /速轴伸 / K P 型 285 140 65 18 69 340 130 200 32 137 图 4速器高速轴伸 of 4速器技术参数及承载能力 陈永辉： 岸边集装箱起重机总体设计 26 he s 入轴转速1 名义中心距 1a/许用输出扭矩 2T/ 公称传动比 100 最大许用径向载荷 高速轴许用功率/1000 280 7500 73 21000 减速器的安全技术检验 1）