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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）
前言
隨著經(jīng)濟建設(shè)高潮的到來，應(yīng)該伴隨出現(xiàn)一個文化建設(shè)的高潮。在黨的改革開放方針指導(dǎo)下，當今國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)如火如荼，文化建設(shè)也是方興未艾。遺憾的是，起重機方面的文化建設(shè)卻沉寂已久。
岸邊集裝箱起重機（簡稱岸橋）是集裝箱碼頭的主力裝卸設(shè)備和標志性建筑，其在我國各大港口中的地位和作用，歷來為人們所重視和關(guān)注。岸邊集裝箱起重機作為港口碼頭重要的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)，它體現(xiàn)了港口的生產(chǎn)力水平。在岸邊集裝箱起重機中，結(jié)構(gòu)件的費用要占整機的很大部分。
隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，越來越多的岸邊集裝箱起重機投入使用，同時也面臨一些問題，由于岸邊集裝箱起重機價格昂貴，用戶總是希望盡量延長其使用壽命，制造時降低成本，提高集裝箱裝卸的工作效率。
1 集裝箱吊具
1.1 集裝箱
集裝箱是一種具有足夠承載強度和剛度，具有一定貯存容積，能重復(fù)使用，適用多種運輸方式、便于貨物裝卸和整體快速換裝的運輸設(shè)備。由于集裝箱的規(guī)格繁多，為便于統(tǒng)計計算船舶的載運量、港口碼頭的吞吐量、庫場的通過能力和機械設(shè)備的裝卸效率等，國際上以20ft(6m)集裝箱作為當量箱（TEU-TwentyFeetEquivalentUnit）來進行換算，將20ft(6m)集裝箱稱為標準箱。這里設(shè)計是針對40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米）。
1.2 集裝箱吊具的構(gòu)造和特點
集裝箱吊具是一種起吊集裝箱的專用機具，它具有與集裝箱箱體相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，通過位于四角的旋鎖與箱體的頂角件連接進行起吊作業(yè)。集裝箱吊具具有自動伸縮、自動開閉鎖、自動對中集裝箱等機構(gòu)和多種連鎖安全裝置，作業(yè)輔助時間短，作業(yè)效率高。集裝箱吊架如圖1-1所示。
圖1-1集裝箱吊架
Fig.1-1 Container hanger
集裝箱吊具的額定起重量取決于相應(yīng)的集裝箱，其外形尺寸不應(yīng)超過相應(yīng)集裝箱的最大外部尺寸（導(dǎo)向翼外）。我國集裝箱吊具型號和尺寸標準（GB 3220-82）.
查 起重機設(shè)計手冊 表3-6-3，選取集裝箱吊具型號JD-30 。
表1-1 我國標準集裝箱吊具的型號、尺寸和規(guī)格
Tab.1-1 The model, size and specifications of container spreader
型號
旋鎖中心距的尺寸和極限偏差/mm
A B
對角旋鎖中心距差值/mm
旋鎖轉(zhuǎn)角a
吊具的額定起重量 /kg
相應(yīng)的集裝箱型號
JD-30
119856
16
30500
1AA
2 岸橋的通用零部件
鋼絲繩、滑輪、卷筒、聯(lián)軸器等雖是岸橋上的通用標準零部件，但必須進行設(shè)計，因為岸橋的高速重載工作要求高可靠性。
2.1 鋼絲繩
2.1.1 鋼絲繩卷繞系統(tǒng)
鋼絲繩是岸橋使用中的主要撓性構(gòu)件，它具有承載能力大、撓性好、傳動平穩(wěn)可靠、高速運動時無噪音、極少突然斷裂等優(yōu)點，因而被廣泛用于岸橋的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、牽引機構(gòu)上；其缺點是長距離的傳動由于自重引起下?lián)希谄鹬苿铀矔r彈跳幅度大。因此，對跳槽的防護、松繩的防護都有較高的要求。
鋼絲繩由一定數(shù)量的鋼絲繩和繩芯經(jīng)過捻制而成。首先將鋼絲捻成股，然后將若干股圍繞著繩芯制成繩。鋼絲是鋼絲繩的基本強度單元。起重機用鋼絲繩的 強度一般為1400~1850Mpa之間。繩芯是被繩股所纏繞的撓性芯棒，起到支撐和固定繩股的作用，并可以儲存潤滑油，增加鋼絲繩的撓性。
鋼絲繩的卷繞系統(tǒng)，對不同類型的起重機是不同的，在集裝箱起重機中，鋼絲繩防破斷的安全系數(shù)如表2-1所示
表2-1 鋼絲繩安全系數(shù)
Tab.2-1 The safety factor of rope
機構(gòu)
載荷組合
系數(shù)
主起升機構(gòu)
LS+LLE（只考慮縱向方向）
5.0-6.0
俯仰機構(gòu)
俯仰循環(huán)中最大的線拉力
最大線拉力，包括一套繩故障引起的沖擊
6.0
2.0
小車運行機構(gòu)
TL+LS+LL+0.50WLO+LATT+張緊裝置的影響
5.0
