四卷筒抓斗卸船机抓斗开闭及悬垂钢丝绳跳动研究

四卷筒抓斗卸船机抓斗开闭及悬垂钢丝绳跳动研究 武汉理工大学 硕士学位论文 姓名:王立平 申请学位级别:硕士 专业:机械制造及其自动化 指导教师:胡吉全 20080501 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 抓斗卸船机已成为世界各国港口散货接卸的主要机械设备。为了适应港口装备大型化、高速化的发展，抓斗卸船机经历了不同的发展阶段。在抓斗驱动方式上经历了自行小车式、牵引小车式，以及四卷筒小车式几个演变过程。由于自行小车式中小车的自重过大，致使牵,,,,，车式和四卷筒小车式在大型抓斗卸船机中逐渐取得了主导地位。四卷筒小车绕绳系统简单，结构紧凑，已经越来越受到客户的青睐。但是随着大型化抓斗卸船机的研究开发和制造。出现了两个较为突出的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :一个是抓斗在某些位置出现了不能开启的问题;另一个是在抓斗工作过程中开闭绳和支持绳经历从松弛到张紧的快速转换，钢丝绳在机构运行时出现了剧烈跳动问题。 本文针对四卷筒抓斗卸船机抓斗的开启情况，分析了悬垂段钢丝——————————————————————————————————————————————— 绳的跨距、钢丝绳单位重量、钢丝绳张力以及钢丝绳垂度四者之间的参数关系，推导出了它们之间的转换公式。结合实例，利用上述分析所得公式在给定的各种限制条件下，具体分析一定跨距、特定钢丝绳和特定抓斗之间的开闭情况。利用,,工具编写了计算程序，简化了设计中的大量运算过程。在详细研究了弹性体弦的振动的基础上，结合四卷筒抓斗卸船机实际工作中抓斗的振动情况，分析了悬垂段钢丝绳的振动现象。讨论了弦振动和钢丝绳振动的区别点，并详细说明了四卷筒抓斗卸船机悬垂段钢丝绳的实际振动过程。简述了在建立模型时，所忽略的相关因素对所建模型可能产生的影响。 对于钢丝绳悬垂和振动问题的研究不仅仅局限于四卷筒抓斗卸船机，在岸桥和其他各种相关类型起重机中关于钢丝绳的跳动和悬垂问题，本文都有一定的借鉴作用。关键词:四卷筒抓斗卸船机;悬索曲线理论;振动力学;抓斗;钢丝绳 武汉理工大学硕士学位论文 ,,,,,,,, ,,,,,,,,，,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,？,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,曜,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,:,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,，,,,,,,,,,,;,,，,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,—,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;;,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,？,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,( ,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,诵,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,，,,,,,,,;,,,,诵,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,——————————————————————————————————————————————— ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,，,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,;,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,, 武汉理工大学硕士学位论文 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,( ，, ,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,( ,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,;,,,,;,;,,,,:,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,, ——————————————————————————————————————————————— 