毕业设计（论文）港口装卸LMQ3535门式起重机总体设计及虚拟样机.doc

武汉理工大学 毕业设计（论文）港口装卸LMQ3535门式起重机总体设计及虚拟样机学院（系）： 物流工程学院 专业班级：机设专业0704班学生姓名： 指导老师： 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，在 年解密后适用本授权书2、不保密。（请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名 专业班级 机 设0704 指导教师 工作单位 物流工程学院 设计(论文)题目: LMQ3535集装箱门式起重机虚拟样机设计设计(论文)主要内容（1）研究的目的、意义；（2）LMQ3535集装箱门式起重机总体设计计算；（3）LMQ3535集装箱门式起重机虚拟样机构建；（4）LMQ3535集装箱门式起重机动力学仿真分析；（5）总结与展望。要求完成的主要任务1. 相关国内外资料查阅 2. 设计阶段1）LMQ3535集装箱门式起重机总体设计计算（1）确定起重机总体主要设计尺寸；（2）确定主要工作机构和金属结构的形式；（3）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）进行总体稳定性计算；（5）进行轮压计算；（6）整机稳定性计算；（7）绘制总体方案图1张（A1）；（8）完成起重机总体设计计算书。2）LMQ3535集装箱门式起重机虚拟样机制作（1）利用三维建模软件（建议用Solidworks）建立起重机主要零部件三维装配模型；（2）利用ADAMS软件建立整机虚拟样机；（3）对虚拟样机进行运动学和动力学仿真分析。3. 其它（1）撰写开题报告一份；（2）整理毕业设计论文一份，不少于12000字；论文中的参考文献不少于15篇，其中外文文献不少于2篇。（3）翻译相关外文资料，字数不少于20000英文字符，需交翻译原文和译稿。（4）答辩用PowerPoint进行。必读参考资料1 GB3811-83起重机设计规范， 中国标准出版社2起重机设计手册， 张质文主编， 中国铁道出版社，19933起重机械金属结构，陈玮璋主编， 人民交通出版社，19864 集装箱装卸搬运机械，元福昌等编著，港口装卸杂志社，1988指导老师签名： 系主任签名： 院长签名（章）： 年 月 日武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告1.目的及意义（1）国内外研究现状现在人们才开始认识到一个被实践证明了的事实，即集装箱作为现在物流的一种载体，为人类社会的进步，作出了不可磨灭的重要贡献。集装箱运输是指以集装箱这种大型容器为载体，将货物集合组装单元，以便在现代流通领域内运用大型装卸机械和大型载运车辆进行装卸、搬运作业和完成运输任务，从而更好的实现货物“门到门”运输的一种新型、高效率和高效益的运输方式。上海振华港口机械厂生产的集装箱装卸桥和场地轮胎式龙门吊，在世界上早己享有盛名。目前，该厂生产的产品，国际市场占有率己达七成以上。新机型和新吊具，还在不断改进和更新。货物运输的集装箱化对港口机械提出了要求：1） 港口装卸机械的自动化和智能化。目前，PC（可编程控制器）或PLC（可编程逻辑控制器）技术被大型港口装卸机械较普遍的采用。今后向开放式的功能更强的PLC技术发展。国外一些集装箱专用码头的装卸过程已实现全自动控制；一些大的港口已实现现场作业无人化，专用装卸机械按电子计算机编排的程序进入船舶装卸和库场作业等工作。2） 大型化与高效化。新型高效岸边集装箱起重机等在大型海湾码头的应用，让我们看到了未来港口大型化、高效化的发展趋势，比如上述的上海振华港机厂生产的新型机型和吊具，能同时起吊3个40英尺型的集装箱装卸桥己进入试用阶段。该厂生产的集装箱装卸桥单机效率，每小时可达97个自然箱，使港口集装箱装卸效率大大提高。3）专业化和多用化。为提高装卸效率，各国港口为适应个货种流向和船型的需要，建造的越来越多的专业化码头，如煤炭、油品、集装箱、矿石等货类专用码头，并配置了与之相适应的专业化设备。对港口集装箱装卸机械而言，集装箱的标准化就要求了其起重机械吊具的标准化。4）环保化。“绿色”已经成为港口机械发展的潮流。