岸桥前大梁结构计算.doc

武汉理工大学毕业设计（论文）武汉理工大学本科生毕业设计（论文）65T/66.5m集装箱装卸桥前大梁设计学院（系）： 物流工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日目 录摘 要1Abstract21 、绪论32.总体设计计算42.1基本技术参数42.2轮压计算42.2.1整机重量及重心（不计小车）42.2.2小车总成92.2.3吊具92.2.4惯性载荷112.2.5集装箱的重量及重心122.2.6风载荷122.2.7轮压汇总192.2.8轮压计算192.3稳定性验算222.3.1 工况1无风静载222.3.2 工况2有风动载232.3.3工况3有风突然卸载242.3.4非工作状态253. 前大梁的内力计算253.1 载荷分析253.2前大梁简化253.3前梁结构内力分析.273.4前大梁内力计算.283.4.1 XY 平面载荷作用下的前大梁内力283.4.2 XZ平面内的前大梁内力303.4.3 弯矩图和剪力图的合成314 前大梁校核334.1 截面几何特性计算334.1.1截面型心计算：334.1.2截面对型心惯性矩计算334.1.3截面抗弯模量计算354.1.4截面静矩计算364.2前大梁的强度验算374.2.1 正应力的计算374.2.2剪应力的计算384.2.3复合应力的计算394.3前大梁的刚度计算404.4前大梁的稳定性校核414.4.1整体稳定性414.4.2 腹板及受压翼缘板的局部稳定性：414.5设计结论43文献检索46摘 要随着港口的发展，对港口机械的要求也逐渐提高，岸边集装箱装卸桥是集装箱码头装卸集装箱的重要设备,它能否正常运行直接影响集装箱码头的整个装卸过程。国内的生产厂家通过引进国外的关键技术进行消化吸收, 使得集装箱装卸桥的制造水平不断提高。目前集装箱正在朝着大型化发展，对其的工作负荷和工作速度有了更高更新的要求，要求的结构更加复杂，所以目前集装箱装卸桥朝着大型高效自动化的方向发展。本次毕业设计主要包括总体设计计算和前大梁的设计计算两个方面的内容。其中，总体设计计算包括总体稳定性计算和轮压计算。前大梁计算部分计算了截面几何特性，之后对其强度、刚度、稳定性进行了校核关键词：前大梁，总体稳定性计算、轮压计算，强度、刚度、稳定性校核。AbstractWith the development of the port, the demand of port machinery has gradually improved. Container crane is an important equipment in the container terminal handling. Whether it can operate normally directly affects the loading and unloading container terminals. Domestic producers introduce key technologies from abroad absorption, making the manufacture of container crane continuously growing. Large container ships are moving in the current development, with higher requirements of the container crane of the work load and work rate and with the more complex structure required, so now the grab ship unloader develops toward larger and more efficient automated direction. The graduation project includes two aspects: the whole design calculations and the design calculations of the sea-side column. Among which, the whole design calculations includes the overall stability of the calculation and pressure calculation. In determining the pre-beam cross-section geometric properties were calculated, followed