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畢業(yè)設(shè)計（論文）文獻綜述題 目 軌道式龍門起重機 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 06 級 1 班 學 生 陳 成 指導教師 周老師 西 南 交 通 大 學2010-4-27 年1、軌道式集裝箱龍門起重機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 在我國集裝箱港口的裝卸作業(yè)中，通常采用岸邊集裝箱起重機加輪胎式集裝箱龍門起重機的裝卸方案，以輪胎式集裝箱龍門起重機作為后方堆場的主要裝卸機械。幾年，隨著港口的發(fā)展，軌道式集裝箱龍門起重機在港口的使用越來越多。其電控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等方面以達到現(xiàn)有的港口機械水平，完全能滿足現(xiàn)代港口集裝箱的需要。目前我國已能批量生產(chǎn)具有上個世紀 90 年代國際先進水平的岸邊集裝箱起重機和輪胎式集裝箱龍門起重機，軌道式集裝箱龍門起重機的研究與開發(fā)能力也越來越強。由于大車行走和小車行走屬于一般負載，沒有特殊要求，因此變頻器在 V/F 模式下即可正常工作，不需要做特殊設(shè)置就能投入使用，而主副鉤吊屬于重型負載，要求起鉤和松鉤都能保證不溜鉤，上下行平穩(wěn)迅速，要求在直流制動后馬上投入制動器進行制動。2、軌道式集裝箱龍門起重機國外發(fā)展現(xiàn)狀長期以來，軌道式集裝箱龍門起重機僅小車運行機構(gòu)采用交流驅(qū)動，近年來，起升機構(gòu)和大車運行也相繼采用了交流驅(qū)動技術(shù)，這樣減少了維護和修理費，降低了營運成本。日本三井公司最早成功地采用了交流變頻調(diào)速裝置，解決了起升機構(gòu)位勢負載和車輪支承壓力變化導致車輪轉(zhuǎn)速變化的關(guān)鍵技術(shù)，達到了集裝箱堆 6 層作業(yè)的使用要求。派納公司將其在自動控制領(lǐng)域所擁有的豐富經(jīng)驗成功地應(yīng)用在大型軌道式集裝箱龍門起重機上，滿足了現(xiàn)代化集裝箱堆場對自動化控制的需要。歐洲聯(lián)合碼頭公司應(yīng)用光纜傳輸技術(shù)，可靠地將軌道式集裝箱龍門起重機與港站管理計算機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了無人裝卸作業(yè)和堆場全盤自動化。據(jù)統(tǒng)計，歐洲作為傳統(tǒng)上的輪胎式集裝箱龍門起重機的大訂戶，1995 年訂購的軌道式集裝箱龍門起重機多達 58 臺，從一個側(cè)面反映出軌道集裝箱龍門起重機的市場潛力和應(yīng)用前景。另一方面，從世界一些著名的港口的發(fā)展趨勢看，軌道式集裝箱龍門起重機將向大型化、高效化、自動化方向發(fā)展。目前，一些先進設(shè)計思想逐漸被采用，一些先進設(shè)計手段也被引入軌道式集裝箱龍門起重機領(lǐng)域。如果有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、機電液一體化技術(shù)、CAD 設(shè)計模塊化技術(shù)、可靠性設(shè)計方法、機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計等。這些方法在軌道式集裝箱龍門起重機設(shè)計中已有所應(yīng)用，取得了較好的效果。但現(xiàn)代軌道式集裝箱龍門起重機設(shè)計面臨的主要難題是：①如何綜合現(xiàn)有的設(shè)計手段、方法對軌道式集裝箱龍門起重機設(shè)計分析；②如何結(jié)合軌道式集裝箱龍門起重機具體狀況，挖掘在其他領(lǐng)域已取得到較好應(yīng)用的尚未在軌道集裝箱龍門起重機領(lǐng)域應(yīng)用的先進的設(shè)計思想、手段和方法。2.1 研究主要成果新材料的應(yīng)用H 型鋼、T 型鋼、MC 鑄型尼龍材料等等，都促成了起重機結(jié)構(gòu)的改進和機械零部件的發(fā)展，降低了制造成本，改善了使用性能。新裝置的研制和新零部件的采用激光防碰裝置、柔性部件、三合一減速器、新型徑向棒銷聯(lián)軸器、新型電液壓塊式制動器、鉗式制動器、電線滑車、滑接輸電裝置等等新裝置的采用，都為起重機產(chǎn)品的更新和系列改進提供了切實的基礎(chǔ)。新設(shè)計思想的應(yīng)用近幾年，一些高等院校在起重機優(yōu)化設(shè)計和推廣現(xiàn)代設(shè)計方法方面做了許多有成效的工作，對門式起重機進行了按靜強度、靜剛度、動剛度等多項控制主表的綜合分析優(yōu)化設(shè)計，從單機優(yōu)化到系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計理論方面的開拓和探索都已有進入實用階段。依據(jù) Miner 線性積累積損傷理論，形成餓對角線通用原則，使得用同樣的機械部件，形成多種規(guī)格起重機提供了理論基礎(chǔ)。木塊單元設(shè)計等等。整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平的提高，老產(chǎn)品的更新、新產(chǎn)品的研發(fā)速度都將大大加快。主梁結(jié)構(gòu)形式多樣化主梁的結(jié)構(gòu)形式不在拘泥于單一的品種，為了滿足小車的上下布置等各種實際需求 龍門起重機的主梁結(jié)構(gòu)形式開創(chuàng)出梯形截面雙主梁形式、π 型截面單主梁形式、梯形截面單主梁形式等等。