如比利时Vigan公司生产的气力式卸船机，其涡轮式的鼓风机采取了较新的航空技术，能耗低、噪音小，再配上完善的隔音降噪措施，在整机上测试，噪音等级仅为68dB。5）标准化。一个国家机械工业发展的一个显著的评价指标就是其机械工业标准的完善程度，有了完善的机械工业标准机械行业才能迅速发展，从而带动整个工业的发展。集装箱化为什么能取得如此巨大的成就？其中“标准化” 起了决定性的作用。集装箱标准化以后，给集装箱的运输设备、装卸设备、储存设备和搬运设备当前，对港口机械的各种研究也在不断前进和深化。各种新改进、新结构和新提供了选型的依据。可以说，没有标准化，就没有集装箱化的今天。技术逐渐应用于港口机械。文献1介绍了进入服役后期或者超期服役阶段的起重机械其机械零件，金属结构已经不同程度的出现了各种损伤，对安全产生了潜在的威胁，因此需要考虑疲劳寿命的问题。文献2介绍了港口起重机的特点，提出了港口起重机械对制动器的要求，针对不同的港口起重机械应选用不同的防风装置。文献3介绍了根据起重机的特点在港口机械中的交流变频控制系统中整流逆变器的组合应用提高作业效率、降低电能损耗、节省成本。文献4介绍起重机金属结构的寿命评估对于港口起重机管理工作具有重要意义，通过现场应力测试采集得到的数据导入自主研发的起重机金属结构寿命评估系统，利用Miner线性累积损伤理论可对起重机构件的疲劳裂纹萌生寿命进行评估计算，运用断裂力学和损伤容限设计理论则可得到裂纹的扩展寿命，并以此为根据制定出裂纹巡检方案。（2） 目的和意义 由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对消耗和可靠性提出更高的要求。当今的起重机械的设计向着小型化、轻量化和多样化得方向发展，有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑总和效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，降低造价5。当今的起重机机械还要求产品性能自动化、智能化和数字化，起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。所以现在的起重机械的研究开发方向将是将机械技术与电子技术、微电子技术 、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。运用各项高新科学技术，提高起重机的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电器传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要4。由以上可知，对中大型门式起重机优化设计、轻量化设计已经成为该领域的热点问题。 我们毕业设计的目的就在于通过学习现有的起重机设计技术来研究如何对起重机结构的优化设计。此次毕业设计旨在通过实实在在的一系列的设计工作使我们熟悉掌握起重机设计的方法，同时要求我们在发现问题是能合理解决，培养我们自主研发的能力及发觉问题、解决问题的能力。2. 基本内容与技术方案 （1） 基本内容： 1）研究的目的、意义； 2）LMQ3535集装箱门式起重机总体设计计算； 3）LMQ3535集装箱门式起重机虚拟样机构建； 4）LMQ3535集装箱门式起重机动力学仿真分析； 5）总结与展望。（2）技术参数： 起重量：350kN（吊具下）；起升高度：14.5m；机构工作速度：起升机构：15m/min；小车运行速度：50m/min；大车运行速度：40m/min。机构工作级别：起升机构：M7；小车运行机构：M7；大车运行机构：M6。轨道型号：小车轨道P50；大车轨道：QU80。轨距：小车轨距：8m；大车轨距：35m。基距：小车基距：4.8m；大车基距：9.79m。电源：380V/50HZ。（3）技术方案：3.进度安排1. 2月16日2月28日，专业文献检索及外文资料翻译；2. 3月01日3月21日，毕业实习；3. 3月22日3月31日，开题报告；4. 4月01日4月25日，LMQ3535起重机总体设计5. 5月26日5月20日，LMQ3535集装箱门式起重机虚拟样机制作；6. 5月21日5月31日，整理毕业设计资料，准备毕业答辩；7. 6月01日6月07日，毕业答辩。4.