2.1.2 鋼絲繩的選擇
鋼絲繩的主要是在普通捻或稱逆向捻（交捻）鋼絲繩和順向捻鋼絲繩之間進行選擇。兩種類型最好都用鋼絲繩芯，應(yīng)當采用鍍鋅鋼絲和始終全部潤滑或加油脂潤滑，抗拉強度應(yīng)大約是1770N/mm2。安全系數(shù)，即最小破斷力對正常工作載荷的比必須根據(jù)國家標準。
鋼絲繩工作時所受的最大拉力
安全系數(shù) S=6
鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)
鋼絲繩標準中給出的鋼絲破斷拉力的總和
（2-1）
查 起重機設(shè)計手冊 表3-1-5
選用6x19普通捻鋼絲繩
表2-2 鋼絲繩主要性能
Tab.2-2 The main properties of wire rope
鋼絲繩直徑
鋼絲總截面積/
參考自重kg/100m
鋼絲破斷拉力總和/N（不小于）
鋼絲繩/mm
鋼絲/mm
18.5
1.2
128.87
121.8
219000
2.1.3 鋼絲繩的壽命和維修
影響鋼絲繩壽命、磨損的主要因數(shù)是：繩的卷繞系統(tǒng)，反向彎曲的影響，鋼絲繩通過滑輪時的速度，鋼絲繩正常工作載荷和最大載荷之間的比例，安全系數(shù)，滑輪繩槽硬度的選擇，鋼絲繩和滑輪之間、鋼絲繩和卷筒之間的偏角，鋼絲繩的加油或潤滑、及加油或潤滑的周期，鋼絲繩可能通過的贓物，磨料等的情況，內(nèi)部和外部的銹蝕。
俯仰鋼絲繩一般是每5年一換1次，有時甚至每10年換1次。因此，應(yīng)定期檢驗鋼絲繩和鋼絲繩滑輪，加油脂是十分重要的。鋼絲繩在制造時已在其內(nèi)部和外部加過油脂，如果內(nèi)部油脂不是很正確地加好，則鋼絲繩的壽命會大大地縮短。
2.1.4 鋼絲繩和滑輪或卷筒之間的壓力
雖然機械的損壞經(jīng)常是造成鋼絲繩要更換的原因，但拉力載荷和彎曲載荷是疲勞的主要原因。
如果假設(shè)，鋼絲繩運轉(zhuǎn)在配合很好的繩槽中，則鋼絲繩和繩槽之間的壓力由下式給出。
（2-2）
式中 p——鋼絲繩槽中的壓力,N/mm2；
F——鋼絲繩力，N；
D/2——滑輪或卷筒的半徑，mm；
d——鋼絲繩直徑，mm。
最大允許的壓力是：
——在鋼Fe（S355）上，約7.0N/mm2；
——在錳鋼或合金鋼上，約20.0 N/mm2。
2.2 滑輪
2.2.1 滑輪的構(gòu)造和材料
滑輪用以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達到省力或增速的目的。
承受負載不大的滑輪，結(jié)構(gòu)尺寸較小，通常作為實體結(jié)構(gòu)，用強度不低于鑄鐵HT200的材料制造。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結(jié)構(gòu)，用強度不低于鑄鐵HT200、球鐵QT40-17和鑄鋼ZG230-450等材料制造而成。
2.2.2 滑輪的尺寸
滑輪主要尺寸是滑輪直徑D。起重機常用鑄造滑輪，其結(jié)構(gòu)尺寸已標準化（ZBJ80006，1-87）滑輪結(jié)果尺寸可按鋼絲繩直徑進行選定。
工作滑輪的直徑
（2-3）
式中 ——按鋼絲繩中心計算的滑輪直徑（mm）：
——鋼絲繩直徑（mm）；
——滑輪直徑比例系數(shù)，與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)。
這里選取工作級別為M4 即e=18
查 起重機械 安裝使用維修檢驗手冊（上）表2-1-51我們選用基本尺寸為下表的滑輪。
表2-3滑輪參數(shù)
Tab.2-3 Pulley parameters
鋼絲繩直徑d
基本尺寸
參考尺寸
R
C
M
N
S
尺寸
偏差
>18～19
10.5
+0.4
0
32.5
56
41
1.5
18
15
3.0
5.0
12
0
12
2.2.3 滑輪組的倍率
若不考慮滑輪中的摩擦和鋼絲繩的僵性阻力，則單聯(lián)滑輪組鋼絲繩自由端的拉力為：
（2-4）
式中 Q——被提升的物體質(zhì)量（kg）；
S——鋼絲繩自由端拉力（N）；
m——滑輪倍數(shù)率；
g——重力加速度。
滑輪組倍率m是省力滑輪組倍力數(shù)，也是增速滑輪組的增速倍數(shù)。
（2-5）
式中 L——鋼絲繩自由端移動距離；
H——物品提升距離；
——鋼絲繩線速度；
——物品的提升速度。
滑輪組倍率的選定，對起升機構(gòu)的總體尺寸影響較大。倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷筒直徑也都減小，在起升速度不變時，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機構(gòu)傳動比。但倍率過大，會使滑輪組本身體積重量增大，同時也會降低效率，加速鋼絲繩的磨損。
起重量小時，選用小的倍率，隨著起我重量增大，倍率相應(yīng)提高，倍率增大，起升速度相應(yīng)減小。
橋式起重機常用的雙聯(lián)滑輪組倍率數(shù)見表2-4。 這里所設(shè)計的是針對40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米），因此選取滑輪組倍率。
