LMQ3535集装箱门式起重机总体设计

1、 LMQ3535集装箱门式起重机总体设计1主要设计参数（1）起升高度集装箱吊具旋锁底平面离地的最大垂直距离。取决于起重机门架下所对方的集装箱层数和高度。起升高度根据堆5过6原则，而集装箱均是单个的ISO标准集装箱，则选取起升高度为18m。（2）轨距和基距轨距是指起重机有轨运行的运行轨道中心线的水平距离。基距是指起重小车运行轨道一侧两支撑点中心线之间的水平距离。则轨距取为35m，基距取为9.79m。（3）堆垛集装箱层数堆垛集装箱层数是起重机能堆垛集装箱的最高层数，则堆垛集装箱层数为5层。（4）通过集装箱层数通过集装箱层数是起重机吊具下载有集装箱时，通过场地上集装箱的最高层数，则通过集装箱层数为6

2、层。（5）机构的工作速度和工作级别起重机的工作速度包括起升、小车行走和大车行走三种工作速度。对于工作行程大的起重机宜采用较高的工作速度，对于工作行程小的起重机宜采用较低的工作速度，应注意到机构在正常工作时能达到稳定运动。起升机构(满载/空载)速度为15（20）m/min，小车运行机构速度为50m/min，大车运行机构速度为40m/min。起重机工作级别是征起重机机械工作繁重程度的重要参数。与起重机工作忙闲程度、载荷大小、作用特性有关。对于起重机整机，不经常繁忙使用（），经常起升额定载荷，一般起升较重载荷（），则起重机工作级别为。起升机构经常繁忙使用（）,机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷（

3、），则起升机构的工作级别为。小车运行机构经常繁忙使用（）,机构经常承受中等载荷，较少承受最大载荷（），则小车运行机构的工作级别为。大车行走机构经常中等地使用（）,机构经常承受较重载荷，也常承受较大的载荷（）,则大车行走机构的工作级别为。（6） 轨道型号查询起重机设计手册2，中小型起重机的小车常采用P型铁路钢轨，大型起重机采用P型与QU型起重机专用钢轨。此设计中小车运行机构的轨道采用P50型号轨道，其主要参数如下：高度152mm，截面面积6580 mm2;大车运行机构的轮压较大，采用起重机专用钢轨QU800，高度为130mm，截面面积为81.13mm2，许用轮压250KN。（7）计算风压我国GB

4、3811-83起重机设计规范1对于不同类型地区的计算风压已做了规定，对于沿海地区，工作状态下的最大风压取为250N/m2；在非工作状态下，对于上海以北取较小值，则非工作状态下的最大风压为800N/m2。表2.1 主要技术参数汇总额定起重量35t起升高度18m轨距/基距35m/9.79m堆垛集装箱层数/通过集装箱层数5/6机构的工作速度起升机构(满载/空载)15(25)m/min小车运行机构(满载/空载)50m/min大车运行机构40m/min机构的工作级别整机起升机构小车运行机构大车运行机构轨道型号（大车/小车）QU800/P50最大风压（工作状态/非工作状态）250（800）N/m22生产率

5、2.1理论作业循环时间 在理论循环中所用的起升和小车驱动系统的时间和设备额定能力计算中，理论循环应包括从底盘车和从堆场堆垛上移走和放置集装箱。工作循环应以堆垛上移走所有50个ISO标准集装箱（集装箱堆垛方式为5个高×10个宽）并装到底盘车上，然后从底盘车上移走50个ISO标准集装箱并放置于堆垛上为基础来计算。集装箱堆之间的间隔是500mm。典型的作为生产率计算的集装箱门式起重机的作业过程为：满载上升，上升到堆箱位置；小车运行，运行到落箱位置；满载下降，下降到落箱位；小车运行，运行到取箱位置；空载下降，下降到取箱位。对于不同的作业层，上升、下降的距离是不同的。若对集卡进行装箱作业，考虑