指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日摘 要本文针对当前我国港口起重机的发展现状，对LMQ3535门式起重机这一机型的设计方法进行了研究，对比了传统的设计方法和虚拟样机设计方法。本文主要完成了该机型起重机的总体设计与利用Solidworks进行起重机主要零部件的建模、整机装配，并使用ADAMS软件进行了运动学和动力学的仿真。使用Soliworks进行零部件的建模和装配可以在CAD系统中建立样机，对门式起重机有深入了解。本文的特色在于使用ADAMS软件对起重机进行了运动学和动力学的仿真。关键词：门式起重机，总体设计，虚拟样机，Solidworks，ADAMS，运动学，动力学AbstractThis paper aims at the current development of our country port cranes.The design method of portal cranes of the LMQ3535 were studied. Compared with the traditional design method and virtual prototype design method.,this paper completes the overall design of the crane,uses Solidworks to modeling the main components of the crane and completes the whole crane's assembly. Using the ADAMS software to simulate of kinematics and dynamics of the crane.The horizontal displacement compensation system of boom luffing system and the arm weight balance system is the key design techniques. Using Soliworks to modeling and assembly in the CAD system prototype can make us have a good understanding for cranes. The feature of this paper is to use ADAMS software to simulate the crane's kinematics and dynamics.Keywords：crane, design, virtual prototyping, Solidworks, ADAMS, kinematics, dynamics1 绪论1.1 设计内容分析港口是交通水运的重要组成部分，是现代物流系统的重要环节，对促进我国对外贸易、商品流通和国民经济的发展起着非常重要的作用。港口的发展使港口的机械化、自动化等技术装备总体水平不断提高，对港口机械的要求也越来越高，促进了港口机械的发展。我国港口机械制造业经历了从无到有，从小到大，从落后到先进40多年的发展历程12。传统的产品开发通常分为4个阶段：产品设计阶段，包括方案设计、结构设计和零部件设计；试验阶段，主要是对关键零部件进行探索性的研究；制造物理样机阶段，主要是根据设计制造出物理样机，以检验设计的合理性，此时要把样机中的一些部件或结构做成可调的，必要时还需要做多个零件来替换；产品生产阶段。可以看出，传统的产品开发周期长、消耗大、成本高，有明显的局限性1。起重机物理样机的制造更是耗费了产品生命周期的绝大部分，严重制约了门座式起重机制造成本的降低。再者，港口装卸机械是在复杂工况下工作的大型结构系统，其动态性能受多种因素影响，运动参数与载荷不能用一个简单的数学模型描述。然而长期以来，起重机的设计都是将动态问题简化为静态问题处理，起重机设计规范中采用动载系数来考虑这种动力影响。虽然这样可使问题简单化，但其最大缺陷是不能较为准确的反映起重机的实践工况和动态性能，导致分析和设计计算的不合理及不准确性。为了从根本上改变这种局面，近年来在产品开发中出现了一个新的研究领域虚拟样机技术。