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果(尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料(与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意( 研究生(签名):至童垡日期:盈丝尘:星 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文( (保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生(签名):至:冱导师(签名)日期:,翌墨:～:乡 武汉理工人学硕士学位论文 第,章绪论 ,,课题研究的目的和意义 随着大宗散货运输船舶的大型化、专业化，相应的卸船设备也向大型化、高效化方向发展。近几年来已经投入使用的生产率在,,,,,,,以上的抓斗卸船机总数已有数百台，图,(,是某港口中一台四卷筒抓斗卸船机资料图。世界一些著名的港口，如荷兰的鹿特丹、——————————————————————————————————————————————— 阿姆斯特丹，比利时的安特卫普，德国的汉堡，,,本的大分、千叶等，先后采用了大型高效抓斗卸船机。这些卸船机的主要技术参数越来越高，起重量达,,,，生产率达,,,,,,,，能适应的最大船型为,,万吨级，外伸距达,,,:起升高度达,,,,:起升速度达,,,,,,,,，小车运行速度达,,,,,,,,，卸,，,,的作业循环周期从,,,,,,缩短到,,,,,,。与大起重量、高速度和高效率柏适应，钢丝绳牵引小车式抓斗卸船机得到了广泛应用。,,世纪,,年代初上海港口机械制造厂根据国家“七五”桥式抓斗卸船机研发课题的要求，对大型桥式抓斗卸船机的主要设计形式开展定型研究。经过理论研究，并分析了欧美的市场动态，提出钢丝绳牵引小车式应成为大型桥式抓斗卸船机的主要设计形式„。 :图，(，四眷筒桥式抓斗卸船机 武汉理工大学硕士学位论文 四卷筒差动补偿式抓斗卸船机的工作原理是利用行星齿轮差动减速箱控制四个卷筒按一定的传动比旋转，从而实现小车的运行及抓斗的升降与开闭。长期以来，国际上一直在中、小型抓斗卸船机中采用这种结构型式，而在大型卸船机中从未使用过。主要原因是其小车牵引绳与抓斗工作绳合二为一，工作载荷的增加必将引起钢丝绳直径的增大。而在大型卸船机中，小车运行距离长，钢丝绳自重将引起钢丝绳下垂度增加，因而不能保证抓斗在任何位置都能顺利打开。其二，在抓斗工作过程中，开闭绳和支持绳都将经历从松弛到张紧的快速转换过程。在此过程中，钢丝绳将产生剧烈抖动。由于钢丝绳跨距及自——————————————————————————————————————————————— 重引起的下垂度增加必将使这一抖动更为严重，不仅易使钢丝绳产生跳槽、断丝，同时也对结构、机构产生冲击。其三，作为挠性构件，钢丝绳垂度过大也易产生钢丝绳之间的相互干涉或勾挂其他部件，从而影响设备的正常工作圆。。为了克服上述问题，对于大型四卷筒抓斗卸船机，通常会在小车前后各设 置一定数量的托绳小车，组成托绳小车系统。其目的是降低钢丝绳的最大跨度，从而有利于抓斗开启和减少钢丝绳弹跳情况的产生。随着托绳小车的增加，虽然可以缓解以上的一些问题，但同时也会出现一些弊端，比如托绳小车系统的钢丝绳缠绕系统复杂、安装及维修时的钢丝绳的预张力需要调节，托绳小车系统的钢丝绳数量多和长度长。针对这一问题，本文着重研究抓斗开启和钢丝绳振动的具体影响因素，列出抓斗开启时抓斗所引起的张力与悬垂段钢丝绳间的参数关系。分析振动产生的原因及弹跳量应该如何求解。本文在今后的大型抓斗卸船机设计中是否能合理的添加托绳装置提供了相关的理论依据。本文中有关钢丝绳的研究方法也同样适用于其他类型的起重机。 ,(,国内外相关研究状况 ,(,(,四卷筒抓斗卸船机的发展及工作原理 ,、四卷筒抓斗卸船机的发展 随着抓斗式卸船机广泛使用，为了满足现代港口对装、卸船机高效快捷的要求，抓斗驱动方式经过了自行小车式、牵引小车式，以及四卷筒式，包括差动行星齿轮式和电差动式几个演变过程口,,。起重行业的专业厂家对抓斗驱动的研究均投入很大的人力和物力，有代——————————————————————————————————————————————— 表性的是芬兰的,,,,圮,,,,,,,,;,,,、德国的,,,,,,公司和法国的,,,,,,,,公司，以及国内的上海振华港口机械股份, 武汉理工大学硕士学位论文 有限公司嘲?刀。法国的,,,,,,,,公司最早提出四卷筒牵引式小车 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，在原,,,,,,,,公司四卷筒牵引式小车传动机构的基础上，上海振华港口机械股份有限公司对其进行了改进，改进后的四卷筒传动机构，与,,,,,,,,公司四卷筒传动机构相比，将运行电动机移到了两个行星齿轮减速器之间，新增加了两个离合器，使得整个传动机构可以实现单个卷筒独立转动，更换一个卷筒上的钢丝时，不影响其它卷筒，可以方便快速地完成钢丝更换。 ,,,,;,,,;,,,,,,,,最新开发了一种四卷筒牵引式小车，使用四个变频调速电动机，分别驱动两个起升卷筒和两个开闭卷筒，通过电气系统的控制来实现起升卷筒和开闭卷筒的同步，避免了使用构造复杂且价格昂贵的行星齿轮减速器隅儿町,们。这种改进降低了四卷筒牵引式小车的制造成本，仍保持了四卷筒牵引式小车的优点，获得了以交流电动机取代直流电动机的好处，同时也达到了实现单个卷筒独立转动和方便快速地完成单个卷筒上钢丝绳更换的目的。这种新型的抓斗卸船机四卷筒电气差动控制系统，保留了四卷筒机械差动的优点，用现代电气技术取代机械结构，达到控制目的。同时由于现代桥式抓斗卸船机要求起升、开闭、小车运行能合成动作，抓斗作业能有最佳的“飞行路线:，并最大限度地缩短循环周期，在——————————————————————————————————————————————— 抓斗运行中能有效进行摆动控制。 ,、四卷筒抓斗卸船机工作原理 如图,(,所示，四卷筒牵引式小车是通过齿轮差动形式将抓斗起升、开闭和小车运行机构合并。即:保持两个起升卷筒不动，两个开闭卷筒同向转动实现抓斗的开闭;两个起升卷筒和两个开闭卷筒都同向转动实现抓斗的升降;两个同向转动的起升卷筒与两个同向转动的开闭卷筒转动方向相反实现小车的运行。 图,(,四卷筒牵引式小车钢丝绳缠绕系统 ,、支持卷筒;,、开闭卷筒;,、小车, 武汉理工大学硕士学位论文 四卷筒牵引式抓斗及小车运行的动作原理如下: 工况,:起升、开闭卷筒向右旋转时，使抓斗提升，由起升、开闭电动机驱动。 工况,:起升、开闭卷筒向左旋转时，使抓斗下降，由起升、开闭电动机驱动。 工况,:起升、开闭卷筒分别作向内相对旋转，使抓斗小车向右移动，此时，由小车牵引电动机驱动。 工况,:起升、开闭卷筒分别作向外相对旋转，则抓斗小车向左移动。工况,:当起升卷筒刹住不动，开闭卷筒向左旋转时，抓斗运行开启。工况,:当起升卷筒刹住不动，开闭卷筒向右旋转时，抓斗进行闭合。 工况,:起升、开闭卷筒向内或向外旋转时，且小车牵引电动机——————————————————————————————————————————————— 也投入运行时，抓斗可以走曲线轨迹进入或离开船舱嘲,们。 ,(,(,抓斗卸船机发展中的问题 卸船机在发展中仍存在诸多问题:电气差动四卷筒牵引式，在小车运行及起升、开闭合成运行时，难以进行加速度合成，因此无法有效地进行摆动控制。由于其技术尚未完善，仍处于研究和开发阶段。四卷筒牵引式小车的行星齿轮减速器是非 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 产品，构造复杂，制造难度大，成本相对较高,】【,,】。 机械差动四卷筒牵引式以及电差动四卷筒牵引式中的开闭绳还需克服牵引力，因此绳索较粗，在抓斗中弯曲及磨损的情况比较严重，起升绳、开闭绳的内力主要由绳索的吊载决定，吊载的变化引起钢丝绳弹跳。当小车牵引时，起升绳、开闭绳也有牵引作用。所以钢丝绳直径大于由起升、开闭作用载荷所需的钢丝绳的直径。钢丝绳的线密度影响钢丝绳的垂度，也影响钢丝绳的弹跳。由于弹跳严重，在相同的外伸距等条件下，为了减少悬挂长度，往往设置辅助托绳装置，这种托绳装置本身构造和运行条件复杂，牵引钢丝绳易磨损，需要经常更换，维护工作较多。 目前对主梁大伸距所产生的钢丝绳大跨度问题仍在研究中，国内外也没有专门的针对于大跨距钢丝绳对抓斗开启影响的研究，关于钢丝绳振动和张力的研究大多是在矿场机械和缆车、索道领域。例如在矿场上多是分析矿井中所使用的钢丝绳的动张力特性，给出限制和消除提升钢丝绳粘弹性振动的方法,,?,,儿阅。很少有关于悬垂钢丝绳突然受到水平激振力所产生的影响情况。而目, ——————————————————————————————————————————————— 武汉理工大学硕士学位论文 前这种现象常常发生在起重机中。 大跨度四卷筒抓斗卸船机的设计不仅受到主梁的跨度和钢丝绳直径等因素的影响。在抓斗的额定起重量达到一定的重量时，例如达到,,,，钢丝绳直径就达到,,,,,(保证安全系数大于,)，根据设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 中的绳径比、卷筒和滑轮都非常巨大，难以加工、制造。同时，钢丝绳的僵性及滑轮的转动惯量都很大，也会导致滑轮和钢丝绳的磨损严重,削。目前虽有应用，但为了保证抓斗的正常工作，其前后各设,个托绳小车。为了保证钢丝绳对滑轮的偏角，将后大梁延长(这样更增加了钢丝绳的悬垂长度)，且将滑轮倾斜布置，甚至将滑轮处理成特殊的偏槽型，但仍难以达到理想效果，其滑轮和钢丝绳的磨损仍非常严重。