表2-4 橋式起重機常用雙聯(lián)滑輪組倍率
Tab.2-4 The common double-pulley block ratio of bridge crane
額定起重量Q/t
3
5
8
12.5
16
20
32
50
80
100
m
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
2.3 卷筒
2.3.1 卷筒的類型選擇
卷筒是起升機構(gòu)和牽引機構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。其作用是卷繞儲存和卷放鋼絲繩并施于鋼絲繩一定的拉力和速度。常用卷筒組類型有齒輪聯(lián)接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。
我們選用齒輪聯(lián)接盤式卷筒，是目前橋式起重機卷筒的典型結(jié)構(gòu)。齒輪聯(lián)接盤式卷筒組為封閉式傳動，分組性好，卷筒軸不承受扭矩；缺點是檢修時需沿軸向外移卷筒。在繩索牽引機構(gòu)中，鋼絲繩的兩端都在卷筒上固定。鋼絲繩繞進或繞出卷筒時，鋼絲繩偏離螺旋槽兩惻的角度不大于，我們?nèi) ?
2.3.2 卷筒的型式
卷筒由鑄造或焊接經(jīng)機加工后制成。鑄造卷筒一般采用不低于HT-200的灰鑄鐵，重要的卷筒可采用高強度鑄鐵或球墨鑄鐵。采用鑄鋼時，應(yīng)不低于ZG230-450。焊接卷筒多采用Q235鋼板彎卷焊接而成，重量輕，適宜于大尺寸卷筒。
2.3.3 卷筒主要幾何尺寸計算
幾乎每一個國家都有其自己的關(guān)于鋼絲繩滑輪或卷筒直徑（D）對鋼絲繩直徑（d）的關(guān)系的標準。
卷筒名義直徑D
（2-6）
式中 D——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）；
d——鋼絲繩直徑；
e——筒繩直徑比。
這里選取M8的工作級別，e=25。
卷筒名義直徑
卷筒計算直徑（由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑）
卷筒上和滑輪內(nèi)的都有繩槽，卷筒上的繩槽必須夠深，以便正確地導(dǎo)向鋼絲繩。繩槽計算簡圖見圖2-1。
圖2-1卷筒繩槽
Fig.2-1 Roll groove
查 起重機設(shè)計手冊 表3-3-3
表2-5 卷筒繩槽尺寸
Tab.2-5 The size of roll groove
鋼絲繩直徑d
繩槽半徑
標準槽形
加深槽形
R
極限偏差
>18～19
10.5
+0.20
21.0
7.5
0.8
25
11.5
0.5
2.4 聯(lián)軸器
2.4.1 岸橋常用的聯(lián)軸器
聯(lián)軸器主要用來在兩軸這間傳遞扭矩，補償小量的角度與徑向偏移，同時還能改善傳動裝置的動態(tài)特性。岸橋常用的聯(lián)軸器有齒式聯(lián)軸器、梅花彈性聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、蛇型彈簧聯(lián)軸器。
起升、俯仰機構(gòu)，大、小車運行機構(gòu)電機與減速器之間使用的聯(lián)軸器全為高速型，卷筒與減速器之間采用的聯(lián)軸器則為低速型。
岸橋各機構(gòu)高速軸上使用的聯(lián)軸器，必須鍛鋼制造、能潤滑，并經(jīng)過與其最高轉(zhuǎn)數(shù)相匹配的動平衡。在人員通過的地方，聯(lián)軸器裝有可拆式防護罩。主起升、俯仰及小車的驅(qū)動聯(lián)軸器應(yīng)在不拆下各自的電機和減速器就在以分離。要防止?jié)櫥鸵蚵?lián)軸器的旋轉(zhuǎn)而飛濺到高速軸的制動盤上。加油必須適量。近年來，大量推廣不需潤滑的梅花彈性聯(lián)軸器。
2.4.2 聯(lián)軸器使用特性
聯(lián)軸器主要用來聯(lián)接同軸線布置或基本平行的轉(zhuǎn)軸，傳遞扭矩同時補償少許角度和徑向偏移，還能改善傳遞裝置的動態(tài)特性,半聯(lián)軸器有時可以兼作制動輪。起重機常用齒輪聯(lián)軸器。
表2-6聯(lián)軸器使用特性
Tab.2-6 The use of coupling
聯(lián)軸器名稱
使用范圍
允許使用偏差
特點及應(yīng)用
許用轉(zhuǎn)矩
/N·m
軸徑
/mm
最高轉(zhuǎn)速r/min
徑向
/mm
偏角
CL型
齒輪
聯(lián)軸器
700~
1000000
18~
560
300~3780
*0.4~
6.3
≤30o
承載能力高，工作可靠。重量較大，成本較高，對機器的安裝精度要求不高，需良好的潤滑?？捎糜谡炊嘧儭⑵饎宇l繁的場合，起升、運行、回轉(zhuǎn)和變幅機構(gòu)均可使用
3 岸橋的驅(qū)動
3.1 岸橋的負載特點
岸橋在選擇一個驅(qū)動方案時，首先要考慮的是該驅(qū)動對象的負載特點。岸橋的負載有以下特點：
（1）起升機構(gòu)的負載是一個位能性負載，當箱重一定時，在任何轉(zhuǎn)速下負載轉(zhuǎn)矩總是保持恒定，而且負載轉(zhuǎn)矩的方向也不隨電機轉(zhuǎn)速方向的改變而改變。