6、底盘的高度为 1.5m。 在计算典型工况的作业循环时间时，通常认为每一动作的加速、运行和减速，都是以其机构设计允许的最大值进行的；忽略起升和小车只要集装箱一让开障碍物就应同时运行事实；同时但还必须考虑一些细节所消耗的作业时间，如： （1）载荷都下降到距其所要落在其上的表面 1m以内停止，然后下降到该表面上； （2）啮合或松开旋锁允许2 秒钟，这是所可考虑的唯一的停机时间； （3）大车位置的调整等因素。图2.1工作平面图综合考虑后，获得集装箱门式起重机作业过程中的平均移动距离（如图2.1）为：A. 满载上升8727mm B. 空载上升1091mmC. 满载下降2454mmD. 空载下降6410m

7、m E. 小车运行9505mm工作循环路线：通过计算，得出的理论工作循环时间如图2.2。图 2.2 理论工作循环时间图 2.2生产率计算 港口起重机每小时能完成的循环次数，则被称为作业次数。集装箱起重机的生产率 是以每小时的起吊箱量计算。 以箱量计的生产率可表示为： 单次作业起吊的集装箱数×作业次数其中：单次作业起吊的集装箱数以标准箱计。 式中： 港口起重机每小时的作业循环次数。 则该起重机的生产率为36。3确定主要金属结构和主要工作机构3.1金属结构金属结构是起重机的主要组成部分。金属结构的作用是支承载荷并起骨架作用，构造作业空间。它使载荷从作用点传递到支撑点，最后传到地面或基础结

8、构，因此金属结构必须保证足够的强度、刚度和稳定性3。LMQ3535集装箱门式起重机的金属结构形式见图2.3。轨道式门式起重机由门框和横梁组成的门架组成，支承在行走台车上，通过大车运行机构沿地面铺设的轨道运行。它的金属结构主要由主梁和支腿构成的门框和上下横梁所组成的门架。两个门框中的两侧支腿用下横梁连接。主梁和上横梁构成顶面水平框架是小车运行的桥架，小车运行轨道铺设在主梁上。图2.3门式起重机金属结构1-主梁，2-门框，3-上横梁，4-支腿，5-下横梁，6-大车行走机构金属结构有两种形式，分别是箱型式和衍架式。衍架式的特点是自重轻，风力影响小，对整机稳定性有利，对码头产生的轮压小；但其制造与维护

9、都比较费工费时，并且杆件相互之间的焊接很难处理，往往会产生疲劳源，影响整机的寿命。箱型梁的特点是能进一步提高起重量和增大它的跨度，构造简单，便于制造，但迎风面积大，运行阻力大，且自重大，不利于节省钢材。考虑到起重机寿命、制造与维护成本等主梁选择箱型式3。门腿采用一刚一柔的形式。这种形式可以减轻自重，补偿跨度误差，以防止因温度变化或偏斜运行产生的卡轨现象。3.2 工作机构的形式工作机构是为完成对集装箱工作而设置的。轨道式门式起重机的工作机构主要由起升机构、小车运行机构和大车运行机构等。（1）起升机构起升机构的作用是使集装箱或其吊具作升降运动。起升机构是由直流电动机经减速器驱动起升卷筒转动、通过对

10、钢丝绳的收放、实现吊具升降的工作机构。通常卷筒端部有限位开关，以控制其最高位置和下降的最低位置。起升机构主要由直流电动机、减速器。卷筒及钢丝绳卷绕系统等组成4。为了支持物品的重量，在电动机轴上都装有制动器，制动器通常采用常闭式块式制动器。起重机起升机构的驱动装置采取电动机与卷筒平行布置，电动机通过封闭式标准两级减速器带动卷筒旋转。高速轴上安装有左右一边一个制动器。采用双联卷筒，带动钢丝绳起升重物。 起升机构驱动装置的布置形式如图2.5所示。图2.5起升机构驱动装置布置形式1-电动机，2-减速器，3-制动器，4-钢丝绳卷筒，5-联轴器对于LMQ3535集装箱门式起重机，起升钢丝绳卷绕系统（如图2

