30方浮式抓斗起重机起升系统设计【文献综述】.doc

1、 毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 30 方浮式抓斗起重机起升系统设计 引言 起重机械是现代工业生产中不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。 在现代建筑工程中，起重机成立标志性装备。纽约的帝国大厦可以在短短的 400 余天建成，并且在随后的几十年里保持世界最高建筑的头衔，起重机械功不可没； 2006 年德国世界杯场地建设，整个工作场地分为几个工作区域，划分的原则就是起重机械的工作覆盖范围，将整个工地都置于起重机械的工作范围 内，大大提高建设速度和场地利用率。在中国，三峡大坝的建筑现场，最显眼的施工设备就

2、是那些巨大的塔吊，它们日夜不停地忙碌着，为这个巨大的水利工程能够早日造福社会提供强有力的保障。 不仅仅在建筑工地上活跃着起重机的身影，港口、机场、车站或者各种各样的工厂车间，都有起重设备在工作。如果没有起重机的参与，那些巨大的港口可能会瘫痪，带来的经济损失或许不会小于金融危机的冲击。 1 1.起重机概述 起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后 空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。 中国古代灌溉农田用的 桔 是臂架型起重机的雏形。 14 世纪，西欧出现了

3、人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。 19 世纪前期，出现了 桥式起重机 ；起重机的重要磨损件 如轴、齿轮和 吊具 等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。 19 世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。 20 世纪 20 年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。 起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和 绞车 组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备

4、在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和 回转支承装置 组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁 。 从构造特征看，起重设备一般分为单作用起重设备，桥式类型起重机，和回转类型起重机。本课题设计的门式起重机就是桥式起重机的一种，常见的又桁架式和箱梁式两种。 2 2.起重机的发展现状及趋势 目前 ， 国内专业生产大型起重机的厂家很多 。 其中以中联重科 、 三一重工 、 抚挖等公司产品系列较全 ， 市 场占有率较高 。 中联重科在 2007

5、年 12 月宣布实行品牌统一战略后 。 现已成功开发了 50t600t 履带式起重机 产品系列 。 作为中国起重机行业的领跑者 ， 徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导 ， 履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群 。 国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有 35t350t 的履带式起重机产品系列 。 QUY350 是抚挖 2007 年推出的国产首台 350t 履带式起重机 ， 填补了国内 350t 履带式起重机的产品型谱空白 。 目前 ， 国外专业生产大型起重机厂家很多 。 其中利勃海尔 、 特雷克斯 -德马格 、 马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全 ，

6、市场占有率较高 。 利勃海尔公司的产品技术先进 、 工作可靠 ， 其生产 的 LR系列履带起重机最大起重量已达 1200t。 其桁架臂履带式起重机系列在 2007年又喜添新品 LR1600/2， 使其产品型谱更加完善 。 最明显的变化是疏浚装备大型化。近年来，伴随着大型疏浚工程的增多，大型疏浚装备快速发展，大型耙吸式挖泥船快速增加。据不完全统计， 1994年至 2004年的 10年间，世界上大型、超大型耙吸船猛增 26艘，新增舱容 42万立方米，是这之前 20年新增大耙船舱容的两倍多。这些船舶挖深大多可达 100米，其中一艘挖泥船最大挖深可达 160米，特别适合大型疏浚工程的需要。此外，绞吸式

7、和抓斗式挖泥船出 现大型化苗头。绞吸式挖泥船最大总装机功率已达 28500千瓦，抓斗式挖泥船最大抓斗斗容已达 200立方米。 其次是采用复合驱动方式。以前建造的挖泥船泥泵多由单独的柴油机带动，船舶航行时，泥泵系统不工作。这种情况下，虽然船舶的功率较大，但不能得到充分的利用。现在的大型耙吸船大多采用复合驱动系统，无论什么工况下，装机功率都可以得到充分利用，大大提高了生产效率，工程进度可以得到保证。比如一艘 1万立方米左右的大型耙吸船原来采用独立驱动方式时，航速在 12节左右，采用复合驱动方式后，在装机功率不变的情况下船舶航速可达 16节 。文船公司正在建造的 13500立方米大型耙吸船只配 4台

8、柴油机，如果采用独立驱动方式，它至少要装配 10台柴油机。另外，采用复合驱动方式也使船舶的管理和维护更加方便，因此受到用户的欢迎。 第三是自动控制集成化程度提高，使施工过程控制更加精确，大大提高了船舶的工作效率，降低了工作人员的劳动强度。费龙介绍，前些年建造的大型耙吸船的控制室里都是按钮，需要两三个人操作，而现在大型耙吸船整个挖泥系统都由电脑控制，主要运行状况比如柴油机的运行参数、耙头的位置等都可以通过计算机显示屏看到。控制系统还可自动计算出泥浆的最高浓度 （挖泥浓度），搜索在这种泥浆浓度下哪种航速挖泥效率最高。自动化程度提高后，操作员只要点击鼠标就行，控制室只需配备一名操作员。 第四个特点是