（2）集裝箱岸橋的載荷有效率是50％，即經(jīng)常有一半時間是空吊具運行的。即使是在帶箱的時候，也不都是滿箱起吊額定負荷。為了提高生產(chǎn)效率，希望在輕載時能提高速度。負載轉(zhuǎn)短與轉(zhuǎn)速成反比，即形成恒功率控制。負載的恒功率性質(zhì)是就一定的速度范圍而言的，當負載很低時，受機械強度和電氣系統(tǒng)特殊性的限制，轉(zhuǎn)速不可能無限增大，一般恒功率調(diào)速范圍為額定速度的2—2.5倍。
（3）起升機構(gòu)和小車行走機構(gòu)都是間隔短時重復(fù)連續(xù)工作制，即對箱、吊箱、運行、對箱，周期性的起停或加減速，間隔很短。它要求具有良好的調(diào)速性能，除了要求有足夠的熱功率和起制動轉(zhuǎn)矩外，還要考慮過載能力的迅速反應(yīng)和電動機的良好通風(fēng)散熱。
（4）起升機構(gòu)負載下降的過程是一個能量轉(zhuǎn)換的過程，此時的電動機處于發(fā)電狀態(tài)。如何吸收這部分位能，是岸邊集裝箱岸橋控制必須解決的問題。
3.2 驅(qū)動系統(tǒng)
近年來，隨著微處理器和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速理論不斷發(fā)展，大功率變頻器的性能和可靠性的不斷提高，岸橋控制上越來越多地使用了交流變頻技術(shù)。各大電氣剝造商相繼推出了自己的交流控制系統(tǒng)，使這項控制技術(shù)日趨成熟。實踐證明這種交流控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點：
（1）交流電機無需整流子和調(diào)換電刷，減少了維護工作量、防護等級高，節(jié)省了大量維修費用和維護時間。
（2）變頻器加裝直流電抗器以后，整體裝置的功率因素高于0.9；如采用正弦波濾波器，功率因素接近于1。
（3）考慮到維護的費用，交流系統(tǒng)有一定的價格優(yōu)勢，且隨大容量主電路元件的開發(fā)運用，變頻驅(qū)動的價格尚有較大的下降空間。
驅(qū)動系統(tǒng)的組成部分如圖所示，A.變頻調(diào)速器B.異步電機C.編碼器（也可不用）。
圖3-1 驅(qū)動系統(tǒng)示圖
Fig.3-1 Drive systems
這里選用YTSZ系列冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動機。
3.3 起升電機的功率計算
為了計算起升電機功率，必須考慮以下各項：
（1）正常起升時的阻力；
（2）加速旋轉(zhuǎn)是質(zhì)量的慣性阻力；
（3）加速線形運動的質(zhì)量的慣性阻力。
負荷的質(zhì)量 Q=220kN
負荷的最大速度 v=60m/min=1m/s
所有齒輪傳動和鋼絲繩滑輪組的效率 η=0.90
電機轉(zhuǎn)速 n=1000r/min
電機軸上的電機、滑輪、齒輪箱轉(zhuǎn)動慣量:
（3-1）
加速時間
負荷的加速度 （3-2）
1. 正常起升（滿載最高速度）的阻力：
（3-3）
（3-4）
2．加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力矩：
（3-5）
（3-6）
（3-7）
3. 加速線形運動質(zhì)量的阻力：
（3-8）
（3-9）
（3-10）
相加：
1.名義（正常）起升
2.旋轉(zhuǎn)質(zhì)量加速
3.直線運動質(zhì)量加速
總計
在加速期間，電機能在有限的時間內(nèi)傳遞更大的力矩，這樣可以從約140%變化到250%這樣多。
電機必須能提供
相應(yīng)地 （3-11）
(小于，于是可用)
選取電機滿足： ；
；
S-60%額定工作制。
選用2個提升電機，則需要2個為122kW的電機。
查 機械設(shè)計手冊 表16-1-74
選用YTSZ315M1-6變頻速三相異步電動機2個。
表3-1起重電動機參數(shù)
Table 3-1 The parameters lifting motor
型號
標準
功率
/kW
額定電流/A
額定轉(zhuǎn)矩/N·m
額定轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)動慣量/kg·m
質(zhì)量/kg
YTSZ315M1-6
125
205
1050.3
1000
3
4.7
1025
3.4 小車運行電機功率的計算
我們選用直接驅(qū)動小車，對于由電機直接驅(qū)動的小車，在惡劣的天氣條件下 ，必須考慮驅(qū)動車輪和軌道之間打滑的可能性。
要考慮的因素主要是：
（1）正常運行的阻力；
（2）供電或拖令系統(tǒng)的阻力；
（3）風(fēng)對小車負荷的作用的阻力；
（4）加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性的阻力；
（5）加速線形運動的質(zhì)量阻力。
小車運行速度（m/min） v=150 m/min
（m/s） v=2.5m/s
小車質(zhì)量（t）
總負荷質(zhì)量（t）