by its strength, stiffness, stability was checked.Key words: pre-beam, the overall stability of the calculation, calculation of wheel load, strength, stiffness, stability check.1 、绪论集装箱运输船舶的大型化、特别是超巴拿马船型的发展，对岸边集装箱起重机提出了更新更高的要求：一是提高起重机的技术参数，起重机速度参数高速化，外伸距、起升高度增大；吊具下额定起重量提高；二是开发设计高效率的岸边集装箱装卸系统，以满足船舶大型化对起重机生产率的要求。 一高参数和大型化 1)额定起重量成倍增长。吊具下的额定起重量逐步从30.5t增大到61t，最大已达65Lt。 2)外伸距越来越大。随着集装箱船的不断大型化，船宽已从第3代巴拿马集装箱船的13排增大到现在超巴拿马船的1417排箱，甚至20排箱的船按计划将于下个世纪问世，22排箱的船也在设计中。而设想中的24排马六甲型船（用船的吃水深而不是船宽来定义船型)会在下世纪初叶出现。集装箱船舶的大型化，其宽度由载箱量6001000箱时的2628m增大到现在载货60008000箱的46m，几乎增大一倍。岸桥的外伸距也由32m逐渐增大到了现在的65m，将来会增加到70 m，以适应24排的所谓马六甲型船的需要* 3)轨上的起升高度。巴拿马岸桥的轨上起升高度通常为27m以下，超巴拿马岸桥在27m36m之间，而现在则要求达到40m。上海振华港机公司ZPMC)为阿曼SaIaIa港提供了5台轨上起升高度40 m的岸桥。上海港机有限公司和大连重工·起重集团有限公司为天津港太平洋码头有限公司提供了23台岸桥轨上起升高度达到43m。而今年马士基为埃及码头和美国长滩、塔科玛、纽约招标的岸桥起升高度虽为40m，但要考虑有加大到47.5m的可能。起升高度的大幅增大，将导致岸桥金属结构强度、刚度、疲劳等方面出现的一系列新问题，尤其是司机视线的恶化和因自重加大要求码头承载能力的大幅提高。因此，47.5m是难以想象的起升高度，尤其因岸桥安装在码头前沿，对抗风载必须有特殊考虑。 4)自重越来越大。岸桥的自重，已从常规巴拿马型的600800t，增大到现在超巴拿马型的12002000t。 二 高速化 1)起升速度从巴拿马型岸桥的50l20mmin，增加到现在的90200 mmin，电动机的功率已经大到690 kW×2，若选为交流电机，则是目前起重用变频电动机的最大规格了，正逼迫电动机供货商研制开发更大容量的电动机。 2)小车速度已从常规巴拿马型的120mmin增加到现在的300mmin，并正在向350mmin的速度发展。它将带来如拖令小车箱供电电缆如何适应高速度等一系列新问题。 3)双箱吊具作业。据统计，一船集装箱中约60以上是20 '箱。双箱作业新型吊具的应用，使每次能同时装卸2个20 '的集装箱，效率平均提高25以上。 4)双小车双箱吊具作业。在一台岸桥上除了使用双箱吊具外，沉默近十年的双小车系统也已在德国汉堡港重新提上日程。它是在现代高技术基础上的双小车系统。该系统采用前后两个小车。前一个小车有司机操作，承担船与转接平台之间的集装箱搬运；后小车无司机，完全自动地实现集装箱在转接平台与AGV系统(自动拖运架)之间的搬运，转接平台设在岸桥上距船最近的海侧下横梁上。2 总体设计计算2.1 基本技术参数起重量：65t； 前伸距：66.5m；后伸距：22.86m；起升速度：满载：90m/min；空载：190m/min；起升高度：轨上：42.8m；轨下：19m；大车行走速度：46m/min；小车行走速度：250m/min；俯仰时间：0°80°：小于 4.5min；大车轨距：30.48m；小车轨距：6.3m；门框净宽度：大于18.29m；联系横梁下净空高：大于15.25m；海侧车轮数：16陆侧车轮数：16 2.2 轮压计算2.2.1 整机重量及中心G(t)-重量（t）XG-重心的x坐标（m） YG-重心的y坐标（m） ZG-重心的z坐标（m）轨距：30.48m 基距：14.5m海侧车轮数：16 陆侧车轮数：16坐标原点位置如图所示：图1 坐标原点位No.ItemG (t)XG1 (m)YG1 (m)ZG1 (m)1机器房的底架3900-0.352机器房的结构36.50033电气房2.6-7.802.34电缆托架和电缆500-0.25变压器101.