如果当起重量增加到,,,以上时，钢丝绳直径将达到,,,,以上，对于起升高度,,,，小车运行距离,,,的,卷筒机型，行星减速器卷筒中心距达,(,,以上，巨大而又难以加工。每个卷筒上工作段钢丝绳缠绕超过,,，根据其缠绕特点，钢丝绳对滑轮的偏角就更加难以满足。对于补偿小车机型，按常规设计，起升电机单机功率将超过,,,,,,，电机、制动器均超出正常的选择范围。钢丝绳按正常缠绕方式垂度过大，将严重影响抓斗工作。所以对于起重量过大的大型四卷筒抓斗卸船机，影响其工作运行的已不仅仅是钢丝绳垂度和抓斗能否打开这个单一的问题了。但是对于大跨度的四卷筒大型抓斗卸船机，钢丝绳悬垂的研究仍十分重要。’ ,(,课题研究的内容 ——————————————————————————————————————————————— 本论文以四卷筒桥式抓斗卸船机中抓斗的开启过程为研究对象，在系统研究其钢丝绳缠绕结构机理的基础上，简化其缠绕方式，建立抓斗开启能力与悬垂段钢丝绳的关系模型。借助于悬索曲线理论对抓斗开启能力与悬垂段钢丝绳之间的参数关系进行定量分析，推导抓斗开启能力条件。在开启能力条件的基础上，对影响抓斗开启的各个参数间进行关系转换。并借助于,,语言编写抓斗开启能力的计算程序，简化复杂的计算量。通过上述研究一方面为大型化抓斗开启设计提供了依据，另一方面对是否在悬垂段钢丝绳上添加托绳装置提供了参考依据。针对钢丝绳的跨度和垂度，本文还分析了在特定的起升速度下，钢丝绳产生的跳动量与这些因素的关系，并给出解决钢丝绳跳动问题的一些建议。 具体技术路线如下:, 武汉理工大学硕士学位论文 ,、介绍大型起重机械钢丝绳运动方面的知识，了解其运行机理以及钢丝绳在运行过程中的动力情况。 ,、选取一台大型四卷筒牵引桥式抓斗卸船机分析其当小车在各个位置钢丝绳工作时的受力情况，根据以上钢丝绳受力情况分析对钢丝绳的运动进行建模。 ,、研究悬垂段钢丝绳于抓斗开闭的具体参数关系。 ,、分析悬垂段钢丝绳在一定的悬垂曲线下，钢丝绳跳动情况所受的影响因素。, 武汉理工大学硕士学位论文 ——————————————————————————————————————————————— 第,章悬索曲线理论 在四卷筒抓斗卸船机中，主梁下部的钢丝绳始终都处于悬垂状况下，钢丝绳受力不一样，钢丝绳的悬垂情况则完全不同。下面通过分析和研究“悬索曲线:理论来揭示悬垂状况中的悬索类物体在悬垂时所受影响的因素，且这些因素对悬垂中物体具体的影响因素。从而为确切了解四卷筒抓斗卸船机中的钢丝绳悬垂状况建立理论依据。 图,(,所示，将绳索绷起，两端分别固结于两支架的端点,,。当,、,间的水平距离足够大时，绳索被看成是可挠的。在自重力的作用下，必然形成一条下凹的曲线，这条曲线叫做“悬链曲线一。但是对于悬索，也可以根据其重力曲线特性，并假定其自重自曲线顶点开始，沿水平方向递增分布，从而导出一条新的代数函数曲线来表示。这条曲线称之为“悬索曲线:?刀,副。 , 图,(,悬链曲线 ,(,悬索的重力曲线特性 按图,(,，在图,(,所示的,,索上任取一线元,,进行受力分析。设索之单位长度自重为？。当悬索平衡静止时，若用疋和,分别表示悬索线元,,两端的张力，并用,和,,分别表示两张力的垂直分量，根据力的平衡原理,耵，应有 ,,,,，？,,(,—,) (,—,)和,,,,,,,, 式中，日。表示悬索张力的水平分量，亦, ——————————————————————————————————————————————— 武汉理工大学硕士学位论文 可称为悬索的水平张力。(,—,)式表示，悬索平衡静止时，索上各处之水平张力相等。 按图,(,，并根据力的平衡方程，应有 《,,,(,，,,),？,,，,,,,,(,,,) ,:,,,(,，,,),:,,,(，,,,:,,,(,,,) 式中，,,(口，出)分别表示,和,与,,轴的夹角。 , , 矗中: ,, 图,,,线元受力图 (,—,)式和(,—,)式相除，且因孕:,,,口，有 凰万,,,,,？,,(,—,) (,,,,)式说明，悬索的线型决定于索的单位长度自重和由于自重所产生的水平张力。它具有如下的重力曲线特性: 一(一)(,,,,)式等号右边的物理意义:,警,表示索上之单位长度自重折合在,,轴上的单位长度重量，可甩吱表示。 ？,,？,,(,—,) 于是(,,,,)式可写成 风警,吱(,—,) ——————————————————————————————————————————————— (,—,)式表明，悬索上任意处切线的斜率的变化率与其水平张力之积等于该, 武汉理工大学硕士学位论文 处之单位长度索重折合在,,轴上的单位长度重量。 (,,,)因为 一,,:上一,一,,;，,,,,,(,—,),三一, 联立(,—,)、(,—,)两式，有 竺,—,,: ？;，,,,(,—,) (,,,,)式代入(,,,,)，有互,急,詈凰,风陌(,州，(,,,,,)式表明，悬索上 ———————————————————————————————————————————————