總質(zhì)量（t）
小車車輪阻力（kN/t） f=5kg/t=0.05kN/t
齒輪傳動效率（包括鋼絲繩滑輪）
起升絞車在小車的直接驅(qū)動小車的起重機,
風(fēng)的作用：,
加速時間
加速度
電機轉(zhuǎn)速
車輪直徑
電機和車輪之間減速比
（3-12）
旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動慣性之和（kgm2）
由于供電施令系統(tǒng)的阻力，取3kN
１．正常運行的阻力：
（3-13）
（3-14）
２．拖令系統(tǒng)的阻力：
（3-15）
（3-16）
３．風(fēng)的阻力：
（3-17）
（3-18）
４．加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力：
（3-19）
（3-20）
（保留在驅(qū)動內(nèi)部）
（3-21）
5．加速線形運動質(zhì)量的阻力：
（3-22）
（3-23）
相加：（直接驅(qū)動小車）車輪上驅(qū)動力（kN） 需要電機功率(kW)
1.正常運行
2.拖令系統(tǒng)
3.風(fēng)載q=150N/m2
正常運行+風(fēng)載，總計
相加：（加速期間） 車輪上驅(qū)動力（kN） 需要電機功率(kW)
1.正常運行
2.拖令系統(tǒng)
3.風(fēng)載q=150N/m2
4.加速旋轉(zhuǎn)部分
加速線性運動質(zhì)量
加速期間，總計
為控制軌道和車輪之間的打滑，現(xiàn)在需要的電機功率必須大于和。是電機的最大力矩系數(shù)，不應(yīng)大于2。所以∑N必須大于65.5kW和必須大于
取。
4個車輪都是驅(qū)動車論，則直接驅(qū)動的小車，需要4個為16.5kW的電機。
查 機械設(shè)計手冊 表 16-1-74
選用YTSZ200M1-6變頻速三相異步電動機4個
表3-2小車電動機參數(shù)
Table 3-2 parameters Motor Vehicles
型號
標準
功率
/kW
額定電流/A
額定轉(zhuǎn)矩/N·m
額定轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)動慣量/kg·m
質(zhì)量/kg
YTSZ200M1-6
22
45
210
1000
2.9
0.4
300
4 減速器
4.1 減速器的基本型式
減速器是起重機上的重要傳動部件。它的作用是把電機的高轉(zhuǎn)速，降低到各機構(gòu)所需要的工作轉(zhuǎn)速。由于封閉齒輪轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)形式的減速器，齒輪都裝在密封的外殼內(nèi)，灰塵進不去，潤滑良好，維修方便使用耐久，所以在起重機上絕大多數(shù)都采用封閉式減速器。
起升機構(gòu)的傳統(tǒng)布置方式要求采用中心高度小、重量輕的臥式平行軸減速器。減速器的輸入軸和輸出軸在箱體的同一側(cè)，為了保證電動機和卷筒這間有一定的間距，減速器的中心距不能太小。由于卷筒的一端直接支承在減速器輸出軸軸端上，要求輸出軸端能承受較大的徑向力。橋式起重機運行機構(gòu)較多采用立式安裝的減速器。
QJ型減速器系列主要用于起重機的起升機構(gòu)運行機構(gòu)和電機變幅機構(gòu)。減速器的箱體為焊接結(jié)構(gòu)，外行美觀，自重輕，單位重量傳遞的扭矩較大，立式和臥式減速器統(tǒng)一于一種結(jié)構(gòu)型式，從而減少了產(chǎn)品的種類，有利于組織生產(chǎn)。QJ型減速器的工作條件為：
（1）齒輪圓周速度不大于15m/s；
（2）高速軸轉(zhuǎn)速不大于1500r/min；
（3）工作環(huán)境溫度為-25～+45oC；
（4）可正反兩向旋轉(zhuǎn)；
（5）輸出軸瞬時最大扭矩允許為額定扭矩的2.7倍。
4.2 減速器的選擇
公稱傳動比：起重電機我們選用公稱傳動比為10的兩級QJR200-10ⅡPL型減速器。
表4-1減速器中心距
Tab.4-1 center distance reducer
低速級中心距
中心距
兩級總中心距
400
280
680
低速級中心距為名義中心距
高速軸采用圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。低速軸為P型圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。
表4-2高速軸參數(shù)
Tab.4-2 Parameters of axis high-speed
名義中心距/mm
高速軸伸/mm
低速軸伸/mm
N
S型
K
P型
400
285
140
65
18
69
340
130
200
32
137
圖4-1減速器高速軸伸
Fig.4-1 Axis extending high-speed of reducer
表4-3減速器技術(shù)參數(shù)及承載能力
Tab.4-3 The reducer’s technical parameters and carrying capacity