-7.21.056控制面板10-8.201.057房顶的空调10-7.286.608海侧主起升电动机，制动器，联轴器7-2.701.19海侧主起升卷筒联轴节，制动盘13-4.40110海侧主起升的刹车鼓2.2-5.600.5211海侧主起升减速器和基础12.5-3.800.812海侧主起升的其它部件0.5-300.913大梁俯仰的电动机，制动器，联轴器2.52.752.81.114大梁俯仰卷筒联轴节，制动盘114.350115大梁俯仰减速器和基础84.63.80.816大梁俯仰制动鼓2.34.35-3.870.517大梁俯仰的应急机构1.53.16.10.918大梁俯仰的其它部件0.54.3500.919维修行车7004.520换绳机构1-4.302.121空气压缩系统0.5060.422工作台和工具柜1.25.28.50.423小车驱动机构10.50.5-1.5-0.2524液压系统1-5.1640.825其它部件）5000.5总计191.3-0.61-0.211.14转换到总体坐标191.3-8.01-0.2153.94表2 门框机构No.NameG (t)XG (m)YG (m)ZG (m)1海侧上横梁35.528.48053.572海侧下横梁41.830.48053海侧立柱12529.48029.34门框斜撑130.714.240415上水平撑117.514.87029.46门框斜撑215.515.24023.47前大梁水平联系杆35.314.24053.578门框联系横梁41.1315.25016.909陆侧上横梁41.460053.6210陆侧下横梁40.9400511陆侧立柱1310029.26总计555.8314.45030.15表3 金属结构固定部分No.NameG (t)XG (m)YG (m)ZG (m)1门框555.8314.45030.152海侧梯形架梁42.5428.6068.53海侧梯形架立柱028.48062.74大梁150.3-4050.85铰点5.5730.36051.76后拉杆22.7-1065.57海侧梯形架支撑28.314.05065.28轨道和夹轨梁11.50.5050.379电缆轨道2.2-2.53.4549.610其它1215.24033总计830.9411.280.0138.52表4 固定部分的重量及中心（DL-BL）No.NameG (t)XG (m)YG (m) ZG (m)1机器房191.3-8.01-0.2153.942金属结构固定部分830.9411.280.0138.523大车14015.2401.504梯子和平台70-3-441.005装载设备71901.656电梯8.80-12.1317电缆卷筒5.525.1-11.417.58小车钢丝绳的张紧系统4.2-34.7051.79安全钩132.4080.210主起升缠绕系统11.530.7052.411前大梁俯仰缠绕系统228.9080.812托架1.2-33.7050.713限位开关0.515.2405014铭牌1.515.24017.815润滑系统115.24036.516电气柜101402517液压站1.515.24-2.201.718防挂舱系统16.5-37.90052.619理货室5002.5020大梁俯仰操作室129.5-6.5056.1021其它1015030总计1320.447.62-0.3736.72产生轮压 表5 前大梁总成（1）前大梁水平No.NameG (t)XG (m)YG (m)ZG (m)1前大梁14366.47050.82前拉杆45.0656063.33前大梁上的小车轨道12.365.4050.374前大梁上的电缆轨道1.661.33.4549.605托架365.72042.626倾转装置1.5104.7051.17梯子和平台2568.6252.58前大梁俯仰缠绕系统875.6053.209主起升缠绕系统2.462.2051.2010小车钢丝绳系统2.784.52051.0611其它部件1.560048.9总计246.0665.320.2353.21产生轮压 表6 前大梁总成（2）前大梁仰起No.NameG (t)XG (m)YG (m)ZG (m)1前大梁14337.81087.152前拉杆45.0631.5064.23前大梁上的小车轨道12.338.05086.024前大梁上的电缆轨道1.638.13.4581.855托架345.74084.996倾转装置1.544.160124.857梯子和平台2536.51289.558前大梁俯仰缠绕系统837.03096.569主起升缠绕系统2.436.68083.0210小车钢丝绳系统2.740.690104.9711其它部件1.538.56080.45总计246.0636.670.2383.73产生轮压 2.2.2 小车总成表7 小车总成小车位置最大外伸距最大后伸距停车位No.NameG (t)XG (m)ZG (m)XG (m)ZG (m)XG (m)ZG (m)1小车）20.596.9850.1-22.8650.16.650.12司机室4.290.4345.1-29.7645.13.345.13海侧托架2.75100.9850.641.0650.6036.0776.124陆侧托架2.7531.0650.6-28.8650.60-1550.6总计30.290.4349.5-18.5549.506.8651.82产生轮压:小车在外伸距（TL1） 小车在外伸距 (TL2) 小车在外伸距(TL3) 2.2.3 吊具吊具重量为19.00t 表8 吊具的重量及中心小车位置最大外伸距最大后伸距停车位吊具位置XG (m)ZG (m)XG (m)ZG (m)XG (m)ZG (m)1在最高位置96.9844.30-22.8644.36.644.32在最低位置96.98-17.50-22.86356.67产生轮压:小车在外伸距（LS1） 小车在外伸距 (LS2) 小车在外伸距(LS3) 2.2.4惯性载荷a.大车惯性载荷满载：（平行大车运行方向）产生的轮压： 空载：(平行大车运行方向)产生的轮压： b.小车惯性载荷满载：（有陆侧向海侧）产生的轮压： 空载：（有陆侧向海侧） 产生的轮压： 2.2.5集装箱的重量及中心(LL)集装箱的重量为66.06t 表9 集装箱的重量及中心小车位置最大外伸距最大后伸距集装箱位置XG (m)ZG (m)XG (m)ZG (m)1在最高位置96.9841.58-22.8641.582在最低位置96.98-20.22-22.861.29产生轮压:小车在外伸距（LL1） 小车在外伸距 (LL2) 2.2.6风载荷起重机的风载荷可以分为工作状态下的风载荷和非工作状态下的风载荷两类。在进行风载荷计算的时候又可分为前大梁水平时和前大梁仰起时以及风垂直于轨道和平行于轨道的不同情况。风载荷的计算：式中: Pf作用在起重机上的风载荷；Cf风力系数，与结构形式有关，可查表得；q计算风压（N/m2）；A起重机垂直于风向的迎风面积（m2）Kh风压高度变化系数，取1。工作状态 A迎风面积() H作用高度(m)Cf风力系数 工作风载荷工作风载荷力矩风速风压非工作状态 风速风压非工作风载荷非工作风载荷力矩a, 工作状态风，平行轨道，前大梁水平表10 小车在最大外伸距No.ItemAQoCfNWLZGXGXG*WL1机器房10037.7921.114.1656.1-9.8-40.742海侧梯形架梁6.7737.792110.2678.9028.487.293海侧梯形架立柱29.4537.7921.322.8966.0539.15113.284海侧立柱98.537.7921.329.6829.3029.48285.325海侧上横梁5.3837.792110.2053.5730.486.206海侧下横梁4.237.792110.165.0030.484.847陆侧立柱98.537.7921.329.6829.26008陆侧上横梁4.937.792110.1953.62009陆侧下横梁4.537.792110.1750010水平联系横梁74.137.7921.226.7229.415.24102.4311上斜拉杆58.8837.7920.723.124115.2547.5112下斜拉杆164.5237.7920.728.7023.415.25132.7413门框上水平撑39.837.7920.722.1153.5715.2532.1114前大梁16237.7921.519.1850.866606.115后大梁17837.7921.5110.0950.8-3.8-38.3416外侧前拉杆28.837.7921.523.2765.966215.5017内侧前拉杆1537.7921.521.764.551.888.0918后拉杆55.837.7920.722.9564.50-4-11.8119大车2.737.7921.140.451.515.246.8420锚具237.7921.320.21.6515.242.9921安全钩0.537.7921.120.0480.230.61.2722挂舱及倾转装置237.7921.120.1752.6-43-7.1523钢丝绳张紧装置1.237.7921.120.151.7-32.9-3.2824电缆卷筒337.7920.710.0817.5302.3825托令系统137.7920.710.0347.5-39.78-1.0526大梁俯仰操作室337.7921.110.1256.230.53.827司机室237.7921.110.082.50028小车和集装箱2037.7921.110.83459780.6529其它837.792110.3025.217.55.29总计1851.737.7921.11/77.6241.7821.161642.27产生的轮压：表11 