国外开始数字化虚拟样机分析技术的研究和应用较早，并已形成了一系列通用的虚拟样机分析软件，如ADAMS、SIMPACK软件等,而数字化虚拟技术的推广使用也会成为一种趋势。本文是利用ADAMS软件建立整机虚拟样机，然后对虚拟样机进行运动学和动力学仿真分析。门式起重机是一个复杂的机械系统，外界载荷的作用复杂多变，传统的系统动力学分析是将起重机系统选择在某些工况下，各部件、总成看作集中质量块，运用有限元分析软件进行分析，然而这已不能满足如今的要求15。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统动力学模型，求解器算法稳定，对刚性问题十分有效，可以对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析。ADMAS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、峰值载荷等16。随着现代港口物流行业的飞速发展，对港口机械的要求越来越高。传统的手工计算和经验设计已不能满足要求，促使其不断地进行发展改革，使用目前国际上先进的虚拟样机技术进行四连杆门座起重机的虚拟设计，对MQ1633门座起重机零部件进行装配，并进行动力学和运动学的研究。综合考虑以上因素，在港口机械研制过程中引入虚拟样机技术，可大大缩短设计研发周期，降低产品生产成本，这为起重机的设计提供了高效的开发途径，使其具有快速响应市场的能力。1.2 目的及意义在查阅参考资料的过程中，学会更有效、更方便地使用网络资源进行资料的查阅，了解门座起重机的的特点及我国门座起重机的发展过程、现状。通过总体设计计算过程，使我对门座起重机的各个机构、部件、工作参数有了更深的认识；学会了零部件如电机、减速器的选型，学会了确定主要工作机构和金属结构的形式，确定组合式四连杆臂架结构主要尺寸，用作图法进行货物水平位移补偿系统设计等的相关知识，并通过对比，找到适合的参数，做到最优化,并且在绘图的过程中进一步的提高了自己的绘图能力。在虚拟样机的设计过程中,使用了Solidworks和ADAMS两种软件。利用Solidworks建立起重机主要零部件三维装配模型，利用ADAMS软件建立整机虚拟样机并对虚拟样机进行运动学和动力学仿真分析。加强了对Solidworks软件的使用能力，在虚拟环境中对虚拟样机有了感官上的认识，同时也学会了如何应用ADAMS这款软件，进行相关仿真分析，掌握了许多知识，使自己的能力得到提高，这对以后工作都有很大帮助。2. LMQ3535集装箱门式起重机总体设计计算2.1 主要技术参数1.起重量：起重机吊具下允许吊起集装箱的质量。对于采用集装箱吊具的LMQ3535龙门起重机，其起重量为36t。2.起升高度：集装箱吊具旋锁底平面距离地面的最大垂直距离。取决于龙门起重机龙门架下所堆放的集装箱的层数和高度。LMQ3535龙门起重机起升高度17.4m。3.机构工作速度和工作级别：龙门起重机机构的工作速度包括大车运行速度、小车运行速度和起升速度三种工作速度。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。对于所设计的LMQ3535龙门起重机，其各机构的工作速度分别为：大车运行机构40m/min，小车满载运行速度50m/min，小车空载运行速度75m/min，空载起升机构22.5m/min，满载起升速度15m/min。起重机工作级别是表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。为了使起重机具有先进合理的技术经济指标，保证起重机经济耐用、安全可靠、在设计或者造型时必须根据起重机工作的忙闲程度和载荷轻重状态，合理确定其工作级别。起重机LMQ3535各机构的工作级别分别为：起升机构工作级别M7，小车运行机构工作级别M7，大车运行机构工作级别M6，整机工作级别A7。4.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。基距是指运行轨道一侧两个支承点中心线的距离。所设计的起重机LMQ3535的大车轨距为35m，基距为9.79m；小车轨距为8m，基距为4.8m。5.轨道型号：查询起重机设计手册，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。