輸入軸轉(zhuǎn)速
名義中心距
許用輸出扭矩
公稱傳動比100
最大許用徑向載荷
高速軸許用功率
1000
280
7500
73
21000
5 岸橋中的制動器
5.1 制動器
制動器是保證岸橋各機構(gòu)安全正常工作的重要部件，每一套工作機構(gòu)的傳動裝置中均設(shè)置制動器。重要機構(gòu)（如主起升、俯仰機構(gòu)）除了在高速軸上裝設(shè)制動器外，還應(yīng)設(shè)卷筒制動器。
岸橋上使用的制動器主要有盤式制動器和塊式制動器兩種。塊式制動器多應(yīng)用于大車行走機構(gòu)。主起升、小車運行、俯仰機構(gòu)等高速制動器一般用盤式制動器。卷筒應(yīng)急制動器用盤式制動器和帶式制動器。
盤式制動器的工作面為圓盤二側(cè)平面，其摩擦副由制動盤和制動塊組成，制動塊垂直于制動盤施加壓力，制動性能可靠、穩(wěn)定。
盤式制動器與塊式制動器比較具有以下優(yōu)點：
（1） 制動力矩大，在相同制動力矩情況下飛輪矩小，頻繁制動時沖擊小。
（2） 散熱性好，在緊急制動時制動盤的高溫得到良好散熱。
（3） 可實現(xiàn)自動補償，自動調(diào)整補償制動塊與制動盤之間的間隙。
（4） 軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，方便布置和方便裝拆。
（5） 夾鉗可對稱式布置，可用增加夾鉗數(shù)目來增大制動力矩。
岸橋的盤式制動器一般在電機制動轉(zhuǎn)速降至5%時進行制動。而卷筒制動器是在機構(gòu)完全停止工作后進行制動，但在發(fā)生意外情況時，或荷重下降速度達到額定下降速度1.15倍時自動進入制動。選擇制動器的夾緊力由各機構(gòu)的額定力矩決定，其安全系數(shù)按相應(yīng)的規(guī)范和買方文件要求選用。
自動器的自動力矩計算時，一般選取摩擦因數(shù)μ=0.4，而且自動力矩必須是1.6倍名義電機力矩直至2.2倍名義電機力矩。
小車運行和起重機運行機構(gòu)時常使用盤式自動器。
5.2 起升制動器下降負荷
5.2.1 緊急停止
當可能出現(xiàn)一種危險的情況時，需要使起重機下降的負荷實現(xiàn)緊急停止——這時按下緊急停止按鈕，起升機構(gòu)沒有電氣方面的制動，而是緊急停止。這時負荷在重力作用下向下拉，而且在很短的時間內(nèi)急劇烈地加速，即起動自動器需要的之間內(nèi)，開始制動，但都是比正常下降的速度更高的速度下起動自動器。這就意味著朝向零速的必要的制動時間比正常情況下要更長。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)如圖5-1（簡圖）所示。
圖5-1鋼絲繩卷繞系統(tǒng)簡圖
Fig.5-1 Rope winding system diagram
1．吊具加負荷的重量Q（kN）： Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
（5-1）
（5-2）
其中n=5
3．電機軸上的力矩：
（5-3）
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
（5-4）
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
（5-5）
7．電機轉(zhuǎn)速（r/min）：
（5-6）
8．電機軸上從電機、制動器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動慣量：
（5-7）
9．從吊具加負荷算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：
（5-8）
10．總的轉(zhuǎn)動慣量
（5-9）
11．在按下緊急停止按鈕之后，負荷由在之內(nèi)加速（是制動器進去動作的時間），到增加的角速度：
（5-10）
12．制動器在后起動機械制動時電機軸的旋轉(zhuǎn)速度：
（5-11）
（5-12）
13．這時電機和制動器的轉(zhuǎn)速：
（5-13）
14．卷筒上鋼絲繩這時的速度：
（5-14）
15．有效的制動力矩：
（5-15）
16．有效的制動時間：
（5-16）
17．總的制動時間：
（5-17）
18．制動期間鋼絲繩在卷筒上的位移：
（5-18）
——在時間內(nèi)在卷筒上的位移（m）;
——在內(nèi)制動是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。
（5-19）
（5-20）
19．在緊急停止期間吊具和負荷在下降方向的總位移：
（5-21）
5.2.2 以電機全力矩制動
起重機司機下降負荷，并通過“電氣制動”是鉸車停止并停住負荷。電氣全力矩將作為制動力矩。
1．吊具加負荷的重量Q（kN）： Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機軸上從電機、制動器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動慣量：