小车在最大后伸距No.ItemAQoCfNWLZGXGXG*WL1机器房10037.7921.114.1656.1-9.8-40.742海侧梯形架梁6.7737.792110.2678.928.487.293海侧梯形架立柱29.4537.7921.322.8966.0539.15113.284海侧立柱98.537.7921.329.6829.329.48285.325海侧上横梁5.3837.792110.253.5730.486.26海侧下横梁4.237.792110.16530.484.847陆侧立柱98.537.7921.3029.6829.26008陆侧上横梁4.937.792110.1953.62009陆侧下横梁4.537.792110.1750010水平联系横梁74.137.7921.226.7229.4015.24102.4311上斜拉杆58.8837.7920.723.124115.2547.5112下斜拉杆164.5237.7920.728.723.415.25132.7413门框上水平撑39.837.7920.722.1153.5715.2532.1114前大梁16237.7921.519.1850.866606.115后大梁17837.7921.5110.0950.8-3.8-38.3416外侧前拉杆28.837.7921.523.2765.966215.517内侧前拉杆1537.7921.521.764.551.888.0918后拉杆55.837.7920.722.9564.5-4-11.8119大车2.737.7921.140.451.515.246.8420锚具237.7921.320.21.6515.242.9921安全钩0.537.7921.120.0480.230.61.2722挂舱及倾转装置237.7921.120.1752.6-43-7.1523钢丝绳张紧装置1.237.7921.120.151.7-32.9-3.2824电缆卷筒337.7920.710.0817.5302.3825大梁俯仰操作室337.7921.110.1256.230.53.8026小车和集装箱2037.7921.110.8345-23-19.1227其它837.792110.325.217.55.29总计1848.737.7921.11/77.5141.8219.911543.55产生的轮压：b, 工作状态风，垂直轨道，前大梁水平 表12 工作风垂直轨道No.ItemAQoCfNWLZG1机器房10537.7921.114.3656.12海侧梯形架梁17.837.7921.310.8778.93海侧梯形架立柱33.537.7921.323.2966.054海侧立柱9937.7921.329.7329.35海侧上横梁6837.7921.313.3453.576海侧下横梁61.537.7921.313.0257陆侧立柱9937.7921.329.7329.268陆侧上横梁63.8437.7921.313.1453.629陆侧下横梁6537.7921.313.19510上斜拉杆35.237.7920.721.864111下斜拉杆73.537.7920.723.8923.412大梁端部437.7921.110.1750.813前大梁联系横梁21.537.7921.110.8952.214后大梁尾部联系横梁14.537.7921.110.6051.815外侧前拉杆9.837.7921.521.1165.916内侧前拉杆8.537.7921.520.9664.517后拉杆16.537.7920.720.8764.518大车19.837.7921.143.291.519锚具337.7921.310.151.6520挂舱及倾转装置237.7921.120.1752.621大梁俯仰操作室337.7921.110.1256.222司机室437.7921.110.172.523小车和集装箱3537.7921.111.4541.524其它1037.7921.110.4235.5825总计1309.337.7921.15/56.8135.58产生的轮压：（由陆侧吹向海侧） c，非工作状态风，平行大车轨道，前大梁仰起表13 非工作风平行轨道 No.ItemAQoCfNWLZGXGXG*WL1机器房100117.511.1112.9356.1-9.8-126.672海侧梯形架梁6.77117.51110.878.9028.4822.663海侧梯形架立柱29.45117.511.32966.0539.15352.234海侧立柱98.5117.511.3230.0929.329.48887.155海侧上横梁5.38117.51110.6353