11、.6）。图2.6 LMQ3535集装箱门式起重机起升卷绕系统LMQ3535集装箱门式起重机的吊具采用集装箱专门吊具，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。（2）小车运行机构小车运行机构的作用是使集装箱或起吊具沿垂直轨道方向作水平往复运动。小车运行机构主要由运行支承装置和运行驱动装置两大部分组成。运行支承装置用来承受起重机的自重和外载荷，并将所有这些在和传递给轨道基础建筑，包括均衡装置、车轮与轨道等。运行驱动装置用来驱动起重机在轨道上运行，主要由电动机、减速器、制动器等组成2。小车运行机构平面布置图如图2.7。 图2.7 小车运行机构平面布置图小车运行

12、机构驱动装置如图2.8。电动机与制动器制成一体，直接联在减速器上，减速器套装在车轮轴上，减速器上方有已摊销支承与小车架相连。图2.8 小车运行机构驱动装置1带制动器电动机；2减速器；3弹性支承；4车轮。（3）大车运行机构大车运行机构的作用是实现整机沿着堆场轨道方向作水平运动。运行机构分工作性和非工作性。工作性运行机构可带载运行，非工作性运行机构的作用是调整起重机的工作位置。大车运行机构由驱动装置、行走支承装置及安全保护装置等组成。驱动装置由带有制动器的电动机、减速器、传动轴等组成的“三合一”传动装置，如图2.9。图2.9“三合一”大车运行机构驱动装置行走支承装置由均衡梁和台车架、车轮、轨道组成

13、。采用带有两个均衡梁的五轮车轮组。安全保护装置由包括减速和终点限位开关、端部缓冲器、放爬器、夹轨器、防风锚定装置和钢索固紧装置和轨道清扫器等，如图2.10。运行机构2一般要求：（1）主动轮必须保证车轮总数的一半，否则应进行起制动时车轮的打滑验算。（2）由于在室外工作，工作环境恶劣，因此对电机有较高的防护等级要求。（3）具有性能良好的防止相邻两台岸桥碰撞的措施。（4）安全可靠的防台风锚定和防台风钢索固紧装置或其他安全可靠的防护措施。（5）应装有性能良好的轨道清扫器。图2.10大车运行机构4各工作机构、金属结构的计算工况、计算载荷以及载荷组合4.1计算载荷要保证起重机机械安全可靠的工作，必须对起重

14、机及其零部件进行必要的计算，以确保起重机在外载荷作用下不致破坏，这些计算应满足下列要求：1、起重机的零部件和结构必须具有足够的承载能力（强度计算），使其在预定的作业条件下和规定的使用期限内不发生破坏。2、在外载荷作用下，起重机必须具有足够抵抗倾翻的能力。3、起重机工作机构的原动机必须满足作业时所需的功率；制动装置必须具有足够的制动力矩，实现可靠的制动。4、起重机械在工作或非工作时，由于受到可能出现的各种特殊载荷的作用，使得起重机械发生整体或局部的强度破坏、失稳破坏以及局部的永久破坏等4。起重机的外载荷就是作用在起重机上的外力，这些载荷有：起升载荷、自重载荷、动载荷、风载荷、碰撞载荷、工艺载荷、

15、安装和运输载荷等。载荷又可以分为常规载荷、偶然载荷、特殊载荷及其他载荷，只有在分析与这些载荷有关的起重机各种可能的载荷组合时，才需要区分这些载荷的不同类别。在起重机承载能力验算中确定载荷效应时要用到许多载荷系数5。（1）自重载荷PG自重载荷是指起重机本身的结构、机械设备、电气设备以及在起重机工作时始终积结在它的某个部件上的物料等质量的重力。起升质量的重量不计算在自重载荷之内。自重载荷在起重机设计之前是未知的。然而计算结构应力时又是主要载荷。因此在设计时，一般是参考同类型的参数接近的已有起重机作初步选定，如表2.2。表2.2起重机自重载荷汇总名 称数量单 重（Kg）总 重（Kg）吊具旋转机构及起