9、挖泥船配套设备模块化、小型化。现在挖泥船上很多设备的体积都大大缩小，重量减轻，挖泥船的吊架甚至已经做成了模块，不仅减少了船舶自重，并且使设备的维修和更换更加方便。 3 3.国外疏浚设备的发展及现状 目前，在世界范围内，疏浚市场正呈现出一番红火的景象，其疏浚量已经高达每年数十亿立方米， 由此带动国际疏浚业进入新一轮的黄金发展期，促成了疏浚装备的升级换代以及疏浚船舶技术 的快速发展。在拥有各类大中型疏浚船舶数量的国家排位中，位居前三名的国家分别为美国、荷兰和中国。其中，排位第一的美国拥有的船舶数量高达 593艘之多，比排位第二的荷兰的 242艘高出了整整一倍还多，足见其雄厚的实力。而荷兰又比排位第

10、三的中国的 120艘高出了一大截。此外，比利时、英国、印度、加拿大、印度尼西亚、日本和巴西按大中型疏浚船数量的先后顺序分别排位 4-10名。 4 据有关方面不完全统计，在 1994-2004年的 10年里，世界上大型、超大型耙吸式挖泥船快速增加了 26艘，新增舱容达到了 42万立方米，是此前 整整 20年新增大耙船舱容的两倍多。这些船舶特别适合大型疏浚工程的需要，且挖深也大多可达 100米，其中有一艘挖泥船甚至达到 160米，效果十分显著。与此相适应，绞吸式和抓斗式挖泥船亦出现大型化的趋势。总装机功率达到了 27 190千瓦、 3 700载重吨、自推进绞吸式挖泥船 “IFI de Nul” 号

11、，被著名的英国内燃机船杂志列入 2004年性能先进并独具特色的 11艘船舶。该船由荷兰 IHC建造，采用了一系列先进设计和建造技术，是同年世界上此类船中功率最大的船舶。据称，绞吸式挖泥船最大总装机功率现已达到 28 500千 瓦，抓斗式挖泥船最大抓斗斗容达到了 200立方米，其大型化的趋势令人瞩目。 7 疏浚工程和承包公司 Vostr LMG 最近与印度的一家造船企业签订了挖泥船的建造合同，为该公司提供 1 500千瓦绞吸式挖泥船和配套设备。这种大型挖泥船的建造，在印度造船企业中系首次。该船总长 87 50米，型宽 16米，船体吃水 4 25米，泥驳上部长 76 2米，最大疏浚深度 25米，船

12、舶总装机功率 10 662千瓦。该船的订货单位为印度的 Dredng公司，船舶将于 2007年正式交付船东使用。 对疏浚能力位居全球第三的中国而言， 疏浚市场的发展凸显强大的生命力和良好的市场前景。据中国疏浚协会提供的有关数据显示，除了各类大中型疏浚船拥有量不低外，其拥有的所有挖泥船及疏浚辅助船舶约达千余艘， “ 份量 ” 重，潜力大，后劲足，且后续挖泥船的交付接连不断，年疏浚能力超过 5 3亿立方米，其中交通系统约占 60。 近几年来，开发、建造挖泥船以疏浚装备的大型化为显著特征，加快了疏浚速度，提高了疏浚效率，提升了疏浚档次，取得了良好的疏浚效益。此外，挖泥船采用了复合驱动方式，有效地保证

13、了施工进度，装机功率得到了充分利用。挖泥船自动控制集成化程度提高，在 控制室里，现在根据需要配备一名操作员，轻点鼠标，即可完成有关的操作程序，不必再花费较多的人力。挖泥船配套设备模块化、小型化，模块化配套设备越来越多，各类设备体积相继缩小，维修过程愈加简便，从而使整艘挖泥船的重量减轻，效率和效益吸引了人们的眼球。 随着中国北方天津港发展步伐的加快，为保证天津港 25万吨级航道的施工任务按期优质地完成，天津航道局最近租用了世界最大的自航耙吸式挖泥船、荷兰 Boskalis公司 3 5000立 方 米 舱 容 的 “Fairway” 号 ， 以 及 荷 兰 Van Oord 公司 10000 立