此处设计采用小车轨道型号P50型轨道，其主要参数为：高度152mm，截面面积6580mm2；采用大车轨道型号QU80型轨道，其主要参数为：高度130 mm，截面面积8113mm22。6.许用轮压: 许用轮压为250KN。7.计算风压：所设计的起重机LMQ3535主要应用于沿海港口，故取其工作状态下的计算风压为250N/m2，取非工作状态下的计算风压为1500N/m2.8.电源：电压采用AC380V，频率采用50Hz。2.2生产率计算：集装箱的布置形式为车道中间布置，形如：图1 港口集装箱布置图综合考虑，获得集装箱门式起重机作业过程中的平均移动距离为：A、 满载上升-7845mmB、 空载上升-1872mmC、 满载下降-4163mmD、 空载下降-5554mmE、 小车运行-9733mm通过计算，得出的理论工作循环时间如下图所示：图2 起重机工作时间图其工作循环图如下图所示：图3 起重机工作循环图生产率计算：以箱量计的生产率An为： An =单次作业起吊的集装箱数x作业次数N =1x3600/124.8 =29箱/小时其中：N-港口起重机每小时的作业循环次数。2.3确定主要工作机构和金属结构的形式：2.3.1起升机构的形式确定：起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置此设计的为集装箱吊具。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等。LMQ3535集装箱龙门起重机起升机构采取交流电动机驱动。设计起升机构需要确定的主要参数有：起重量、工作级别、起升高度和起升速度。本文所设计的集装箱龙门起重机LMQ3535的相应的参数为：起重量36t、工作级别M7、起升高度17.4m、起升速度15m/min。 图4 起升机构驱动装置布置简图图5 起升机构钢丝绳卷绕简图起升机构的驱动装置采取展开式布置，电机与减速器之间用联轴器连接。电机有减速器带动卷筒旋转。减速器的高速轴上安装有制动器，采取双联卷筒带动钢丝绳起升货物。如图1所示。卷绕系统是传动系统的组成部分，起着运动形式的转换作用。卷绕系统起升倍率选择为2。卷绕系统简图如图2所示。2.3.2小车运行机构的主要形式确定：小车运行机构属轨行式机构，轨行式机构主要由运行支撑装置与运行驱动装置两大部分组成。运行支撑装置用来承受起重机的自重和外载荷，并将所有这些载荷传递给轨道基础建筑，主要包括均衡装置、车轮与轨道等。运行驱动装置用来驱动相应机构在轨道上运行，主要由电动机、减速器、制动器等组成。本文设计的LMQ3535型起重机小车运行机构满载工作速度采用50m/min，空载运行速度为75m/min。电机通过联轴器经减速器带动小车车轮转动，减速器位于小车架中心线上，采取低速轴驱动。采取半数驱动主动轮的方法。其机构工作简图如图3所示。图6 小车运行机构驱动装置布置简图2.3.3大车运行机构的主要形式确定：大车运行机构的作用是用来改变起重机的工作位置，从而达到在水平方向移动物品或改变起重机工作范围的目的。龙门起重机是有轨运行式起重机，它只能沿着专门铺设的轨道运行。根据零部件的功用，运行机构的组成可以分为运行支承装置、运行驱动装置和运行安全装置。运行支承装置用来支持起重机的重量，它包括均衡梁、车轮、销轴等；运行驱动装置用来驱动车轮使用权起重机沿着轨道移动，它包括电动机、制动器、减速装置等；运行安全装置用来保证起重机的安全运行，它包括防止大风吹动起重机的夹轨器、防止起重机碰撞的缓冲器以及运行限位器等。运行机构一般要求：（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起重机碰撞的措施。（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。LMQ3535门式起重机的大车运行机构结构简图如下图4所示： 图7 大车运行机构示意图2.3.4各机构电动机的选型（1）起升机构：用稳态起升功率初选电机：PN=PQvQ/1000 （2.1）式中： PN-电动机的稳态起升功率（kW）； PQ-额定起升载荷（N）； VQ-起升速度（m/s）； -起升机构总效率，经计算=0.99。由起重机相关参数可计算得：PN=113.34kW。使用双卷筒驱动。