9．從吊具加負荷算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動慣量
11．制動立即開始，以名義電機力矩（2個電機總計）
N=240kW 在n=1000r/min時
（5-22）
（5-23）
12．制動器機械制動時電機軸的旋轉(zhuǎn)速度：
（5-24）
13．有效的制動時間：
（5-25）
14．在制動期間卷筒上鋼絲繩的位移：
（5-26）
15．在電氣制動期間，吊具和負荷在起升方向的總位移（見圖5-3）：
（5-27）
5.3 起升制動器起升負荷
5.3.1 緊急停止
這種情況不像在下降時那么危險。起重機正在起升負荷，而發(fā)生意外的情況，這時起重機司機必須起動急停按鈕。這種情況下起升機構(gòu)不是電氣制動的，而是緊急停止。負荷首先是靠重力減速，在很短的時間內(nèi)，即制動器起動的時間內(nèi)，起動的制動器比正常起升速度低的速度開始制動負荷。
1．吊具加負荷的重量Q（kN）： Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機軸上從電機、制動器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動慣量：
9．從吊具加負荷算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動慣量
11．在按下緊急停止按鈕之后，在（是制動器進去動作的時間）之內(nèi)由使負荷減速：
在這里是負值
12．在后，起動的制動器在電機軸如下的轉(zhuǎn)速下開始機械制動：
13．這時電機和制動器的轉(zhuǎn)速：
14．卷筒上鋼絲繩這時的速度：
15．有效的制動力矩：
16．有效的制動時間：
（8-28）
17．總的制動時間：
18．制動期間鋼絲繩在卷筒上的位移：
——在時間內(nèi)在卷筒上的位移（m）;
——在s內(nèi)制動是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。
19．在緊急停止期間吊具和負荷在起升方向的總位移：
5.3.2 以電機全力矩制動
起重機司機起升負荷通過“電氣制動”使鉸車停止來停止負荷。電氣全力矩將作為制動力矩。
1．吊具加負荷的重量Q（kN）： Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機軸上從電機、制動器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動慣量：
9．從吊具加負荷算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動慣量
11．制動立即開始，以名義電機力矩（2個電機總計）
N=240kW 在n=1000r/min時
12．制動器機械制動時電機軸的旋轉(zhuǎn)速度：
13．有效的制動時間：
14．在制動期間卷筒上鋼絲繩的位移：
15．在電氣制動期間，吊具和負荷在起升方向的總位移：
6 軌道和車輪
6.1 軌道
起重機的運行軌道有三種：起重機鋼軌、P型鐵路鋼軌和方鋼。方鋼可看作是平頂鋼軌，由于對車輪的磨損大，現(xiàn)在已很少用。鋼軌通常用含碳、錳較高的鋼材（C=0.5%～0.8%、Mn=0.6%～1.5%）軌制成。起重機鋼軌的典型材料為U71Mn,方鋼主要用Q275的方鋼或扁鋼制成。這里選取起重機小車運行的軌道型號為P38。
查 起重機械·安裝使用維修檢驗手冊 表2-1-128 起重機軌道基本尺寸
表6-1小車軌道參數(shù)
Table 6-1 The parameters of car orbital mm
軌道型號
P38
134
27.7
68
114
43.9
66.7
67.3
300
13
圖6-1小車軌道簡圖
Fig.6-1 Trolley track sketch
檢查鋼軌、螺栓、夾板有無裂紋、松脫和腐蝕。如發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)及時更換新件，如有其余缺陷應(yīng)及時修理。
鋼軌上的裂紋可用線路軌道探測器檢查，裂紋有垂直軌道的橫裂紋，也有順著軌道的縱向裂紋和斜向裂紋。如果產(chǎn)生較小的橫向裂紋可采用魚尾板聯(lián)接；斜向或縱向裂紋則要去掉有裂紋部分，換上新的軌道。
鋼軌頂面如有較小的疤痕或損傷時，可用電焊補平，在用砂輪打光。軌頂面的側(cè)面磨損都不應(yīng)超過3mm。
魚尾板的聯(lián)接螺栓不得少于4個，一般應(yīng)有6個。
小車軌道，每組墊鐵不應(yīng)超過兩快，長度不應(yīng)小于100mm，寬度應(yīng)比鋼軌底寬10～20mm，兩組墊鐵間距不應(yīng)小于200mm。墊鐵與軌道底面實際接觸面積不應(yīng)小于名義接觸面積的60%，局部間隙不應(yīng)大于1mm。
鋼軌標準長度為：9，9.5，10，10.5，11，11.5，12，12.5m。
6.2 計算起重機運行車輪的直徑
按照車輪踏面與軌道頂部形狀的不同，其接觸處可能是一直線（實際是矩形面積），稱為線接觸，也可能是一點（實際是小橢圓面積），稱為點接觸。線接觸的受力情況較好，但往往由于機架變形和安裝偏差等因素，使線接觸應(yīng)力分布不盡人意，因而在起重機的運行機構(gòu)中常常采用點接觸結(jié)構(gòu)。