14、方 米 舱 容 的“Vol vox Asia” 号大型自航耙吸式挖泥船这两艘 “ 巨无霸 ” ，使工程施工进度大大提速，施工效率得到了很大提高。长江口深水航道疏浚二期工程全面展开后，工程量约达 3 256 89万立方米， 包括 D2.0标段在内的总共 74 471公里 10米水深的航道全线贯通，航道底宽350-400米，同时完成航道扫浅、边坡修整等项工作，成为一条畅通、方便、安全的水上黄金通道，可满足大型集装箱船、散货船和油轮的全天候通航及有关的进港要求。 8 4.国内疏浚设备的发展及现状 纵观近年来我国工程船发展，其发展呈现出以下特点： 一是工 程船舶大型化。 近年来，伴随着我国大型疏浚工程

15、的增多，大型疏浚装备快速发展，大型耙吸式挖泥船快速增加。据不完全统计， 1994 年至 2004 年的 10 年间，世界上大型、超大型耙吸船猛增 26 艘，新增舱容 42 万立方米，是这之前 20 年新增大耙船舱容的两倍多。这些船舶挖深大多可达 100 米，其中一艘挖泥船最大挖深可达 160 米，特别适合我国大型疏浚工程的需要。此外，绞吸式和抓斗式挖泥船也出现大型化势头，绞吸式挖泥船最大总装机功率达 28500千瓦，抓斗式挖泥船最大抓斗斗容已达 200 立方米。 二是驱动装置复合化。 20世纪 90年代前建造的自航挖泥船泥泵多由单独的柴油机带动，船舶航行时，泥泵系统不工作。这种情况下，虽然船舶

16、的装机功率较大，但不能得到充分的利用。为了降低整船的装机功率，合理地利用能源，降低制造和运营成本，近年来设计建造的大型自航挖泥船大多采用复合驱动系统，将使船舶在挖泥施工状态下的驱动功率通过适当的方式转化为船舶的推进动力，不仅提高自由航行速度，而且保证在任何工况下装机功率都可以得到充分利用，大大提高了生产效率。 三是施工控制自动化。 20世纪 90年代前建造的大型工程船的控制室里都是按钮，需要两 三个人操作，水下作业数据无法掌控，而现在大型工程船整个施工控制都由计算机控制，主要运行状况如柴油机的运行参数、各施工机械的状态控制等都可以通过计算机显示屏模拟显示。操纵人员还可以通过计算机的显示屏直观地

17、了解施工作业轨迹和水下作业断面的图形，同时全程纪录施工的实时数据，为水下施工检验程序提供极大的帮助。自动控制集成化程度的提高，使施工过程控制更加精确，大大提高了船舶的工作效率，降低操作人员的劳动强度。 5 大型化、自动化工程船的设计突破 长江船舶设计院顺应疏浚业发展需求，密切关注工程船大型化 、自动化的发展特点，结合中国长航集团由江向海的战略转型规划，通过合理调配机构布局，优化关键性能参数指标，借鉴国内外先进理念， 在工程船设计大型化、自动化方面连连取得突破。 2000年 2月为长江航道局设计的新一代大型抓斗挖泥船 8m3抓斗挖泥船，成功解决了我国自行设计建造最大型、江海两用型抓斗式挖泥船系列

18、难题，被交通部专家认定为“ 达到国际上同型船的先进水平 ” ，成为同类型进口抓斗挖泥船的替代和升级产品。 2001年 2月为中国水利投资公司 “ 百船办工程 (一期 )” 设计的 120m3 h绞吸式挖泥船 (黄河专用 )交付使用。该船创新点是采用了便于陆路运输的拼装式箱形结构、双减速比泥泵齿轮箱等技术，提高了挖泥生产效率。在 2001年 12月底召开的专家评审会上，与会专家一致认为该船体现了较好的适用性、可靠性和经济性，达到了节能、高效、使用方便的目的，并将该船型确定为后续待建的 10条同规格挖泥船的基本船型。 2002年设计的 350t墩身运架驳是专为上海至东海大小洋山岛、上海国际深水港全

19、长36公里的海上公路大桥建设运送、吊装大桥桥墩而设计建造的。该院组织技术攻关，成功解决了跨海大桥桥墩墩身整体吊装的技术难题 ，其核心设备 350t龙门吊一次试验成功，圆满完成了额定载荷和 1.1倍超载试车试验。该型船具有加工混凝土、起吊、运送和安装桥墩的能力 ,安装桥墩对位准、效率高、稳性好 ,在海上风浪大、气候恶劣、装卸对位困难的情况下，能较好地完成任务，成为大小洋山港口大桥建设的骨干设备。 2003年交付使用的为适应长江航道整冶对软质基础河床护底铺排要求而研制的内河航道最先进铺排船 “ 渝工排 1” ，成功突破了全液压自动控制铺排技术。该船可适应不同流向、不同水域的施工要求，相对南北两岸均

