1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 民间码头货物自动装卸装置配重机构设计 前言： 近几年来，我国经济发展迅速，在大力发展海洋经济的背景下，港口机械得到了极大的重视，快速发展起来，各种创新设计和改造设计层出不穷。民间码头货物自动装卸装置配重机构的设计属于港口机械的范畴，主要研究的是中小型船舶靠岸后货物装卸自动搬运设备机械结构的选择与设计，目前我国在大型船舶和大型港口的集装箱货物自动装卸和存储方面有许多的研究设计成果，在小型码头设备方面缺少研究和设计，尽管如此，大型港口机械的设计为我们设计民间小型码头 自动化机械设备提供了许多有用的参考和帮助。同样，由于港口机械设备对提高港口的工作效率和经济
2、效益，减轻劳动者的劳动强度有着十分积极的意义，近几十年来发展起来了一大批的港口机械设备，港口机械有了一定的规模和类型，形成了许多的设计经验和标准规范。这一切都为我的设计提供了有益的帮助。 我设计的是自动货物装卸装置的配重机构，其实不仅港口有搬运装卸机械，其他的运输领域也有装卸机械，这些机械设备的设计与种类更是五花八门，品种繁多，为我的设计提供了极大的帮助。有关于本课题中的配重机构的结构设计，“四连杆”机构的研究设计，机 架的设计等等都是机械专业最为熟悉的基本设计模型，最主要的变化仅仅是这些典型机构的运用场合发生了一些变化，但其设计的本质是相同。如何保证所设计的结构的可靠性和稳定性，以及其持续运
3、作的工作能力是值得我在设计的过程中认真思考的。 主题： 物料搬运技术是人类最古老的共性技术之一。它一开给就与人类的生活和劳动相结合。随着社会发展 , 物料搬运技术相应地不断进步 , 到目前已经成为现代生产不可缺少的一个组成部分 ,成为现代文明的标志。我国的物料搬运技术在经历了建国以来的起步 , 特别是改革开放以来，随着对外贸易的不断增加，港 口搬运机械也发展到了一定的水平。现代物料搬运技术在中国实际上是随着新中国的建立才逐步发展起来的。当年，为了适应国民经济恢复和进一步发展的需要 , 建起了许多专业生产物料搬运设备的工厂 , 生产方式基本上是单件、小批量生产。技术上则利用国外 , 主要是前苏联
4、的图纸进行制造或者参考国外产品仿造 1，学习别人经验，进行模仿制造在那个技术落后的年代，不失为一种快速进步的好方法 。 港口机械指的是在港口从事船舶和车辆的货物装卸，库场的货物堆码、拆垛和转运，以及船舱内、车厢内、仓库内货物搬运等作业的起重运输机械。港口装卸机械 一般要具有较高的工作速度和生产率，并能适应频繁的连续作业的要求。港口装卸机械可分为起重机械、输送机械和装卸搬运机械三种基本类型。目前港口应用的装卸机械有百余种，其中应用较广的有 30 种左右 23。 在港口用于装车卸车、货物堆码以及货物短距离水平运输的机械属于港口搬运机械的范畴，主要的种类有叉式装卸车、跨运车、翻车机、螺旋卸车机、牵引
5、车及挂车等。 对本次自动装卸装置配重机构设计有许多借鉴意义的种类主要由下面三种：1、叉式装卸车广泛用于码头、库场、舱内和车内。工作时将货叉插入货板，然后提升货叉举起货物，进行 堆码作业。叉车结构紧凑，机动性好，能在库内或舱内狭窄的通道上行走。如果配备不同的取物装置如串杆、旋转货夹、货斗、抱夹等，能装卸多种货物。大型叉式装卸车配上专用的集装箱吊具，即成为集装箱专用叉式装卸车。叉式装卸车按动力装置可分为内燃叉式装卸车和蓄电池叉式装卸车；按结构形式则有平衡重式、前移式、插腿式、侧叉式、转叉式等多种。 2、翻车机是倾翻铁路敞车，卸出所载散货的专用卸车机。它有较高的生产率 ,适用于大型专业散货码头翻车机
6、。按结构分为转子翻车机和侧倾翻车机两种。转子翻车机应用较多 ,卸车时 ,运载散货的敞车进到翻车 机的转子平台上 ,用压车机构压住，然后同转子一起转动 160 180 ,散货即卸入转子下面的漏斗中，再用给料器和带式输送机运出。现代翻车机每次可容纳两辆敞车，两者之间用旋转车钩连结以实现车列不解体卸车作业，这样使卸车效率大为提高。原来转子式翻车机每卸一车散货约需 3 分钟，而现代翻车机每卸一车不到 1 分钟。 3、螺旋卸车机是中国在 70 年代制造的卸出铁路敞车所载散煤的专用机械。由螺旋机构、摇摆机构、起升机构、行走机构等组成。卸车时，打开敞车侧门，螺旋机构从敞车上方横压在车内散货上旋转，将散煤卸出