新設(shè)計工具的普及運用Proe、 ANSYS、APDL 語言等方面快捷的設(shè)計和測試等計算機軟件的開發(fā)和運用大大提高了新產(chǎn)品的研發(fā)能力，縮短了研發(fā)周期。比如虛擬樣機技術(shù)對龍門起重機小車進行整體動態(tài)安全性仿真實驗，通過仿真實驗獲得小車突然加速和碰撞時所產(chǎn)生的動態(tài)接觸力，這些準確的數(shù)據(jù)可以供龍門起重機結(jié)構(gòu)分析時參考為設(shè)計師設(shè)計可靠性的龍門起重機緩沖提供了快速、有效的途徑。吊具防搖系統(tǒng)的研發(fā)集裝箱龍門起重機的吊具防搖系統(tǒng)是各起重機制造商一直在研發(fā)的項目，好的“防搖”措施將會大大提高起重機械的生產(chǎn)效率。振華港機、上海港機重工、等起重機生產(chǎn)廠商制造種類繁多。防搖系統(tǒng)是指吊具起吊集裝箱時，在小車、大車平移的情況下，在一定的搖擺周期內(nèi)，集裝箱達到公認的對箱要求。如今已開發(fā)出機械式減搖裝置、八繩雙向防搖技術(shù)等。自動糾偏技術(shù)跨度大于 40m 的龍門起重機在實際使用中由于眾多因素的影響，鋼、柔腿運行一段時間后會產(chǎn)生快慢不一的現(xiàn)象，常用電器自動糾偏的方法通常有計算脈沖編碼器輸入 PLC 的脈沖、通過安裝在柔腿頂部的位移傳感器、用橡膠摩擦輪帶動旋轉(zhuǎn)編碼器的閉環(huán)控制等?？熊壃F(xiàn)象的改善啃軌，就是起重機運行過程中車輪輪緣與鋼軌側(cè)面壓觸，發(fā)生強烈的磨損。嚴重的啃軌，使車輪與軌道劇烈磨損，并且大大增加附加載荷，運行阻力比正常狀態(tài)時增大 3.5 倍左右，一般中型工作類型的龍門起重機車輪的使用壽命約8~10 年，若有啃軌現(xiàn)象，壽命可降為 1~2 年，甚至幾個月。在實際生產(chǎn)中最常用而且最有效的方法是調(diào)整和移動車輪，消除過大的誤差橫向力。3、 發(fā)展趨勢由于生產(chǎn)發(fā)展提出新的使用要求，起重機的種類、形式也需要相應(yīng)地發(fā)展和創(chuàng)新，性能參數(shù)也需要不斷變化與完善?，F(xiàn)代化設(shè)計方法的建立和計算機輔助設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計手段的應(yīng)用，使起重機設(shè)計思維觀念和方法有了進一步的更新。起重機將向現(xiàn)代化、智能化、更安全可靠方便的方向發(fā)展。具體體現(xiàn)在：數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)開發(fā)數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)使起重機的控制系統(tǒng)在發(fā)動機與傳動系統(tǒng)各功能塊之間實現(xiàn)數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸和電子控制，可降低起重機油耗及排放值，簡化布線，提高整機可靠性與維修方便性。模塊單元設(shè)計所謂模塊單元化設(shè)計，就是根據(jù)市場調(diào)查和預測的統(tǒng)計數(shù)字以及積累的資料和圖表，在嚴密的科學理論指導下，擬定起重機結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、部件等多層次的標準化、模塊化和單元化。只對幾個模塊進行寫該即可實現(xiàn)起重機的改進，選用不同的模塊從新進行組合便設(shè)計出不同規(guī)格具有不同功能的起重機，以滿足市場的需求，增強競爭能力。這將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平以及產(chǎn)品更新。目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已經(jīng)采用模塊化設(shè)計，并取得了顯著地效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計費用下降 12%，生產(chǎn)成本下降 45%，經(jīng)濟效益十分可觀。控制元件的研發(fā)采用轉(zhuǎn)角碼盤、齒輪鏈、激光頭等裝置，使定位精度可到±1mm。接收器、控制器遙控系統(tǒng)應(yīng)用節(jié)省人力，提高工作效率，而且使操作者的作業(yè)條件得到改善。在距離檢測方面，采用無線電信號型防撞裝置來監(jiān)控起重機前端行駛距離，在發(fā)出警告信號后，大車車速將減小到 50%，最后切斷電機電源，將大車制動。起重機的剎車系統(tǒng)也應(yīng)用微機進行控制和監(jiān)視工作。復雜的起重機更加完善，通用的起重機更加簡便對高速重載大生產(chǎn)率的冶金、港口、建筑等專用起重機，不僅機構(gòu)性能參數(shù)更趨完善和提高，而起其可靠性、自檢查和故障顯示等能力也有所提高，整機更趨完善和提高，整機向有機、完善、協(xié)調(diào)、適配方向發(fā)展，這在近年來的寶鋼等重點工程從日本、德國、美國、進口的起重機中均可看出來。而大量通用的中小型起重機在通用化、系列化前提下更加簡單化如德國、荷蘭、意大利的一些公司近些年大規(guī)模推出了電動葫蘆及葫蘆小車的懸掛、雙梁、門式起重機,并取代了老式電動雙梁起重機、電動門式起重機。產(chǎn)品大型化，高速化和專用化由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化大型高效起重機新一代電氣控制裝置己發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控應(yīng)用使起重機具有更高的柔性。