起重機車輪所承受的載荷與運行機構(gòu)會去系統(tǒng)的載荷無關(guān)，可直接根據(jù)起重機外載荷的平衡條件求得。
計算平均輪壓如下：
（6-1）
式中 ——平均車輪負荷（kN）；
——最大車輪負荷（kN）；
——最小車輪負荷（kN）；
C——工作制系數(shù)，考慮起重機1個小時的工作時間。
工作制是40% C=1
:對于Fe600或Fe700的制造軌道為700kN/cm2
軌道寬： K（cm）
軌道曲率半徑： r（cm）
：車輪直徑
（6-2）
查 起重機械·安裝使用維修檢驗手冊(上) 表2-1-118
選用車輪 DYL-500 GB4628-84。
表6-2小車車輪參數(shù)
Tab.6-2 The parameters of car wheels
基本尺寸/mm
參考尺寸/mm
參考質(zhì)量/kg
D
D1
B
B1
D
B2
C
B
X
Y
S
d1
d2
D2
D3
R
r
500
540
130
140
130
70
10
20
60
40
205
40
430
320
20
5
115.8
7 結(jié)論
本文設(shè)計了岸邊集裝箱起重機的總體機構(gòu)及各部重要零件，完成了設(shè)計要求。
根據(jù)現(xiàn)場工況對設(shè)備的要求集裝箱的毛重，確定了鋼絲繩、集裝箱的型號，并根據(jù)鋼絲繩的直徑，選取了滑輪和卷筒，根據(jù)起重運行阻力，選取合適功率的驅(qū)動電動機，確定起重機的制動、和相關(guān)的減速裝置。根據(jù)行走小車的重量選取了小車車輪、軌道和相關(guān)零、部件，完成岸邊起重機整體設(shè)計。同時獲取各零件的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和位置等。
由于本人的水平和時間有限，具體的細節(jié)方面設(shè)計的還不夠完善，還請老師指導(dǎo)和改正。
致謝
本文的研究工作是在導(dǎo)師康文龍老師的關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著李老師辛勤的汗水和心血?？道蠋煹膰乐斨螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任感和敬業(yè)精神、淵博的知識、敏銳的洞察力和獨到的見解使我深受啟迪，時時鞭策和激勵著我。從尊敬的康老師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向康老師致以最誠摯的感謝和深深的敬意。
衷心祝愿康老師身體健康、生活愉快!
在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了機械工程學(xué)院各位老師的熱情關(guān)心和幫助，在此衷心地向他們表示感謝!
對多年含辛茹苦養(yǎng)育我、對我寄予厚望的父母表示深深地感謝;感謝我的兄弟姐妹在我求學(xué)路上給予的理解、關(guān)心和支持。
最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意!
衷心地感謝在百忙之中評閱我的論文和參加我答辯的各位專家、教授!
參考文獻
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附錄A
現(xiàn)代機械設(shè)計方案
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進行，也難以用數(shù)學(xué)模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。
目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗的設(shè)計者參與。
1、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品→(2)功能組成→(3)主要功能組件→(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。
認為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機械的設(shè)計、制造風(fēng) 險十分有利。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。
根據(jù)機械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具 有自調(diào)整性的部件；2) 結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接 ；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪?/div>
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