16、升卷绕系统112991299起升机构11374113741电气装配140004000小车总成11567215672电缆供电装置1988988锚定装置2167334放爬装置2425950大车运行机构4459018360集装箱吊具11000010000小车电缆导电装置1910910梯子平台169216921金属结构总成1108532108532整机自重1225000225000（2）起升载荷 起升载荷就是起升质量的重力，起升质量包括起重机允许起升的最大有效物品质量、取物装置质量等的质量总和。集装箱吊具重量为10000Kg，额定起重量为35t，忽略起升钢丝绳的质量，则总起升质量为45000Kg，则起

17、升载荷=450KN。（3）自重振动载荷当物品起升离地时，或悬吊在空中的物品下降制动时。起重机本身(主要是其金属结构)的自重将出现振动而产生脉冲式增大或减小的动力响应。此自重振动载荷用起升冲击系数1乘以起重机的自重载荷来考虑。取起升冲击系数=1.1，则=2475KN。（4）起升动载荷当物品无约束地起升离开地面时，物品的惯性力将会使起升载荷出现动载增大的作用。此起升动力效应用一个大于1的起升动载系数2乘以额定起升载荷PQ来考虑。2的计算式如下： （1）在GB3811-83起重机设计规范1中查表10及表11，最终可得=1.28，则=576KN。（5）突然卸荷冲击当起升质量部分或全部突然卸载时，将对结

18、构产生动态减载作用。这种工况对金属结构和起重机抗倾覆的稳定性计算非常有用。减小后的起升载荷等于突然卸载的冲击系数与起升载荷的乘积。的计算公式为： （2）式中: 起升质量中突然卸去的那部分质量，kg；起升质量, kg；起重机的系数，对于抓斗或类似慢速写在装置的起重机，；则突然卸载冲击=-76.5KN（6）运行冲击载荷起重机在轨道上运行时，由于轨道街头间隙或高低错位时，所发生的垂直冲击动力效应，即运行冲击载荷，用运行冲击系数乘以起重机的自重载荷与额定起升载荷之和来计算。的计算式如下： （3）式中，运行冲击系数；起重机运行速度（m/s）；h轨道接头处两轨面的高度差（mm）。，则运行冲击载荷（7）起重

19、机运行惯性力当运行机构起动或制动时，起重机自身质量和起升质量将产生水平方向振动，产生水平方向动载荷。计算时，可先按刚体动力学的方法计算起重机系统在机构起、制动时的水平惯性力，水平惯性力的大小等于该质量与加速度的乘积。然后再将这些惯性力乘以考虑弹性振动影响的增大系数。取，=1.5。 （4）式中：产生水平运行惯性力的相应质量， kg或t；运行加（减）速度，m/s2； 考虑起重机驱动力对结构产生的动力效应的系数，。主动车轮与钢轨间的粘着力取值。加速度查GB3811-83起重机设计规范1表13，取大车起制动时桥架的水平惯性力:大车起制动时小车、货物引起的水平惯性力:（8）偏斜载荷 由于起重机在轨道上不

20、良运行过程中出现偏斜运行时所产生的垂直作用于车轮轮缘或作用在水平导向轮上的水平侧向载荷。在实际设计中，起重机偏斜运行时的水平侧向载荷可按式（5）做简化计算： （5）式中： 起重机偏斜运行时的水平侧向载荷，单位为N起重机承受侧向载荷一侧的端梁上有效轴距有关的响应车轮经常出现的最大轮压之和，它与小车的位置有关；按GB3811-83起重机设计规范1图D.1确定。水平侧向载荷系数，与起重机跨度S和起重机基距B的比值S/B有关，按GB3811-83起重机设计规范1图D.2确定。则（9）风载荷对于露天工作的起重机应考虑风载荷的作用。假定风载荷是沿起重机最不利的水平方向作用的静力载荷，计算风压与阵风风速有关