（2）小车运行机构：PN=PJvy/1000m （2.2）式中： PN-电动机的稳态起升功率（kW）； PJ-稳态运行阻力（N）； -运行机构总传动效率（参起重运输机械P192）； m-运行机构电机台数，m=2； vy-运行速度（m/s）vy=0.84m/s。由起重机相关参数可计算得：PN=18.07kW。（3）大车运行机构：PN=PJvy/1000m （2.3）式中： PN-电动机的稳态起升功率（kW）； PJ-稳态运行阻力（N）； -运行机构总传动效率13； m-运行机构电机台数，m=4； vy-运行速度（m/s）vy=0.67m/s。计算过程同小车运行机构，PN=14.60kW。查起重机设计规范得，起重机起升机构、小车行走机构、打车行走机构的JC值均为25%1，故对于三个机构所选电机的功率分别为：起升机构：P1=PN1/2x（25%/40%）=44.81kW；小车运行机构：P2=PN2x（25%/40%）=14.29kW；大车运行机构：P3=PN3x（25%/40%）=11.12kW。故各机构初选电机型号为：起升机构-YZR280M，主要参数n1=600r/min；小车运行机构-YZR180L，主要参数n1=1000r/min；大车运行机构-YZ200L-8主要参数n1=714r/min。2.3.5各机构减速器的选型（1）起升机构：传动比 ： i0=n1D0/vq1a=46.07 （2.4）实际选用减速器的速比为： i=50 ；实际起升速度为：v=D0n1/ia=14.81m/min。与要求的起升速度v0=15m/min基本符合，故满足要求，查手册选择减速器型号为：QJRS-D500-50P，主要参数有许用功率P=50kW，许用扭矩T=42500Nm。（2）小车运行机构：传动比：i0=nN/n1=19.78，取传动比为i=20。查手册选择减速器型号为：QS12，主要参数有，许用功率P=25.39kW，许用扭矩T=3514Nm。（3）大车运行机构：传动比：i0=nN/n1=14.01，取i=14.01，取i=14。查手册选择减速器型号为：ZLY型减速器，主要参数为公称输入功率P=19kW。2.3.6制动器选型根据各机构制动器的制动轮直径及电机功率，对各机构的制动器作选择如下：起升机构：YWZ5-400/125;小车运行机构：YWZ5-315/80;大车运行机构：YWZ5-250/30。2.3.7金属结构的主要形式箱形龙门起重机金属结构由上部主梁、端梁、马鞍、支腿、下横梁以及小车架、司机室和走台栏杆等组成。根据门架的结构特点、有无悬臂及悬臂数目，金属结构分为无悬臂式，双悬臂式和单悬臂式。本文所设计的LMQ3535型起重机的金属结构属无悬臂式结构。其简图如图4所示。 图8 龙门起重机无悬臂式结构简图按支腿与主梁的连接形式，可分为两个刚性支腿、一个刚性支腿与一个柔性支腿。柔性支腿与主梁之间可采用螺栓连接、柱型铰、球型铰或其他链接方式。设计龙门起重机采取双梁龙门架结构，支腿采取一个刚性支腿和一个柔性支腿的形式，支腿形状取L型，小车轨道在主梁上的布置形式采取小偏轨型式。龙门起重机梁结构采取箱型结构，其优点是在能保证刚度和强度的前提下，大大的减轻了整机的自重载荷，节省成本，改善了起重机的工作状况。箱型梁的结构如下图所示14。图9 箱型梁结构简图2.4各工作机构、金属结构的计算工况、计算载荷以及载荷组合2.4.1计算载荷：为了保证起重机安全正常工作，起重机本身应具备三个基本条件：（1）金属结构和机械部件应具有足够的强度、刚度和抗屈曲能力；（2）整机具有必要的抗倾覆稳定性；（3）原动机具有满足作业性能要求的功率，制动装置提供必需的制动转矩。在设计起重机时，首先就要确定载荷，载荷计算是起重机设计计算的基础。起重机工作特点决定了载荷的随机性。在起重机设计计算中采用的是确定性方法。对于变化频繁的实际载荷，只能用简化的理论计算并与实验和经验相结合的方法来确定，由此得到的载荷只是真实载荷的近似，通常称之为计算载荷。起重机在不同状态下可能出现的载荷，只要有以下几种：一、 自重载荷：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，一般是参考同型的参数接近的已有起重机的自重作初步选定。