20、能正常施工，并且在铺排施工中能满足建设方的高精度要求，适合长江中下游航道各种复杂工况的铺排作业。该船在集控室设置了可编程工控机，操作人员在中文界面的自动控制软件上发出指令即可进行自动移船、纠偏和放排作业，并确保移船和放排的同步，其自动化控制铺排设备是当年国内同类型船舶中最先进的设备。2005年在宜昌由交通部组织的专家评审会上，与会专家一致认为该船体现了较好的适用性、可靠性和经济性，总体技术达到国内先进水平。 在成功设计建造 “ 渝工排 1” 基础上， 2007年 8月，长设院又为长江武汉航道工程局设计的目前国内铺排宽度最大、精度最高、作业深度变化范围最 大、范围最广的江海两用铺排船 “ 长雁

21、1号 ” 在汉交船。该型船各项技术指标均达到或超过使用要求，可适应各种水深的作业需求。 此外，该院 2004年至 2005年还为重庆长江航道工程局和吉林省航道工程局分别开发设计了长江 4m3液压抓斗挖泥船（ “ 抓扬 17” 号）和 180 m3/h链斗式挖泥船等船型。这些船型在大型化、自动化方面的突破，使长江船舶设计院获得了市场的认可和船东的青睐。 长江船舶设计院每开发一个船型，都力求能以技术亮点造就品牌船型来赢得市场，并通过品牌产品的持续开发优化，促进企业市场声誉的大幅度提 升。 目前，该院正在进行 30m3抓斗挖泥船的设计工作，该型船可在沿海航区作业、无限航区无人调遣，主要用于沿海疏浚整

22、治工程，可以与 1000 m3至 3500 m3的泥驳配合使用，具有定深、自动挖掘平碎岩功能，同时具备 400吨起重能力。 自 2000年至今，长江船舶设计院相继设计并交付使用了近 20型工程船舶，这些船型的创新技术不仅拉动了内需，锻炼了队伍，还集中展示和检阅了该院工程船技术进步，为工程船的研发积累了经验。 6 5.结语 随着国际国内水运行业向船舶大型化、码头深水化方向发展，卸船机及船用 浮吊等大型设备在沿海港口大量应用，因此大吨位 起重机 、特殊用途的 起重机 的需求越来越多。 我们已经看到世界上工业发达国家已经开始进入新的技术革命时代 。 我国目前仍然处在设计 、 生产周期化阶段 ， 起点

23、低 、 设备落后 ， 相对发达国家落后 20年左右 。 如果我国能从国外工业发展中得到启示 ， 将可加快我国起重机械工业的发展。 9 参考文献： 1 起重机设计规范编写组 .GB3811-2008 起重机设计规范 M. 北京：中国标准出版社中国国家标准管委会发布 ,2008. 2船舶与海上设施起重设备编写组 . 船舶与海上设施起重设备 M. 北京：中国船级社； 2008. 3 成大先 .机械设计手册 M.北京：化学工业出版社出版； 2008. 4 邵天骏 . 从国际疏浚市场的黄金期看挖泥船的发展航海 J, Navigation, 2006（ 4）： 2356. 5刘永峰 ; 田洪森 .国内外工

24、程起重机发展状况研究 J. 施工技术 2008(2):2123. 6陆大明 .我国起重机行业发展对策及形势分析 J. 机械工业标准化与质量 2009（ 8）： 6568. 7姜国勇 ;原韶坤 ; 臧小惠 . 国内外起重机的特点和发展趋势 J. 2008(12):3436. 8 起重机设计手册编写组起重机设计手册 M北京：机械工业出版社， 1980 9 胡宗武 汪西应 汪春生 .起重机设计与实例 M. 北京：机械工业出版社， 2009.6. 10郭伟 . 现代起重机技术发展 J. 装备制造 2009(8):4567. 11Purdum.T.Machine Design M.Journal of

25、Coal Science 卢志强 .国内外大型起重机的研究现状及发 展趋势 J. 机电产品开发与创新 2009(2):2345. 16 Recent developments in belt conveying - bulk solid and conveyor belt interactions Original Research Article， Handbook of Powder Technology， Volume 10， 2001， Pages 225-233，A.W. Roberts. 17建设部北京建筑机械综合研究所 . 建筑起重机标准汇编 S. 北京 :中国标准出版社 , 2002. 18邢静忠 ,王永岗 ,陈晓霞 . ANSYS710 分析实例与工程应用 M. 北京 :机械工业出版社 , 2004.