21、。工作状态风载荷是指起重机在工作时应能承受的最大风力。工作状态风压沿着起重机全高取为定值，不考虑高度变化。工作状态风压分为和。是起重机工作状态正常的计算风压，用于选择电动机功率的阻力计算及发热计算；是起重机工作状态最大计算风压，用于计算机构零部件和金属结构强度、结构的刚性及稳定性，验算驱动装置的过载能力以及起重机整机的抗倾覆稳定性等。是非工作状态最大风压，非工作状态风压是起重机在不工作时能承受的最大风力作用。将此风载荷与起重机相应的自重载荷进行组合，用于验算非工作状态下起重机零部件及金属结构的强度、起重机整机抗倾覆稳定性.并进行起重机的抗风防滑装置、锚定装置等的设计计算2。当风向与构件的纵轴线

22、或构架表面垂直时，沿此风向的风载荷计算式如下： （6）式中：作用在起重机上的工作状态正常风载荷（N）；作用在起重机上的工作状态最大风载荷（N）； 作用在起重机上的非工作状态的风载荷（N）；C 风力系数；Pi工作状态计算风压（N/m2）；A 起重机构件垂直于风向的实体迎风面积（m2），它等于构件迎风面积的外形轮廓面积A0乘以结构迎风面充实率，即A=A0。起重机工作状态计算风压分为和，为250 N/m2，则=0.6×250=150 N/m2。起重机非工作状态下的计算风压为800 N/m2。下面分别计算各部分的工作状态风载荷。工况1：风向垂直于大车轨道方向（1）门架系统及主梁门架系统及主梁

23、系统轮廓面积A0为71.2；根据门架系统和主梁的截面箱型构件，大于350mm正方形和250mm×450mm的矩形，主梁细长比，门架可以简化为为矩形截面的箱型结构，则门架细长比,两者取较高值细长比=9.5，查GB3811-83起重机设计规范1表16，取风力系数C=1.5。由于这些结构均是实腹型，取结构迎风面充实率，对于箱型和梯形截面构件间隔比，查起GB3811-83起重机设计规范1表17，则挡风折减系数则门架及主梁系统总迎风面积：。风载荷：（2）小车、吊具及机器房小车、吊具及机器房的总的轮廓面积A0为81.13，查GB3811-83起重机设计规范1表16，对于空中悬置的机器房等，风力系

24、数C=1.2，由于这些结构均是实腹型，取结构迎风面充实率，可以不考虑挡风折减系数和风压高度变化系数，即=1，Kh=1。则小车、吊具及机器房总迎风面积：。风载荷：工况2：风向平行于大车轨道（1）门架系统及主梁门架系统及主梁系统轮廓面积A0为173.7；根据门架系统和主梁的截面箱型构件，大于350mm正方形和250mm×450mm的矩形，主梁细长比，门架细长比，两者取较高值=13.5, ,查GB3811-83起重机设计规范1表16，取风力系数C=1.8; 由于这些结构均是实腹型，取结构迎风面充实率，对于箱型和梯形截面构件间隔比,查GB3811-83起重机设计规范1表17，则挡风折减系数；

25、则门架及主梁系统总迎风面积：。风载荷： （2）小车、吊具及机器房小车、吊具及机器房的总的轮廓面积A0为27.7，查GB3811-83起重机设计规范1表16，对于空中悬置的机器房等，风力系数C=1.2，由于这些结构均是实腹型，取结构迎风面充实率，可以不考虑挡风折减系数和风压高度变化系数，即=1，Kh=1。则小车、吊具及机器房总迎风面积：A=27.7风载荷：4.2载荷组合在进行起重机及其金属结构计算时，应考虑三种不同的基本在载荷情况：A无风工作情况；B有风工作情况；C受到特殊载荷作用的工作情况或非工作情况。起重机在无风工作情况下的载荷组合考虑以下两种：A1起重机在正常工作状态下，无约束地起升地面的