7、，然后由车厢下方的胶带 输送机接运。单向螺旋卸车机从一侧卸车，双向螺旋卸车机从两侧卸车。螺旋卸车机轨道铺在铁路卸车线两侧。它一边沿轨道移动，一边卸车，生产率为每小时300 400 吨 24。 港口装卸机械钢结构长期采用的是许用应力设计法。材料假定为均匀的弹性体，使用载荷设为不变的定值，材料许用应力等于钢材屈服强度除以经验安全系数。实际上设计中存在很多不定性因素，如应力、材料强度、机械承受载荷的大小、方向、位置等都是随机变化的，所以安全系数并不能定量反映产品的可靠程度，有时会出现过分保守或较为不安全的情况。 20 世纪 80 年代，港口 装卸机械设计开始从定值许用应力法发展到概率极限状态设计法，
8、对这个问题提出了创新性的解决方案。我国 1988 年发布的钢结构规范也将许用应力法改为极限状态设计法，极限状态法已渐渐成为机械设计的主流。在港口装卸机械中非标产品很多，其参数规格的多样性，常常造成重复设计，效率低，成本高，而且产品通用化程度低，更新换代速度慢，模块化设计思想的出现，有效的解决了这一设计难题，这种方法把港口机械上同一功能的基本部件、元件、零件设计成具有不同用途，不同性能的模块，这些模块具有相同的要素，可以互换。模块化设计大大减轻了设计的 难度，极大地提高了设计的效率 5。 现代设计新方法的出现，给了我们有益的启示。为尽快改变港口装卸机械设备陈旧，技术落后的状况，加快港口装卸机械现
9、代化的步伐，我国从国外引进了大量先进的技术与设备，这些装备在港口装卸工作中发挥了重要的作用。随着进口设备的使用，磨损老化，完全有必要对这些设备进行改造和国产化设计，然而，重新设计制造耗时费力，不是一种好的选择，简捷而有效的方法是对这些机械设备进行反求工程设计。传统的机械设计习惯上采用三阶段设计法，即总体设计，部件设计及零件设计或初步设计，技术设计与工艺设计，同时沿 用一般的结构计算方法如材料力学，结构力学以及作为其理论基础的弹性力学等提供的公式进行计算，现代设计方法完全可以利用 CAD 技术辅助设计，及进行并行工程和有限元分析，大大提高设计的效率和质量 6。 有限元法 20世纪 70 年代初诞
10、生于美国波音公司，它以连续介质力学为基础，将物体视为边界连续的有限个单元的集合，由本构方程，平衡方程和变形协调关系，建立起单元的力学方程组。由边界协调与平衡条件将各单元组装，借助计算机求解方程组。解出物体在外力，内力作用下的应力，应变情况。物理概念和求解方法明确，计算精度高，适用于各种复 杂结构的力学问题，是力学计算方法一次变革，当然有限元法只是对事物的一种模拟，必然存在误差，存在许多复杂的问题和计算法则。有限元法是设计分析复杂结构最有效的手段，但只有将其前后处理自动化与优化方法结合，用于实际结构的自动设计，才能更好地发挥其优越性 7。 四连杆机构是本次毕业设计中的一部分，四连杆机构的设计有许
11、多现成的可供参考的设计方案和参数，可以多参阅许多的资料进行思考和研究，平行四杆式自动装卸机构的优化设计一文中提出的对平行四杆式自动装卸机构进行优化设计，所建立的数学模型和所编制的程序具有通用性，改 变设计常量的数值，可用于各种类型的平行四杆式自动装卸机构的设计，对我的设计有很重要的参考价值。 8 基于配重法的平衡原理，一种叫做可移动配重的机构动力平衡新方法使得配重可以随机构转动的同时沿其导路作往复移动，通过对附加杆组的几何参数和配重的优化设计，使单项或多项动力指标得到改善。该方法与传统的固定配重方法的平衡效果相比较，可移动配重方法在降低机构的震动力和输入转矩方面是有效的，该方法为我的配重设计提