各机构部件自重载荷如下表所列：表1 各部件自重混总表金属结构总成108.53t小车总成15.67t机器房8t梯子平台6.92t小车电缆导电装置0.91t集装箱吊具9.8t防爬装置0.95t锚定装置0.33t电缆供电装置0.99t电气装配4t起升机构13.74t吊具旋转装置及起升卷筒系统1.30t大车运行机构18.36t整机重量189.7t二、 额定起升载荷PQ：额定起升载荷是指起重机起吊额定起重量时的总起升质量的重力。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（吊钩滑轮组、起重横梁、抓斗、容器或吸盘）质量、悬挂着的挠性件以及其他在升降中的设备的质量。起升高度小于50m的起升钢丝绳的质量可忽略不计。额定起重量Q=36t，集装箱吊具重量为9.8t，额定起重量PQ=45.8t。三、 自重振动载荷1PQ：当物品起升离地时，或将悬吊在空中的部分物品突然卸除时，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，为了反映此振动载荷范围的上下限，该系数取为两个值：1=1±，00.1。其中小于1的1应乘在根据振型作反向振动的自重载荷部分。1取1.05。四、起升动载荷2PQ：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可以通过下式进行计算。起升速度vh=0.25m/s>0.2m/s，故取2=2min+2（vh-0.2）=1.103。式中： vh-稳定起升速度（m/s），与起升吊具有关，由空载电动机或发动机的稳定转速导出； 2-起升状态级别系数，取2=0.6； 2min-起升载荷最小动载系数，与起升状态级别有关，取2min =1.1。五、运动冲击载荷：起重机在不平的道路或者轨道上运行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4乘以起重机的自重载荷与额定起升载荷之和来计算。起重机带载或空载运行于具有一定弹性、接头处有间隙或高低错位的钢质轨道上时，发生的垂直冲击动力效应取决于起重机的构造型式(质量分布、起重机的弹性及起重机的悬挂或支承方式)、运行速度和车轮直径及轨道接头的状况等，应根据经验试验或选用适当的起重机和轨道的模型进行估算。对于轨道接头状况一般，起重机通过接头时会发生垂直冲击效应。这时4的计算式如下13： （2.5） 式中： 4运行冲击系数； v起重机运行速度（m/s）；h轨道接头处两轨面的高度差（mm）。计算得：4=1.1+0.058x0.671.5=1.15。六、起重机在水平面内进行纵向或横向运动起制动时的水平惯性力：运行惯性力：起重机或小车运行机构启动或制动时，起重机或小车的自身质量以及起升质量产生水平惯性力PH为：PH=5ma （2.6）式中： m-运行部分质量； a-启动（制动）加速度； 5-系数，考虑起重机机构驱动力（制动力）突加及突变时结构的动力效应，对于金属结构，可取5=1.5。由上计算式可算得：（1）对于满载时的大车运行机构:PH1=1.5x0.12x189.7x1000=40626N；（2）对于满载时的小车运行机构：PH2=1.5x0.078x38.47x1000=8712.99N；（3）对于空载时的大车运行机构：PH=1.5x0.12x189.7x1000=34146N；（4）对于空载时的小车运行机构：PH=1.5x0.078x38.47x1000=4500.99N。七、风载荷：户外工作的起重机都要受到风载荷的作用。当风向与构件的纵轴线或构架表面垂直时，沿此风向的风载荷按下式计算13： （2.7） 式中：Pw1作用在起重机上的工作状态正常风载荷（N）；Pw11作用在起重机上的工作状态最大风载荷（N）；Pw111作用在起重机上的非工作状态风载荷（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A乘以结构迎风面充实率，即A=A0。起重机工作状态的风压为P1和P11，查相关资料取P11为250N/m2，则P1为0.6P11=150N/m2；起重机非工作状态下的计算风压P111取为1500N/m2。根据已知参数查起重机设计手册得：取风力系数C=1.6，结构迎风面积充实率=1，挡风折减系数1=1，2=0。（1）当风向为沿小车运行方向时：A=（1+1）A01=209.56m2此时的风载荷为： PW1=1.6x150x209.56=50294.4N； PW11=1.6x250x20