重點開發(fā)以微 處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，可進行操作的起重機運行的自動保護與自動檢測、特殊場合的遠距離遙控等。產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。起重機通過系統(tǒng)集成，形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)等。3.1 存在問題我國從 50 年代開始著手研制門吊，由于受各方面條件的限制，與國外同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)軌道吊還存在不少差距，如技術(shù)性能、質(zhì)量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現(xiàn)代化軌道吊，國內(nèi)尚屬空白，國內(nèi)市場均被進口產(chǎn)品所占領(lǐng)。在設(shè)計技術(shù)上極限應(yīng)力設(shè)計法有很大局限性應(yīng)加強向塑性應(yīng)力設(shè)計法的理論研究工作。大型起重機設(shè)備的可靠性研究還有待進一步完善提高、大車高速運行狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變形問題嚴重。大車高速運行狀態(tài)下的輸配電問題，大車高速運行對整機的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求，采用電纜卷筒供電，高速運行時大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門控制的電纜卷筒。目前電纜卷筒需從國外進口。大車高速運行狀態(tài)下的電氣控制問題，因為采用了高速行走的大車，兩條軌道上的大車電機運行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃 軌的現(xiàn)象。集裝箱橋吊的遠程管理系統(tǒng)通訊系統(tǒng)未解決，遠程控制的電氣控制問題亟待解決。隨著中國經(jīng)濟與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)快速發(fā)展，中國已成為全球重要的起重機市場。 近幾年，石化、能源、電力等領(lǐng)域的發(fā)展，不僅帶動了中國起重機市場的持續(xù)穩(wěn)健向上，更是培育催生了大批極具實力的吊具企業(yè)。目前，中國吊裝行業(yè)已經(jīng)涌現(xiàn)出一批具備相當規(guī)模和強大競爭力的大型吊裝企業(yè)；除了在全面深度參與中國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點工程外，這些企業(yè)更將業(yè)務(wù)拓展至廣闊的海外市場。 受中國吊裝領(lǐng)域迅猛發(fā)展帶動，中國起重機市場近幾年也持續(xù)向上。目前，中國起重機市場幾乎聚集了全球所有知名制造企業(yè)；隨著對中國市場重視程度的增加，國外主要起重機企業(yè)，大部分都在中國建立了組裝制造基地。在推進中國本地化制造體系的同時，國外企業(yè)還不斷加大在中國的投資力度，以更靈活地拓展模式，通過擴建、合作等方式，完善在中國的業(yè)務(wù)布局。由此可以看出，起重機在中國的發(fā)展是很有前途的，那么小車運行機構(gòu)的發(fā)展也是不言而喻的。 4、 主要參考文獻[1] 楊俊 .MQ600TM／30 高架門座起重機門架安裝工藝改進[J].起重運輸機械，1991(11)：41-42.[2] 張新麗. 淺析軌道式集裝箱龍門起重機發(fā)展前景.中國港口，2003,02[3] 劉木南，單增海 .工程起重機行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.交通世界，2004,11[4] 張剛.軌道式集裝箱門式起重機在港口的應(yīng)用.港口裝卸，2004，01[5] 邱棟良.國內(nèi)外起重機發(fā)展動態(tài).起重運輸機械，1997,8[6] 胡斌仁.門式起重機大車運行機構(gòu)典型結(jié)構(gòu)分析[J]. 起重運輸機械，2010(4)：34～35 [7] 131～141. 門式起重機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J]. 科技博 見，2010(1)：273 [8] 朱德康,鄒勝 .起重機創(chuàng)新設(shè)計展望[J].起重運輸機械，2007(2)：1～4 [9] 趙世軍.起重機制造業(yè)的發(fā)展趨勢[J].大眾標準化，2005(6)：17～18 [10] 李偉,李瑞華. 起重機智能控制的發(fā)展現(xiàn)狀與思考，煤礦機械， 2006(8)：3～4 [11] 鄭見粹.21 世紀初我國港口機械的成就與展望[J]. 港口科技，2007(3)：43～46 [12] 劉永峰. 施工起重機國內(nèi)外發(fā)展狀況[J].施工技術(shù)，2007(J) ：491～493[13] 趙國慶. 大跨度龍門起重機的電氣自動糾偏系統(tǒng)[J]. 起重運輸機械，2006(5)：81～82[14] 徐宏偉，張全福 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