12、供了具有创新意义的启发，也许我的设计用不上这种方法，但是，每一种新思路的出现都会对我提供积极的线索，开阔设计 的思路9。 在设计中解决自行装卸配重有两种主要方法，一是利用塔机本身的架设卷筒和附设扒杆来解决，二是利用塔机本身的拉臂绳索系统加装伸缩折臂完成，如果在起重机上设计一种利用塔机本身的变幅机构加装伸缩折臂自行装卸配重的机构，便可以合理利用塔机的平衡臂和变幅机构，这样的话，附加专用设施较少，操作简单 10，该方法虽然离我的设计相差较大，但还是可以开拓一下思路 。 吊管机配重机构设计研究一文提出了利用 Pro/E 软件对配重机构进行设计，然后利用虚拟样机技术对关系到配重机构性能和可靠性的关键参
13、数进行求解，该仿真 方法步骤简单，结果准确，为配重机构以及类似机构的设计提供了新的思路，也让我对自己的设计有了许多新的想法，在设计时间充裕的情况下值得一试 11。 搬运机械自动化，能有效的降低劳动强度和提高工作效率，自动化机械设备的控制方式分为有人操作和无人操作两种，有人操作又分为手动和半自动，无人操作分为自动和远距离计算机系统集中控制，运行机构普遍采用直流串励电机，通过电动机的端电压值实现调速。起升机构一般采用液压传动，其升降速度可通过液压或电 液系统进行调节，从而使货叉能准确定位，提高工作效率，来回运动和回转机构有液压马 达和电动机两种拖动方式，一般不需要调速 12。 可编程序控制器在机械
14、自动化中的作用十分明显，如果用 PLC 输出容量直接驱动接触器线圈，必将更加简化控制电路，降低故障率，随着 PLC 技术的不断成熟， PLC 价格将不断下降，将加速 PLC 控制系统在工业控制机械领域的运用与普及，增强可编程序控制器的联网通讯能力，是目前发展的趋势，可以将 PLC 与个人计算机以及其他智能控制设备之间可以交换数字信息，形成一个统一的整体，实现分散控制和集中管理 13 。 总结： 围绕着自动货物装卸装置的配重机构设计这个课题，我通过各种手段 查阅了许多的资料，我觉得这个设计有许多的类似机构可以参考，但没有现成的模板可以直接利用，所以，我需要开动脑筋，积极工作，先设计基本的工作机构
15、，然后，将这些机构合理的组合起来，设计出符合要求的搬运装置。在基本机构的设计方面，我可以参照以前的课本进行计算设计，这里面有许多现成的计算公式，稍加改动，就可以用来设计计算，无论是四连杆机构，还是各种传动机构，机架强度的校核验算，还是标准件的选择，都可以参照书本 1415。我觉得这是一次将理论知识用于实际设计的极好机会，我也相信港口机械设备未来的发展趋势将更加美好 。 参考文献： 1虞和谦中国物料搬运技术的现状与发展趋势 J中国机械工程， 1995,6（ 1）： 1820 2网友港口装卸机械互动百科， http:/ 3李谷音港口起重机械 M，第二版北京：人民交通出版社， 2009.8 4第三次
16、全国港口普查办公室港口码头泊位及装卸机械解释说明 (二 OO 八年四月 ) 2010.9.11 5汪亚非港口装卸机械现代设计方法的应用与发展 J物流技术， 2001,6（ 111）： 57 6汪亚非反求工程方法在港口机械设计中的应用 J港口机械， 1994（ 12）：912 7陈丽云弹性四连杆组合臂架系统的结构优化研究 J武汉理工大学硕士学位论文， 2007,5 8梁兆兰等平行四杆式自动装卸机构的优化设计 J机械科学与技术， 1994（ 4）： 2832 9张英等机构平衡的可移动配重法 J上海交通大学学报， 2006， 40（ 12）：20392045 10郭玉才塔式起重机自行装卸配重机构 J建筑机械化， 1982（ 01）： 1417 11戴成，张为 春等吊管机配重机构设计研究 J建筑机械， 2010（ 01）： 7083 12王转采用采用无轨巷道堆垛机的自动化仓库设计 J起重运输机械， 2000（ 11）： 811 13网友浅谈港口起重机电气控制系统的发展趋势中国工程网 http:/ 2007.9.11 14王知行，邓宗全机械原理 M，第二版北京：高等教育出版社， 2006.5 15濮良贵，纪 名刚机械设计 M，第八版北京：高等教育出版社， 2006.5