26、物品，无工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷，此时只应与正常操作控制下的其他驱动机构(不包括起升机构)引起的驱动加速力相组合；A4在正常工作状态下，起重机在不平道路或轨道上运行，无工作状态下风载荷及其他气候影响产生的载荷，此时应按A1的驱动加速力组合。起重机在有风工作情况下的载荷组合考虑以下两种：B1,B4其载荷组合与A1,A4的组合相同，但应考虑加上工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷。起重机受到特殊载荷作用的工作情况或非工作情况下的载荷组合考虑C2起重机在非工作状态下，有非工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷1。考虑到受以上各类载荷作用的计算载荷和载荷组合表如表2.3所示。表2.3载

27、荷组合表12345载荷类别载荷载荷组合A载荷组合B载荷组合CA1A4B1B4C2常规载荷自重振动载荷、起升动载荷与运行冲击载荷起重机质量引起的111总起升质量或突然卸除部分起升质量引起的22在不平道路（轨道）上运行起重机的质量和总起升质量引起的44驱动加速力起重机的质量和总起升质量不包括起升机构的其他驱动机构加速引起的5555偶然载荷气候影响引起的载荷工作状态风载荷11偏斜水平侧向载荷偏斜运行时的水平侧向载荷特殊载荷非工作状态风载荷1缓冲碰撞载荷5计算支承反力和轮压起重机车轮对轨道的垂直压力称为轮压。作用在起重机上的各种载荷通过行走支承装置和车轮传递到基础上，这些支承点所承受的垂直反力称为支承

28、反力。对于每个支承点下装有一组车轮的起重机，通常采用铰接的均衡梁，使同组车轮的轮压相等。因此，该指点支承反力除以支承点下的车轮数就是轮压： （7）式中：V支承反力 m该支点下车轮数计算起重机的轮压，应按B类C类载荷组合计算，求出在各种不同工况下支承反力的最大值和最小值；根据码头基础设计所规定的许用轮压，确定每个支点下的车轮数目和尺寸，从而算出最大轮压和最小轮压。最大轮压用于运行机构零部件及金属结构的强度计算；最小轮压用于运行机构起动和制动时车轮的打滑验算。门式起重机都采用四支点承载桥结构，由于其结构的对称性和桥架具有一定的弯曲和扭转弹性，其大小车的支承反力按铰接支架计算比较合理5。5.1 小车

29、支承反力根据起重机机械手册2第一篇第六章第五节，假定小车与货物中心在水平面内的投影相互重合，小车支承反力可由下式计算： （8）式中：小车重力，156.7KN； Q 货物（包括吊具）重力，450KN； t、e小车货物中心在支承平面内投影坐标，t=b/2，e=l/2； b、l小车轴距及轨距，b=4.8m，l=9.79m。小车支承反力5.2 大车支承反力根据起重机设计手册2第一篇第六章第五节，门式起重机按下述最不利工况来计算支承反力：即满载小车位于悬臂梁极限位置，大车和小车同时紧急制动，风沿轨道方向吹。假定桥架自身的重心在支承平面的投影与支承平面的形心重合，则大车支承反力由下式确定： （9）式中：桥架重力,2250KN 大车运行机构重力,183.6KN；小车受电装置重力，40KN司机室重力，80KN x 小车1、2车轮至大车一侧轨道的水平距离，30m； c 司机室中心线至大车一侧轨道水平距离，32.5m； d 大车运行机构合成重心至一侧轨道的水平距离,17.5m； L 起重机跨度,35m。 2.4风力和水平惯性力对大车支承反力的影响计算大车支承反力应考虑风力和水平惯性力产生的大车附加垂直力,如图2.4。对于无悬臂龙门起重机，风力和水平惯性力